煤礦地質(zhì)知識(shí)

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解地殼的組成及地質(zhì)作用、煤炭的形成和成煤條件，了解煤田地質(zhì)勘探與儲(chǔ)量劃分，了解礦圖的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握煤礦常見地質(zhì)構(gòu)造及其在在煤層地板等高線圖上的表示方法，掌握煤礦地質(zhì)相關(guān)基本概念。第一節(jié)

地殼的組成和地質(zhì)作用

一．地球及其構(gòu)造1．地球的表面特征（1）大陸與海洋的分布地球的表面積5.1億km2，其中海洋占70.8%，陸地占29.2%。（2）陸地地形主要類型陸地地形主要包括山地、丘陵、高原、平原、盆地和洼地等。（3）海底地形主要類型海底地形主要包括海岸帶、大陸架、大陸坡、大洋盆地、海嶺和海溝等。2．地球的圈層構(gòu)造（1）地球的外圈層1）大氣圈。2）水圈。3）生物圈。（2）地球內(nèi)圈層1）地殼。2）地幔。3）地核。二、地殼的組成及地質(zhì)作用1．地殼的組成（1）元素組成地殼的元素達(dá)百余種，但占主要地位的是氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫等。（2）礦物礦物是地殼中一種或多種元素在各種地質(zhì)作用下形成的自然產(chǎn)物，具有比較固定的化學(xué)成分和一定的物理性質(zhì)與形態(tài)。（3）巖石地殼主要是由巖石組成的，巖石是礦物的集合體。巖石按其生成原因的不同，可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。1）巖漿巖。巖漿巖由巖漿冷凝形成。2）沉積巖。暴露于地表的各種巖石，由于長(zhǎng)期受大氣溫度變化、風(fēng)雨侵蝕和生物破壞等風(fēng)化、剝蝕作用，變成碎石、細(xì)砂和泥土等物質(zhì)。3）變質(zhì)巖。由于地殼運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)的影響，使已經(jīng)形成的巖漿巖、沉積巖或先期變質(zhì)巖，在地下深處受到高溫和高壓的作用，改變了原來(lái)的成分和性質(zhì)，變成新的巖石——變質(zhì)巖。2．地質(zhì)作用促使地殼物質(zhì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)和變化的各種自然作用都稱為地質(zhì)作用。根據(jù)地質(zhì)作用進(jìn)行的場(chǎng)所及能源的不同，可將其分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用兩種。（1）內(nèi)力地質(zhì)作用1）巖漿活動(dòng)。2）變質(zhì)作用。3）地殼運(yùn)動(dòng)。3）固結(jié)成巖。（2）外力地質(zhì)作用1）風(fēng)化和剝蝕。2）搬運(yùn)和沉積。4）地震作用。三、地史與地層的概念▲在不同的地質(zhì)歷史階段都有著巖石、礦物和生物的形與發(fā)展，也有著巖石、礦物和生物的破壞和淘汰。為了便于研究，通常根據(jù)地殼運(yùn)動(dòng)及古生物的發(fā)展，將地球的歷史從古到今劃分為太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五個(gè)大的時(shí)期，每個(gè)代都包含著幾億年時(shí)間。為了反映更短的時(shí)間間隔內(nèi)地殼的變化，代以下又分為若干紀(jì)，紀(jì)以下又分為世。代、紀(jì)、世是國(guó)際統(tǒng)一的地質(zhì)時(shí)代單位?！诟鱾€(gè)地質(zhì)時(shí)代內(nèi)，都有相應(yīng)的沉積巖層形成。各個(gè)地質(zhì)時(shí)代內(nèi)所生成的地層相應(yīng)地稱界、系、統(tǒng)。界、系、統(tǒng)是國(guó)際統(tǒng)一的地層單位。第二節(jié)

煤的形成及煤系

一、煤的形成1．成煤的原始物質(zhì)成煤的原始植物可分為高等植物和低等植物兩大類。低等植物遺體形成腐泥煤，高等植物形成煤炭。2．成煤的過(guò)程（1）第一階段：泥炭化階段死亡后的植物遺體堆積在湖泊沼澤底部被水浸沒(méi)，在缺氧的條件下，在微生物的作用下，不斷地分解、化合，逐漸地形成了泥炭層。（2）第二階段：煤化階段隨著時(shí)間的推移，地殼繼續(xù)緩慢下沉，泥炭層被水?dāng)y帶來(lái)的泥、砂等物質(zhì)覆蓋，隨著覆蓋層的逐漸加厚，泥炭層在地下深處受覆巖層的壓力和地?zé)岬淖饔?，逐漸被壓緊、脫水，碳的含量逐漸增加，氫、氧元素含量逐漸減少，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用，泥炭就變成了褐煤。褐煤形成后，如果地殼繼續(xù)下沉，覆蓋巖層不斷加厚，褐煤在高溫、高壓的影響下，引起內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)的變化，逐漸形成了煙煤，煙煤繼續(xù)在溫度和壓力作用就會(huì)變質(zhì)成無(wú)煙煤。三、地史與地層的概念▲在不同的地質(zhì)歷史階段都有著巖石、礦物和生物的形與發(fā)展，也有著巖石、礦物和生物的破壞和淘汰。為了便于研究，通常根據(jù)地殼運(yùn)動(dòng)及古生物的發(fā)展，將地球的歷史從古到今劃分為太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五個(gè)大的時(shí)期，每個(gè)代都包含著幾億年時(shí)間。為了反映更短的時(shí)間間隔內(nèi)地殼的變化，代以下又分為若干紀(jì)，紀(jì)以下又分為世。代、紀(jì)、世是國(guó)際統(tǒng)一的地質(zhì)時(shí)代單位?！诟鱾€(gè)地質(zhì)時(shí)代內(nèi)，都有相應(yīng)的沉積巖層形成。各個(gè)地質(zhì)時(shí)代內(nèi)所生成的地層相應(yīng)地稱界、系、統(tǒng)。界、系、統(tǒng)是國(guó)際統(tǒng)一的地層單位。3．成煤條件（1）植物條件植物遺體是成煤的原始物質(zhì)，沒(méi)有植物的生長(zhǎng)就不可能有煤的形成。（2）氣候條件只有在溫暖潮濕的氣候條件下，植物才能大量繁殖。同時(shí)，植物遺體只有在湖泊、沼澤等地帶才能被水淹沒(méi)免遭完全氧化而逐漸堆積。（3）地理環(huán)境要形成分布面積較廣的煤層，必須有能夠產(chǎn)生大面積沼澤化的自然地理?xiàng)l件。（4）地殼運(yùn)動(dòng)泥炭層的積聚要求地殼發(fā)生緩慢下沉，而下沉速度最好與植物遺體堆積的速度大致平衡，這種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間越久，形成的泥炭層就越厚。二、煤的化學(xué)組成與煤質(zhì)1．煤的化學(xué)組成煤的化學(xué)組成主要是有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩大類。有機(jī)質(zhì)是煤的主要組成部分，它包括碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫，還有少量磷等；無(wú)機(jī)質(zhì)包括無(wú)機(jī)質(zhì)礦物質(zhì)和水分。2．煤質(zhì)煤的炭化程度越高，其中的水份和揮發(fā)份越少。評(píng)價(jià)煤質(zhì)的主要指標(biāo)包括水分、灰分、揮發(fā)分、膠質(zhì)層厚度、發(fā)熱量、硫和磷的含量以及含矸率等。三、煤的分類從2010年1月1日起，我國(guó)實(shí)行新的煤炭分類，從褐煤到無(wú)煙煤共劃分為14大類17小類。其中，除了根據(jù)煉焦性能將煙煤劃分為12大類外，還考慮褐煤和無(wú)煙煤的工藝性質(zhì)，在褐煤中劃分2個(gè)小類，在無(wú)煙煤中劃分3個(gè)小類。四、煤系煤系就是含有煤層的一整套的沉積巖系。1．煤系的特點(diǎn)（1）巖性主要為灰色、灰綠色及灰黑色的沉積巖組成。（2）煤系中沉積巖巖性主要上礫巖、各種粒度的砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，石灰?guī)r也比較常見，砂巖中以石英砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主。（3）不同時(shí)代、不同地區(qū)的含煤巖系，其巖系組合相差很大。（4）煤系的名稱1）采用形成時(shí)代命名，如華北石炭紀(jì)、二疊紀(jì)煤系。2）用煤系發(fā)育良好、研究較早的地區(qū)命名。因此同一時(shí)代形成的煤系在不同地區(qū)，常有不同的地區(qū)性名稱。（5）煤系中的伴生礦產(chǎn)，如油頁(yè)巖、鋁土礦、菱鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等。2．煤系類型煤系類型按沉積場(chǎng)所不同分為內(nèi)陸型煤系和近海型煤系。內(nèi)陸型煤系的沉積區(qū)為內(nèi)陸地區(qū)，主要有內(nèi)陸盆地、山間盆地及山前盆地等。近海型煤系的沉積區(qū)往往是濱海平原或海邊的瀉湖、海灣和淺海。3．含煤巖系的組成（1）煤層煤層的結(jié)構(gòu)是指煤層內(nèi)是否有穩(wěn)定的夾矸層。（2）煤層的頂、底板煤層頂、底板巖石是指煤系中位于煤層上下一定距離內(nèi)的巖層。根據(jù)頂板巖層變形和垮塌的難易程度，頂板劃分為偽頂、直接頂和老頂。底板巖石分為直接底和老底。第三節(jié)煤層的賦存特征

一、煤層的埋藏狀況1．煤層埋藏深度煤層埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可達(dá)2km。2．煤層的層數(shù)各煤田中的煤層數(shù)目不同，少的只有一層或幾層；多的可達(dá)十幾層到幾十層。3．煤層的厚度煤層一般是層狀的，但也是呈雞窩狀、扁豆?fàn)罨蚱渌茖訝睢?．煤層的傾角傾角為5～8°的煤層稱為近水平煤層，傾角為8～25°的煤層稱為緩斜煤層，傾角為25～45°的煤層稱為傾斜煤層，傾角大于45°的煤層稱為急傾斜煤層。二、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層的影響1．地質(zhì)構(gòu)造的概念發(fā)生構(gòu)造變動(dòng)的煤層、巖層或巖體，形成了各式各樣的構(gòu)造形態(tài)（如褶皺、裂隙、斷層。2．單斜構(gòu)造在一定范圍內(nèi)，一系列巖層大致向同一方向傾斜。3．褶皺構(gòu)造地殼運(yùn)動(dòng)時(shí)水平巖層受到側(cè)向擠壓而產(chǎn)生的一系列波狀彎曲，稱為褶皺，其中單個(gè)彎曲稱為褶曲。4．?dāng)嗔褬?gòu)造巖層受力后產(chǎn)生變形，當(dāng)作用力達(dá)到或超過(guò)巖層的強(qiáng)度極限是時(shí)，巖層的連續(xù)完整性遭到破壞，則在巖層的一定部位和一定方向上產(chǎn)生斷裂，沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)巖塊未發(fā)生顯著位移或發(fā)生顯著相對(duì)位移。5．巖漿巖侵入和巖溶塌陷6．沖蝕由于古河流在泥炭層或在含煤地層中流過(guò)形成的煤層厚度發(fā)生變化或形成了無(wú)煤帶第四節(jié)

煤田地質(zhì)勘探與儲(chǔ)量一、煤田地質(zhì)勘探的任務(wù)了解礦井資源/儲(chǔ)量、井田地質(zhì)條件、煤層賦存條件、水文地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件、煤種煤質(zhì)等礦井的資源條件。二、煤田地質(zhì)勘探階段煤田地質(zhì)勘探工作劃分為煤田普查、礦區(qū)詳查和井田精查三個(gè)階段依次進(jìn)行。三、地質(zhì)勘探技術(shù)手段1．遙感地質(zhì)調(diào)查（1）被動(dòng)遙感被動(dòng)遙感是指利用飛機(jī)或衛(wèi)星運(yùn)載的傳感儀器，接收地面反射或輻射的電磁波，獲取目的物的圖象信息和數(shù)據(jù)信息。（2）主動(dòng)遙感主動(dòng)遙感是指從飛機(jī)或衛(wèi)星向地面反射電磁波，接收目的物反射的信息。需要注意的是：大比例尺地質(zhì)填圖不用衛(wèi)片，應(yīng)使用航片進(jìn)行地質(zhì)解釋。2．地質(zhì)填圖地質(zhì)填圖是指應(yīng)用地質(zhì)學(xué)理論和方法在含煤地區(qū)進(jìn)行全面的地質(zhì)調(diào)查研究，并把所獲地質(zhì)信息填繪在地形圖上形成地形地質(zhì)圖。3．坑探工程（3）探巷（2）探井（1）探槽4．鉆探工程在礦井建設(shè)和生產(chǎn)時(shí)期也可以在井下巷道中布置鉆探工程，以解決相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題。5．巷探工程在井下利用巷道直接探測(cè)地質(zhì)現(xiàn)象。6．地球物理勘探技術(shù)利用巖層或礦床的物理性質(zhì)（密度、磁性、電性、彈性波傳播速度、放射性等）來(lái)尋找煤礦床、推斷地質(zhì)構(gòu)造及解決其他地質(zhì)問(wèn)題的技術(shù)手段。四、煤田地質(zhì)勘探類型1．構(gòu)造復(fù)雜程度構(gòu)造復(fù)雜程度劃分為四種類別：（1）簡(jiǎn)單構(gòu)造；（2）中等構(gòu)造；（3）復(fù)雜構(gòu)造；（4）極復(fù)雜構(gòu)造。2．煤層穩(wěn)定程度煤層穩(wěn)定程度劃分為四種類型：（1）穩(wěn)定煤層；（2）較穩(wěn)定煤層；（3）不穩(wěn)定煤層；（4）極不穩(wěn)定煤層。五、礦井儲(chǔ)量1．礦井儲(chǔ)量分級(jí)A級(jí)：煤層層位、厚度、結(jié)構(gòu)及其變化情況已經(jīng)查明，煤層對(duì)比可靠；煤質(zhì)及其變化情況和煤種已經(jīng)查明；煤層產(chǎn)狀已經(jīng)查明，煤層底板等高線已控制；落差等于和大于30m的斷層已經(jīng)查明；對(duì)于傾角小于10°的煤層，較大的波狀起伏已基本查明；巖漿巖對(duì)煤層、煤質(zhì)的影響已經(jīng)查明。

B級(jí)：煤層層位、厚度、結(jié)構(gòu)及其變化情況已基本查明，煤層對(duì)比可靠；煤質(zhì)及其變化情況已基本查明，煤種、煤層產(chǎn)狀已經(jīng)查明，煤層底板等高線已基本控制；落差等于和大于50m的斷層已經(jīng)查明；巖漿巖對(duì)煤層、煤質(zhì)的影響已初步查明。C級(jí)：煤層層位、厚度及其變化情況已初步查明，煤層對(duì)比基本可靠；煤質(zhì)和煤種已初步查明；構(gòu)造及煤層產(chǎn)狀已初步查明。D級(jí)：對(duì)煤層層位、厚度、煤質(zhì)、煤層產(chǎn)狀、構(gòu)造等均有初步了解所計(jì)算的儲(chǔ)量。2．礦井儲(chǔ)量分類▲礦井地質(zhì)儲(chǔ)量包括平衡表內(nèi)儲(chǔ)量和平衡表外儲(chǔ)量。平衡表內(nèi)儲(chǔ)量是指在當(dāng)前開采技術(shù)條件下煤層的主要指標(biāo)（如灰分、發(fā)熱量等）和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（如煤層厚度、賦存條件等）都符合工業(yè)要求，可供開采的儲(chǔ)量。平衡表外儲(chǔ)量是指煤層質(zhì)量指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不能滿足當(dāng)前工業(yè)要求，目前暫不能開采，但今后可能利用和開采的儲(chǔ)量?！V井工業(yè)儲(chǔ)量是指在井田范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探，煤層的厚度和質(zhì)量均符合開采要求，地質(zhì)構(gòu)造比較清楚，目前即可供利用的可列入平衡表內(nèi)的儲(chǔ)量?！V井可采儲(chǔ)量是礦井設(shè)計(jì)的可以采出的儲(chǔ)量。第五節(jié)

礦圖基礎(chǔ)知識(shí)一、概述1．礦圖的種類礦井測(cè)量圖是根據(jù)地面和井下實(shí)際測(cè)量資料繪制的。礦井地質(zhì)圖一般是在礦井測(cè)量圖的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)過(guò)程中收集的地質(zhì)資料和原有勘探資料，經(jīng)過(guò)分析推斷繪制而成的。2．礦圖比例尺根據(jù)對(duì)圖紙不同的要求，礦圖常用的比例尺有1：500、1：1000、1：2000、1：5000、1：10000等。3．坐標(biāo)系統(tǒng)（1）地理坐標(biāo)某點(diǎn)的經(jīng)緯度稱為該點(diǎn)的地理坐標(biāo)。（2）平面直角坐標(biāo)在礦區(qū)的小范圍內(nèi)，若用地理坐標(biāo)表示地面點(diǎn)的位置很不方便，通常采用平面直角坐標(biāo)來(lái)表示地面點(diǎn)的相對(duì)位置。（3）高程地面上任一點(diǎn)至水準(zhǔn)面的垂直距離稱為該點(diǎn)的高程。由于選取的水準(zhǔn)面不同，高程又分為絕對(duì)高程和相對(duì)高程。4．標(biāo)高投影標(biāo)高投影圖就是注明有標(biāo)高數(shù)字的正投影圖。二、等高線圖1．地形等高線圖等高線是地面上高程相同的若干點(diǎn)所連成的光滑曲線，或者說(shuō)是水平面與地表面相交的曲線。將高程不同的等高線投影到平面上，再按一定的比例繪成圖，并標(biāo)明各等高線標(biāo)高，就得到地形等高線圖。相鄰兩條等高線之間的高程差，稱為等高距。在同一張圖上，等高距應(yīng)一致。等高線上任一點(diǎn)向相鄰等高線可以作很多線段，投影到水平面后其中最短的一條線段稱為這兩條等高線在該兩點(diǎn)間的平距。利用等高線可以表示如下地形：（1）山崗和盆地；；（2）山脊和山谷（3）鞍部地形。2．根據(jù)等高線圖作地形剖面圖在礦區(qū)作各種線路的設(shè)計(jì)時(shí)，如鐵路、公路、渠道、管路、架線等線路設(shè)計(jì)，往往需要了解某方向線上的地面起伏情況。這時(shí)，就需要沿此直線作剖面圖。（1）作一條與AB平行的橫線和一條與AB線垂直的縱線，以橫線表示水平長(zhǎng)度，以縱線表示高程。（2）沿縱線按比例以等高距為間隔作平行于橫線的水平線，并在每條線上注明其標(biāo)高70、71、72……若縱線與橫線的比例一致時(shí)，則剖面圖能真實(shí)反映地面的形態(tài)，可直接用比例尺和量角器測(cè)量出坡長(zhǎng)和傾角。（3）在地形等高線圖上用兩腳規(guī)量取剖面線與各等高線交點(diǎn)的間距，并按此間距將各交點(diǎn)轉(zhuǎn)繪在剖面圖的橫線上；然后，自這些點(diǎn)作橫線的垂線與各點(diǎn)高程值相同的高程水平線