01第一章煤矿地质知识ppt课件

1、.一、课程性质、目的和义务是一门系统地讲述矿山煤炭资源开采的根本实际与方法的课程。经过本课程的学习，为今后从事该行业任务打下根底。二、教学根本要求1. 掌握矿井开辟及矿井开采设计的根本实际和主要方法。2. 了解矿井巷道掘进与支护。3掌握了解采煤方法、采煤工艺和回采巷道布置的根本理 论和方法。.4、了解矿井通风与平安。5、了解露天开采根本实际和主要方法。三、教学内容及要求本课程主要讲述煤矿开采的根本概念、开采实际、开采方法与技术。包括煤矿地质、井田开辟及矿井开采设计、井巷掘进与支护、预备方式与采煤方法及工艺、矿井通风与平安、矿井其他开采方法以及露天开采。.第一篇煤矿地质第1章煤矿地质知识.本章重

2、点及难点分析1、地质作用2、岩石的构成与分类3、年代地层地质年代表4、煤的构成条件5、煤的性质及工业分类6、煤层赋存形状厚度、构造、倾角及稳定性7、地质构造向斜、背斜、断层、岩浆浸入8、煤的自燃、瓦斯和水对矿井开采的影响9、矿井储量。.本章主要内容第一章 煤矿地质知识第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念第二节 煤的构成及煤系第三节 煤的性质及工业分类第四节 煤层的埋藏特征第五节 煤田地质勘探及矿井资源/储量.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念 埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。 一、地质作用 在漫长的地质年代中，由于自然动力引起地壳物质组成、

3、内部构造和地表形状变化和开展的作用。地质作用按照进展的场所和能源不同，可分为内力地质作用和外来地质作用。一内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形状发生变化的地质作用，它包括地壳运动、岩浆活动、蜕变作用和地震作用等。地球内部动力引起的地壳构造改动和地壳内部物量变位的运动称为地壳运动。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念 当地壳沿着地球半径方向运动时，表现为地壳的上升或下降，称为升降运动。当地壳物质沿地球切线方向运动时称为程度运动。升降运动经常表现为缓慢的海陆变化，而程度运动常表现为猛烈的造山运动，引起岩层的变形和变位。 在上述的内力地质作用中，最活泼的、其主导作

4、用的是地壳运动。它可以在地壳中呵斥宏大裂隙，为岩浆活动发明条件，地壳板块间的挤压碰撞可以导致地震，剧烈的地壳运动还会引起岩石蜕变。另外，它还控制着外力地质作用。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念二外力地质作用 它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：风化和剥蚀、搬运和堆积 、固结成岩 。 暴露在地表的岩石经受着风吹雨打、日晒夜露，以及生物活动的影响，岩石在原地遭到破坏，产生崩裂、破碎或分解、溶化的过程称为风化作用。以风和流水等流动物质为动力，对岩石进展破坏并把破坏产物剥分开的过程称为剥蚀作用。 风化和剥蚀作用的产物，由风、流水等搬运到别

5、的地方的过程称为搬运作用。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念二外力地质作用 松散的堆积物逐渐变成巩固堆积岩的过程称为固结成岩，其变化过程主要有：堆积物在压力作用下颗粒严密陈列，挤出水分，体积减少，称为紧压；把砾石、砂粒等屑碎物粘结起来的过程称为胶结；细小的堆积物颗粒集中合并而发育成较大的晶体的过程称为重结晶。 内力地质作用和外力地质作用彼此间有着亲密的关系，共同雕刻着地表形状，控制着地下岩层的赋存形状。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念二、地壳的物质组成组成地壳的岩石种类繁多，按照生成缘由，可以将岩石划为岩浆岩、堆积岩、蜕变岩三大类别。 堆积岩是在地表或接近地表的常温，

6、常压条件下，暴露于地表的先成的岩浆岩、堆积岩、蜕变岩，经受外力地质作用被风化、剥蚀成碎块或碎屑的物质或溶解物质，经搬运、堆积和固结成岩作用而构成的新岩石。堆积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有堆积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等本身就是堆积岩。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念二、地壳的物质组成由于先后堆积的物质在成分、粒度、颜色、外形等方面的差别，堆积岩显示出有明显的成层景象，称为层状构造。岩石之间的界面称为层面。岩层上下层面间的垂直间隔称为层厚。岩层两个层面之间更细微的成层景象称为层理。堆积岩层上面有时还保管有反映堆积时代环境的某些特征，如波痕、泥裂等称为层面构造。

7、堆积岩在堆积的过程中，往往有生活在当时的某些生物的遗体和遗址被堆积物所掩埋，这些生物的遗体的有机物逐渐被矿物取代、填充，这在岩石中就保管了原来古生物的形体或痕迹，称为化石。在堆积岩中有时可见到团块状、椭球状或不规那么形状物体，其物质成分与围岩石不同，称为结核。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念二、地壳的物质组成堆积岩的重要特征：有成层构造和层理；具有层面构造；含有古生物化石和结核。根据这些特征，可以推断岩石构成的地质时代和生成环境。堆积岩按物质成分和成因可分为碎屑岩类、粘土类及化学和生物化学岩类。这些岩类在煤矿区都能见到。矿区常见的堆积岩类有以下几种按岩块颗粒大小：角砾岩、砾岩、砂

8、岩、粉砂岩、泥岩及页岩、 石灰岩。.第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念三、地史的概念地壳的开展历史简称地史。在45亿年以前构成的地球，在漫长的岁月里，其地壳在不停地运动，地球上的生物也在不断地开展演化。研讨阐明，地球上的任何一种矿物、岩石，任何地貌和构造形状以及任何一种动植物，都是地壳开展演化的产物。通常根据地壳运动及古生物的开展，将地壳开展历史的主要阶段及其顺序，从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期。其中早古生代的石炭纪和二叠纪、中生代的晚三叠世和早侏罗世、新生代的早第三纪等均有煤炭聚集。.第二节煤的构成及煤系一、煤的构成实际证明，全球煤矿藏的分布是不平

9、衡的。如早古代的石炭纪和二叠纪、中生代的晚三叠世和早侏罗世、新生代的早第三纪等均有煤炭聚集，而其它地质时期那么短少具经济价值的煤炭层。同一个地质时期，有些地域有煤炭聚集，有的地域那么没有煤炭聚集；甚至于同一个聚集期内，不同聚煤地域常出现不同的聚煤范围和不同的煤层厚度。由此可以看出，煤层的构成是受某些条件控制的。这些条件常称为成煤的控制要素，如古植物、古气候、古地理及古构造等。当成煤的控制要素配合良好时，就会出现强盛的聚煤时期；否那么，是成煤的衰退时期。.第二节煤的构成及煤系 成煤条件：古植物、古气候、古地理及古构造古植物条件 植物是成煤的原始物质。没有大量的植物生长，就不能够构成煤炭。植物的大

10、量生长繁衍是在地球构成数十亿年以后，因此煤炭的构成也是近几亿年植物大量繁衍后才开场的，这就是地球上自植物大量开展以来出现主要聚集期的理由。例如我国三大聚集期即石炭二叠纪、三叠侏罗纪、第三纪等分别与孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛时期相顺应。.第二节煤的构成及煤系古气候条件 植物的大量生长繁衍必需有适宜的气候条件。所谓适宜的气候条件主要是指空气的温度和湿度。这是由于只需在潮湿和暖和的条件下，植物才干大量繁衍。其中，温度既影响植物繁衍的速度，又影响植物遗体的分解速度。如热带地域，植物繁衍的速度很快，为泥炭的生成提供了大量的原始质料，但高温又促使植物遗体快速分解，破坏了泥炭的大量堆积。假设植物遗体

11、在稍有积水的沼泽地带，且遗体可以及时地被掩埋起来，防止氧化分解，即可逐渐聚积起来构成泥炭。因此，潮湿和暖和的气候是成煤的最有利条件。.第二节煤的构成及煤系古地理环境 古地理要素是指适宜于大面积沼泽化的自然地理环境。实际证明，符合沼泽化的自然地理环境，主要有滨海的宽广平原、内陆湖泊、宽广河谷的河漫滩、河口三角洲、泻湖海湾及山间盆地等较宽广的平坦地带。由于地壳升降引起的海水进退，经常在上述古地形条件下构成大面积的沼泽，我国将含煤岩系划分为陆相含煤岩系及海陆交替相含煤岩系，这是与上述各地形相吻合的。.第二节煤的构成及煤系古构造条件 在地质历史时期中，含煤岩系构成必需具有一定的物质来源和一定的堆积场所

12、。这些物质均来源于堆积场所周围隆起区内的碎屑物质及生长在堆积场所之内的大量植物遗体。构成含煤岩系的堆积场所，主要是分布在各个聚煤期内的低洼盆地。 古构造条件对煤的构成影响是多方面的。泥炭层的积聚要求地壳发生缓慢下沉，而下很速度最好于植物遗体堆积的速度大致平衡，这种形状继续时间越久，构成的泥炭层越厚。泥炭层构成后，地壳出现较大幅度和较快的沉降，那么有利于泥炭层的保管和转变成煤的过程。地壳在总的下降过程中，假设发生多次升降和间歇性的下沉，那么能够在同一地域构成多层煤。.第二节煤的构成及煤系 煤的构成过程煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学作用转变构成的。植物从死亡、遗体堆积到转变为煤的一系列

13、演化过程，称为成煤过程。成煤过程大致可分为两个阶段：一是泥炭和腐泥化作用阶段，二是煤化作用阶段。其中，第一阶段是植物在浅海或沼泽及湖泊中不断繁衍，其遗体在微生物作用下不断分解、化合、堆积的过程。当已构成的泥炭和腐泥被覆盖、掩埋时，进入煤化作用阶段，即第二阶段。也就是在以温度和压力为主的作用下变成煤的阶段。.第二节煤的构成及煤系二、煤系的概念在煤的构成过程中，煤层上下同时构成许多岩层，这些夹有煤层的岩层是在同一成煤时期构成的，通常称为某一地质时代的煤系地层。煤系是指含有煤层的堆积岩系，它们彼此间大致延续堆积，并在成因上有亲密联络。煤系普通按其构成的时代命名，如我国华北的石炭二叠纪煤系、东北的侏罗

14、纪煤系、华南的晚二叠世煤系等。也有采用煤系发育良好、研讨较早的地域来命名，如华南的晚二叠世煤系，在江苏龙潭、江西乐平研讨较早，所以被称为龙潭煤系或乐平煤系。煤系在暖和潮湿气候条件下构成。富含植物物质，煤系岩石颜色往往以灰色、灰黑色、灰绿色、黄绿色为主.第三节 煤的性质及工业分类一、煤的性质1煤的物理性质：包括光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等。煤的物理性质与煤中所含杂质有关，成分一样的煤的物理性质是随蜕变程度而改动的。变质程度光泽颜色硬度脆度容重导电性褐煤无光泽暗淡沥青光泽褐色黑褐色2.02.5脆度较小有一定韧性1.051.2不良导体，导电性随变质程度增高而增加烟煤长焰煤沥青光

15、泽褐黑色2.81.21.4气煤强沥青光泽弱玻璃光泽2.6肥煤玻璃光泽2.6最大焦煤强玻璃光泽2.5瘦煤金刚光泽黑色黑灰色无烟煤似金属光泽灰黑色钢灰色3.54.0最小1.351.8良好.第三节 煤的性质及工业分类2煤的化学组成煤的化学组成或化学成份主要是有机质和无机质两大类。有机质是煤的主要成份，包括碳、氢、氧和有机硫，少量的磷等，是有益成份，是加工利用的对象。无机质绝大多数是煤中的有害成份，不能利用，主要是无机质矿物和水份。碳。是煤中有机物质的主要成分，是最主要的可燃物质。每克碳熄灭能发出34080.5J的热。煤中碳的含量越高发热量越大。碳的含量随蜕变程度的增高而添加，从泥炭到无烟煤含碳量从5

16、0%添加到90%以上。氢。是煤中重要的可燃物质，熄灭时每克熄灭能发热量34080.5J。含量随蜕变程度的加深而降低。.第三节 煤的性质及工业分类2煤的化学组成：氧。是煤中不可燃物质。含量随蜕变程度的加深而减少。氮。煤中含氮量较少，仅1%3%。煤熄灭时氮呈游离态逸出，不产生热量。在炼焦过程中，氮能转化成氨及其他含氮化合物。硫和磷：煤中的有害杂质。含硫高的煤，炼钢性脆，质量下降。.第三节 煤的性质及工业分类二、煤的工业分类1常用的煤质目的煤的炭化程度越高，其中的水份和挥发份越少，相反，含碳量越高，普通发热量也越高。也可以简单地说，煤的质量不同。这就是为什么有的煤100多元1吨，而有的煤近1000元

17、一吨的缘由。评价煤质的主要要素或主要目的：水份、灰分、挥发分、胶质层厚度、发热量、硫和磷的含量及含矸率等。水分和灰分：煤中的不可燃部分，含量越少煤质越好。灰分是指煤完全熄灭后所剩下的固体残渣，灰分超越40%的煤暂不利用。.第三节 煤的性质及工业分类二、煤的工业分类1常用的煤质目的水分和灰分：煤中的不可燃部分，含量越少煤质越好。灰分是指煤完全熄灭后所剩下的固体残渣，灰分超越40%的煤暂不利用。挥发分：指煤与空气隔绝后，加热到900左右时所排出的气体物质，主要成份为沼气、氢及其它化合物。固体碳：是除去水份、灰分和挥发份后的有机固体可燃物。其含量随煤的蜕变程度提高而增高。.第三节 煤的性质及工业分类

18、二、煤的工业分类1常用的煤质目的胶质层厚度：指粉煤与空气隔绝后加热到85020时，煤中的有机质分解、熔融而产生具有粘结性胶体厚度，单位：mm。焦炭就是由粘结性好的煤，加热后由胶质层粘结构成的。发热量：指质量为1kg的煤完全熄灭时放出的热量，其单位是J/kg，或卡/kg。硫和磷：煤中的有害杂质。含硫高的煤，炼钢性脆，质量下降。含矸率：指矿井采出的原煤中，大于50mm的矸石量占全部煤量的百分数。含矸率的高低将直接影响煤的质量和售价。.第三节 煤的性质及工业分类二、煤的工业分类1煤的非工业分类非工业分类主要选择含碳量、水分、挥发分与可燃物的比率和发热量为目的进展划分煤的种类。.第三节 煤的性质及工业

19、分类二、煤的工业分类2. 煤的工业分类 我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类目的主要用挥发分和胶质层的最大厚度y mm 为目的划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤、褐煤 (表 1-4 )。.第四节 煤层的埋藏特征由于成煤时期的原始条件受地壳运动的影响不同，埋藏在地下的煤层赋存形状、煤层顶底板岩石性质及含水性、煤层的含瓦斯性及自燃倾向性以及受地质构造影响的程度等都有明显的差别，这些问题都与采矿过程有亲密关系，开采前很有必要对它们进展详细研讨。一、煤层赋存形状煤层的赋存形状包括：煤层的厚度 、构造、稳定性和倾角。

20、1. 煤层的厚度薄煤层 煤层厚度从最小可采厚度至1.3m中厚煤层 煤层厚度1.3m至3.5m厚煤层 煤层厚度3.5m以上 .第四节 煤层的埋藏特征2. 煤层位置深度煤层的埋藏深度：大小不一，最大垂深可达2000m世界主要产煤国平均矿井开采深度。德国：1100m 最大采深1700m；波兰 700m；英国：650m；俄罗斯：600m；美国、南非、印度、澳大利亚在100250m。目前，我国的开采深度已到达1000m以上。我国平均开采深度为450-500m，沈阳彩屯煤矿：1199m最深的矿井；开滦矿区赵各庄矿：1160m；山东新汶孙村矿：1055m；北票冠山：1059m；河南省平顶山矿区部分矿井开采深

21、度接近和到达1000m。.第四节 煤层的埋藏特征3. 煤层的稳定性稳定煤层：在井田范围内厚度均大于最低可采规范，变化也有一定的规律。较稳定煤层：煤层厚度变化较大，但在井田范围内大多可采，仅部分不可采。不稳定的煤层：煤层厚度变化很大，常有增厚、变薄、分岔或尖灭景象，井田范围经常出现不可采区。极不稳定煤层 ：煤层常呈鸡窝状，串珠状，断断续续分布，井田范围仅部分可采。.第四节 煤层的埋藏特征4. 煤层的构造 根据煤层中有无较稳定的夹石层，煤层可以分为简单构造煤层和复杂构造煤层。简单构造煤层。煤层中没有呈层状出现的比较稳定的夹石层，但仍能够夹一些矿物质透镜体活结核。复杂构造煤层。煤层常含有较稳定的夹石

22、层。煤层普通成群埋藏，各煤田的含煤层数也不尽一样。当煤层成群埋藏时，相邻煤层间的法线间隔称为煤层的层间距。当相邻煤层间距很小或为复杂构造的煤层时，在开采中往往可以把相邻煤层看作一层，煤层间的薄层岩石就称为夹石层。 .第四节 煤层的埋藏特征5. 煤层的构造 根据煤层中有无较稳定的夹石层，煤层可以分为简单构造煤层和复杂构造煤层。简单构造煤层。煤层中没有呈层状出现的比较稳定的夹石层，但仍能够夹一些矿物质透镜体活结核。复杂构造煤层。煤层常含有较稳定的夹石层。煤层普通成群埋藏，各煤田的含煤层数也不尽一样。当煤层成群埋藏时，相邻煤层间的法线间隔称为煤层的层间距。当相邻煤层间距很小或为复杂构造的煤层时，在开

23、采中往往可以把相邻煤层看作一层，煤层间的薄层岩石就称为夹石层。 .第四节 煤层的埋藏特征6. 煤层的倾角煤层倾角变化在0 90 之间。普通情况下，煤层倾角越大开采越困难。根据开采技术的特点，煤层按倾角可分为缓斜煤层、倾斜煤层、急斜煤层三类。缓斜煤层 025倾斜煤层 2545急斜煤层 4590通常又把8以下的煤层称为近程度煤层。 .第四节 煤层的埋藏特征二、煤层顶底板岩石煤层顶底板岩石是指煤系中位于煤层上下一定间隔内的岩层。按照堆积的次序，在正常情况下，先于煤生成的岩石是煤层的底板，较煤后生成的岩层叫做顶板。三、地质构造对煤层的影响在地壳运动的作用下，煤和岩层改动原始的埋藏形状所产生的变形或变位

24、的形迹称为地质构造。 地质构造的形状多种多样，概括起来可分为褶曲构造、单斜构造和断裂构造。.第四节 煤层的埋藏特征三、地质构造对煤层的影响褶曲构造：岩层或煤层由于地壳升降或程度方向的挤压运动，被挤成弯弯曲曲但坚持岩层的延续性和完好性的构造形状称为褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲为一根本单位称褶曲。其中，煤层和岩层向上凸起的部分称作背斜；向下凹陷的部分称作向斜。单斜构造：当个向斜构造或背斜构造的范围较大时，它的一翼又称为单斜构造。所以说，单斜构造也是褶皱构造的一部分； .第四节 煤层的埋藏特征三、地质构造对煤层的影响煤层和煤层在空间的分布形状和位置通常用产状要素描画，如图1-14所描画。走向。煤

25、层或岩层层面与程度面的相交线称为走向线，走向线的方向称为走向。走向表示倾斜岩层在平面上的延伸方向。倾向。在煤层或岩层层面上、与走向线垂直向下的直线称为倾斜线，倾斜线在程度面上的投影称为倾向线，倾向线的方向称倾向，倾向表示倾斜岩层向地下深处延伸的方向。.第四节 煤层的埋藏特征三、地质构造对煤层的影响倾角。煤层或岩层层面与程度面之间所夹的最大锐角，倾角越小，开采越易；倾角越大，开采越难。 由于受地质构造的影响，在任何一个煤田内，同一煤层在不同的地点向和倾角都不是固定不变的，只不过变化的大小程度不同。断裂构造：岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了延续性和完好性的构造形状称为断裂构造。断裂面两侧的岩层没

26、有发生明显位移的称为裂隙或节理。当断裂面两侧的岩层发生了明显的位移时，称之为断层 。断层要素 ：断层面 、断盘 、断距 。.第四节 煤层的埋藏特征三、地质构造对煤层的影响当断裂面两侧的岩层发生了明显的位移时，称之为断层。其断层要素如下图。断层面。岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。断盘。断层面两侧的岩体称为断盘，假设断层面为倾斜时，通常将断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。假设断层面直立时，就无上、下盘之分； 断距。断层的两盘相对位移的间隔。断距可分为垂直断距(两盘相对位移垂直间隔)和程度断距(两盘相对位移程度间隔)，如下图。.第四节 煤层的埋藏特征四、岩溶塌陷和岩浆侵入对煤

27、层的影响岩溶塌陷 岩溶塌陷。当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩，并且有发育的岩溶时，岩溶能够发生坍塌而引起上覆煤层和岩层垮落、从而破坏了煤层的完好性，通常称为陷落柱。岩浆侵入 岩浆侵入。由于地质作用，使岩浆侵入煤层俗称火成岩侵入，煤层被破坏不但降低煤质，同时也给消费带来困难。 .第四节 煤层的埋藏特征五、影响开采任务的其他要素煤的自燃倾向性煤的自燃性决议于煤的疏松程度及氧化过程的猛烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。煤和岩层的含瓦斯性瓦斯的涌出和积聚不但给矿井消费带来许多困难，还能够呵斥严重的灾祸。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，该当在技术上采取特殊措施。矿井的充水程度矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然涉