煤矿地质学-必读VIP

煤矿地质,工程部张明福,绪论,一、煤矿地质学概述主要是研究地壳的科学。具体说，是研究地壳的构造、物质组成发展变化，以及矿产的形成和分布规律等内容的科学。二、煤矿地质学的特点与研究方法煤矿地质学与煤矿建设、开拓、开采紧密结合。遵循“实践-认识-实践”的认识过程来进行研究。三、煤矿地质与煤矿建设、地下开采、煤矿测量的关系煤矿地质资料是煤矿建井、地下采煤的设计依据。煤矿地质工作时为建井、采煤服务的，又指导建井和采煤。煤矿地质与煤矿测量必须紧密结合，才能很好地为建井、采煤服务。,第一章地球概述,第一节地球形状和大小,一、地球的形状地球的形状是指全球静止海面的形状，即大地水准面的形状。南极地区略大而凹，北极地区稍尖而凸起，形似梨状体。二、地球的大小赤道半径（a）：6378.160km两极半径（b）：6356.755km平均半径（2a+b）/3）:6371.025km赤道周长：40076.604km平均密度：5.52g/cm3,第二节地球的物理性质,一、密度平均密度5.52g/cm3。地表岩石密度小，往深部密度跳跃式增加。二、地压分为两种：静压力和动压力。静压力及其特点:动压力及其特点：地球压力对煤矿生产的影响：三、地热地热的来源：地热的变化：变温带恒温带增温带地热增温率和地热增温级：,四、地磁磁偏角和磁倾角：鹤岗磁偏角及其使用：地磁异常、磁法勘探：五、重力重力异常和重力勘探：,第三节地壳的化学成分,组成地壳的固体物质是岩石，而岩石是由矿物组成的，矿物又是自然元素或化合物组成的。组成地壳最基本的物质是化学元素。地壳中，组成地壳最主要的元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等9种，约占98.13%。稀有元素：在地壳中呈分散状态不易富集，且难于提取的元素。如：锆、钒、锂、铍、铯、镓等。元素的存在形式：少数以单质形式存在，绝大多数都呈各种化合物，尤其是含氧化合物最为常见。,第四节地球的圈层构造,地球的圈层构造是指地球的组成物质在空间的分布和彼此之间的关系。它表明地球不是一个均质体。大致以地表为界，分为外圈层和内圈层。一、地球的外圈层大气圈：包围在地球最外面的气态物质所组成的圈层。大气圈的作用：对地球上生物的生长、发育，以及地表面貌的改变和洋流的变化等，有着极为密切的关系。水圈：地表水和地下水构成的连续圈层。水圈的作用：外力地质作用的动力，改变着地球的外貌，对生命的起源，生物的演化和沉积矿产的形成起着重要的作用。生物圈：生物活动的范围(地下、水下、地面、水面、空中)构成了生物圈。生物圈的作用：改变着地壳的物质成分和结构状态。沉积岩和有机矿产的形成。对地表岩石的破坏作用。,第四节地球的圈层构造,二、地球的内圈层根据地震波的传播方向和速度及其变化情况研究内圈层的分布。1.地壳：位于莫霍面以上的部分。由矿物和岩石组成。具有双层结构：上部为不连续的硅铝层（洋底缺失）；下部为连续的硅镁层。2.地幔：位于莫霍面和古屯堡面之间的部分。分为上下两个部分：上地幔和下地幔。在上地幔中50km至250km之间为低速带（软流层），为地下岩浆的发源地。3.地核：古屯堡面至地心部分。分为外核、过渡层和内核三部分。,第二章地质作用,地质作用：促使地壳的物质成分、构造和地表形态等方面发生变化的各种作用。绝大多数的地质作用都进行得十分缓慢，难以被人观察到。只有少数作用进行得十分迅速和剧烈，如地震、火山喷发、山洪等。成语“稳如泰山”和“三十年河东，三十年河西”。地质作用分类：按场所和能源的不同分为内力地质作用和外力地质作用。内力地质作用起着主导作用，特别是地壳运动对地球表面的基本轮廓、地壳中岩层的形态和构造等变化起着决定性作用。各种矿产都是地质作用的产物，不同的地质作用形成了不同的矿产。,第一节内力地质作用,内力地质作用：由地球的旋转能、重力能和地球内部的热能、化学能等而引起整个地壳物质成分和地壳内部构造及地表形态变化的地质作用。内力地质作用可形成高山和盆地，使岩层褶皱或断裂，造成地壳表面起伏不平。内力地质作用分为地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震作用。一、地壳运动地壳运动是指地球内部动力引起的，促使地壳物质发生变形、变位的运动。地壳运动分为两种形式：升降运动和水平运动。,(一)升降运动沿地球半径方向的运动。升降运动可引起海陆变迁、地形的起伏不平；同时又控制和影响着沉积岩层的分布和其岩性、岩相特征及岩层厚度的变化，并控制煤系地层的分布范围，影响煤层的层数和厚度的变化。升降运动实例：喜马拉雅山脉的形成；华北平原、松辽平原第四纪冲积层的形成；那不勒斯湾古庙的沉浮；水下古井。,(二)水平运动水平运动是指沿地球切线方向的运动。水平运动的平推作用，使组成地壳的岩层发生褶皱或断裂，在地貌上往往形成高山或深谷。水平运动实例：1926年至1933年测定世界52个天文台间的距离，发现北纬450欧洲与美洲之间的距离在扩大，平均每年移动65cm。我国的天山、阴山、昆仑山、秦岭、南岭等山脉的形成。,二、岩浆作用岩浆作用是指地下深处岩浆沿构造破裂带侵入地壳或喷出地表，岩浆在上升过程中与围岩相互作用，不断地改变着自身的化学成分和物理状态。岩浆这种侵入、喷出活动至冷凝成岩石的全部过程，称为岩浆活动，或称岩浆作用。(一)、岩浆的概念岩浆为地壳中富含挥发分的高温、高压粘稠的硅酸盐熔融体，有时还含有金属硫化物和氧化物。按SiO2含量的不同，岩浆可以分为超基性岩浆、基性岩浆、中性岩浆和酸性岩浆。岩浆的成分复杂，大致有硅酸盐类、金属硫化物氧化物类、其它少量金属元素和稀有元素以及挥发性物质。,(二)、岩浆的活动类型1.岩浆的侵入活动、侵入体及其产状岩浆沿着构造破裂带上升运移，在未达到地表时，由于温度、压力不断降低，将会在一定深度逐渐冷凝成为岩石，称为侵入活动；其冷凝形成的岩石称为侵入岩。深成侵入体：岩基、岩株；浅成侵入体：岩床、岩盘、岩盆、岩墙(岩脉)。2.喷出活动、火山喷出物及其产状岩浆冲破上覆岩层的阻力而喷出地表的活动，称为喷出活动，又称为火山活动。其冷凝形成的岩石称为喷出岩。喷出物有三种：气态物质(水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢及一氧化碳等)、液态物质(熔岩流、熔岩被、熔岩锥)和固态物质(火山弹、火山砾和火山灰)。,三、变质作用已形成的岩石，由于高温、高压或外来物质的参与，使原来岩石的结构、构造、矿物成分或化学成分发生改变，这种促使原生岩石发生改变的作用，称为变质作用。由变质作用形成的新的岩石，称为变质岩。(一)变质作用的因素1.温度温度是岩石发生变质作用的主要因素。热能来自地热、岩浆热及构造运动产生的摩擦热。作用：非晶体产生结晶，小晶粒变成大晶粒。矿物成分发生变化，产生新矿物。2.压力静压力：可形成密度增大、体积缩小的新矿物。动压力：可是柱状、板状、片状矿物发生定向排列。3.外来物质的参与促使岩石化学成分和矿物成分改变，形成新的矿物。,(二)变质作用的类型1.区域变质是指广大地区内的岩石，在地下受到长期喝剧烈的地壳运动和岩浆活动的影响而发生的变质作用。如鹤岗煤系地层下部的前古生界古老的片麻岩。2.接触变质作用是指岩浆侵入围岩时，由于岩浆高温产生的热量及所含溶液或气体的影响，使接触带附近的围岩在成分、结构、构造上发生的一种变质作用。1)接触热变质：没有物质交换，只发生重结晶作用。如石灰岩变为大理岩。2)接触交代变质：岩浆与围岩间有物质成分的交换，形成新矿物。3.动力变质当岩层发生构造变动时，受定向压力的作用而产生的变质作用。变质带分布较窄，常常发生在断裂带附近。如糜棱岩。,四、地震作用由地壳运动、火山喷发等引起的地壳快速颤动，称为地震。将孕震、发震和余震的全部作用过程，称为地震作用。(一)基本概念1.震源；2.震中；3.震源深度；4.地震波；5.震级；6.烈度(二)地震的类型1.按成因分1)构造地震：由地壳运动引起2)火山地震：由火山活动引起3)陷落地震：由于地下岩石陷落引起2.按震源深度分1)浅源地震：小于70km2)中源地震：70km至300km3)深源地震：大于300km,(三）地震区的地理分布1.世界地震带环太平洋地震带；阿尔卑斯-印尼地震带2.我国主要地震带东南沿海及台湾地震带；郯城-庐江地震带；南北向地震带；华北地震带；西藏-滇西地震带。,第二节外力地质作用,外力地质作用的概念是指在地壳表面，主要由太阳辐射的热能引起大自然物理和化学变化的各种地质作用。外力地质作用包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用。一、风化作用：在地表环境中，由于温度的变化、大气和水溶液的各种化学反应及生物活动等因素的影响下，使矿物、岩石在原地遭受破坏的过程，称为风化。引起岩石风化的地质作用，称为风化作用。风化作用与剥蚀作用的区别：风化作用是一种原地的破坏作用，其产物不发生显著位移。根据作用方式的不同，风化作用又分为两种：物理风化作用和化学风化作用。,物理风化作用:是母岩的一种机械破坏作用，它没有明显的化学成分的变化。其影响因素主要是温度变化、水的作用和生物的机械破坏作用。化学风化作用:是矿物、岩石在氧、二氧化碳、水及酸类的联合作用下，发生化学分解而破坏的作用。包括氧化作用、溶解作用、酸化作用和生物化学风化作用。,二、剥蚀作用由风、雨、流水及冰川等各种外营力，它们对地表岩石风化后的产物从原地剥离开来的作用。剥蚀作用一方面将风化产物剥离开母体，使新鲜的岩石裸露地表继续遭受风化；另一方面它对岩石也进行着破坏作用。,(一)机械剥蚀作用1.地面流水的侵蚀作用1)坡流的洗刷作用：2)洪流的冲刷作用：3)河流的侵蚀作用：河流的机械侵蚀作用有两种方式：磨蚀和冲蚀。2.地下水的潜蚀作用：(二)化学溶蚀作用,三、搬运作用风化剥蚀的产物被风、流水、海洋、湖泊和冰川等动力，将它们从风化剥蚀的地区搬运到沉积区的作用，称为搬运作用。搬运作用的自然营力主要有风、流水、冰川等三种。根据搬运方式的不同，搬运作用分为：机械搬运作用和化学搬运作用。(一)机械搬运作用风化剥蚀产物在机械搬运过程中，主要有磨圆作用和分选作用两种。1)磨圆作用：2)分选作用：(二)化学搬运作用易溶物质，以真溶液或胶体溶液的方式带到河流或湖泊中。又称溶运。,(一)大陆沉积：1.山麓沉积：2.河床沉积：3.河漫滩沉积：4.湖泊沉积：5.沼泽沉积：,(二)海陆过渡沉积：1.三角洲沉积：2.泻湖沉积：,(三)海洋沉积：1.滨海沉积：2.浅海沉积：3.深海沉积：,四、沉积作用被搬运的碎屑物质和溶解物质，在自然营力减弱或消失及其它因素的影响下，使它们在新的环境里沉积下来，形成沉积物，这种作用称为沉积作用。主要的沉积场所是海洋和陆地上的河流、湖泊、沼泽及盆地等。根据沉积环境的不同，可将沉积物分为大陆沉积、海陆过度沉积和海洋沉积等三种类型。,五、固结成岩作用沉积物在压力增大、温度升高或溶液的影响下，发生压缩、胶结、交代及再结晶等作用，形成坚硬的沉积岩。这种促使松散的沉积物固结成为岩石的作用，称为固结成岩作用。固结成岩作用包括压紧作用、胶结作用、重结晶作用。,(一)压紧作用：在上覆沉积物压力的作用下，沉积物中水分逐渐被排出，孔隙度变小，密度增大，体积缩小，颗粒之间吸附力增强，从而使沉积物固结变硬成岩，称为压紧作用。如泥质岩的形成。(二)胶结作用：碎屑沉积物颗粒之间的空隙，被更细的物质充填，在外界条件的影响下，它们互相粘结，形成致密坚硬岩石的过程，称为胶结作用。如砂、砾岩的形成。胶结物为泥质、铁质、钙质、硅质等。(三)重结晶作用：沉积物在成岩过程中，矿物组分通过溶解或固体扩散等方式，使物质质点发生重新排列组合的现象，称为重结晶作用。如很多化学岩的形成。,风化作用,剥蚀作用,固结成岩作用,搬运作用,沉积作用,外力地质作用,第三章矿物与岩石第一节矿物,矿物：是在地质作用下，由一种元素或由两种以上元素组合在一起，具有一定的外部形态、物理性质和比较固定的化学成分的自然物质。矿物是组成地壳岩石的物质基础。一、矿物的肉眼鉴定方法：对矿物肉眼鉴定的主要依据是矿物的形态、物理性质和化学性质等。,其他光泽：油脂光泽、树脂光泽、蜡状光泽、土状光泽、丝绢光泽、珍珠光泽。,(一)矿物的形态：矿物的形态是指矿物的单体及集合体形态。1.矿物单体的形态：1)结晶习性：一向延伸：柱状、针状等。二向延伸：板状、片状、鳞片状等。三向等长：粒状、各种多面体等。2)镜面特征：晶面条纹。2.矿物集合体的形态：如针状集合体、片状集合体、粒状集合体等。(二)矿物的物理性质：1.颜色：自色、他色、假色等。2.条痕：矿物粉末的颜色。深色矿物有鉴定意义。3.透明度：透明、半透明、不透明。4.光泽：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。,5.解理与断口：矿物晶体在外力作用下沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。反之，破裂成凹凸不平的面，称为断口。解理的方向：一向解理；二向解理；三向解理；四向解理。解理级别：极完全解理；完全解理；中等解理；不完全解理；极不完全解理(断口)。6.硬度：是指矿物抵抗外力刻划或研磨的能力。莫氏硬度计：10种标准矿物。7.比重：轻矿物、中等比重矿物、重矿物。8.其它性质：磁性、弹性、导电性、压电性。(三)矿物的化学性质：与其它物质反应的性质。如方解石和稀盐酸反应生成二氧化碳气体，冒泡，兹兹响声,摩氏硬度计：,二、常见造岩矿物：自然界中的矿物种类繁多，但组成煤系地层内常见岩石中的矿物仅有20余种，这些矿物被称为造岩矿物。除摩氏硬度计中的以外，还有以下几种：,第二节岩石,一种或一种以上矿物的集合体，称为岩石。根据岩石的成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三大类。煤矿中，常见的岩石主要为沉积岩。一、岩浆岩：岩浆岩是由熔融状态的岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表逐渐冷凝而形成的岩石。根据岩浆冷凝的位置不同，将岩浆岩分为侵入岩和喷出岩两类。侵入岩又可分为深成岩和浅成岩。根据岩浆岩中SiO2含量的多少，又将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩。,(一)岩浆岩的一般特征1.岩浆岩的矿物成分和颜色：2.岩浆岩的结构和构造：1)结构：是指岩石中主要矿物的结晶程度、颗粒大小、形状，以及这些矿物彼此之间的相互关系所反映出来的特征。常见的结构有：等粒结构、斑状结构、致密结构、玻璃质结构。2)岩浆岩的构造是指岩浆岩中矿物的排列方式或充填方式所反映出来的岩石外表形态。常见的构造有：块状构造、流纹构造、气孔和杏仁状构造等。(二)常见的岩浆岩：1.超基性岩类：橄榄岩2.基性岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩3.中性岩类：闪长岩、闪长斑岩、安山岩4.酸性岩类：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩,二、沉积岩沉积岩是由早期生成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经过风化、剥蚀及搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成新的岩石。沉积岩在地壳中分布最广。煤系地层中绝大多数的岩石都是沉积岩。煤矿的井巷工程大多都是布置在沉积岩中的。煤是一种特殊的沉积岩。(一)沉积岩的一般特征：1.沉积岩的构造：沉积岩的构造是指其各个组成部分的空间分布，以及它们之间的相互排列关系。沉积岩的典型构造标志是层理构造和层面构造。层理是指岩石的成分、颜色、结构沿垂直方向变化而表现出来的层状构造。层理的基本类型：水平层理、波状层理、斜层理和交错层理、递变层理。层面构造有波痕、雨痕、泥裂、印足和虫迹等。,2.沉积岩的结构：沉积岩的结构是指组成岩石的矿物颗粒大小、形状及颗粒间相互组合关系。根据沉积岩的成因，结构可分为以下四种：碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物化学结构。其中，对于鹤岗来说，碎屑结构和泥质结构是最为常见的两种结构。3.沉积岩的颜色：黑、灰黑、灰等暗淡颜色在煤矿中是主色调。4.沉积岩的化石：底板岩石中的植物化石最为丰富。5.沉积岩的结核：6.沉积岩的包裹体：7.沉积岩的分选性和磨圆度：(二)常见的沉积岩按成因和物质成分的不同，沉积岩可分为三大类：碎屑岩类、粘土岩类和化学岩及生物化学岩类。鹤岗煤系地层中主要是前两类。,1.碎屑岩类：是指自一定环境条件下，沉积的碎屑物经压紧、胶结而形成的岩石。其主要成分是碎屑物质，其次是杂质和胶结物所组成。分为：砾岩：砾岩和角砾岩。砂岩：按粒径分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩。按成分分为石英砂岩、长石砂岩。粉砂岩：火山碎屑岩：火山角砾岩、集块岩、凝灰岩。2.粘土岩类：是由50%以上小于0.01mm的粘土矿物所组成的沉积岩。按有无页理分为：泥岩和页岩。页岩又有多种，如钙质页岩、炭质页岩、黑色页岩、油页岩等。3.化学岩及生物化学岩类：从胶体溶液或真溶液中，以化学方式沉淀出来的物质形成的岩石。有生物参与时，称为生物化学岩。,第四章地史的基本知识第一节地质年代单位及年代地层单位的概念,地质学把地壳的历史划分为宙、代、纪、世、期、时等六个地质年代单位。其中，宙是地质年代中最大单位。地层一般是指某一时代形成的一套成层岩石，就称那个时代的地层。所以，地层和岩层是有区别的。将地层划分为不同级别的分层单位称为地层单位。以形成地层时间为主要划分依据的地层单位，称为年代地层单位。年代地层单位与地质年代单位相对应，从大到小依次为宇、界、系、统、阶、时间带等六个级别。,第二节地质年代表,根据地球上生物演变及大的地壳运动等阶段性特点，把整个地壳历史分成冥古代、太古代、元古代、古生代、新生代，每个代又分为一至几个纪。一般每个纪又分为三个世，但震旦纪、二叠纪、白垩纪、第四纪各分为二个世，第三纪分为五个世，其名称前面冠以“早”、“中”、“晚”。每个世(统)又分为早(下)、中(中)、晚(上)。,第三节研究地史的基本方法,一、古生物学方法：古生物是指生存在各个地质历史时期的生物，随着地壳历史的发展，地壳上生物从无到有，从低级到高级地发展起来。化石：生物生存和死亡后，它们的遗体和遗迹被保存在当时的沉积物中，形成了化石。生物的不可逆性、从简单到复杂从低级到高级的进化过程、发展的阶段性和不连续性使得利用化石可以划分和对比地层。标准化石：在地史上生存的时间短、演化快，在地理上分布广、数量多，易于鉴别的生物所形成的化石。二、地层学方法：地层层序律：正常的沉积岩层，先沉积的地层在下，后形成的地层在上，这种排列规律称为地层层序律。,三、构造学方法：利用地层之间的接触关系和侵入体的穿插关系来研究地壳运动的发展、地质构造的形成历史和划分对比地层的一种方法。地层的三种接触关系：整合、平行不整合、不整合。四、岩石学方法：岩石学方法是以岩石的颜色、成分、结构、构造等特征为基础进行划分和对比地层的方法。五、同位素年龄法：,第五章地质构造,地质构造变动：由地壳运动而造成的岩层或岩体的原始产状和原始形态的改变，称为地质构造变动。地质构造：发生构造变动过的岩层或岩体，形成了各式各样的构造形态，称为地质构造。根据成因，地质构造变动可分为以下两大类：1.构造变动：由于地壳运动而使岩层发生的变动。如单斜构造、褶皱构造、断裂构造等。2.非构造变动：由于重力作用、地下水作用、风化作用、冰川作用等，使岩层或岩体发生的局部变动。,第一节单斜构造,在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜，这种构造形态称为单斜构造。,一、岩层的产状要素：岩层在地壳中的空间位置和产出状态，称为岩层的产状。岩层的产状通常用岩层的走向、倾向和倾角来表示。1.走向：倾斜岩层的层面与水平面的交线，称为走向线。走向线两端的延伸方向，称为岩层的走向。2.倾向：岩层层面上垂直于走向线，并沿层面倾斜向下引出的直线叫真倾斜线。真倾斜线在水平面上的投影线所指岩层向下倾斜的方向，即为岩层的倾向。3.倾角：真倾斜线与其在水平面上投影线的夹角称为岩层的倾角。真倾向与伪倾向；真倾角与伪倾角。,二、地质罗盘的构造及使用：(一)地质罗盘的构造：(二)测量产状要素的方法：1.直接测量法：2.间接测量法：,第二节褶皱构造,当岩层在水平方向挤压力的长期作用下，发生塑性变形而形成波状弯曲，这种构造形态称为褶皱构造。一、褶曲的基本形态：1.背斜：岩层向上弯曲的褶曲，核心部位是老岩层，两侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现，两翼岩层倾向相背。,2.向斜：岩层向下弯曲，核心部位是新岩层，两侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现，两翼岩层倾斜相向。二、褶曲要素：1.核部；2.翼部；3.翼角；4.顶和槽；5.轴面；6.轴；7.枢纽。,三、褶曲的分类(一)褶曲在横剖面上的形态分类：1.直立褶曲；2.倾斜褶曲；3.倒转褶曲；4.挠曲；(二)褶曲在纵剖面上的分类：1.水平褶曲：2.倾伏褶曲：(三)褶曲在平面上的分类：1.线形褶曲：2.短轴褶曲：3.穹窿和构造盆地：,四、褶曲构造与煤矿生产的关系：1.大型褶曲：影响井田划分和矿井开拓系统的布置；褶曲轴部对煤矿安全生产有一定的影响。2.中型褶曲：选择采区中心、采区上下山的依据；褶曲轴可作为采区边界线。3.小型褶曲：可使煤层产状经常发生变化；可使煤层厚度产生变化；可使工作面长度经常变化。,第三节断裂构造,岩层受力后产生变形，当作用力达到或超过岩层的强度极限时，岩层的连续完整性遭到破坏，则在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂，沿断裂两侧岩块未发生生显著相对位移的称裂隙(或节理)；反之为断层。两者统称为断裂构造。一、裂隙：(一)裂隙的成因分类：1.原生裂隙：沉积岩在形成过程中，沉积物脱水和压缩后所生成的裂隙。如泥裂。2.次生裂隙：是指岩层形成以后生成的裂隙。按力的来源又分为：非构造裂隙：由外力地质作用或人为因素形成的。如风化、滑坡、爆破造成的裂隙等。,构造裂隙：是由构造运动是岩石遭受地应力作用而形成的裂隙。如与褶曲、断层有关的裂隙。构造裂隙由分为两种：张裂隙和剪裂隙。(二)裂隙与煤矿生产的关系：1.裂隙与钻眼、爆破的关系：2.利用裂隙提高回采率、回采效率：3.裂隙与采煤工作面的支护和顶板管理的关系：4.裂隙与掘进、回采工作面布置的关系：5.裂隙与矿井水的关系：,裂隙类型：,二、断层：(一)断层要素：1.断层面：2.断层线：3.断盘：4.断煤交线：,(二)断距断层两盘同一岩层面相对位移的距离，称为断距。断距可反映断层规模大小。1.在垂直于地层走向方向上量得的断距：地层断距、铅直地层断距、水平地层断距：2.在垂直于断层走向方向上量得的断距：落差、平错：,(三)断层的分类：1.根据断层两盘相对位移的方向分类：1)正断层：上盘相对下降，下盘相对上升2)逆断层：冲断层、逆掩断层、碾掩断层：3)平移断层：2.根据断层走向与岩层走向关系分类：走向断层、倾向断层、斜交断层：3.断层的组合形式：地堑和地垒、叠瓦状构造、阶梯状构造：,(四)断层存在的标志：1.岩(煤)层不连续：2.岩(煤)层的缺失与重复：3.地貌上的特征：4.断层面(断层破碎带)的构造特征：断层擦痕：牵引现象：断层角砾岩和断层泥：,(五)寻找断失翼煤层的方法：1.小断层类比法：根据小断层特征和岩层错动规律，推断主要断层的性质。2.经验类推法：根据生产过程中所见到的断层规律，如断层的走向、常见的断层性质等，推断断层性质。3.对比分析法：将新揭露的断层，与邻近的已经查明的断层进行对比，分析判断是否为同一断层。4.岩层层位对比法：最为常用的方法。根据标志层进行对比。5.断层标志法：伴生小断层、裂隙、牵引褶曲、断层泥、煤线等进行分析对比。6.生产勘探法：钻探和巷探。,(六)断层与煤矿生产的关系断层分类：大型断层：落差大于50m中型断层：落差在20至50m之间的小型断层：落差小于20m1.大型断层的影响：作为井田划分的主要依据；影响井田开拓方式的选择；2.中型断层：利用倾向断层划分采区边界；利用走向断层划分水平边界；3.小型断层：利用走向断层划分工作面；利用斜交断层划分工作面；4.断层对煤矿生产中其他方面的影响：断层对安全生产的影响；断层造成煤炭损失；断层影响掘进工作。,第四节岩浆侵入体,一、岩浆侵入体的一般特征：两种产状：1.岩墙：是切穿煤层及其顶底板岩层的墙状侵入体。特点：2.岩床：是沿煤层层面方向侵入的层状侵入体。它可以顺煤层的顶板或底板侵入，也可沿煤层中间侵入或吞蚀整个煤层。特点：,二、岩浆侵入活动对煤层的破坏作用岩浆侵入煤层，对其破坏程度各有不同，有的把煤层全部吞蚀，有的使煤层变成天然焦或变质程度增高。岩浆侵入活动对煤层的破坏程度，主要与侵入体的成分、大小、产状、侵入位置及侵入体距煤层的远近等有密切关系。三、侵入体在煤系中的分布规律：岩浆一般是沿断层破碎带进行侵入的。岩浆侵入体的分布常受早期断裂构造的控制，侵入体的分布与断层的关系尤为显著，一般侵入体的产状与某些断层的产状基本相同。岩浆的侵入还受围岩化学性质的控制。在煤系地层中，岩浆岩在煤层中的分布要占多数。,四、岩浆侵入体对煤矿生产的影响及处理方法(一)岩浆侵入体对煤矿生产的影响使矿井的煤炭储量减少，影响矿井的服务年限。是煤质变坏，煤的灰分增高，粘结性遭到破坏。连续完整的可采单一煤层，在后期岩浆侵入的影响下，将煤层破坏成若干块段，给开采带来困难。(二)采掘工作中对岩浆侵入体的处理方法采煤工作面另开切眼。采煤工作面分段回采。对于岩床的处理，要先用巷道或钻探等手段圈定其范围，然后再决定采掘方案。,第六章煤、煤层、煤系和煤田第一节煤,一、煤的形成(一)成煤的原始物质通过在镜下观察和在煤层及其顶底板岩石里发现植物化石，证明煤是由植物转变而来的。成煤植物，可分为高等植物和低等植物两类。高等植物形成腐殖煤，低等植物形成腐泥煤。,(二)煤的形成条件1.植物条件：必须有大量的植物来源为基础。形成1米厚的煤层，大约需要20到30米厚的植物。在地史上，我国有三大成煤时期，即石炭二叠纪聚煤期、三叠侏罗纪聚煤期和第三纪聚煤期。2.气候条件：气候条件影响植物的生长，还影响沼泽的形成。3.自然地理条件：沼泽和泥炭沼泽环境。4.地壳运动条件：缓慢下沉的地壳运动条件有利于煤的形成。,(三)煤的形成过程根据成煤作用的时间、影响因素及结果的不同，成煤作用分为两个阶段，即泥炭化阶段和煤化阶段。1.泥炭化及腐泥化阶段：1)泥炭化阶段：高等植物经过生物化学作用，转变为泥炭的过程。泥炭的特征：2)腐泥化阶段：低等植物经过生物化学作用，转变为腐泥的过程。腐泥的特征：2.煤化阶段：1)成岩作用：泥炭变为褐煤，腐泥变为腐泥煤。2)变质作用：褐煤变为烟煤、无烟煤乃至石墨的过程。,沼泽,沼泽,泥炭,二、煤的变质作用:煤的变质作用是指在高温、高压作用下，促使煤的物理性质、化学成分和工艺性质发生显著变化的过程。(一)煤的变质因素1.温度：是煤变质的主要因素。2.时间：是促进煤变质的主要因素。在地温条件相同时，煤的变质程度取决于受热时间的长短。3.压力：是煤变质的次要因素。(二)变质作用类型1.深成变质作用：影响面积广垂直分带水平方向上呈带状分布。2.接触变质作用：岩浆侵入体影响引起煤质变化常呈环状分布。3.动力变质作用：分布于断裂带和构造带附近，影响较小。,三、煤的化学成分和工艺性质(一)煤的元素组成：1.碳：煤中有机质的主要组成部分。随变质程度增高而增加。2.氢：煤中有机质的重要元素。随变质程度增高而减少。3.氧：随变质程度增高而降低。4.氮：含量少，随变质程度增高而略有降低。5.硫：煤中的有害元素。6.磷：煤中的有害元素。7.其它元素：含有锗、锂、铍、镓、钒、铀等稀有元素。(二)煤的工业指标：1.水分(M)：2.灰分(A)：3.挥发分(V)：4.固定碳(FC)：,(三)煤的工艺性质：1.发热量(Q)：一般中变质程度煤的发热量最大。2.胶质层厚度(Y)：表征煤的粘结性好坏的指标。还有粘结指数(GR.I.)奥阿膨胀度(b)透光率(PM)等。四、煤的物理性质1.颜色：与成煤原始物质及变质程度有关。中变质程度煤颜色最黑，腐泥煤颜色较浅。2.条痕：煤的粉末颜色。褐煤棕色，烟煤深棕至黑色，无烟煤灰黑色。3.光泽：煤表面反光能力，与成煤原始物质、煤岩成分、变质程度及煤中灰分含量有关。变质程度增高光泽变强。4.硬度：抵抗外来机械作用的能力。变质程度高硬度大。5.脆度：煤受压力是破碎的性质。中等变质程度煤的脆度大。6.比重：大小决定于煤岩成分、变质程度，以及煤中所含灰分与水分的含量。,7.裂隙：内生力恶心和次生裂隙。裂隙对采掘工作有很大的影响。8.导电性：褐煤和无烟煤的导电性好，中变质程度的煤导电性差。五、煤岩成分和煤岩类型：(一)宏观煤岩成分1.丝炭：暗黑色，性脆易碎，容易染手。灰分低，含碳量高，没有粘结性。2.镜煤：黑色，玻璃光泽，内生裂隙发育，质纯，性脆易碎。3.亮煤：黑色，灰分含量较低。4.暗煤：色浅，暗淡，灰分含量高，比重和密度较大。(二)宏观煤岩类型：1.光亮型煤：2.半亮型煤：3.半暗型煤：4.暗淡型煤：,六、煤的工业分类及综合利用(一)煤的工业分类：1.煤炭分类的依据指标：干燥无灰基挥发分Vdaf，用于反映煤化程度；粘结指数GR.I.,胶质层最大厚度Ymm,用于反映煤的粘结性和结焦性；此外，奥阿膨胀度b、透光率PM共分为14大类，29个小类用汉语拼音字头表示煤种，用两位数字表示煤的挥发分含量和粘结性。(二)煤的综合利用：煤的气化、高低温干馏、加氢液化是煤炭的主要利用途径，可从中取得许多重要的化工、医药、化肥等原料。,第二节煤层,煤层是指顶、底板之间所夹的一套煤及其矸石层。一、煤层的形成：地壳沉降速度与泥炭堆积速度之间的关系，影响煤层的层数、厚度大小以及是否有煤层形成。二、煤层的顶、底板：位于煤层上覆、下伏的岩层称为煤层的顶、底板。煤层顶底板岩石的性质、强度及含水性质，对采掘工作有直接影响，是确定巷道支护方式，选择采空区处理方法的重要依据。1.顶板：伪顶：直接顶：老顶(基本顶)：2.底板：直接底：老底：,三、煤层结构：是指煤层中是否含有岩石夹层。简单结构煤层：不含或不含稳定夹矸层。复杂结构煤层：四、煤层的形态：煤层形态是指煤层赋存的空间几何形态。按煤层的连续程度，以及可采面积与不可采面积之比，煤层形态分为层状煤层、不规则状煤层等三类。层状煤层：连续稳定，厚度变化小，有规律。似层状煤层：藕节状、串珠状、瓜藤状。不规则煤层：层位不稳定，连续性差，尖灭现象普遍，厚度变化大，局部可采，无规律。鸡窝状、扁豆状、透镜状。,五、煤层厚度及其变化：煤层厚度是指煤层顶底板岩层之间的垂直距离，又称为煤层的真厚度。(一)煤层厚度的分类：1.总厚度：是指顶底板之间各煤分层和夹矸层厚度的总和。2.有益厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和。3.可采厚度：是指达到国家规定的最低可采厚度以上的煤层或煤分层厚度之和。最低可采厚度是指在现代技术与经济条件下，可采煤层的最小厚度。煤层按厚度分类：薄煤层：1.30m中厚煤层：1.303.5m厚煤层：3.5m,(二)煤层厚度变化的原因1.煤层厚度的原生变化：是指煤层顶板形成之前，由于各种地质因素的影响而引起煤层形态和厚度的变化，称为原生变化，又叫同生变化。1)地壳不均衡沉降：特点：煤层顶底板均不平坦，岩性、岩相变化较大；向地壳沉降幅度增大的方向上煤系厚度增大，煤层数增多，分叉尖灭现象明显，有益厚度减小，灰分增高。2)泥炭沼泽基底不平：特点：煤层底板起伏不平，顶板面较平坦；煤层变薄的方向是基底隆起的方向；煤层和夹石层的层理与顶板平行；煤层在短距离内变化很大。,3)同生冲蚀：特点：冲蚀沉积物一般为砂岩、粉砂岩，与煤层有共同顶板；冲蚀作用规模较小，成弯曲的条带状分布；煤的灰分增高、光泽暗淡、煤质较差。2.煤层厚度的后生变化：煤层顶板形成以后，由于后期地质作用的影响而引起煤层形态和厚度的变化，称为后生变化。包括：,1)后生冲蚀：特点：影响范围较广，平面上呈宽的条带，延伸距离较长；煤层顶板岩层也遭到破坏；冲蚀带中以砂岩、砾岩等粗粒碎屑岩为主，底部混有煤屑、砾石等；冲蚀带附近煤层光泽暗淡，灰分增高，煤质较差；2)构造变动引起煤厚变化：特点：煤层有时穿插到顶底板岩石的裂隙中去；煤厚变化处，煤层原始结构被破坏，煤变成鳞片状和碎粒状；在煤层增厚或变薄带中，其夹石层常与煤炭物质混杂在一起，使煤的灰分增高；褶皱引起煤层厚度增厚和变薄在平面上有一定的方向性；3)岩浆侵入煤层对煤层厚度的影响：,第三节煤系,一、煤系的概念：煤系又称含煤建造，是指在一定地质时期内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。特点：有煤层或泥炭沼泽相及其它共生的陆相沉积层存在；含有大量植物化石。在煤系中，经常伴生有其它的沉积矿产，如油页岩、耐火粘土、铝土矿、菱铁矿、黄铁矿等。二、煤系的形成与特点：(一)近海型煤系：(二)远海型煤系：是在地壳总的下降并伴随震荡运动过程中，在内陆盆地、山间盆地、山前盆地内形成的煤系。特点：由陆相沉积物组成，其成分复杂，颗粒较粗，分选磨圆性差；岩层中含植物化石及淡水动物化石；煤系分布面积小，岩性、岩相变化大，煤层不易对比；,煤层厚度大，层数多，厚度变化大，分叉、尖灭现象比较普遍；结构复杂，含硫份较低；常见火山岩及火山碎屑岩。三、煤系旋回结构的形成及其划分旋回结构是指煤系在垂直剖面上一套有成因联系的岩性或岩相的有规律组合和交替的现象。(一)旋回结构的形成：旋回结构的形成因素很多，地壳运动、气候变化、冰川活动、搬运和沉积、以及河流迁移等，都可以形成旋回结构。其中，地壳运动直接或间接地起了重要的控制作用。旋回结构是地壳升降运动造成的结果。(二)旋回结构的划分：近海型煤系以海退相开始作为起点，煤层位于旋回的中部。远海型煤系往往以侵蚀面或以河床相开始作为旋回的起点，到另一个剥蚀面作为一个旋回。,第四节煤田,一、煤田的概念：煤田是在同一地质历史发展过程中，所形成的具有连续发育的含煤岩系分布的广大地区。煤田再划分为井田。二、中国煤田概述：根据成煤的时代、煤系特点及煤田分布，将我国煤田划分为六个大区：华北石炭二叠纪聚煤区；华南二叠纪聚煤区；西北侏罗纪聚煤区；东北侏罗纪和第三纪聚煤区；西藏滇西中生代及第三纪聚煤区；台湾第三纪聚煤区。,第五节煤的风化带及氧化带的确定,一般习惯把接近地表浅处煤的物理性质和化学性质都发生变化的地带，称为风化带。把较深处煤的物理性质变化不大而化学工艺性质变化了的地带，称为次风化带。风化带和次风化带合称氧化带。对于动力用煤，需扣除风化带煤量；对于炼焦用煤，需要去掉氧化带储量；风化带和氧化带的深度，一般采用钻探或巷探的方法获得煤样，通过化验取得必要的指标。,第七章矿井水文地质及工程地质基础知识,水文地质研究地下水的起源、分布、埋藏和运动规律，地下水与岩石的相互关系，地下水的物理性质和化学成分等。工程地质是研究各种建筑物对相适应的地质条件的选择。,第一节矿井水文地质,地下水的危害：煤矿在开拓和开采过程中，一部分大气降水和地表水进入井下，成为阻碍采掘工作的不利因素。引起巷道积水，增加井下运输的困难；破坏巷道顶底板岩石的稳定性，使支护工作复杂化；酸性地下水腐蚀井下机械设备，缩短采矿机械的寿命；增加排水投资；突然涌入巷道时，则有淹没巷道和矿井的危险。,一、地下水的一般概念(一)自然界中的水循环：大循环(外循环)：海洋和陆地之间的循环；小循环(内循环)：海洋之间的循环，陆地之间的循环(二)岩石的透水性及给水度1.岩石的透水性岩石本身的透水能力，称为透水性。岩石的透水性主要取决于岩石的孔隙、裂隙和溶洞的大小及连通程度，与孔隙度的关系不大。孔隙度是指岩石的孔隙体积与包括孔隙在内的岩石体积的比值。岩石的透水性用渗透系数K来表示。按照K值大小，将岩石分为以下三类：透水岩石：K10m/d半透水岩石：10.01m/d不透水岩石：K0.01m/d含水层和隔水层：,2.给水度():在自由状态下，因重力作用，水从岩石中流出的能力。(三)水在岩石中存在的形式：气态水结合水毛细水重力水固态水(四)地下水的物理性质和化学成分1.地下水的物理性质：温度、颜色、透明度、味、嗅：2.地下水的化学成分：由于地下水与岩石发生作用，溶解有各种矿物盐类，并含有气体及微小的有机质等，因而使水具有不同的化学成分。离子状态：阴离子Cl-、SO42+、HCO3-等三种；阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+等四种；化合物状态：Fe2O3、Al2O3等；气体状态：N2、O2、CO2、CH4、H2S等。,反映地下水化学性质的常用指标：1)矿化度：2)水的硬度：总硬度、暂时硬度、永久硬度3)侵蚀性CO2：4)酸碱度(pH)：(五)地下水渗流运动的形态：层流运动、紊流运动。水力坡度I二、地下水的分类(一)按地下水的埋藏条件分类：1.包气带水：暂时性水，上层滞水。位于局部隔水层之上。2.潜水：埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层之上，具有自由水面的重力水。,基本术语：潜水面、埋藏深度、含水层厚度、潜水位、水力坡度、等水位线、等水位线图：3.层间水：埋藏在两个稳定隔水层之间的地下水。无压层间水：承压层间水：又称自流水。补给区、承压区、排泄区：等水压线、等水压线图：潜水和地表水、层间水之间的补给关系。(二)按含水层的性质分类：1.孔隙水：2.裂隙水：3.岩溶水：三、矿井水的来源及充水程度：(一)矿井水的概念：在矿井建设和生产过程中，流入井筒、巷道和工作面的地表水、地下水、老窑积水和大气降水，称为矿井水。,(二)矿井水的来源：1.矿井充水的自然因素：矿井充水的自然因素包括：大气降水地形地表水基岩出露程度覆盖层的作用地质构造埋没的古代地形2.矿井充水的人为因素：旧的淹没巷道未封闭的钻孔不正确的采矿工作(三)表示矿井充水程度的方法：1.含水系数法：2.矿井涌水量法：,(三)生产矿井涌水量的测定与计算：1.浮标法：在排水沟中选择平直的地段，放入浮标，并记录浮标移动一定距离所需要的时间，量出水沟的过水断面，然后用下式计算Q=0.8FVV=L/t2.容积法：将巷道顶板或涌水钻孔的水流直接引