矿井地质(有关断层处理部分)

1、 一、煤层厚度变化煤层厚度变化 二、二、 矿井地质构造矿井地质构造 三、岩浆侵入煤层三、岩浆侵入煤层 四、岩溶陷落柱四、岩溶陷落柱 五、其它地质因素其它地质因素 第一节第一节 煤层厚度变化煤层厚度变化 煤层厚度变化是影响煤矿生产的主要地 质因素之一。 煤层厚度变化包括煤层发生分叉、变薄、 尖灭等厚度变化，直接影响煤矿正常生 产。 煤层厚度变化的原因及变化特煤层厚度变化的原因及变化特 征征 煤层厚度变化是多种多样的，但就其成因来说， 可分为原生变化和后生变化两大类。 原生变化是指泥岩层堆积过程中，在形成煤层 顶板岩层的沉积物覆盖以前，由于地壳活动， 沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的 煤层

2、形态和厚度变化。 煤层厚度的后生变化是指煤层被沉积物覆盖以 后，或煤系形成以后，由于河流剥蚀、构造变 动、岩浆侵入、岩溶陷落等各种地质因素的影 响而引起煤层形态和厚度变化。 煤层厚度变化对煤矿生产煤层厚度变化对煤矿生产 的影响的影响 1影响采掘部署 2影响采煤工艺 3影响计划生产 4掘进率增高 5回采率降低 煤层厚度变化的处理煤层厚度变化的处理 1掘进中的处理办法 （1）在煤巷掘进中遇到煤层分叉、尖灭 现象，要根据具体情况确定掘进方案， 如已知上分层稳定可采，而下分层常变 薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进。 如果是下分层稳定可采，上分层不稳定， 则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤 层全部可采，

3、应先采上分层，再采下分 层。 （2）在采区上山掘进中，如遇煤层变薄 带，应按变薄带的范围大小来决定巷道 是直接穿过，还是停止掘进，或从其它 地方另开巷道。若变薄带范围不大，并 且确知工作面有煤可采时，掘进巷道采 取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。 （3）主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖 灭时，巷道可按原计划施工，穿过变薄 尖灭带。 2回采工作中的处理方法 回采工作面遇到变薄带或无煤区时，可 采用直接推过或绕过的办法。若变薄带 或不可采区范围较小，则可采用直接推 过的办法；若变薄带范围较大，可考虑 采用绕过的办法；大面积的不可采区， 应布置探巷，探清不可采范围，将工作 面分为几块回采，先采、两块，然

4、 后合成一个工作面进行回采。 第二节第二节 矿井地质构造矿井地质构造 地质构造是影响煤矿建设和生产的各种地质因 素中最重要的因素之一。地质构造包括褶皱、褶皱、 节理和断层节理和断层。 矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程 度，可分为大、中、小三种类型。大型构造是 指决定井田边界的大型褶曲与断层，这类构造 在勘探阶段已基本查明。中型构造是指分布在 井田范围内，影响水平、采区划分和巷道布置 的次一级构造，它们对煤矿生产影响极大，是 矿井地质工作的重点。小型构造是指那些在巷 道或工作面中比较容易查明全貌的更次一级的 褶曲与断层。 褶曲构造对煤矿生产的影响 1大型褶曲 大型褶曲在勘查段已经查明，它

5、的规模、方向和位置 影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署， 是矿井设计考虑的主要问题。 2中型褶曲 中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大，但对采区 的布置关系密切，影响到采区的大小和采区巷道的布 置。 3小型褶曲 小型褶曲是在回采工作面准备过程中，在巷道中揭露 的幅度仅几米到几十米，长度为几米到几十米的褶曲。 它影响煤层平巷的掘进方向，从而影响工作面长度， 给机械化回采、顶板管理带来一定困难。小型褶曲还 往往引起煤层厚度发生变化，使生产条件复杂化。小 型褶曲特别发育时，甚至会使煤层变为不可采。 褶曲的处理 1大型褶曲 （1）褶曲轴线作为井田边界。有些大型向斜，由于轴 部埋藏较深，开采

6、困难，多作为井田边界，其两翼分 别由两个或几个井田开采。有些大型宽缓背斜，两翼 煤层距离较远，井下难以形成统一的生产系统，可以 褶曲轴为界，两翼分别有两个井田开采。 （2）大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。不是 所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界，在有的井田 内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构 造，开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴附近，两 翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井，常把运 输巷道布置在向斜轴部附近，用一条运输巷解决向斜 两翼的运输问题。 2中型褶曲 （1）以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山 或下山。对开阔的平缓褶曲，以向斜轴作为采 区中心，向两翼布置回采工作面，采

7、区走向长 可达1000m以上。 （2）以褶曲轴作为采区边界。在较紧闭的褶 曲轴部，次一级构造往往发育，因此常以褶曲 轴作为采区边界。 （3）工作面直接推过褶曲轴。当褶曲较宽缓， 而规模不太大时，可布置单翼采区，工作面直 接推过褶曲轴部。 3小型褶曲 （1）采面重开切眼生产。在小型褶曲发育地 区，常见到煤层突然增厚或变薄，甚至不可采， 使工作面无法通过，需要重新开掘切眼进行生 产。 （2）采面运输巷改造取直。煤矿要求运输巷 在60m内不能有大的弯曲，弯曲过多无法使用。 由于小褶曲存在，使煤层平巷弯弯曲曲，为满 足生产要求，巷道需要改造取直。 断裂构造对煤矿生产的影 响 节理（裂隙）对煤矿生产的影

8、响及处理 1影响钻眼爆破效果 2影响开采效率 3. 影响顶板控制方法 4影响工作面布置 5对其它方面的影响 断层对煤矿生产的影响 断层破坏了煤层的连续性和完整性，对 煤矿生产造成了很大影响。断层规模不 同，对生产的影响程度不同。根据煤矿 工作实践，一般采用下列划分标准：落 差大于50m为特大型断层，落差50 20m为大型断层，落差205m为中型断 层，落差小于5m为小型断层。 断层对煤矿生产的影响主要表 现在以下七个方面： 1.影响井田划分 2.影响井田开拓方式 3.影响采区和工作面布置 4.影响安全生产 5.增加煤炭损失量 6.增加巷道掘进量 7.影响煤矿综合经济效益 断层的判断 断层的出现

9、不是孤立的，常在断层附近 的煤、岩层中伴生一些与正常情况不同 的地质现象，这些现象预示者前方可能 有断层存在，应作好过断层的准备工作。 在断层出现前，可能遇到的征兆，主要 有以下几种现象： （1）煤层、岩层的产状发生显著的变化 时，可能有断层存在。 （2）煤层厚度发生变化，煤层顶底板出 现不平行现象时，可能有断层存在。 （3）掘进巷道中经常出现明显的小褶曲， 或煤层常发生强烈揉皱，滑面增多或变 为鳞片状碎煤等现象时，可能有断层存 在。 （4）煤层和顶、底板中的裂隙显著增加， 并有一定的规律性时，可能有断层存在。 （5）在大断层附近常伴生一系列小断层，这 些小断层是判断大断层的重要标志。 （6）

10、在高瓦斯的矿井，在巷道中瓦斯涌出量 常有明显变化地段，可能有断层存在。如焦作 矿务局焦西矿掘进巷道时，遇断层前后瓦期涌 出量出驼峰现象。 （7）充水性强的矿井，巷道接近断层时，常 出现滴水、淋水以至涌水的现象，可能有断层 存在。 断层的探测（断失煤层的 寻找） 煤矿中判断断层性质和确定断距的方法 主要有以下五种： （1）层位对比法。 （2）伴生派生构造判断法。 （3）规律类推法。 （4）作图分析法。 （5）生产勘探法。 断层的处理 1开拓设计阶段对断层的处理 （1）井田边界和采区边界的确定。凡是井田内遇到落差大于 50m的特大型断层时,应以该大型断层作为井田边界。 （2）井筒位置的选择。一般立

11、井井筒要布置在倾角较大的大断 层下盘，距断层3050m以外的位置。 （3）运输大巷的布置。运输大巷是需布置在较坚硬的岩层中， 且尽量少改变方向。但在断层错动处，断层上、下盘的煤岩层位 移较大，甚至与另一盘的含水层相遇，因此必须考虑巷道的改道 问题。 （4）采区内块段划分。被断层切割破坏的地区，要综合考虑断 层的位置、落差、被切割块段的大小和形态，以及已有的生产系 统等因素来划分开采块段，要尽可能地将较大断层留在各块段之 间的煤柱当中。 （5）井田开拓方式的确定。选择井田开拓方式时，要考虑各种 地质因素的影响，其中断层占重要地位。 2巷道掘进阶段对断层的处理 （1）平巷过断层。平巷过断层分为穿过

12、煤层 顶板（或底板）和顺断层面掘进两种方式。 （2）倾斜巷道过断层。上山、下山等倾斜巷 道遇断层后，可以根据生产的要求采取多种形 式通过断层。 当断层落差较小时，根据断失盘是上升还是下 降盘分别采用挑顶、挖底或挑顶挖底相结合的 方式通过断层。 3回采阶段对断层的处理 （1）采用强行通过的方法。 （2）采用重开切眼的方法。当断层落差大于煤厚时， 对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法，即 提前在断层另一盘重新开掘切眼，待工作面推进到断 层处，停止回采，工作面搬家到新切眼内继续开采。 （3）采用划小工作面的方法。当断层落差大于煤厚 时，对于走向断层，可在断层两侧补掘中间平巷，把 原来一个采面划

13、分为两个采面分别回采。对于落差一 端大、一端小的斜交断层，可采用合采与分采相结合 的方法，把断层上、下盘煤层结合起来开采。 第三节第三节 岩浆侵入煤层岩浆侵入煤层 岩浆侵入体主要有以下两种产状： （1）岩墙。影响两侧煤层 （2）岩床。影响范围大 岩浆侵入体对煤矿生产的影响 （一）岩浆侵入体对煤质的影响 （二）岩浆侵入体对煤矿生产的影响 岩浆侵入体煤层的处理 岩墙：视岩墙规模大小而决定是否重开 切眼还是分采 岩床：视岩床规模大小而决定是否直接 推进还是注销 对煤矿生产的影响 （1）减少煤炭储量，缩短矿井服务年限 （2）煤质变差：灰分增高、挥发分降低、 粘结性 破坏；优质煤降为民用煤、甚至 不能使

14、用， 经济效益降低 （3）破坏煤层连续性，影响掘进、回采 第四节第四节 岩溶陷落柱岩溶陷落柱 岩溶陷落柱是指煤层下伏碳酸盐岩等可 溶岩层，经地下水溶蚀形成的岩溶洞穴， 在上覆岩层重力作用下产生塌陷，形成 筒状或似锥状柱体。简称陷落柱，俗称 “矸子窝”或“无炭柱”。 岩溶洞穴发育的地质条件 （1）煤系或其下部存在可溶性岩层； （2）煤系中断裂构造发育； （3）地下水源丰富，且含酸根； （4）地下水动力条件好，排泄口流 畅，水循环强烈； 岩溶洞穴塌陷机理 1）重力塌陷上覆岩层重力所致 2）真空吸蚀塌陷密封的溶洞因地下水 排泄及局部地壳升降等原因，使其底部由承压 转为无压或负压，因此不断下降的水产生

15、强烈 的抽吸作用，使盖层反复陷落同时溶洞内外的 压差效应，也使外部大气压对盖层产生冲压作 用。 物理化学综合作用 （1）岩层内出现物质重 结晶作用； （2）地下水冲蚀和溶蚀 作用成煤过程中有机质分解产物 （H2O,CO2,CH4）的化学作用。 1. 降低采掘效率，提高生产成本。在开拓主要运输巷 道时，如集中运输大巷，总回风巷， 上山巷道，下 山巷道时遇到陷落柱，为避免巷道拐弯，便于运输和 通风，一般情况下按照原设计施工，直接穿过陷落柱， 给巷道的维护和顶板的管理造成很大困难，同时也增 加了巷道的维护费用。此外，在回采过程中遇到陷落 柱时，一般先采用巷道摸清陷落范围，然后采取措施 进行回采。这样

16、不仅影响采煤工作的正常进行而且降 低了生产效率，给工作面运输、顶板管理和通风造成 很大困难。 陷落柱对煤矿生产的影响陷落柱对煤矿生产的影响 2. 破坏可采煤层,减少煤炭储量.由于陷 落区的 煤层遭到破坏 而失去可采价值, 使井田内的储量大大的减少。造成缩短 矿井服务年限和巷道提前报废的严重后 果。 3. 妨碍机械化采煤，影响正规生产。在 陷落柱比较发育的地区，很难布置出内 部无陷落柱的长壁回采工作面，如果在 长壁回采工作面内包藏几个陷落柱时， 将使采煤机组和液压自移掩体支架无法 使用和通过。 4.影响安全（矿井水、瓦斯的通道）。 陷落柱的处理方法 1）设计时将陷落柱留在煤柱中。 2）主要巷道掘

17、进时，在保证安全 的前提下，直接穿过陷落柱，回风巷则 应绕行。 3）回采工作面遇上陷落柱，可视 具体情（陷落柱大小、位置等）而定。 第五节第五节 影响煤矿生产的其它影响煤矿生产的其它 地质因素地质因素 一、矿井瓦斯 二、煤层顶底板 三、矿井地热的危害 四、矿山压力 五、煤层自燃与煤尘 影响瓦斯含量的地质因素 1）煤的变质程度：随着变质程度的升高，煤层 吸附瓦斯能力加强。 2）围岩与煤层渗透性：煤层瓦斯运移、排放与 围岩和煤层的渗透性呈正相关。 3）地质构造：断层、褶曲对瓦斯含量因其性质 不同而产生不同影响。 4）地下水：地下水活动区瓦斯含量降低。 5）煤田暴露程度 暴露式煤田，瓦斯排放容易；

18、隐伏式煤田，不利于瓦斯排放。 6）煤田埋藏深度：瓦斯含量随埋深增大而增加。 井下温度超过26，将出现矿井热害问题。 引起矿井地温异常的因素 有七条： 1）大地构造位置： 地壳活动区、岩浆活动、多地震，热流值大，地温梯度大，地温高； 地壳稳定区则相反。 2）岩石导热性： 矿区煤系多为导热性差、传热慢岩石（泥岩、页岩、煤），地温常出 现高异常。 3）矿区基底起伏与褶皱构造 基底隆起区比相邻沉陷区地温高，地温梯度大； 背斜部位比相邻向斜部位地温高，地温梯度大。 4）深大断裂 深大断裂接近或通达上地幔，是深部炽热物质上升的通道。 5）地下水 地下水活动区：带走岩石热量，形成低温异常区。 大型自流盆地：地下水长期停滞，循环弱，水岩热交换达到平 衡，形成中常温度区。 深循环热水上升区：浅层或地表水与深部热水循环交替，成为 承压高温热水，形成高温异常区。 6）局部热源影响：岩浆侵入体的余热、放射性元素