1、礦山地質(zhì)學,寧超 資源環(huán)境學院,第六章 影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素,第一節(jié) 煤層厚度變化 第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造 第三節(jié) 巖漿侵入煤層 第四節(jié) 喀斯特陷落柱 第五節(jié) 礦井瓦斯 第六節(jié) 煤層頂?shù)装?第七節(jié) 地 溫,一、煤層厚度變化的原因 煤層是泥炭層經(jīng)煤化作用轉(zhuǎn)化形成的，大都呈層狀或是似層狀。煤厚變化的原因很多，歸納起來可劃分為兩類： （一）原生變化 整個含煤巖系最終形成之前，由某些地質(zhì)因素(地殼運動、沉積環(huán)境變遷)引起的煤層形態(tài)和厚度的變化。,第一節(jié) 煤層厚度變化,1）地殼不均衡沉降 地殼不均衡沉降形成煤層分叉的形式： 馬尾狀散射束； 超覆式； 退覆式； 聚煤面積不斷擴大的分叉類型； 聚煤面積不斷擴

2、大的分叉類型。,第一節(jié) 煤層厚度變化,2）泥炭沼澤古地理 泥炭沼澤基底不平引起的煤層厚度變化特點： 底板起伏不平，而頂板與煤層的接觸面是平面。 煤層變博的方向是底板突起的方向，煤層厚度是漸變的。 煤分層或夾矸被基底隆起地段隔開而呈現(xiàn)不連續(xù)。,第一節(jié) 煤層厚度變化,3）同生沖蝕 在煤層形成過程中，即未形成煤層頂板以前，因地殼上升，河流在含煤地段發(fā)育，泥炭被沖蝕同生沖蝕。 同生沖蝕的特征： （1）煤層和沖刷物有共同的頂板。 （2）煤層和沖刷物相混，煤中有沖刷物，沖刷物中有煤。 （3）沖刷范圍一般不大。 （4）沖刷物平面分布呈彎曲條帶狀。,第一節(jié) 煤層厚度變化,（二）次生變化 含煤巖系形成以后，由于

3、地殼運動、巖漿活動、侵蝕沖刷等引起煤層厚度發(fā)生變化。主要包括：河流后生沖蝕、地質(zhì)構造變動、巖漿侵入活動和喀斯特陷落破壞。 1）河流后生沖蝕 次生沖蝕的特征： （1）沖蝕規(guī)模較大，煤、頂板及底板均被沖蝕。 （2）沖刷沉積物粒度較粗，常為礫巖、粗砂巖及中砂巖。 （3）鄰近沖刷帶的煤層，光澤變暗、灰分增高、裂隙發(fā)育。 （4）被沖刷的煤層與沖刷沉積物犬齒交錯。,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,2）構造擠壓 （1）受褶皺影響 （2）受斷層影響,第一節(jié) 煤層厚度變化,（3）構造擠壓引起煤層厚度變化的特點 a.由于夾矸與煤層混雜，造成灰分增高。 b.頂、底板巖層不完整，裂隙發(fā)育，有時與煤互相穿插

4、。 c.在煤層增厚與變薄區(qū)，煤層結構遭到破壞,煤呈鱗片、粉沫狀。 d.沿煤層走向或傾向，煤層增厚帶或變薄帶交替出現(xiàn)。,第一節(jié) 煤層厚度變化,3）巖漿侵入 4）喀斯特陷落柱,第一節(jié) 煤層厚度變化,二、煤厚變化對生產(chǎn)的影響 1.影響采掘布置 原分層開采的厚煤層，由于煤厚變薄，只能改為單層開采。原一次采全厚的煤層，由于煤層增厚，又要改為分層開采。 2.影響計劃生產(chǎn) 工作面內(nèi)煤層變薄，引起工作面回采提前，造成采掘失調(diào)。工作面接續(xù)緊張。采掘工作面，對煤層穩(wěn)定程度要求更高，煤厚變化影響生產(chǎn)效率,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,3.掘進率增高 為探明煤厚變化，需要布置探巷，有時煤層尖滅造成廢巷

5、4.回采率降低 煤厚變化，造成面積損失，降低回采率。,第一節(jié) 煤層厚度變化,三、煤厚變化的研究與處理 （一）煤層厚度的觀測與探測 1.煤層的觀測 1）觀測的基本要求 一切穿過巷道揭露煤層的地點，均應詳細觀測。 順煤層掘進的巷道，觀測點間距視煤層穩(wěn)定性確定。 采面每710天布點觀測一次。 2）觀測的內(nèi)容 煤層結構：各煤層夾石層層數(shù)，巖性。 煤層厚度：總厚度，分層厚度及變化。,第一節(jié) 煤層厚度變化, 煤層頂?shù)装澹簬r性、厚度、裂隙發(fā)育程度、力學性質(zhì)。 煤質(zhì)：煤的物理性質(zhì)，煤巖類型。 煤層含水性：一般分為干燥（無水）、潮（滴）、濕（淋水）、含水（涌水） 煤層產(chǎn)狀。 3）觀測的一般方法 觀測與地質(zhì)編錄一

6、起進行，煤層穩(wěn)定時，隔適當距離實測小柱狀，煤厚變化大，作一壁連續(xù)剖面，急傾斜，要作巷道迎頭斷面圖。,第一節(jié) 煤層厚度變化,1) 在能夠揭露煤層全厚的巷道中，用皮尺垂直煤層直接測量煤層總厚。 2）采用繪制連續(xù)煤層剖面，或以一定間距測繪煤層柱狀、迎頭素描及用頂?shù)装鍢烁呖刂泼汉瘛?第一節(jié) 煤層厚度變化,3) 煤層觀測點的布置應按實際情況。 4）一般用沉積巖石學方法來鑒定煤層頂?shù)装濉?5）煤巖分層描述的觀測點，盡可能選擇在新鮮的連續(xù)剖面上。 6）在上述觀測的基礎上，將井下收集的各種煤層資料填繪在采掘工程平面圖上。,第一節(jié) 煤層厚度變化,2.煤層的探測 對于巷道未揭露的厚煤層或沒有巷道揭露的煤層，就必須

7、采用一些探測手段，來了解其厚度變化。探測工作常用的是探煤鉆和探煤巷。 1）厚煤層的探測 對于厚煤層，巷道一般不能揭露其全厚，而煤厚的變化又直接影響著分層開采和巷道布置，所以在厚煤層掘進和回采中，堅持探煤厚工作是十分必要的。 掘進巷道的探煤厚工作,第一節(jié) 煤層厚度變化,a.緩傾斜煤層 利用鉆探配合溜煤眼和聯(lián)絡斜巷探測煤層厚度，間距1520米。,第一節(jié) 煤層厚度變化,b.急傾斜煤層 鉆孔與煤門相結合。掘進巷道中的探測點間距，要立足于能夠真實反映煤厚變化一般間距1020米布置一個探煤點，兩點煤厚變化大于0.5米時，要加密探測點。,第一節(jié) 煤層厚度變化, 回采工作面的探煤厚工作 在厚煤層分層開采的工作

8、面中，為了準確控制各分層的回采厚度，僅根據(jù)回采巷道中的煤厚點是不夠的，一般還要在上分層的回采過程中，既測量實測采高，又按一定間距探測煤厚。通常采用煤電鉆測量。 （1）工作面探煤點間距：沿走向的間距一般為15米左右，沿傾向的間距視煤厚變換情況而定，一般為510米。 （2）工作面探煤厚的方式： a. 回采第一分層時，一次探測煤層全厚。 b. 回采第一分層時，只探測下一分層厚度,第一節(jié) 煤層厚度變化,2）煤層分叉、尖滅的探測 煤層分叉形式很多，但根據(jù)分叉后的穩(wěn)定情況，可分兩種，一種是煤層分叉后，各分層的分布比較穩(wěn)定，這樣的分叉煤層在勘探階段就已查明，生產(chǎn)階段主要進一步控制和確定可采分叉的分布和分合區(qū)

9、界線。另一種是僅有一層保持穩(wěn)定既主煤層，其它各分叉很快尖滅，這種分叉煤層勘探階段不易查明，甚至出現(xiàn)層位對比上的錯誤，產(chǎn)生階段必須探明。對分叉尖滅的探測有三種情況：,第一節(jié) 煤層厚度變化, 煤層呈多層次比較穩(wěn)定的分叉 在穩(wěn)定的厚度較大的煤層中布置巷道，用井下鉆探探測其它分層的分叉情況。,第一節(jié) 煤層厚度變化, 煤層呈穩(wěn)定程度不同的分叉 在主分叉層布置巷道，對其他達可采厚度的次要分叉層，采用鉆探和巷探等各種手段探明可采范圍。 圈定分叉區(qū) 根據(jù)鉆孔、巷道、煤門等實件資料中的分叉點連接而成。,第一節(jié) 煤層厚度變化,2）煤層底凸薄化的探測 煤層底凸薄化是指煤層底板凸起而造成的一種煤層變薄尖滅的現(xiàn)象。主要

10、是圈定煤層變薄和不可采范圍，常用的方法有： 利用鉆探控制掘進前方底凸位置,第一節(jié) 煤層厚度變化, 利用巷道穿過底凸部位，直接圈定煤層底板凸起的位置和煤層薄化的范圍。 利用工作面上分層邊采邊探的煤層觀測資料，編制煤層頂、底板等高線圖，圈定煤層底凸薄化的位置和范圍。 3）河流沖刷的煤厚變化探測工作 在巷道詳細編錄沖刷帶的各種地質(zhì)現(xiàn)象，如沖刷帶寬度、厚度、巖性、煤層被沖刷的情況，沖刷面的特征。將巷道所見的沖刷現(xiàn)象展繪到平面圖上。當沖蝕帶不易查清時，需要用探巷或從鄰近煤層的巷道中布置鉆孔，探明沖蝕帶寬度和煤層的可采范圍。,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚

11、度變化,（二）評定煤層穩(wěn)定性的主要參數(shù) 1.評價指標 1）煤層可采性指數(shù)Km Km為可采性指數(shù)； n為評定區(qū)內(nèi)所有參加評定的見煤點數(shù)； n為見煤點總數(shù)n中煤層厚度大于或等于最低可采標準的見煤點數(shù)。,第一節(jié) 煤層厚度變化,（二）評定煤層穩(wěn)定性的主要參數(shù) 1.評價指標 2）煤厚變異系數(shù) 為變異系數(shù)； S為煤厚變化標準差； m為評定區(qū)內(nèi)的平均厚度； n為參加評定的見煤點數(shù)。,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,（三）煤層厚度變化的處理 1.掘進中的處理方法 1）根據(jù)具體情況確定掘進方案。如上分層穩(wěn)定可采，下分層變薄尖滅，則巷道應緊靠煤層頂板掘進，相反則應緊貼底板掘進。 2）在采取上山掘進中，

12、如遇煤層變薄帶應根據(jù)變薄區(qū)范圍直接穿過或從其他地方繞開。 3）主要運輸巷道遇到局部煤層變薄或尖滅時，巷道按原計劃施工。,第一節(jié) 煤層厚度變化,第一節(jié) 煤層厚度變化,2.回采工作中的處理方法 1）變薄區(qū)或不可采區(qū)范圍較小，可采用直接推過的方法。,第一節(jié) 煤層厚度變化,2）變薄區(qū)或不可采區(qū)范圍較大，可采用繞過的辦法。,第一節(jié) 煤層厚度變化,3）如果事先了解到有些地方變薄或尖滅，最好把這些變薄或尖滅帶作為采取或工作面的邊界來處理。,一、褶皺構造 二、節(jié)理 三、斷層,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,一、褶皺構造 （一）褶曲對生產(chǎn)的影響 1. 大型褶曲 褶曲的規(guī)模、方向和位置影響到井田的劃分和礦井的開拓方式及開拓

13、系統(tǒng)布置。 2. 中小型褶曲 中型褶曲影響到采區(qū)的大小和采區(qū)巷道的布置。小型褶曲影響煤平巷的掘進方向、工作面長度 3. 緊閉褶曲 軸部地應力較大，次一級構造發(fā)育。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,（二）褶曲研究 1. 褶曲的判斷與觀測 1）褶曲的識別 井下判斷褶曲的標志：新老巖層對稱出現(xiàn)且?guī)r層產(chǎn)狀有規(guī)律地變化。如石門中巖層的傾向相背或相向傾斜，或煤層平巷中由于煤層急劇變化使平巷彎曲。 2）褶曲軸的判斷 判斷褶曲軸的方法： （1）根據(jù)上部資料推斷：要注意不同類型褶曲軸在平面上的投影有不同的位置。 （2）根據(jù)區(qū)域構造線方向推測：應用于資料較少地區(qū)。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地

14、質(zhì)構造,3）褶曲的觀測 對于已確認的褶曲構造,應詳細觀測描述以下內(nèi)容： （1）褶曲樞紐位置，傾伏方向和傾伏角。 （2）褶曲兩翼煤、巖層和軸面的產(chǎn)狀要素。 （3）褶曲與斷層、節(jié)理、煤層厚度變化的關系。 2. 查明褶曲的探測手段 1）巷探：布置應遵循“一巷兩用”的原則，探明褶曲，生產(chǎn)利用。 2）井下鉆探：構造復雜，控制較少的褶曲，應在井下鄰近巷道利用鉆探查明。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3.觀測判斷褶曲時應注意的問題 1）煤巖層的分析和對比：必須熟悉煤系地層和標志層。 2）褶曲的不協(xié)調(diào)性； 3）褶曲發(fā)展成斷層的可能性：塑性彎曲和脆性斷裂既有區(qū)別又有聯(lián)系，撓曲可發(fā)展成正斷層；倒轉(zhuǎn)背斜發(fā)展成逆斷層。 4）

15、注意倒轉(zhuǎn)褶曲的倒轉(zhuǎn)翼和正常翼。 （三）褶曲對煤礦生產(chǎn)的影響和處理 1. 大型褶曲 指影響井田劃分和整個開拓系統(tǒng)的褶曲構造。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,（1）褶曲軸線作為井田邊界； （2）井田內(nèi)開拓部署中的處理方法：背斜軸部總回風巷；向斜軸部集中運輸巷。 2. 中型褶曲 往往是大型褶曲的次一級構造。 （1）軸線選做采區(qū)中心，布置采區(qū)上、下山。對開闊的平緩褶曲，以向斜軸作為采區(qū)中心，向兩翼布置回采工作面。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,（2）軸線做為采區(qū)邊界（緊閉褶曲）。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,（3）工作面直接推過褶曲軸（寬緩褶曲）。褶曲較寬緩，規(guī)模不大時可布置單翼采區(qū)，工作面直接推過褶

16、曲軸部。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3. 小型褶曲 （1）使煤厚發(fā)生變化，變化嚴重時要重新開掘切眼。 （2）沿煤掘進時，褶曲使巷道變得彎曲。彎曲過大時采面運輸巷要改造取直。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,二、節(jié)理 1. 影響鉆眼爆破效果 2. 影響開采效率,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3. 影響頂板控制方法,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,4. 工作面布置,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,三、斷層 （一）斷層對生產(chǎn)的影響 影響煤層的連續(xù)性和完整性。斷層的規(guī)模：落差50m特大型斷層；5020m大型落差；205m中型斷層；5m小型斷層。 1. 影響井田劃分 2. 影響井田的開拓方式 3. 影響采區(qū)和工作面布置 4. 影響安全生產(chǎn),第二

17、節(jié) 礦井地質(zhì)構造,5. 增加煤炭損失量，降低回采率 6. 增加巷道掘進量 7. 影響煤礦綜合經(jīng)濟效益 （二）煤礦生產(chǎn)中斷層的研究 1. 斷層的判斷 1）煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生急劇變化：斷層附近的煤巖層，由于受斷層兩盤相對運動影響，往往會發(fā)生顯著變化。 2）煤層厚度發(fā)生變化，煤層頂、底板出現(xiàn)不平行現(xiàn)象：煤層受斷層影響易發(fā)生塑性變形，使厚度改變。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3）接近斷層時，煤層和頂、底板中裂隙顯著增加，并具有一定的規(guī)律性。 4）煤層結構發(fā)生變化，滑面增多，出現(xiàn)揉皺，煤呈鱗片狀粉末狀，常有小褶曲出現(xiàn)。 4）在大斷層附近常伴生一系列小斷層，這些小斷層是預兆大斷層的重要標志。 5）瓦斯涌出量增加：斷

18、層可以賦存瓦斯，當巷道揭露到斷層附近時，斷層中的瓦斯就可以通過煤巖層中的裂隙進入到巷道。 6）涌水量增加：滴水、淋水要注意。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,斷層出現(xiàn)征兆和應注意的問題，可簡要歸納為幾句話： 產(chǎn)狀煤厚生巨變，揉皺破碎光澤暗，節(jié)理增加有規(guī)律。瓦斯增加大顯駝峰，滴水淋水或涌水反?，F(xiàn)象放在心，綜合起來再確定，以防“草木皆成兵”。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,2. 斷層的觀測 1）斷層位置的確定 通過測量點確定斷層位置，邊投繪到巷道平面圖上。若斷層成組出現(xiàn)，應分別測定各斷層面位置，并確定主斷層

19、面。 2）斷層帶特征的觀測 斷層帶的寬度、帶內(nèi)構造巖、斷面擦痕、破碎帶充填物特征。 3）斷層兩側煤巖層層位、產(chǎn)狀、厚度、伴生及派生構造。 4）確定斷層性質(zhì)及斷層力學性質(zhì)。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,5）測量斷層面產(chǎn)狀 6）確定斷層的斷距和落差 一般落差是指斷層兩盤同一層面斷失點之間的標高差。當斷距小于巷道高度時，可在井下直接測量落差和地層斷距；當斷距較大時，根據(jù)斷層兩盤煤巖層層位對比結合地層柱狀圖，可推算出斷距。 7）對斷層進行素描圖。 采用巷道平面圖加數(shù)字、巷道剖面圖加注數(shù)字或巷道平面圖加橫斷面圖多多種方法，把斷層的性質(zhì)和主要參數(shù)表示出來。,第二節(jié) 礦

20、井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3. 斷失煤層的尋找 1）層位對比法 根據(jù)巷道揭示的斷層兩盤煤巖層層位，尋找缺失煤層位置。 2）構造形跡判定法 是指根據(jù)與斷層伴生和派生的小型和微型構造來判斷斷層性質(zhì)的一種方法。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,a. 牽引褶曲,b. 羽狀節(jié)理 分布在斷層一側或兩側，與斷層面斜交呈羽狀排列的節(jié)理，它是由斷層兩盤相對運動位移產(chǎn)生的局部應力場的產(chǎn)物。羽狀張解理：T與斷層面呈45，銳角尖端指示本盤運動。羽狀剪節(jié)理：S2與斷層面近直交，銳角不穩(wěn)定；S1夾角15以下，銳角尖端指示本盤運動。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,c. 擦痕、階步 階步由緩到陡或陡坡的傾向指示對

21、盤運動。,3）規(guī)律類推法 根據(jù)已掌握的該區(qū)的發(fā)育特征和規(guī)律，確定斷層性質(zhì)，指明斷失翼煤層尋找方向的一種方法。適用于開采時間長，資料豐富的礦井。如焦作所揭露斷層皆為正斷層。 4）生產(chǎn)勘探法 如果遇到斷層，通過觀測和綜合分析，仍不能確定斷層性質(zhì)或已確定斷層性質(zhì)，但斷距無法確定時，需用生產(chǎn)勘探的方法來解決，其手段是巷探、鉆探、物探。,階 步,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,5）作圖分析法 利用各種地質(zhì)圖件（地質(zhì)剖面圖、水平切面圖、底板等高線圖）根據(jù)斷層的揭露點和斷層面的產(chǎn)狀進行對比連接作圖。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,（三）斷層的處理 1. 開拓設計階段 1）井田、采區(qū)

22、邊界的確定 H 50 m的斷層，應考慮該斷層作為井田邊界，這樣使斷層煤柱和邊界煤柱和為一體，避免出現(xiàn)三角煤，提高回采率。水文地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，以大斷層作為井田邊界，盡量不使巷道穿過斷層，可以減少突水事故的發(fā)生。 劃分采區(qū)時，也應該以斷層為界。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,2）井筒位置的選擇 井筒盡可能避開大斷層。一般立井井筒要布置在傾角較大的大斷層下盤，距離斷層3050m以外的位置。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,對于傾角較小的斷層選擇煤層層數(shù)少的地點穿過斷層，且井底車場的位置要避開斷層帶。,3）運輸大巷的布置 布置在較堅硬的巖石中，盡量少

23、改變方向。但當碰到斷層錯動的含水層時必須考慮巷道的改道。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,4）采區(qū)內(nèi)塊段劃分 綜合考慮斷層的位置、落差、被分割塊段的大小和形態(tài)以及已有的生產(chǎn)系統(tǒng)劃分開采塊段。盡可能將大斷層留在塊段之間的煤柱中。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,5）井田開拓方式的確定 緩傾斜煤層用斜井開拓較好，如遇斷層破壞強烈區(qū)用豎井+主石門比斜井開拓合理。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,2. 掘進階段 1）平巷過斷層 不改變巷道坡度，只改變巷道方向穿過斷層。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,當煤層平巷遇到斜交正斷層，如果斷層帶壓力不大沒有瓦斯及水的威脅時，可沿斷層帶掘進并進入另一盤，相反則不能緊靠斷層面掘進巷道。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)

24、構造,2）斜巷過斷層,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3. 回采階段 1）強行通過 （1）普采及炮采工作面，斷層落差小于煤厚。 （2）綜采工作面，斷層兩盤對接部分煤厚大于液壓支架的最小支撐高度。 （3）綜采工作面，斷層兩盤對接部分煤厚小于液壓支架的最小支撐高度，但煤層頂?shù)装鍘r性較軟，采煤機能切割時。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,2）重新開切眼 提前在另一盤重新開掘切眼，工作面搬家。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,3）劃小工作面 落差大于煤厚，對走向斷層，可將一個工作面劃分為兩個工作面。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,一端落差大、一端落差小的斜交斷層，可采用合采與分采相結合的方法。,第二節(jié) 礦井地質(zhì)構造,一、巖漿侵入體的一般特

25、點 二、對巖漿侵入體的觀測及探測 三、侵入體對煤礦生產(chǎn)的影響及處理方法,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,一、巖漿侵入體的一般特點 1.產(chǎn)狀和形態(tài) 1）巖墻： 2）巖床：地下巖漿沿煤層層面方向侵入的層狀侵入體。它可以沿煤層頂、底中間侵入，也可吞蝕整個煤層。 （1）巖床的形態(tài)：根據(jù)礦井觀測有以下幾種：層狀、似層狀、串球狀、樹枝狀。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,（2）剖面類型 厚層侵入型：整個煤層比侵入體所代替。 層狀侵入型：侵入到煤層的任何部位，侵入體土煤層接觸時，煤層呈波浪狀。 渾圓狀侵入型：煤層中侵入體呈孤立的大小不等的渾圓狀，常發(fā)育在侵入嚴重地區(qū)的較遠地段。 串球侵入型：扁豆狀、樹枝狀。,第三節(jié) 巖漿侵入煤

26、層,第三節(jié) 礦井地質(zhì)構造,2.巖漿侵入煤層的變質(zhì)作用 1）巖墻切割煤層對煤質(zhì)影響小，只影響巖墻兩側的煤發(fā)生變質(zhì)；沿煤層侵入的巖床，對煤質(zhì)影響范圍較大。 2）巖漿一般侵入煤層下部影響較大，侵入上部影響較小，侵入中部影響最大。 3）煤的變質(zhì)程度與侵入體的大小、厚度成正比。 4）巖漿性質(zhì)不同，對煤層的影響也有差異。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,二、對巖漿侵入體的觀測及探測 1.觀測內(nèi)容 1）巖漿巖的顏色、礦物成分、結構、構造等特征。 2）侵入體產(chǎn)狀、形態(tài)、厚度及范圍。 3）查明侵入體與斷裂構造的關系。 4）觀察煤層被破壞的情況 2.探測工作 1）當巖漿侵入厚煤層時，無論沿頂或底掘進，

27、隔一定距離均應探測一次巖漿巖和煤厚變化。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,2）對于一些中厚煤層或薄煤層，可在同一煤層中布置鉆孔或探巷查明侵入體范圍也可從鄰近的巷道中打鉆孔圈定侵入體的范圍。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,三、侵入體對煤礦生產(chǎn)的影響及處理方法 1.對生產(chǎn)的影響 1）破壞了煤層的連續(xù)性和均一性。 2）使煤層灰分增高，粘結性減弱，降低了工業(yè)價值。 3）煤層硬度增大，降低了工程進度。 4）煤層不連續(xù)，使采區(qū)、工作面布置困難。 2.對生產(chǎn)的影響 1）對巖墻的處理 掘進時可直接穿過。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層, 工作面遇巖墻 a. 巖墻沿傾向或斜交方向分布，重開切眼。 b. 沿走向分布較大

28、的巖墻，將工作面分成上、下兩個小面回采。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,2）對大片巖漿分布區(qū)，采區(qū)、工作面布置時要設法避開。 3）對串球狀侵入體，工作面可直接推過。 4）對于厚煤層中部的侵入體，可進行分層回采。,第三節(jié) 巖漿侵入煤層,一、陷落柱的成因及特征 二、陷落柱誤判的原因和判別標志 三、陷落柱的探測 四、陷落柱的處理方法,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,一、陷落柱的成因及特征 巖溶塌陷：在石灰?guī)r等可溶性巖層地區(qū)，由于地下水的溶蝕作用而產(chǎn)生的塌陷現(xiàn)象。 （一）陷落柱 1. 成因 1）地質(zhì)條件：（1）有可溶性巖層存在；（2）可溶性巖層 透水；（3）水具侵蝕性；（4）水要流動。 2）漫長的地質(zhì)時間,第四節(jié) 喀斯

29、特陷落柱,2. 特征 1）地表特征：（1）盆狀陷落區(qū)；（2）丘狀凸起； （3）柱狀破碎帶；（4）特殊地貌形態(tài) 2）井下特征 （1）平面形狀為一封閉曲線； （2）剖面形狀為梯形，上小下大； （3）柱面沉積物：鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)； （4）柱高與巖溶大小、地下水排泄條件有關； （5）柱內(nèi)特征：,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,3. 井下遇陷落柱前的預兆 1）煤巖層產(chǎn)狀變化，向中心傾斜； 2）裂隙增多； 3）小斷層發(fā)育； 4）煤被氧化，光澤變暗； 5）瓦斯增加。,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,二、陷落柱誤判的原因和判別標志 （一）誤判

30、原因 巖溶塌陷與構造變動相似的現(xiàn)象： 巖層不連續(xù)； 裂隙發(fā)育； 煤層破碎； 淋水； 遇大塊巖層填入巷道。,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,（二）判別標志 1）巖性標志，柱體多為較新層位的巖石碎塊或第四系沉積物。巖塊、巖性混雜，分選、磨圓差。 2）接觸面不平整，無擦痕，柱面呈不規(guī)則狀。 3）頂、底板產(chǎn)狀變化較小。 4）地表出現(xiàn)，井下必然出現(xiàn)。,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,三、陷落柱的探測 1）鉆探：目前生產(chǎn)礦井常用的手段之一。 2）巷探：小斷面的巷道。 3）物探：無線電波坑道透視儀坑透儀。,四、陷落柱的處理方法 1）主要開拓巷道遇陷落柱：按原計劃施工。 2）回采工作面遇陷落柱：處理原則：查

31、清其范圍，縮短工作面回采。 3）回風巷、運輸巷遇陷落柱：一般直接通過。,第四節(jié) 喀斯特陷落柱,一、礦井瓦斯的形成及分帶 二、瓦斯含量的研究 三、礦井瓦斯涌出量及礦井瓦斯等級 四、防治煤與瓦斯突出,第五節(jié) 礦井瓦斯,一、礦井瓦斯的形成及分帶 瓦斯：是指在煤礦生產(chǎn)過程中，從煤和圍巖中釋放出來的一種多成分的混合氣體。 1.瓦斯的成分和性質(zhì) 瓦斯中甲烷(CH4)占絕大多數(shù)，又稱沼氣，為無色、無味、無毒，可以燃燒和爆炸(5%-16%)的氣體。比重為0.554，比空氣輕，聚集在巷道上部。 2.瓦斯的賦存狀態(tài) 1）游離狀態(tài)瓦斯：以氣體分子自由運動于煤層孔隙和裂隙中的瓦斯。,第五節(jié) 礦井瓦斯,1）游離狀態(tài)瓦斯

32、 以氣體分子自由運動于煤層孔隙和裂隙中的瓦斯。 2）吸著狀態(tài)瓦斯 （1）吸附瓦斯：吸附在煤巖體表面的瓦斯，它往往形成一層薄膜,比例為70%-90%。,第五節(jié) 礦井瓦斯,（2）吸收瓦斯：瓦斯分子進入煤體內(nèi)部，與煤分子緊密結合成固溶體。 3.瓦斯的成因 1）生物化學作用階段 植物成煤第一階段有機質(zhì)分解形成瓦斯，此階段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因為此時成煤物質(zhì)多暴露在地表或埋藏很淺，絕大多數(shù)瓦斯都逸散到大氣中。 2）變質(zhì)作用階段 成煤的第二階段過程中，煤炭物質(zhì)產(chǎn)生熱解，發(fā)生一系列變化同時產(chǎn)生大量瓦斯。,第五節(jié) 礦井瓦斯,該階段形成的瓦斯，由于在地下深處，不易擴散，煤礦生產(chǎn)中所揭露的瓦斯絕大部分是

33、這階段形成。 3）油氣田瓦斯侵入來源于周圍的含油層。 4.瓦斯分帶 煤層瓦斯成分由淺而深大體可分為四帶 1) N2CO2帶：CH4: 0-10%, N2: 20-80%, CO2:20-80%； 2) N2帶：CH4: 0-20%, N2: 80-100%, CO2:0-20%； 3) N2CH4 帶：CH4: 20-80%, N2: 20-80%, CO2: 0-20% 4) CH4 帶：CH4: 80-100%, N2: 0-20%, CO2: 0-20%,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,前三帶稱為瓦斯風化帶，其深度差別很大，決定于空氣透入條件，上部煤巖層風氧化情況及地下水活動強弱程度

34、。,二、瓦斯含量的研究 煤層瓦斯含量：單位體積或重量的煤體內(nèi)，含瓦斯的體積，單位m3/t、m3/m3、cm3/g，它應包括吸附和游離瓦斯。 1.影響瓦斯含量的地質(zhì)因素,第五節(jié) 礦井瓦斯,1）煤的變質(zhì)程度 （1）變質(zhì)程度越高，產(chǎn)氣數(shù)量越多，瓦斯含量越大。 （2）變質(zhì)程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差異較大。,第五節(jié) 礦井瓦斯,2）圍巖和煤層的滲透性 滲透性好，有利用于瓦斯的運移和排放，煤層瓦斯含量較小，瓦斯分布較均一；透氣性差，不利于瓦斯的運移和排放，有利其保存，瓦斯含量較大。 3）地下水活動 地下水活動區(qū)域有利于瓦斯的排放。 4）煤田的暴露程度 暴露式煤田有利于瓦斯排放，隱伏式煤田有利于其聚

35、積。,第五節(jié) 礦井瓦斯,5）地質(zhì)構造 地質(zhì)構造對瓦斯的聚積和排放具有雙重作用： 張性斷裂有利于瓦斯排放，壓性斷裂有利于瓦斯聚積。在煤層頂板巖性致密，透氣性差的條件下，在未受斷裂破壞和嚴重剝蝕是褶皺地區(qū)，一般在背斜軸部瓦斯含量大，向斜槽部小，當頂板為脆性巖層時，則相反。,第五節(jié) 礦井瓦斯,6）煤層埋藏深度 瓦斯梯度：礦井瓦斯相對涌出量每增加1 m3/t時，深度增加米數(shù)。 公式為： a 瓦斯剃度， m/(m3/t)； H2, H1 沼氣帶內(nèi)兩次測定瓦斯相對涌出量的深度。 Q2, Q2對應于H2, H1深度上測定的瓦斯相對涌出量。,2.煤層瓦斯含量的測定 1）直接測定法 （1）密封式：利用密封式煤芯

36、采取器上、下端的活門，將來脫氣的煤樣在鉆孔底部密封，送化驗室測定煤樣中的瓦斯體積，算出瓦斯含量。 （2）集氣式：利用集氣式煤芯采取器上部的集氣室，收集鉆進和提鉆過程中從煤芯泄出的瓦斯，算出煤的瓦斯含量。 （3）氣測井法：利用氣測井儀器測定鉆孔沖洗液中溶解的瓦斯量，煤芯和鉆屑中殘留的瓦斯量，算出總瓦斯量，除以鉆進切除的煤量，既得到煤的瓦斯含量。,第五節(jié) 礦井瓦斯,3.瓦斯含量預測圖的編制 1）底圖：煤層底板等高線圖。 2）編制資料：取樣成果資料。 3）編圖步驟：填繪取樣點，并著色；注明瓦斯含量和距地表深度；勾繪瓦斯含量。,第五節(jié) 礦井瓦斯,三、礦井瓦斯涌出量及礦井瓦斯等級 瓦斯涌出：煤礦開采過程中，由受采動影響的煤層、巖層以及由采落的煤、矸石向井下空間釋放出瓦斯的現(xiàn)象叫做瓦斯涌出。 1.瓦斯涌出量 （1）絕對涌出量：指礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位m3/d或m3/min 。 （2）相對涌出量：礦井正常生產(chǎn)時，平均每產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯量，單位m3/t 。 2.瓦斯涌出量 煤礦瓦斯涌出量預測方法國家行業(yè)標準AQ1018-2006。,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,第五節(jié) 礦井瓦斯,3. 瓦斯礦井等級 （1）低瓦