矿大《矿井地质学》复习重点.pdf

矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 1 一 绪论一 绪论 1 1 矿井地质工作的意义 矿井地质工作的意义 1 必要性 任何一项工程的建设 都离不开地质勘查 煤矿生产也不例外 从寻找煤田 煤矿的规划设 计 矿井建设 煤矿生产 出煤 每个阶段都需要不同精度 循序渐进的地质工作 2 重要性 地质体是异常复杂多变的 只有在充分了解地质情况的基础上 矿井建设和煤炭生产才能达 到技术合理 经济高效 否则工作就陷入盲目 不仅造成巨大的经济损失 甚至可危及安全 3 迫切性 机械化采掘是煤炭工业发展的趋势 是科技进步的必然结果 具有高产高效 经济安全 劳 动强度低和回采率高等多种优点 但机械化采掘 特别是综采 适应地质条件变化的能力低 因此 在生产过程中迫切需要准确查明和预测地质条件的变化 2 2 矿井地质工作的任务 矿井地质工作的任务 1 研究地质规律 解决地质问题 2 提供地质资料 指导采掘生产 3 针对新增问题 组织矿井勘探 4 核查资源 储量 进行动态管理 5 预测地质灾害 提出防治方案 6 调查环境地质 配合环境保护 7 综合利用资源 调查伴生矿产 3 3 矿井地质学研究内容 矿井地质学研究内容 1 建井地质工作 提供矿井基建工程和首采区设计与施工所需的地质资料 进行井巷地质 观测编录和综合分析 查明和处理施工中出现的地质 水文地质和工程地质问题 编制建井 地质报告和移交生产的地质资料 为投产后的生产地质工作奠定基础 2 生产地质工作 及时进行井巷 采面和钻孔的地质观测编录 随时补充和修改各种综合 性地质图件 定期计算储量 掌握储量变动 进行储量管理 合理布置各种形式的矿井地质 勘探 适时编制和提供各种地质报告 地质说明书和开展地质预报 配合采掘区队正确处理 采掘过程中出现的地质变化 二 矿井地质条件评价二 矿井地质条件评价 1 1 矿井地质条件定量评价方法有哪些 矿井地质条件定量评价方法有哪些 定性评价 按地质构造复杂程度的标准分为 类 类 类 类 定量评价 简单数理统计法 构造指数法 模糊综合评判 2 2 什么是等性块段指数法 以构造为例划分依据什么是等性块段指数法 以构造为例划分依据 构造等性块段是指在一个矿井或井田内 根据断层 褶皱和岩层产状等影响要素的发育程度 按一定规律和原则 把整个井田划分为若干面积的块段 同时认为在各个块段内部仅发育较 小规模的 相同级别的构造 划分原则 按照断层 褶皱 倾角 冲刷带边界 岩浆岩侵入 以及人为的边界 作为划分 块段面积的依据 3 3 矿井构造定量评价中 可以定量化的评价因素 矿井构造定量评价中 可以定量化的评价因素 断层规模及其方向性 断层和褶皱空间变化规律 以及断层与其他影响因素的相关关系等 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 2 4 4 如何理解模糊综合判断中权重的含义 确定方法 如何理解模糊综合判断中权重的含义 确定方法 1 权重是指某一评价因素在决定整个构造复杂程度时所占的重要性程度 在综合评价过程中 各个指标对总体的影响效果不同 不能把它们等同对待 而权重就是这 种差异性的体现 权重确定的准确性和合理性直接关系到评价结果的可靠性 2 权重的确定方法很多 比较常见的有专家评议法 回归分析法 灰色关联分析法等 5 5 断层的延伸展长度与落差的关系 预测的应用 断层的延伸展长度与落差的关系 预测的应用 1 当断层的延展长度与最大落差呈线性关系时 只要求出各组断层的落差变化梯度 即 可预测断层的各点落差和消失的位置 2 当断层的延展长度与最大落差呈非线性关系时 H aM n max 式中 M 断层延展长度 Hmax 断层最大落差 a n 待定系数 6 6 构造形迹的展布规律 构造形迹的展布规律 在一个矿区或矿井 甚至在一个采区 都可以找到一定的规律 可 以归纳为 方向性 成带性 对称性 等距性 递变性和分区性 三 三 生产地质条件生产地质条件 一 煤厚 一 煤厚 1 1 煤厚分级 煤厚分级 煤厚是指顶底板之间的垂直距离 1 总厚度 含夹矸 2 有益厚度 总厚度扣除夹矸层厚 由于成煤条件的差异 煤厚可从几个厘米 几十米 甚至上百米 3 可采厚度 达到煤炭 工业指标规定的最低可采厚度的煤层 4 最低可采厚度 在当前经济技术条件下可开采的 最小煤层厚度 主要取决于煤层产状 煤质 开采方法 2 2 煤层厚度变化的原因煤层厚度变化的原因 地壳不均衡沉降 聚煤沼泽基底不平 同生冲蚀 后生冲蚀 构造 运动 岩浆岩侵入 3 3 煤层观察的内容煤层观察的内容 煤质 煤层结构 煤层厚度 产状 煤层顶底板 煤层含水性 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 3 4 4 同生冲蚀与后生冲蚀的区别 同生冲蚀与后生冲蚀的区别 同生冲蚀同生冲蚀是在泥炭物质堆积过程中发生的 即顶板未形成前发生的 这种冲蚀规模不大 冲 蚀带的岩石成分以砂质岩为主 砂质岩中常有煤的碎块 它们和煤层有着共同的顶板 后生冲蚀后生冲蚀是在煤系形成之后的冲蚀 也就是在煤层顶板形成以后的冲蚀 这种冲蚀规模较大 它不仅冲蚀了煤层 也冲蚀了煤层的顶板 有时甚至连底板也被破坏 冲蚀的凹陷部位常为 各种粒度的砂岩 底部有时有砾岩出现 二 二 矿井地质构造矿井地质构造 5 5 褶皱构造的识别标志 褶皱构造的识别标志 地层层序的对称重复和岩层产状的规则变化 6 6 矿井构造对煤矿生产建设的影响 矿井构造对煤矿生产建设的影响 1 影响井型规模和井田划分 2 影响开采部署 3 影响掘进率 4 影响采面的正常生 产 5 影响安全生产 7 7 矿井地质构造研究意义 矿井地质构造研究意义 地质构造普遍存在于一切矿井 只是其复杂程度 表现形式和对生产的影响大小各有不同 地质构造不仅本身严重影响煤矿生产建设 而且还对其他开采地质条件具有明显的控制作 用 在研究煤厚变化 顶板稳定性 煤与瓦斯突出 岩浆侵入 岩溶陷落 地温 地压等开 采地质条件时 都要考虑地质构造的控制作用 8 8 矿井褶皱观测的内容 矿井褶皱观测的内容 1 褶皱枢纽位置 倾伏方向和倾伏角 2 褶皱两翼煤 岩层和轴面的产状要素 在井巷中应大量实测有代表性的褶皱两翼煤 岩层产状 3 褶皱与断层 节理 煤厚变化的关系 9 9 哪一类构造是研究的重点 哪一类构造是研究的重点 中型构造 指分布在井田范围内 影响水平 采区划分和巷道布置的次一级构造 这类构造 在勘探阶段尚未查明 甚至还未发现 需要通过补充勘探 在采掘过程中逐步查清 它对生 产影响极大 是矿井地质研究的重点 断层破坏了煤层额度连续性和完整性 且在井巷中难 以查明和控制 给采掘生产带来很大影响 因此矿井地质构造的研究重点是断层构造 10 10 断层出现特征断层出现特征 1 煤 岩层产状发生显著变化 伴生 派生褶皱发育 2 断层顶 底板 出现不平行现象 3 煤层出现厚度变化 揉皱和破碎现象 4 断层及顶 底板中节理显著增 加 5 瓦斯涌出量明显增加 6 巷道出现滴水 淋水和涌水现象 11 11 断层的观测 断层的观测 1 断层位置的确定 2 断层面特征的观测 3 断层带特征的观测 4 断 层两侧岩层层位 产状 伴生和派生构造的观测 5 断层产状与断煤交线的测量 6 断距的 测量 7 断层的描述 12 12 断层的识别标志断层的识别标志 井巷中识别断层主要是根据地层和构造两大标志 地层标志 凡是在 巷道中出现地层层序顺序性重复 或地层层位缺失等现象时 一般预示着断层的存在 构造 标志 凡是在巷道中发现煤 岩层错断 产状剧烈变化和断层的伴生 派生构造时 则预示 有断层的存在 13 13 断层的伴生派生小构造 断层的伴生派生小构造 1 牵引褶皱 2 羽状节理 3 帚状构造 4 擦痕和阶步 5 断 层泥与断层角砾 6 平行小断层等 三 岩浆侵入 三 岩浆侵入 1 1 矿井中岩浆侵入体的产状 矿井中岩浆侵入体的产状 最常见的为岩墙 岩床 1 岩墙是指岩浆沿断裂侵入形成的墙状不整合的浅成侵入体 其 中规模较小 形状较复杂的称岩脉 2 岩床是指沿层理面或软弱层位侵入形成的层状整合 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 4 浅成侵入体 岩床以基性和中性最常见 此外还有不规则侵入体 2 2 煤系中常见的侵入体煤系中常见的侵入体 煤系中的岩浆侵入体多系浅成岩和脉岩 其岩性主要为基性岩类和 中性岩类 3 3 岩浆侵入接触变质作用影响因素 岩浆侵入接触变质作用影响因素 1 侵入体的产状 接触面积大小 2 侵入体大小 反映岩浆的数量和蕴含的热量多少 3 侵入体在煤层中的位置 侵入体对其上面是煤分层影响大 对下面的煤分层影响小 4 煤层与侵入体的距离 近者变质深 远者变质浅 5 侵入体的岩性 基性岩浆粘度小 酸性岩浆粘度大中性岩浆介于两者之间 4 4 岩浆侵入的一般规律 岩浆侵入的一般规律 1 侵入通道 岩浆向上侵入需要断裂作为通道 2 选层侵入 岩浆沿断裂通道上升的过程中 还要沿层理面 层滑面和软弱层位发生侧向 顺层侵入 3 侵入分区 根据侵入中心的远近 侵入体的产状变化 以及对煤层破坏和煤质影响的程 度 将煤层中岩浆侵入分为三个区 1 上冲区 指岩浆通道及其附近的地区 岩墙发育 煤层几乎全部被熔蚀同化 2 扩散区 指岩浆离开侵入中心 向外围扩散的区域 岩浆的熔蚀能力和变质作用锐减 各处差别较大 侵入体多呈似层状 树枝状 串珠状 扁豆状等 3 波及区 扩散区外围 仅受岩浆高温高压波及的地区 上述的分区是逐步过渡的 四 四 岩溶陷落柱岩溶陷落柱 1 1 地表特征地表特征 1 盆状塌陷坑 塌陷坑常呈圆形或椭圆形 2 丘状凸起区 塌陷区内外岩石抵抗风化 剥蚀的能力不同 造成差异风化地貌景观 3 柱状破碎带 在沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上 可见到的柱状的破碎带 即 岩溶陷落柱的剖面形态 4 特殊地貌形态 在黄土覆盖区 基岩中的陷落柱可导致表层黄土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝 2 2 井下特征井下特征 1 形态特征 1 平面形态 陷落柱与地面 水平切面的交线形态 一般呈椭圆形 圆形 长条形等 2 剖面形态 沿陷落柱中心轴切开的形态 有漏斗状 上小下大的锥形 不规则状 3 陷落柱的高度 指溶洞底到塌陷顶的垂直距离 4 陷落柱的中心轴 陷落柱各个平面形态的中心点的联线 2 柱面特征 陷落柱的柱面是指陷落柱与周围正常岩层的接触面 它受岩层的岩性和结构构 造的控制 软岩层凹入 硬岩层凸出 或呈滑坡状曲面 3 3 陷落柱的柱体组成特征 陷落柱的柱体组成特征 由塌落的岩块堆积组合而成 与周围的正常岩层相比 塌落岩块层位较新 并具有大小悬殊 棱角分明 形状各异 混杂堆积 常为松软岩屑 煤屑和粉粒土充填粘结等特点 4 4 陷落柱与断层和河流冲蚀的区别 陷落柱与断层和河流冲蚀的区别 从接触带特征区别 从接触带特征区别 1 陷落柱的接触面不平整而近直立 面上无擦痕和滑面 接触带中岩 层微向柱心倾斜 但牵引不明显 张性裂隙发育 煤质松碎 有风化 氧化现象 2 断层 面较平整 直立产状较少 面上擦痕 阶步和滑面发育 断层带内牵引褶皱和羽状裂隙明显 一般情况下煤未受风化 3 冲蚀面总的较平缓 有水流冲蚀的痕迹 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 5 从地层和岩性标志区别 从地层和岩性标志区别 1 陷落柱内充填岩块大小悬殊 棱角分明 岩性复杂 胶结疏松 折断的大型岩块层理往往直立陡倾 2 断层破碎带一般较窄 断层角砾较小 成分较简单 棱角被部分磨损 并显示定向排列 断层造成地层有规律的重复和缺失 两侧岩层层理很少 直立状态 3 冲刷带内岩块较小 有磨圆现象 胶结紧密 层理清晰 岩石结构构造保持完 好 冲刷带可见层位缺失现象 5 5 陷落柱成因陷落柱成因 1 1 岩溶发育的地质条件 岩溶发育的地质条件含有可溶性岩 发育有良好的地下水通道 地下水交替循环快 排泄流畅 地下水源丰富 具有较大的侵蚀性 2 2 溶洞塌陷机理 溶洞塌陷机理重力塌陷 真空吸蚀塌陷 6 6 井下岩溶陷落柱的识别标志 井下岩溶陷落柱的识别标志 1 煤 岩层产状发生变化 2 裂隙和小断层增多 3 煤出现风氧化现象 4 煤层挤入破碎岩 块 5 地下水涌出量增大 四 安全地质条件四 安全地质条件 1 1 瓦斯赋存状态 瓦斯赋存状态 游离状态 吸着状态 溶解状态 2 2 吸附吸附 解吸解吸压力增大 温度降低 部分游离瓦斯 吸附瓦斯 吸附过程 压力降低 温度 增大 吸附瓦斯 部分游离瓦斯 解吸过程 3 3 瓦斯含量的影响因素瓦斯含量的影响因素 1 煤变质程度 2 围岩的透气性 3 地质构造 4 煤层的埋藏深度 5 地下水活动 4 4 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 是指在采掘过程中 在很短的时间内 从采掘工作面内部向工作空间突然 喷出大量煤 岩石和瓦斯的现象 它是一种伴有声响和猛烈动能效应的动力现象 5 5 瓦斯涌出量 瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量是指矿井生产过程中 单位时间内实际涌入采掘空间的瓦斯数量 1 绝对瓦斯涌出量指矿井在单位时间内涌出的瓦斯数量 单位为 m3 d 或 m3 min 2 相对瓦斯涌出量指矿井在正常生产的条件下 月平均日产 1t 煤的瓦斯涌出量 6 6 煤与瓦斯突出的影响因素 煤与瓦斯突出的影响因素 1 煤层瓦斯含量和瓦斯压力 2 地应力 3 煤体结构破坏程度 五 井巷工程条件五 井巷工程条件 1 1 煤矿工程地质岩组划分 煤矿工程地质岩组划分 从工程稳定性观点研究岩体的岩石组合 称为工程地质岩石组合 简称工程地质岩组 划分岩组的依据 1 岩石的成因类型和岩性岩相变化 2 岩石的成层条件和厚度变化 3 岩层的构造破坏 和风化情况 煤矿生产中根据施工要求分为 硬质岩组 软质岩组 构造岩组 风化岩组等基本类型 2 2 煤矿中常见的结构面 煤矿中常见的结构面 沉积结构面 沉积岩层在其沉积和成岩过程中所形成的界面 如层面 层理面 假整合面 局部冲蚀面 成岩裂隙和原生软弱夹层等 构造结构面 在构造应力作用下 岩体中产生的破裂面或破碎带 如节理 劈理 断层 层 间滑动面和层间破碎夹层等 次生结构面 岩体受风化和地下水等次生作用所形成的结构面 如风化裂隙 卸荷裂隙和软 化或泥化夹层等 3 3 岩体结构类型 岩体结构类型 块状结构 层状结构 层状碎裂结构 碎裂结构 散体结构 4 4 影响岩体稳定性因素 影响岩体稳定性因素 围岩性质 地质构造 地下水 岩体结构 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 6 5 5 地应力地应力 地壳天然应力状态是指未经人类工程扰动的地壳应力状态 通常称为天然应力或 初始应力 在岩石力学中称为原岩应力或地应力 矿山应力矿山应力 矿井地压即矿山压力 简称矿压 由于井巷开挖 矿层采动引起初始应力状态改 变 应力重新分布 而导致围岩变形和破坏的现象 冲击地冲击地压压 是指在矿井采掘过程中 由于聚积在煤 岩 层内的巨大弹性潜能的突然释放 引起的一种突发形式的地压活动 类似爆炸的巨声 巨大的冲击波 强烈的弹性振动 6 6 煤层顶板类型 煤层顶板类型 伪顶伪顶 指直接位于煤层之上 极易垮落的极薄岩层 通常是强度极低的炭质页岩 厚 度 0 1 0 5m 随采随落 直接顶直接顶 位于伪顶之上 若无伪顶侧直接位于煤层之上 通常由泥质岩 粉砂岩等组成 厚 度不等 一般随支柱的搬出而垮落 老顶老顶 位于直接顶之上 若缺直接顶时 也可直接位于煤层之上 由厚而坚硬的岩层组成 老顶可在采空区维持很大的悬露面积而不垮落 一般为砂岩 砾岩和石灰岩 7 7 采场上覆岩层的移动 采场上覆岩层的移动 煤层开采后 采空区上方的岩层呈现出分带性的岩石移动 自下而上形成三个不同的破坏带 即冒落带 裂隙带和弯曲下沉带 六 储量管理六 储量管理 1 1 矿产资源矿产资源 储量 储量 矿产资源是现行可采或潜在可采的天然产出于地壳内或地表的固 液 气态矿产物质的堆积 体 储量是指已查明且具有现行可开采价值的那一部分资源量 矿产资源总量 能利用的储量 暂不能利用的储量 尚未发现的资源量 2 2 固体矿产资源固体矿产资源 储量 储量 在地壳内或地表由地质作用形成具有经济意义的固体自然富集物 根据产出形式 数量和质 量可以预期最终开采是技术上可行 经济上合理的 其位置 数量 品位 质量 地质特征 是根据特定的地质依据和地质知识计算和估算的 按照地质可靠程度 可分为查明矿产资源和潜在矿产资源 3 3 矿产勘查工作的阶段 矿产勘查工作的阶段 预查预查依据区域地质和 或 物化探异常研究结果 初步野外观测 极少量工程验证结果 与地质特征相似的己知矿床类比 预测 提出可供普查的矿化潜力较大地区 有足够依据时 可估算出预测的资源量 属于潜在矿产资源 普查普查是对可供普查的矿化潜力较大地区 物化探异常区 采用露头检查 地质填图 数量有 限的取样工程及物化探方法 大致查明普查区内地质 构造概况 大致掌握矿体 层 的 形态 产状 质量特征 大致了解矿床开采技术条件 矿产的加工选冶性能已进行了类比研 究 最终应提出是否有进一步详查的价值 或圈定出详查区范围 详查详查是对普查圈出的详查区通过大比例尺地质填图及各种勘查方法和手段 比普查阶段密的 系统取样 基本查明地质 构造 主要矿体形态 产状 大小和矿石质量 基本确定矿体的 连续性 基本查明矿床开采技术条件 对矿石的加工选冶性能进行类比或实验室流程试验研 究 做出是否具有工业价值的评价 勘探勘探是对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区 通过加密各种采样工程 其间距 足以肯定矿体 层 的连续性 详细查明矿床地质特征 确定矿体的形态 产状 大小 空间位置和矿石质量特征 详细查明矿体开采技术条件 对矿产的加工选冶性能进行实验室 流程试验或实验室扩大连续试验 必要时应进行半工业试验 为可行性研究或矿山建设设计 提供依据 矿大 资源 矿井地质学 复习重点地质 2010 级 7 4 4 地质可靠程度 地质可靠程度 预测的 是指对具有矿化潜力较大地区经过预查得出的结果 推断的 是指对普查区按照普查的精度大致查明矿产的地质特征以及矿体 矿点 的展布 特征 品位 质量 也包括那些由地质可靠程度较高的基础储量或资源量外推的部分 控制的 是指对矿区的一定范围依照详查的精度基本查明了矿床的主要地质特征 矿体的形 态 产状 规模 矿石质量 品位及开采技术条件 矿体的连续性基本确定 矿产资源数量 估算所依据的数据较多 可信度较高 探明的 是指在矿区的勘探范围依照勘探的精度详细查明了矿床的地质特征 矿体的形态 产状 规模 矿石质量 品位及开采技术条件 矿体的连续性已经确定 矿产资源数量估算 所依据的数据详尽 可信度高 5 5 可行性研究 可行性研究 概略研究 是指对矿床开发经济意义的概略评价 预可行性研究 是指对矿床开发经济意义的初步评价 其结果可以为该矿床是否进行勘探或 可行性研究提供决策依据 可行性研究 是指对矿床开发经济意义的详细评价 其结果可以详细评价拟建项目的技术经 济可靠性 可作为投资决策的依据 6 6 经济意义 经济意义 经济的 其数量和质量是依据符合市场价格确定的生产指标计算的 边际经济的 在可行性研究或预可行