6 煤矿开采地质条件.ppt

作业 1 请描述煤的形成过程 2 煤岩成分和宏观煤岩类型有哪些 两者的区别 3 煤的工艺性质包括哪些 定义 4 煤的工业分析指标 定义 5 含煤岩系的定义 含煤岩系古地理包括哪些类型 定义 6煤矿开采及安全地质条件 6 1煤矿开采地质条件6 2矿井地质构造岩浆侵入煤层岩溶塌陷矿井瓦斯煤层顶底板地温与矿山压力 6 1煤矿开采地质条件6 1 1煤层厚度变化6 1 1 1煤层厚度类型煤层厚度是指煤层顶 底板岩层之间的垂直距离 1 按煤层结构分类包括总厚度 有益厚度 可采厚度 最低可采厚度 煤层总厚度 煤层顶 底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和 有益厚度 煤层顶 底板之间各煤分层厚度的总和 可采厚度 达到国家规定的最低可采厚度煤分层的总厚度 最低可采厚度 在当前经济技术条件下可采煤层的最小厚度 它主要取决于煤层产状 煤质 开采方法 以及国民经济需要程度 对比这几个概念的区别 2 按煤层厚度分类极薄煤层 0 5 0 5m薄煤层 0 5 1 3m中厚煤层 1 3 3 5m厚煤层 3 5 8 0m巨厚煤层 8 0m煤层厚度及其变化是影响煤矿开采的主要地质因素之一 煤层厚度不同 采煤方法亦不同 3 按煤层形态分类层状煤层似层状煤层 藕节状 串珠状 瓜藤状 不规则煤层 鸡窝状 扁豆状 马尾状 6 1 1 2煤层厚度变化控制因素煤层是泥炭层经煤化作用转化形成的 大都呈层状或是似层状 煤厚变化的原因很多 归纳起来可划分为两类 原生变化 整个含煤岩系最终形成之前 由某些地质因素引起的煤层的厚度变化 泥炭沼泽基底 沉积环境 次生变化 含煤岩系形成以后 由于地壳运动 岩浆活动 侵蚀冲刷等引起煤层厚度发生变化 1 泥炭沼泽基底不平 泥炭沼泽基底不平引起的煤层厚度变化特点 1 底板起伏不平 而顶板与煤层的接触面是平面 2 煤层变博的方向是底板突起的方向 煤层厚度是渐变的 3 煤分层或夹矸被基底隆起地段隔开而呈现不连续 2 沉积环境对煤层厚度的影响沉积环境包括 冲击扇体系 河流体系 湖泊体系 三角洲体系 障壁岛体系 碳酸盐台地体系等 不均衡沉降沼泽基底不平 冲击扇体系煤层 延伸方向与盆地轴向一致 煤层厚度向盆边缘急剧尖灭 向盆中心变薄 远端扇形煤层最后 河流体系 曲河流 堤后 泛滥盆地 废弃河道 煤层为透镜状辫状河流 支流间地区 透镜状煤层网状河流 河道间湿地有利于厚煤层的形成三角洲体系 煤层厚度变化大 煤层延伸方向与沉积倾向平行 煤系内的后生冲蚀煤系形成后的后生冲蚀 3 后期构造变动对煤层厚度的影响 1 褶皱构造对煤层厚度的影响褶皱作用使轴部煤层增厚 而在翼部变薄或尖灭 煤层发生塑性流动 原生结构和构造被破坏 形成构造煤 呈鳞片状 粉末状 有滑面 擦痕等 2 断裂构造对煤层厚度的影响断裂构造对煤层厚度影响不大 只是断层附近的煤层有一定影响 构造挤压引起煤层厚度变化的特点 a 由于夹矸与煤层混杂 造成灰分增高 b 顶 底板岩层不完整 裂隙发育 有时与煤互相穿插 c 在煤层增厚与变薄区 煤层结构遭到破坏 煤呈鳞片 粉沫状 d 沿煤层走向或倾向 煤层增厚带或变薄带交替出现 褶皱引起煤厚变化断层引起煤厚变化 4 岩浆岩侵入对煤层厚度的影响岩床对煤层厚度的影响 岩床对煤层的破坏与侵入部位有关 图6 10 岩墙对煤层厚度的影响 与岩墙厚度有关 不规则小侵入体对煤层厚度的影响 对煤质破坏不大 但破坏煤层的完整性 浆侵入引起 5 喀斯特陷落柱对煤层厚度的影响陷落柱 含煤地层下覆碳酸盐岩等可溶性岩 因地下水溶蚀引起上覆岩层冒落而成的柱状塌陷体 控制因素 地质构造和水文地质条件 陷落柱破坏了煤层的连续性 造成储量损失 影响正常开采 岩溶塌陷引起 煤厚变化对生产的影响 1 影响采掘布置原分层开采的厚煤层 由于煤厚变薄 只能改为单层开采 原一次采全厚的煤层 由于煤层增厚 又要改为分层开采 2 影响计划生产工作面内煤层变薄 引起工作面回采提前 造成采掘失调 工作面接续紧张 采掘工作面 对煤层稳定程度要求更高 煤厚变化影响生产效率3 掘进率增高为探明煤厚变化 需要布置探巷 有时煤层尖灭造成废巷4 回采率降低煤厚变化 造成面积损失 降低回采率 煤层的观测 1 煤层观测的内容 煤层厚度 煤层结构 煤岩煤质 煤层含水性及煤层顶底板 2 煤层的观测方法 通常煤层的观测工作和井巷地质编录同时进行 煤层的探测 1 煤层厚度的探测煤巷掘进中的探煤厚工作回采工作面的探煤厚工作2 煤层分叉尖灭的探测 煤层厚度变化的处理 1 掘进中的处理方法煤巷掘进中采取上山掘进中主要巷道掘进中2 回采工作中的处理方法直接推过绕过分块回采 6 1 2矿井地质构造地质构造包括 褶皱构造 断层和节理矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度不同 可以划分为大 中 小三个等级 大型构造 中型构造 小型构造 大型构造 决定井田总体形态和井田边界的大型褶曲和大型断层 它们在勘探阶段已经查明 中型构造 指井田范围内影响采区划分和采区巷道布置的次一级褶曲和断层 它们对煤矿生产影响极大 始终是矿井地质工作的重点 小型构造 指那些在巷道施工或煤层开采过程中遇到的小褶曲和小断层 6 1 2 1褶皱的观测与探查1 褶皱构造的识别与观测 1 褶皱构造的识别标志 地层对称重复岩层产状的规则变化 1 褶皱构造的识别与观测 2 褶曲的观测 对于已确认的褶曲构造 应详细观测描述以下内容 褶皱枢纽位置 倾伏方向和倾伏角 褶皱两翼煤 岩层和轴面的产状要素 褶皱与断层 节理 煤层厚度变化的关系 2 褶皱枢纽的判断与探查枢纽的实测方法枢纽的推测方法3 褶曲对煤矿生产的影响和处理 1 大型褶皱构造 指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造 1 褶皱轴线作为井田边界 2 井田内开拓部署中的处理方法 背斜轴部 总回风巷 向斜轴部 集中运输巷 2 中型褶曲 往往是大型褶曲的次一级构造 1 轴线选做采区中心 布置采区上 下山 2 轴线做为采区边界 紧闭褶曲 3 工作面直接推过褶曲轴 宽缓褶曲 3 小型褶曲 1 使煤厚发生变化 2 沿煤掘进时 褶曲使巷道变得弯曲 3 影响工作面的长短 以中型紧闭褶曲轴作为采区边界 以中型向斜轴作为采区中心布置采区上山 工作面直接推过向斜轴 6 1 2 2断层的观测与探查1 断层的识别与观测 1 断层的识别标志 断层出现以前 可能出现的征兆 1 岩层标志 煤岩层产状发生急剧变化 断层附近的煤岩层 由于受断层两盘相对运动影响 往往会发生显著变化 2 构造标志 煤层厚度发生变化 煤层顶 底板出现不平行现象 煤层受断层影响易发生塑性变形 使厚度改变 断层出现征兆和使用说应注意的问题 可简要归纳为几句话 产状煤厚生巨变 揉皱破碎光泽暗 节理增加有规律 瓦斯增加大显驼峰 滴水淋水或涌水 反常现象放在心 综合起来再确定 以防 草木皆成兵 2 断层的观测 1 断层位置 通过测量点确定断层位置 边投绘到巷道平面图上 若断层成组出现 应分别测定各断层面位置 并确定主断层面 2 断层面特征 包括断层面形态特征 擦痕 3 断层带特征 断层带的宽度及带内构造岩 4 断层两侧煤岩层层位 产状 伴生及派生构造 5 断层产状与断煤交线测量 6 断距 7 断层的描述 3 断失翼煤层的寻找 1 层位对比法 2 构造形迹判定法 是指根据与断层伴生和派生的小型和微型构造来判断断层性质的一种方法 a 牵引褶曲断层引起的牵引褶曲b 羽状节理 分布在断层一侧或两侧 与断层面斜交呈羽状排列的节理 它是由断层两盘相对运动位移产生的局部应力场的产物 羽状张解理 T断层面呈45 锐角尖端指示本盘运动 羽状节理 S1与断层面近直交 锐角不稳定 S1S2夹角15 以下 锐角尖端指示T本盘运动 S2 C擦痕 阶步 阶步由缓到陡或陡坡的倾向指示对盘运动 3 规律类推法故居已掌握的该区的发育特征和规律 确定断层性质 指明断失翼煤层寻找方阶步向的一种方法 适用于开采时间长 资料丰富的矿井 4 生产勘探法如果遇到断层 通过观测和综合分析 仍不能确定断层性质或已确定断层性质 但断距无法确定时 需用生产勘探的方法来解决 其手段是巷探 钻探 物探 6 1 2 3矿井地质构造的处理1 矿井地质构造处理的基本要求有利生产保证安全减少煤损 2 矿井地质构造处理的基本方法1 设计阶段对构造的处理 井筒位置的选择 尽量避开大的断层带位置 井田边界的确定 以大型断层和褶皱枢纽为井田边界 回采工作面的布置 采面尽量以褶皱枢纽作为边界 水平和采区的划分 以断层为界划分水平 2 掘进阶段对构造的处理 运输大巷遇断层的处理 处理好改向和弯度问题 采区上 下 山遇断层的处理 阶段运输平巷遇到断层的处理 3 回采阶段对构造的处理 强行硬过 重开切眼 划小工作面 断层 井筒的位置 A B 返回 以中型紧闭褶曲轴作为采区边界 中型褶皱 轴线做为采区边界 紧闭褶曲 返回 返回 工作面直接推过向斜轴 中型褶皱 工作面直接推过褶曲轴 宽缓褶曲 返回 以中型向斜轴作为采区中心布置采区上山 中型褶皱 轴线选做采区中心 布置采区上 下山 返回 返回 平巷阶段遇到断层 返回 强行硬过 返回 重开切眼 划小工作面 返回 平巷阶段遇到断层 3 回采阶段对构造的处理强行硬过重开切眼划小工作面 强行硬过 返回 重开切眼 划小工作面 返回 6 1 3岩浆侵入体与科斯特陷落柱 6 1 3 1岩浆侵入体的判断与处理1 岩浆侵入体的观测 1 岩浆岩岩性 颜色 矿物成分 结构 构造等特征 2 侵入体产状 形态 厚度及范围 3 查明侵入体与煤层 岩层 断裂构造的关系 4 观察侵入体对煤层厚度和煤质的影响2 侵入体的探查查明侵入体的形状 大小 范围 确定侵入体的边界 查明煤层剩余厚度和天然焦厚度 确定火成岩岩体对采掘工艺的影响 3 侵入体对煤矿生产的影响及处理方法1 侵入体对生产的影响破坏了煤层的连续性和均一性 使煤层灰分增高 粘结性减弱 降低了工业价值 煤层硬度增大 降低了工程进度 煤层不连续 使采区 工作面布置困难 2 采掘过程中的处理方法 1 对岩墙的处理 a 岩墙沿倾向或斜交方向分布 重开切眼 b 沿走向分布较大的岩墙 将工作面分成上 下两个小面回采 2 对岩床的处理 1 对大片岩浆分布区 采区 工作面布置时要设法避开 2 对串球状侵入体 工作面可直接推过 3 对于厚煤层中部的侵入体 可进行分层回采 6 1 3 2喀斯特陷落柱的判断与处理 岩溶塌陷 在石灰岩等可溶性岩层地区 由于地下水的溶蚀作用而产生的塌陷现象 1 成因 岩溶发育必须具备的四个条件 1 有可溶性岩层存在 2 可溶性岩层透水 3 水具侵蚀性 4 水要流动 2 井下遇陷落柱前的预兆 1 煤岩层产状变化 向中心倾斜2 裂隙增多3 小断层发育4 煤被氧化 光泽变暗5 瓦斯增加 3 陷落柱的判别标志煤 岩层产状发生变化裂隙和小断层增多煤出现风氧化现象煤层中挤入破碎岩块地下水涌入量增大4 陷落柱的观测与探测陷落柱的形状 大小 陷落柱的柱体物质陷落柱与围岩的接触面 5 陷落柱的探测 1 钻探 目前生产矿井常用的手段之一 2 巷探 小断面的巷道 3 物探 1 仪器 无线电波坑道透视仪 坑透仪 2 观测方法 1 同步法 2 定点法 6 陷落柱的处理方法1 主要开拓巷道遇陷落柱 按原计划施工 2 回采工作面遇陷落柱 处理原则 查清其范围 缩短工作面回采 3 回风巷 运输巷遇陷落柱 一般直接通过 6 2煤矿安全地质条件煤矿安全地质条件包括瓦斯 煤尘 煤的自燃与低温 煤层顶 底板等方面 6 2 1矿井瓦斯 瓦斯 是指在煤矿生产过程中 从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体 主要成分为甲烷 无色无味无臭无毒的气体 难溶于水 相对密度为0 554 扩散性很强 是空气的1 6倍6 2 1 1瓦斯生成及其规律1 瓦斯的生成瓦斯的形成和煤的形成是同步的 而且贯穿整个成煤过程的始终 但瓦斯大量生成并保存下来 是在煤的变质作用阶段 6 2 1 1瓦斯生成及其规律1 生物化学作用阶段植物成煤第一阶段有机质分解 厌氧菌分解 形成瓦斯 此阶段形成瓦斯是大量的 但保存很少 因为此时成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅 绝大多数瓦斯都逸散到大气中 2 变质作用阶段成煤的第二阶段过程中 煤炭物质产生热解 发生一系列变化同时产生大量瓦斯 该阶段形成的瓦斯 由于在地下深处 不易扩散 煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶段形成3 油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层 6 2 1 2瓦斯的赋存状态1 游离状态瓦斯 以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯 2 吸着状态瓦斯 1 吸附瓦斯 吸附在煤岩体表面的瓦斯 它往往形成一层薄膜 2 吸收瓦斯 瓦斯分子进入煤体内部 与煤分子紧密结合成固溶体 3 溶解状态瓦斯 6 2 1 3影响瓦斯含量的地质因素 煤的变质程度 变质程度越高 生成的瓦斯越多 围岩和煤层的透气性 透气性差 有利于瓦斯保存 地质构造 地质构造对瓦斯的聚集和排放有双重作用 煤田的埋藏深度 煤层瓦斯成分由浅而深大体可分为四带第一带 N2 CO2带 CH4 0 10 N2 20 80 CO2 20 80 第二带 N2带 CH4 0 20 N2 80 100 CO2 0 20 第三带 N2 CH4带 CH4 20 80 N2 20 80 CO2 0 20 第四带 CH4带 CH4 80 100 N2 0 20 CO2 0 20 地下水活动 6 2 1 4煤 岩 与瓦斯突出在地应力和瓦斯的共同作用下 破碎的煤 岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象 称为煤 岩 与瓦斯突出 简称 突出 1 煤 岩 与瓦斯的类型1 按突出的力学特征分类突出 有声响 压出 有声响 倾出 6 2 1 4煤 岩 与瓦斯突出2 按突出的强度分类小型突出 50t 次 中型突出 50 99t 次 次大型突出 100 499t 次 大型突出 500 999t 次 特大型突出 1000t 次 3 按突出危险程度划分无突出危险的煤层或区域疑突出危险的煤层或区域一般突出危险的煤层或区域严重突出危险的煤层或区域 2 影响煤 岩 与瓦斯突出的因素煤层瓦斯含量和瓦斯压力的影响地应力的影响煤体结构破坏程度的影响 6 2 1 4煤 岩 与瓦斯突出3 煤与瓦斯突出的一般规律突出与深度有关突出与煤层厚度有关突出与地质构造有关突出与瓦斯量 瓦斯压力有关突出与围岩厚度 性质有关突出与煤层性质有关突出与煤层倾角有关突出与采掘形成的集中应力有关突出与落煤有关 6 2 1 5矿井瓦斯涌出量与矿井瓦斯等级划分1 矿井瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量 矿井在单位时间内涌出的瓦斯量 m3 d或m3 min 相对瓦斯涌出量 正常情况下 平均每生产1吨煤所涌出的瓦斯量 m3 t 2 矿井瓦斯等级划分1 低瓦斯矿井 相对瓦斯涌出量在10m3 t以下2 高瓦斯矿井 相对瓦斯涌出量在10m3 t以上3 煤 岩 与瓦斯突出矿井 采掘过程中发生过煤 岩 与瓦斯突出矿井 煤层瓦斯含量的测定1 直接测定法 1 密封式 利用密封式煤芯采取器上 下端的活门 将来脱气的煤样在钻孔底部密封 送化验室测定煤样中的瓦斯体积 算出瓦斯含量 2 集气式 利用集气式煤芯采取器上部的集气室 收集钻进和提钻过程中从煤芯泄出的瓦斯 算出煤的瓦斯含量 3 气测井法 利用气测井仪器测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量 煤芯和钻屑中残留的瓦斯量 算出总瓦斯量 除以钻进切除的煤量 既得到煤的瓦斯含量 2 间接测定法 瓦斯含量预测图的编制1 底图 煤层底板等高线图2 编制资料 取样成果资料3 编图步骤 填绘取样点 并着色 注明瓦斯含量和距地表深度 勾绘瓦斯含量等值线 防止煤与瓦斯突出的地质工作 1 做好突出点的地质描述和记录 2 地质描述 突出点所在的煤层 煤质 煤层结构 煤厚变化 煤层顶底板 突出点的构造 岩层产状等 3 记录内容 突出的时间 地点 标高 温度 强度等 4 编制突出点位置分布图 5 提供可能发生突出的地质资料 6 分析瓦斯突出与地质的关系 7 编制预测图 6 2 2煤尘6 2 2 1煤尘特征1 煤尘浓度煤尘浓度过高会发生煤尘爆炸 2 煤尘粒度最具有爆炸危险的是通过80号筛孔 6400孔 cm2 的煤尘 3 煤尘的挥发分挥发分越高 其爆炸性越强 4 煤尘中的水分和灰分水分和灰分的存在可降低煤尘的爆炸性和爆炸强度 6 2 3煤的自燃与地温6 2 3 1煤的自燃暴露于空气中的煤炭自身氧化积热达到着火温度而自然燃烧的现象 叫作煤的自燃 1 煤的自燃条件可燃性的碎煤充分的氧气适宜的蓄热升温环境 2 煤自燃的诱发因素内在因素 煤的化学成分和煤化程度 煤岩成分 煤的水分 孔隙率 脆度等 外在因素 煤的赋存状态和地质构造 采掘与通风条件3 煤层自然发火期与以下条件有关 煤化程度 催化矿物质含量 煤层的赋存状态 煤层的开采条件等 6 2 3 2地温井下温度超过26 将出现矿