煤炭地质勘查

煤炭地质勘查㈠目的任务煤炭地质勘查的目的任务是为煤炭建设远景规划、矿区总体发展规划、矿井（露天）初步设计提供地质资料。㈡基本原则⑴煤炭地质勘查工作必须从勘查区的实际情况和煤矿生产建设实际需要出发，正确、合理地选择采用勘查技术手段，注重技术经济效益。以合理的投入和较短的工期，取得最佳的地质成果。⑵煤炭地质勘查工作必须以现代地质理论为指导，采用先进的技术装备和勘查方法，提高勘查成果精度，适应煤矿建设技术发展的需要。⑶煤炭地质勘查必须坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做到充分利用、合理保护矿产资源，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其要做好煤层气和地下水（热水）资源的勘查研究工作。㈢阶段划分煤炭地质勘查工作划分为预查、普查、详查、勘探四个阶段。根据工作区的具体情况和探矿权人的要求，勘查阶段可以调整。即可按四个阶段顺序工作，也可合并或跨越某个阶段。预查阶段预查应在煤田预测或区域地质调查的基础上进行，其任务是寻找煤炭资源。预查的结果，要对所发现的煤炭资源是否有进一步地质工作价值做出评价。预查发现有进一步工作价值的煤炭资源时，一般应继续进行普查；预查未发现有进一步工作价值的煤炭资源，或未发现煤炭资源，都要对工作地区的地质条件进行总结。普查阶段普查是在预查的基础上，或已知有煤炭赋存的地区进行。普查的任务是对工作区煤炭资源的经济意义和开发建设可能性做出评价，为煤矿建设远景规划提供依据。详查阶段详查是为矿区总体发展规划提供地质依据。凡需要划分井田和编制矿区总体发展规划的地区，应进行详查；凡不涉及井田划分的地区、面积不大的单个井田，以及不需编制矿区总体发展规划的地区，均可在普查的基础上直接进行勘探，不出现详查阶段。勘探阶段勘探是为矿井建设可行性研究和初步设计提供地质资料。勘探一般以井田为单位进行。勘探的重点地段是矿井的先期开采地段和初期采区。勘探成果要满足确定井筒、水平运输巷、总回风巷的位置，划分初期采区，确定开采工艺的需要；要保证井田境界和矿井设计能力不因地质情况而发生重大变化，保证不致因煤质资料影响煤的洗选加工和既定的工业用途。㈣常用方法地质测量。贯穿煤炭地质勘查的各个阶段，只是详细程度和精确度不同，除测量地形外，还对天然煤层露头进行测量和描述，把煤系地层、煤层产状和构造等测绘在地形图上，绘制成地质图。掘探工程靠近地表浅部，一般利用开凿探槽、探井、探巷等揭露煤系，采集煤样。井下可利用掘进巷道探测地质构造及煤层情况。钻探工程利用钻机向地下钻孔，利用空心钻头和钻杆来获取岩、煤芯，以取得必要的资料。分为地面和井下钻探，是矿区详查和井田精查的主要技术手段。物探工程利用岩石、煤层等矿床所具有的不同物理性质(磁性、密度、电阻率、弹性波传播速度、放射性等)，用高灵敏度的仪器查找异常区域，推断地质构造和可能的矿床。较常用的方法有地震法、电法和测井等。四、煤炭资源/储量㈠分类依据⑴地质可靠程度，反映了煤炭地质勘查阶段工作成果的不同精度，分为探明的、控制的、推断的和预测的四种。⑵可行性评价，是使地质勘查与矿山建设紧密衔接，避免地质勘查与矿山开发的投资失误，提高地质勘查和开发的经济效益和社会效益，在普查、详查、勘探三个阶段开展的工作，分为概略研究、预可行性研究和可行性研究三种。⑶经济意义，是对地质可靠程度不同的煤炭资源，经过不同阶段的可行性评价，按照评价当时经济上的合理性，分为经济的、边际经济的、次边际经济的和内蕴经济的四种。见表2—1—2o㈡分类按照以上分类依据，煤炭资源/储量可分为储量、基础储量、资源量三大类十六种类型。表2—1—2 煤炭资源/储量分类表经济意义地质可靠程度查明矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量(111)基础储量(111b)预可采储量(121)预可采储量(122)基础储量(121b)基础储量(122b)边际经济的基础储量(2M11)基础储量(2M21)基础储量(2M22)次边际经济的资源量(2S11)资源量(2S21)资源量(2S22)内蕴经济的资源量(331)资源量(332)资源量(333)资源量(334)?注：表中所用编码(111〜334)，第1位数表示经济意义，即1=经济的，2M=边际经济的，2S=次边际经济的，3=内蕴经济的，？=经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶段，即1=可行性研究，2=预可行性研究，3=概略研究；第3位数表示地质可靠程度，即1=探明的，2=控制的，3=推断的，4=预测的。b=未扣除设计、采矿损失的可采储量。五、影响煤矿生产的地质因素采煤工作地点是不断移动的，查明埋藏在地下的煤层的赋存状态、地质构造的变动情况以及煤层受地质构造影响的程度等，是保证煤矿正常生产的必要条件。有些矿井还有岩浆侵入体、岩溶陷落柱、瓦斯突出和煤层自燃倾向、水灾害问题，这些都是影响煤矿生产的地质因素。因此，煤矿地质工作就成为矿井生产的“眼睛”和“尖兵”。㈠煤层赋存状态煤层的形状和厚度煤层通常是层状的，层位有明显的连续性，厚度也比较均匀，但由于受到沉积条件及地壳运动的影响，也有似层状和非层状的煤层，例如串珠状、马尾状等。煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。煤层的厚度由几十厘米到几十米，最厚可达二百米。一般情况下，煤层内还夹有数目不等的薄层岩层，称为夹矸。煤层中单层厚度小于0.05m的夹矸，可与煤分层合并计算采用厚度；单层厚度小于或等于0.05m的夹矸，不计入煤层采用厚度。根据煤层厚度对开采技术的影响，将煤层分为以下三类：薄煤层 煤层厚度从最低可采厚度〜1.3m中厚煤层 煤层厚度为1.3〜3.5m厚煤层 煤层厚度为3.5m以上煤层厚度不同，开采方法也不同，煤层厚度发生变化，必然影响矿井的采掘工作。所以，煤层厚度变化是影响煤矿生产的重因因素之一。煤层的产状要素煤层的空间状态，用产状要素（即走向、倾向和倾角）来表示。煤层（岩层）层面与水平面相交的线，称为走向线。走向线向两边延伸的方向，称为走向。煤层层面上与走向线垂直的线，称为倾斜线。倾斜线（向下）的水平投影所指的方向，称为倾向。倾角即为煤层或岩层层面与水平面之间的夹角。井下的运输巷道多是沿着煤层的走向开掘的。因此，必须查明煤层走向的变化，并绘制煤层底板等高线图。煤层倾角，根据对开采技术的影响，分为三类：缓倾斜煤层 倾角在25°以下倾斜煤层 倾角为25〜45°急倾斜煤层 倾角为45〜90°一般来讲，煤层倾角越大，开采越困难。缓倾斜煤层采下的煤需用机械装运；倾斜煤层可利用溜槽向下运输而不用动力；急倾斜煤层，煤岩块会自动滚落，简化了采场内的装运工作，但在技术上需采取安全措施。㈡煤层顶底板岩石直接位于煤层下面的岩层，称为煤层的底板；直接覆盖于煤层上面的岩层，称为煤层的顶板。由于沉积环境的差异，煤层顶底板岩石性质各不相同。常见的煤层顶底板岩石有碳质页岩、砂质页岩、砂岩、石灰岩和粘土岩等。煤层顶底板岩石性质对矿井开采方法有重要影响。㈢地质构造沉积岩层开始形成时，一般呈水平和连续完整状态，在地壳运动的作用下，产生了变形和变位，改变了原先的赋存状态，这种现象称为构造变动。由此而形成的岩层空间状态，叫做地质构造。构造变动形状主要分为两类：褶皱构造和断裂构造。岩层受水平力的作用，被挤压成弯曲状，但仍保持岩层的连续性和完整性的构造形态叫褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲叫褶曲。岩层层面凸起的褶曲叫背斜，岩层层面凹下的褶曲叫向斜。岩层大致向同一方向倾斜，叫单斜构造。单斜构造往往是褶曲的一部分或断层的一盘。岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。如岩层已经断裂，但断裂面两侧的岩层没有发生明显的相对位移，叫做裂隙或节理；如断裂面两侧的岩层发生了明显的相对位移和错动，叫做断层。岩层断裂后，两个断块发生相互错动的错动面叫做断层面。位于断层面上面的断块叫上盘，位于断层面下面的断块叫下盘。上、下两盘相对错动的距离称为断距。断距可分为水平断距和垂直断距。垂直断距又称为断层落差，大者可达几十米甚至几百米以上。根据断块相对错动的方向，将断层分为正断层、逆断层和平推断层。在煤矿生产中遇到的断层多为正断层，断裂面往往成组发育而形成断层破碎带。断层破碎带常常与地下和地面水源相连通，或聚集大量瓦斯。地下采掘工作接近断层破碎带时，会突然发生大量涌水和有害气体，甚至造成重大灾害。因此，在较大的断层两侧必须留设一定宽度的煤柱，将断层与开采区隔离。这样，较大断层常常被作为划分矿井或采区的边界。即使一般断层，采掘工作通过它时，有时也会发生涌水或顶板岩石突然垮落事故，使采掘工作复杂化。因此，断层对煤矿生产有较大的影响，在地质工作中必须特别注意查清断层的确切位置和产状。㈣其他地质因素矿井水文地质及岩溶陷落柱矿井涌水是煤矿严重灾害之一。矿井由于突然涌水而淹没巷道，造成局部或全部停产的事故时有发生。有的煤层就是因受水威胁而暂不能开采。从地面向下不深即有地下水存在。地下水主要存在于岩层的孔隙、裂缝和空洞，特别是断层破碎带和溶洞中，并从大气降水（雨、雪、冰雹等）和地表水（江河、湖泊、洼地积水等）得到补充。有些岩层节理发育，能够透水而又含地下水，称为含水层，例如石灰岩、砂岩等。含水层按含水多少，分为弱富水、中富水、富水和强富水四类：按补给情况，又分为水的补给来源好或不好两种。有一些岩层致密，裂隙和空洞少，地下水遇到它时被阻挡不能通过，称为隔水层。例如页岩、泥岩等。石灰岩性脆而又能被水溶解。石灰岩中的裂隙，常易被水溶蚀而成为溶洞。溶洞进一步溶蚀、塌陷，可形成陷落柱。一般厚度超过5m的石灰岩层都可能是主要含水层。古生代的奥陶系石灰岩，厚度很大，年代久远，其内部往往形成连通的复杂洞穴，有时还形成地下暗河，水量很大。为了安全，煤矿开掘的井巷都要和奥陶系石灰岩保持一段安全距离。岩浆侵入地下岩浆向上侵入主要是通过地层薄弱部位上冲到地壳表层形成岩墙，而后侵入到煤系地层中的虚弱部位，形成层状的岩床。我公司杨村煤矿、荷泽赵楼矿井在含煤地层中发现有岩浆侵入现象，破坏了煤层的连续性和完整性，减少了煤炭储量，给开采造成一定的影响。地温及自燃随着矿井开采深度的不断加深及其他地质因素的影响，我国不少矿井井下温度超过《煤矿安全规程》上所规定的26r的许可范围，其中有的煤矿井下温度高达40〜50°C，热害问题已经成为我国煤矿生产的一个重要问题。一般认为，引起地温增高的主要因素是开采深度的增加，但也有不少矿区（矿井）开采深度并不大，地温却较高，出现地温异常现象，其主要影响因素有：岩石导热性、基底起伏和褶曲构造、断裂构造、岩浆活动及放射性元素、水文地质及其他天然因素、人为因素等。研究分析引起煤矿高温的地质因素，找出地温分布规律，为采取合理经济的降温制冷措施提供依据具有重要意义。煤炭的自燃倾向对煤矿的开拓开采也具有很大影响。无论哪种煤在本质上都有不同程度的自燃性质，其自燃性主要取决于煤的疏松程度、氧化过程的剧烈程度以及是否含其他化学元素。煤愈松软，煤的氧化愈快，其自燃危险就愈大。煤的自然发火期是设计和确定开采方法的重要参数。六、地质图地质图是反映勘探和地质工作所获得资料的图件。为了更清楚地反映煤层的构造形态和地质情况，需要利用多种地质图件。采矿生产中常用的有：地形地质图、煤层底板等高线图、地层综合柱状图、地质剖面图等。㈠地形地质图地形图反映地表高低起伏形状和地物的图纸称为地形图。地形图中一般用地形等高线反映地貌，用地物符号反映房屋、河流、道路等人工和自然构筑物。等高线是相同高程点的连线。相邻两条等高线间的高程差称为等高距。在同一幅地形图上等高线的等高距应是相同的。等高线越密，距离越近，表示地面坡度越陡；等高线越稀，距离越远，表示地面坡度越缓。根据图上等高线的形状，可以判别它所表示的是什么样的地貌。反映地貌的地表等高线图加上表示地物的各种图例，就成为一幅地形图。地形地质图地形地质图是以地形图为底图，将地质勘探所获得的资料绘制在地形图上而得到的图件。填绘的地质内容主要有：⑴按地史划分各个时期地层的分界线；⑵地质构造（断层、褶曲等）；⑶勘探工程的布置。地形地质图是每个矿井必须具备的基础图件之一。进行矿井设计时要根据它选择和布置工业场地，确定井口位置，布置供电、供水、运输线路等。生产矿井用以编制井上下对照图，了解开采工作对地表农田、村庄、地面建筑物、铁路或河泊水库的影响等。㈡煤层底板等高线图煤层层面上的等高线用标高投影的方法投影到水平面上，得到的图形就是煤层等高线图。煤层有顶、底两个大致平行的层面，一般只绘出底层面的等高线，即煤层底板等高线图。煤层底板等高线图是反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件，是煤矿设计、生产、储量计算的基础。和地形等高线的原理一样，煤层底板等高线是煤层底板上相同高程点的连线在水平面的投影线。煤层底板等高线的延伸方向，也就是煤层的走向，可以从等高线与坐标网格相交的角度量得。从煤层底板等高线图可以了解煤层的埋藏要素和构造情况。煤层底板平整，倾角均匀，走向稳定时，煤层底板等高线表现为间距大致相等的一组直线；煤层倾角发生变化，在底板等高线图上表现为等高线的水平距离发生变化;煤层褶曲，表现为煤层底板等高线发生弯曲；穹窿构造和盆地构造的煤层底板等高线为封闭曲线。在煤层底板等高线图上，断层是用断层面与煤层层面交线的水平投影来表示的。上盘交面线用符号表示，下盘交面线用符号一x—表示。断层使煤层底板等高线失去连续性。一般情况下，正断层表现为煤层等高线中断缺失，中断部分为无煤带；逆断层表现为煤层等高线重叠，重叠部分为煤层上下两盘重复区。㈢地层综合柱状图地层综合柱状图，是综合所有勘探工程和井巷工程揭露