矿井地质3B_煤厚

1、第三章第三章 矿井生产中的地质问题矿井生产中的地质问题 第一节第一节 矿井地质构造矿井地质构造 第二节第二节 煤厚变化研究煤厚变化研究 第三节第三节 岩浆岩侵入岩浆岩侵入 第四节第四节 岩溶陷落柱岩溶陷落柱一、概述一、概述 二、煤层厚度变化的原因二、煤层厚度变化的原因 三、煤厚变化的观测与探测三、煤厚变化的观测与探测四、煤厚变化的预测四、煤厚变化的预测 一、概述一、概述 煤层厚度变化对矿井生产造成很大的不利影响：煤层厚度变化对矿井生产造成很大的不利影响： 影响采掘部署，增加掘进巷道数量；影响采掘部署，增加掘进巷道数量；（由于煤层分叉变薄，可能使巷道掘进到叉尖带而造成废巷；古河流冲刷使煤层突然变

2、薄，易误判为断层） 影响生产计划，降低回采率。影响生产计划，降低回采率。（某矿煤厚从13.4m变化为0.7m，造成回采率只有48%，经两次复采才达到回采率标准）（一）煤厚变化的研究意义及任务（一）煤厚变化的研究意义及任务总之，煤厚影响采区的合理布置；采煤方法的正确选总之，煤厚影响采区的合理布置；采煤方法的正确选择；储量的准确计算；煤炭资源的充分回收等，所以择；储量的准确计算；煤炭资源的充分回收等，所以研究煤厚变化对矿井生产的保障具有重要的意义。研究煤厚变化对矿井生产的保障具有重要的意义。对煤厚变化研究的任务：对煤厚变化研究的任务： 观测观测井巷和钻孔揭露的一切可采、局部可采和不井巷和钻孔揭露的

3、一切可采、局部可采和不可采的煤层，系统、全面地可采的煤层，系统、全面地掌握原始资料掌握原始资料； 探测探测影响采区设计、巷道掘进和采面回采的影响采区设计、巷道掘进和采面回采的煤厚煤厚变化变化，圈定薄煤带的可采边缘、厚煤区的分层界限、，圈定薄煤带的可采边缘、厚煤区的分层界限、分叉煤层的分合区界线，以及非层状煤体的采掘范围，分叉煤层的分合区界线，以及非层状煤体的采掘范围，为采掘设计和生产提供准确的依据。为采掘设计和生产提供准确的依据。 预测预测新开拓区域的煤厚变化新开拓区域的煤厚变化特征和规律，保证矿特征和规律，保证矿井生产的正常衔接。井生产的正常衔接。 最终最终核定核定勘探程度不足或新发现煤层的

4、工业价值勘探程度不足或新发现煤层的工业价值和开采条件，使煤炭资源得到充分开发利用。和开采条件，使煤炭资源得到充分开发利用。 （二）（二）煤厚分级煤厚分级 煤厚是指顶底板之间的垂直距离。煤厚是指顶底板之间的垂直距离。总厚度：总厚度：含夹矸。含夹矸。有益厚度：有益厚度：总厚度扣除夹矸层厚。由于成煤条件的差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。异，煤厚可从几个厘米几十米，甚至上百米。 根据目前的开采技术：根据目前的开采技术： 薄煤层：薄煤层：最小可采厚度最小可采厚度1.3m 中厚煤层：中厚煤层：1.33.5m 厚煤层：厚煤层：3.5m以上以上 煤种倾 角缓倾斜煤

5、层(45)炼焦用煤0.6m0.5m0.4m动力用煤0.7m0.6m0.5m褐 煤0.8m0.7m0.6m煤层最小可采厚度煤层最小可采厚度 二、煤层厚度变化的原因二、煤层厚度变化的原因 引起煤层厚度发生变化的原因很多，主要有：引起煤层厚度发生变化的原因很多，主要有： 地壳不均衡沉降地壳不均衡沉降 聚煤沼泽基底不平聚煤沼泽基底不平 河流冲蚀河流冲蚀 构造运动的挤压构造运动的挤压 其他因素（如岩浆岩侵入）其他因素（如岩浆岩侵入） 1、 地壳不均衡沉降地壳不均衡沉降 在泥炭聚积阶段，如果沼泽地区的沉降速度与植物物在泥炭聚积阶段，如果沼泽地区的沉降速度与植物物质聚积速度长期保持一致，那么就能形成较厚的煤

6、层。质聚积速度长期保持一致，那么就能形成较厚的煤层。 如果某些地区的沉降速度逐渐变快，超过了植物物质如果某些地区的沉降速度逐渐变快，超过了植物物质聚积的速度，那么原先两者的均衡关系就被破坏，于聚积的速度，那么原先两者的均衡关系就被破坏，于是泥炭沼泽转变为湖泊，因此泥炭的聚积就被泥沙等是泥炭沼泽转变为湖泊，因此泥炭的聚积就被泥沙等碎屑物质的沉积所代替，这样就引起煤层从沼泽区向碎屑物质的沉积所代替，这样就引起煤层从沼泽区向湖泊区方向湖泊区方向变薄或尖灭变薄或尖灭。 如此反复交替，便造成煤层分叉、尖灭及煤层与夹矸如此反复交替，便造成煤层分叉、尖灭及煤层与夹矸层相互交替等现象（图层相互交替等现象（图3

7、-6）。）。图图3-6 地壳不均衡沉降示意图地壳不均衡沉降示意图 2、 泥炭沼泽基底不平泥炭沼泽基底不平 由于聚煤时期沼泽基地常有起伏不平，在泥炭聚积的由于聚煤时期沼泽基地常有起伏不平，在泥炭聚积的初期首先在低洼处聚积植物物质，到后期才往高处堆初期首先在低洼处聚积植物物质，到后期才往高处堆积，这样就形成了低处的泥炭层厚，高处薄（图积，这样就形成了低处的泥炭层厚，高处薄（图3-7-a）；）；图图3-7 泥炭沼泽基底不平引起的煤厚变化泥炭沼泽基底不平引起的煤厚变化 如果有些地方隆起高出了沼泽水面，因而植物无法保如果有些地方隆起高出了沼泽水面，因而植物无法保存下来，就造成煤层尖灭（图存下来，就造成煤

8、层尖灭（图3-7-b）；）； 如果沼泽周围为隆起高地，则在边缘地带发生尖灭现如果沼泽周围为隆起高地，则在边缘地带发生尖灭现象，使煤层呈向四周尖灭的透镜体（图象，使煤层呈向四周尖灭的透镜体（图3-7-c）。）。 图图3-7 泥炭沼泽基底不平引起的煤厚变化泥炭沼泽基底不平引起的煤厚变化 3、 河流冲蚀河流冲蚀 冲蚀的形成是由于古河流在泥炭层或含煤沉积层中穿冲蚀的形成是由于古河流在泥炭层或含煤沉积层中穿过，使泥炭层或含煤沉积受到冲蚀。根据形成的早晚，过，使泥炭层或含煤沉积受到冲蚀。根据形成的早晚，冲蚀作用可分成冲蚀作用可分成同生冲蚀同生冲蚀和和后生冲蚀后生冲蚀。 同生冲蚀同生冲蚀是在泥炭物质堆积过程

9、中发生的，即顶板未是在泥炭物质堆积过程中发生的，即顶板未形成前发生的（图形成前发生的（图3-8-a）。这种冲蚀规模不大，冲蚀）。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，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。它们和煤层有着共同的顶板。 图图3-8-a 同生冲蚀同生冲蚀 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（图板形成以后的冲蚀（图3-8-b）。）。 这种冲蚀规模较大，它不仅冲蚀了煤层，也冲蚀了煤这种冲蚀规模较大，它不仅冲蚀了煤层，也冲蚀了煤层的顶板，有时甚至连底

10、板也被破坏。冲蚀的凹陷部层的顶板，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。位常为各种粒度的砂岩，底部有时有砾岩出现。 后生冲蚀形成的冲蚀带分布范围较广，常造成无煤带或不可采区，给矿井生产带来困难。 图图3-8-b 后生冲蚀后生冲蚀 4、 构造挤压构造挤压 当煤系受到构造挤压作用而形成褶皱构造时，由于煤当煤系受到构造挤压作用而形成褶皱构造时，由于煤层具有柔性，而砂岩、灰岩等则比较坚硬，所以在褶层具有柔性，而砂岩、灰岩等则比较坚硬，所以在褶皱形成过程中，岩层互相滑动，使煤层在压力小的地皱形成过程中，岩层互相滑动，使煤层在压力小的地方集中而变厚，在压力大的地段变

11、薄甚至尖灭，即褶方集中而变厚，在压力大的地段变薄甚至尖灭，即褶皱轴部增厚，两翼煤层变薄（图皱轴部增厚，两翼煤层变薄（图3-9）。有时也可以形）。有时也可以形成串珠状或藕节状的煤层（图成串珠状或藕节状的煤层（图3-10）。）。 图图3-9 在侧压力作用下煤层向轴部集中在侧压力作用下煤层向轴部集中图图3-10 由于挤压作用形成串珠状煤层由于挤压作用形成串珠状煤层其他因素如其他因素如岩浆岩侵入岩浆岩侵入、岩溶陷落柱岩溶陷落柱等，将在相关章等，将在相关章节再讲。节再讲。需要指出的是：煤厚变化往往不是单一由某种原因造成的，而常常是几种原因综合作用的结果。因此在实际工作中，要全面分析，分清主次，才能把握规

12、律。 三、煤厚变化的观测与探测三、煤厚变化的观测与探测 （一）（一） 煤层的观测煤层的观测 1、观测点、观测点 煤层观测是矿井地质的一项日常性的工作。煤层观测是矿井地质的一项日常性的工作。凡是井巷揭露的一切煤层，不论是否可采，凡是井巷揭露的一切煤层，不论是否可采，都需要进行观测和描述。都需要进行观测和描述。 煤层观测如同地表的地质观测一样，设点观煤层观测如同地表的地质观测一样，设点观测，一般与井巷地质编录一起进行。测，一般与井巷地质编录一起进行。煤层稳定性煤层稳定性稳定煤层稳定煤层较稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层极不稳定煤层观测点间距（m）501002550102510注释

13、厚度在井田范围内均大于可采标准，厚度变化有一定规律性厚度有一定变化，大部分可采，局部不可采厚度变化大，常有分叉、尖灭、增厚、变薄现象，相当面积不可采厚度变化极大，常呈鸡窝状透镜体或煤包，断续分布，局部可采 一切沿可采煤层的顺层巷道，煤层观测点的间距一切沿可采煤层的顺层巷道，煤层观测点的间距按下表规定：按下表规定：（若遇地质变化，或两观测点间煤厚变化超过0.5m时，应加密观测点） 2、观测内容、观测内容观测内容应视煤层的变化情况和生产的需要而定，观测内容应视煤层的变化情况和生产的需要而定，可详可略。一般包括以下内容：可详可略。一般包括以下内容：煤质、煤层结构煤质、煤层结构煤层厚度、产状煤层厚度、

14、产状煤层顶底板煤层顶底板煤层含水性煤层含水性 3、观测要点、观测要点 （1）当巷道揭露煤层全厚时当巷道揭露煤层全厚时：测量煤层厚度、夹石层厚度和岩性等； （2）在层位难以判断，煤层对比困难时在层位难以判断，煤层对比困难时：应仔细观测各煤分层的煤岩成分和类型、煤的光泽、颜色、断口、硬度、韧性、结构构造等，包括煤层中所含的结核和包裹体的性质。 （3）当煤层遭受古河流冲刷时当煤层遭受古河流冲刷时：观测冲刷标志、判断冲刷类型、推断冲刷变薄带的方向、范围等。 （4）当煤层出现变薄、分叉和尖灭时当煤层出现变薄、分叉和尖灭时：应着重观测煤层结构、煤质、煤层与围岩的接触关系、围岩的岩性特征等，为分析煤厚变化提

15、供资料。 （二）煤层厚度变化的探测（二）煤层厚度变化的探测 何时需要探测？当巷道不能揭露煤层全厚、无法当巷道不能揭露煤层全厚、无法实测煤层厚度时，或者煤厚变化较大，仅靠少数实测实测煤层厚度时，或者煤厚变化较大，仅靠少数实测煤厚资料不能控制煤厚变化范围时，均需进行煤厚探煤厚资料不能控制煤厚变化范围时，均需进行煤厚探测。测。 1、探测手段、探测手段 目前，探查煤层厚度的技术手段有井下目前，探查煤层厚度的技术手段有井下钻探、巷探和钻探、巷探和矿井物探矿井物探。 钻探钻探最为普遍，常用井下电煤钻或轻便小型钻机探查；最为普遍，常用井下电煤钻或轻便小型钻机探查； 巷探巷探一般利用生产准备巷道，如煤门、溜煤

16、眼或联络一般利用生产准备巷道，如煤门、溜煤眼或联络巷等，煤厚变化很大的矿井，也可专门布置小断面探巷等，煤厚变化很大的矿井，也可专门布置小断面探巷探查；巷探查； 矿井物探：矿井物探： 经过多年的研究和实验，矿井物探方法及经过多年的研究和实验，矿井物探方法及技术在矿井地质中的应用取得了很大的进展，如：技术在矿井地质中的应用取得了很大的进展，如： 探地雷达技术探地雷达技术 电磁波 声波探测声波探测 物探方法探测煤厚：物探方法探测煤厚： (1) 于明科,刘杰. 瑞利波探测在石炭井三矿的应用瑞利波探测在石炭井三矿的应用，煤煤田地质与勘探田地质与勘探，1997 (5) (2) 刘传孝，煤厚探测新方法煤厚探

17、测新方法探地雷达技术探地雷达技术，山西山西煤炭煤炭，1998,18(2) (3) 官云章，特厚煤层条件下工作面地质异常电磁波特厚煤层条件下工作面地质异常电磁波CT 探测探测，山东科技大学学报山东科技大学学报( 自然科学版自然科学版)，2002，21(2) (4) 陈新华，用声波检测不稳定煤层厚度的研究，煤炭用声波检测不稳定煤层厚度的研究，煤炭科学技术，科学技术，2001，29（1） 2、煤厚变化的一般探测方法、煤厚变化的一般探测方法 巷道掘进时的煤厚探测：巷道掘进时的煤厚探测：当巷道不能揭露煤层全厚当巷道不能揭露煤层全厚时，缓倾斜煤层用钻探、溜煤眼、联络巷等探查（教时，缓倾斜煤层用钻探、溜煤眼

18、、联络巷等探查（教材插图材插图2-57）；急倾斜煤层用钻探配合煤门探查（教）；急倾斜煤层用钻探配合煤门探查（教材插图材插图2-58）。）。 图图2-58 急倾斜煤层急倾斜煤层图图2-57 缓倾斜煤层缓倾斜煤层 采面回采时的煤厚探测：采面回采时的煤厚探测： 在厚煤层中在厚煤层中分层开采分层开采工作面中，为了控制各个分层的工作面中，为了控制各个分层的回采厚度，一般要在回采过程中，随着工作面的推进，回采厚度，一般要在回采过程中，随着工作面的推进，按一定间距探测剩余底煤厚度。按一定间距探测剩余底煤厚度。 根据我国经验，探测的线距为根据我国经验，探测的线距为3050m，孔间距，孔间距10m左右。根据探测

19、结果绘制剩余煤厚等值线图（教材插左右。根据探测结果绘制剩余煤厚等值线图（教材插图图2-59）。）。图图2-59 回采工作面探煤厚回采工作面探煤厚教材插图教材插图 需要说明的是：我国近年来的厚煤层需要说明的是：我国近年来的厚煤层放顶煤开采放顶煤开采取得取得的成功和经验，收到了显著的技术经济效果，并将放的成功和经验，收到了显著的技术经济效果，并将放顶煤开采技术列为发展方向。顶煤开采技术列为发展方向。采煤概论采煤概论图图5-38 急倾斜煤层水平分段放顶煤急倾斜煤层水平分段放顶煤图图5-36 缓倾斜煤层一次采全厚缓倾斜煤层一次采全厚采煤概论采煤概论 3、各类煤厚变化的探测要点、各类煤厚变化的探测要点

20、对于煤厚变化较大的矿井，应根据不同成因煤厚变化对于煤厚变化较大的矿井，应根据不同成因煤厚变化的特点，有针对性、经济合理地选用探测手段和方法。的特点，有针对性、经济合理地选用探测手段和方法。 煤层分叉、尖灭的探测：煤层分叉、尖灭的探测：基本任务：控制分叉煤层控制分叉煤层的可采和局部可采分层，掌握它们的特征和分布，圈的可采和局部可采分层，掌握它们的特征和分布，圈定分叉煤层的分合区界线。定分叉煤层的分合区界线。为合理分区分层、制定回采顺序、选择采煤方法提供地质依据。 煤层底凸变薄的探测：煤层底凸变薄的探测：主要任务：圈定薄煤层的不圈定薄煤层的不可采地段，确定厚煤层的变化范围。可采地段，确定厚煤层的变

21、化范围。为调整工作面布置，制定过变薄区的措施，确定分层回采的次数和采高，提供可靠地质资料。 煤厚复杂变化的探测煤厚复杂变化的探测：煤厚复杂变化是指原始沉积和后期改造叠加造成的煤厚变化。此类煤厚变化极不稳定，厚薄悬殊，形态复杂，呈藕节状、鸡窝状、串珠状等似层状或非层状煤体。寻找可采煤体是主要任寻找可采煤体是主要任务。务。 一般在开拓、开采过程中，充分利用生产巷道作探巷，辅以井下钻探，以边探、边掘、边采边探、边掘、边采的方法进行。 四、煤厚变化的预测四、煤厚变化的预测 煤厚变化较大的矿井，在水平延伸或采区设计之煤厚变化较大的矿井，在水平延伸或采区设计之前，一般要进行煤厚变化预测，作为编制地质说前，

22、一般要进行煤厚变化预测，作为编制地质说明书的基础。明书的基础。 （目前，有关煤厚预测的经验不多，而且局限于煤厚变化规律明显、有一定方向性的煤层冲刷带和构造变化带。教材原文）实际上，随着科实际上，随着科学技术的发展，煤厚变化的预测已经涌现了多种学技术的发展，煤厚变化的预测已经涌现了多种新方法，新方法，下面简单介绍几个新方法，书中的内容下面简单介绍几个新方法，书中的内容可以作为自学了解。可以作为自学了解。 1、回归分析方法：、回归分析方法： 海陆交替相含煤地层中，影响煤层厚度的地质因海陆交替相含煤地层中，影响煤层厚度的地质因素很多，在常见的地质参数中，煤厚主要与素很多，在常见的地质参数中，煤厚主要

23、与地层地层厚度厚度、石灰岩厚度石灰岩厚度和和砂岩含率砂岩含率具有明显的制约关具有明显的制约关系。系。 有人采用回归分析的方法，研究了煤厚与其影响有人采用回归分析的方法，研究了煤厚与其影响因素之间的相关关系，分别采用直线方程、幂函因素之间的相关关系，分别采用直线方程、幂函数方程、指数方程、对数方程、抛物线方程等等，数方程、指数方程、对数方程、抛物线方程等等，拟合其两两之间的一元回归关系，乃至多元回归拟合其两两之间的一元回归关系，乃至多元回归关系。关系。 回归分析方法实例：回归分析方法实例： 2、趋势面分析方法、趋势面分析方法 应用数理统计学中的多元回归分析原理，将应用数理统计学中的多元回归分析原

24、理，将煤厚变量煤厚变量分为分为区域性变化分量区域性变化分量和和局部性变化分量局部性变化分量，从而研究，从而研究煤煤厚厚的空间分布和变化规律。的空间分布和变化规律。 M煤煤M趋趋M局局 (M随随) 把煤厚煤厚看作因变量，把二维空间的X、Y地理坐标看作自变量，则煤厚煤厚在二维空间的变化是一个面，用一定的数学方法寻找一个数学面代表其总的变化趋势，则这个反映地质变量趋势性变化的面，就称为趋势面趋势面。南屯矿十采区钻孔揭露煤层情况统计表南屯矿十采区钻孔揭露煤层情况统计表孔号3上层煤3下层煤煤厚（m）埋深(m)煤厚(m)埋深(m)补405.12764.583.15772.572194.35980.18丁3

25、03.76785.92.95补364.78701.22.75711.76丁183.15598.072.28605.59补444.35612.582.6621.862294.44525.042.5535.12010.82285.95丁164.71520.232.88533.69丁194.89451.542.53470.882023386.95丁51.320.33丁154.552.9415.79丁235.280.96403.15十采区3上煤层厚度等值线图和顺天池煤矿和顺天池煤矿14号煤层号煤层厚度等值线图厚度等值线图 3、地震多参数、地震多参数BP神经网络方法神经网络方法 人们认识到： 煤厚一般10m，煤层反射波主波长一般40