影响煤矿生产的地质因素

影响煤矿生产的地质因素

影响煤矿生产的地质因素是指在采掘生产过程中，影响煤矿生产的主要地质条件，如煤层厚

度变化、地质构造等，不同的矿井有不同的主要影响因素，本章从地质与采矿结合的角度着

重讲述地质因素研究的意义、任务、观测、预测、处理方法。

第一节煤层厚度变化

一、煤层厚度变化的原因

煤层是泥炭层经煤化作用转化形成的，大都呈层状或是似层状。

煤厚变化的原因很多，归纳起来可划分为两类：

原生变化：整个含煤岩系最终形成之前，由某些地质因素引起的煤层的厚度变化。

1）地壳不均衡沉降

不均衡沉降沼泽基底不平

湖泊淤浅再度聚积泥炭，形成分叉。原湖泊区再度加速沉降继续堆积泥砂。地壳不均衡沉降

形成煤层分叉的形式：

（1）马尾状散射束；（2）超覆式；

（3）退覆式；（4）聚煤面积不断扩大的分叉类型；

（5）聚煤面积不断扩大的分叉类型。

2）泥炭沼泽基底不平：

泥炭沼泽基底不平引起的煤层厚度变化特点：

（1）底板起伏不平，而顶板与煤层的接触面是平面。

（2）煤层变博的方向是底板突起的方向，煤层厚度是渐变的。

（3）煤分层或夹肝被基底隆起地段隔开而呈现不连续。

3）同生冲蚀：在煤层形成过程中，即未形成煤层顶板以前，因地壳上升，河流在含煤地段

发育，泥炭被冲蚀一同生冲蚀。

同生冲蚀的特征：

（1）煤层和冲刷物有共同的顶板。2）煤层和冲刷物相混，煤中有冲刷物，冲刷物中有煤。

（3）冲刷范围一般不大。

（4）冲刷物平面分布呈弯曲条带状。

2、次生变化:

含煤岩系形成以后，由于地壳运动、岩浆活动、侵蚀冲刷等引起煤层厚度发生变化。

1）次生冲蚀：形成煤层和顶板以后，由于地壳上升，煤和顶板遭受冲刷。煤系内的后生冲

蚀煤系形成后的后生冲蚀第六章影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素是指在

采掘生产过程中，影响煤矿生产的主要地质条件，如煤层厚度变化、地质构造等，不同的矿

井有不同的主要影响因素，本章从地质与采矿结合的角度着重讲述地质因素研究的意义、任

务、观测、预测、处理方法。

冲蚀的特征：

（1）冲蚀规模较大，煤顶板及其底板均被冲蚀。

（2）冲刷沉积物粒度较粗，常为砾岩、粗砂岩及中砂岩。

（3）邻近冲刷带的煤层，光泽变暗、灰分增高、裂隙发育。

（4）被冲刷的煤层与冲刷沉积物犬齿交错。

2）构造挤压：

（1）受褶皱影响：

（2）受断层影响：

（3）构造挤压引起煤层厚度变化的特点：

a、由于夹肝与煤层混杂，造成灰分增高。

b、顶、底板岩层不完整，裂隙发育，有时与煤互相穿插。

c、在煤层增厚与变薄区，煤层结构遭到破坏，煤呈鳞片、粉沫状。

d、沿煤层走向或倾向，煤层增厚带或变薄带交替出现。

二煤厚变化对生产的影响：

1、影响采掘布置

原分层开采的厚煤层，由于煤厚变薄，只能改为单层开采。原一次采全厚的煤层，由于煤层

增厚，又要改为分层开采。

2、影响计划生产

工作面内煤层变薄，引起工作面回采提前，造成采掘失调。工作面接续紧张。采掘工作面，

对煤层稳定程度要求更高，煤厚变化影响生产效率

3、掘进率增高

为探明煤厚变化，需要布置探巷，有时煤层尖灭造成废巷

4、回采率降低

煤厚变化，造成面积损失，降低回采率。

（-）煤层的观测

1,观测的基本要求：

1）一切穿过巷道揭露煤层的地点，均应详细观测。

2）顺煤层掘进的巷道，观测点间距视煤层稳定性确定。

3）采面每7—10天布点观测一次。

2、观测的内容：

1）煤层结构：各煤层夹石层层数，岩性。

2）煤层厚度：总厚度，分层厚度及变化。

3）煤层顶底板：岩性、厚度、裂隙发育程度、力学性质。

4）煤质：煤的物理性质，煤岩类型。

5）煤层含水性：一般分为干燥（无水）、潮（滴）、湿（淋水）、含水（涌水）

6）煤层产状。

（-）煤层的探测

对于巷道未揭露的厚煤层或没有巷道揭露的煤层，就必须采用一些探测手段，来了解其厚度

变化.探测工作常用的是探煤钻和探煤巷。

1、厚煤层的探测：

对于厚煤层，巷道一般不能揭露其全厚，而煤厚的变化又直接影响着分层开采和巷道布置，

所以在厚煤层掘进和回采中，坚持探煤厚工作是十分必要的。

1）掘进巷道的探煤厚工作

（1）缓倾斜煤层：利用电钻探测煤层厚度，间距15—20米。

（2）急倾斜煤层：钻孔与煤门相结合掘进巷道中的探测点间距，要立足于能够真实反映煤

厚变化一般间距10—20米布置一个探煤点，两点煤厚变化大于0.5米时，要加密探测点。

2）回采工作面的探煤厚工作

在厚煤层分层开采的工作面中，为了准确控制各分层的回采厚度，仅根据回采巷道中的煤厚

点是不够的，一般还要在上分层的回采过程中，既测量实测采高，又按一定间距探测煤厚。

（1）工作面探煤点间距：沿走向的间距一般为15米左右，沿倾向的间距视煤厚变换情况而

定，•般为5—10米。

（2）工作面探煤厚的方式：

i回采第一分层时.，一次探测煤层全厚。

ii回采第一分层时，只探测下一分层厚度

2、煤厚变化的探测

1）煤层分叉、尖灭的探测

煤层分叉形式很多，但根据分叉后的稳定情况，可分两种，一种是煤层分叉后，各分层的分

布比较稳定，这样的分叉煤层在勘探阶段就已查明，生产阶段主要进一步控制和确定可采分

叉的分布和分合区界线。另一种是分叉或，仅有一层保持稳定既主煤层，其它各分叉很快尖

灭，这种分叉煤层勘探阶段不易查明，甚至出现层位对比上的错误，产生阶段必须探明。

（1）煤层呈多层次比较稳定的分叉，在稳定的厚度较大的煤层中布置巷道，探测其它分层

的分叉情况。

（2）煤层呈短距离分叉：连络巷喑井+钻孔探测煤厚及分叉情况；急倾斜煤层用煤门+钻孔

探测

（3）圈定分叉区

根据钻孔、巷道、煤门等实件资料中的分叉点连接而成。

2）煤层底凸薄化的探测

1）利用钻探控制掘进前方底凸位置

2）利用底板倾角推测掘进前方底凸位置

3）河流冲刷的煤厚变化探测工作

在巷道详细编录冲刷带的各种地质现象，如冲刷带宽度、厚度、岩性、煤层被冲刷的情况，

冲刷面的特征。将巷道所见的冲刷现象展绘到平面图上。

.第二节矿井地质构造

地质构造包括：褶皱构造、断层和节理

矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度不同，可以划分为大、中、小三个等级。

大型构造：指整个煤产地的骨干构造。它决定着井田的划分和总体构造轮廓。勘探阶段以查

明，不是矿井地质研究的重点。

中型构造：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。勘探阶段尚

未查明，对生产影响极大，研究重点。

小型构造：规模很小。在一条巷道或一个工作面内就能看清全貌的更次一级构造。其密集发

育忖，对生产影响很大。

一、褶曲研究

1、褶曲的判断与观测：

1）褶曲的识别：井下判断褶曲的标志：新老岩层对称出现且岩层产状有规律地变化。

2）褶曲轴的判断：判断褶曲轴的方法：

（1）根据上部资料推断：要注意不同类型褶曲轴在平面上的投影有不同的位置。

（2）根据区域构造线方向推测：应用于资料较少地区。

3）褶曲的观测：对于已确认的褶曲构造,应详细观测描述以下内容：

（1）褶曲枢纽位置，倾伏方向和倾伏角。

（2）褶曲两翼煤、岩层和轴血的产状要素。

（3）褶曲与断层、节理、煤层厚度变化的关系。查明褶曲的生产探测手段：

生产勘探手段：

1）巷探：布置应遵循“一巷两用”的原则，探明褶曲，生产利用。

2）井下钻探：构造复杂，控制较少的褶曲，应在井下邻近巷道利用钻探查明。

3、观测判断褶曲时应注意的问题：

1）煤岩层的分析和对比：必须熟悉煤系地层和标志层。

2）褶曲的不协调性：

3）褶曲发展成断层的可能性：塑性弯曲和脆性断裂既有区别又有联系，挠曲可发展成正断

层；倒转背斜发展成逆断层。

4）注意倒转褶曲的倒转翼和正常翼。

4、褶曲对煤矿生产的影响和处理：

1）大型褶曲：指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造。

（1）褶曲轴线作为井田边界：

（2）井田内开拓部署中的处理方法：背斜轴部一总回风巷；向斜轴部一集中运输巷。

2）中型褶曲：往往是大型褶曲的次一级构造。

（1）轴线选做采区中心，布置采区上、下山。

（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。

（3）工作面直接推过褶曲轴（宽缓褶曲）。

3）小型褶曲：

（1）使煤厚发生变化。

（2）沿煤掘进时，褶曲使巷道变得弯曲。

（3）影响工作面的长短。

二、断层研究

1、断层的判断与观测：

1）断层的判断：断层出现以前，可能出现的征兆：

（1）煤岩层产状发生急剧变化：断层附近的煤岩层，由于受断层两盘相对运动影响，往往

会发生显著变化。

（2）煤层厚度发生变化，煤层顶、底板出现不平行现象：煤层受断层影响易发生塑性变形,

使厚度改变。

3）接近断层时，煤层和顶、底板中裂隙显著增加，并具有一定的规律性。

（4）在大断层附近常伴生•系列小断层，这些小断层是预兆大断层的重要标志。

（5）瓦斯涌出量增加：断层可以赋村瓦斯，当巷道揭露到断层附近时，断层中的瓦斯就可

以通过煤岩层中的裂隙进入到巷道。

（6）涌水量增加：滴水、淋水要注意。

断层出现征兆和使用说应注意的问题，可简要归纳为几句话：产状煤厚生巨变，揉皱破碎光

泽暗，节理增加有规律。瓦斯增加大显驼峰，滴水淋水或涌水，反常现象放在心，综合起来

再确定，以防“草木皆成兵”

2）断层的观测:

（1）位置的确定：通过测量点确定断层位置，边投绘到巷道平面图上。若断层成组出现,

应分别测定各断层面位置，并确定主断层面。

（2）断层面特征的观测：包括断层面形态特征、擦痕。

（3）断层带特征的观测：断层带的宽度及带内构造岩。

（4）断层两侧煤岩层层位、产状、伴生及派生构造。

（5）断层产状与断煤交线测量。

（6）断距测量。

（7）断层的描述。

3）断失翼煤层的寻找：

(1)层位对比法：

(2)构造形迹判定法：是指根据与断层伴生和派生的小型和微型构造来判断断层性质的一

种方法。

a牵引褶曲

b、羽状节理：分布在断层一侧或两侧，与断层面斜交呈羽状排列的节理，它是由断层两盘

相对运动位移产生的局部应力场的产物。

羽状张解理：T断层面呈45°,锐角尖端指示本盘运动。

羽状节理：S1与断层面近直交，锐角不稳定；SI、S2夹角15°以下，锐角尖端指示T本盘

运动。S2痕、阶步：阶步由缓到陡或陡坡的倾向指示对盘运动

(3)规律类推法

故居已掌握的该区的发育特征和规律，确定断层性质，指明断失翼煤层寻找方阶步向的一种

方法。适用于开采时间长，资料丰富的矿井。

(4)生产勘探法

如果遇到断层，通过观测和综合分析，仍不能确定断层性质或已确定断层性质，但断距无法

确定时，需用生产勘探的方法来解决，其手段是巷探、钻探、物探。

2、矿井构造预测：

1)在剖面图中，根据水平巷道资料，推断下水平断层位置：

2)根据上部煤层资料，推断K部煤层情况：

3)据同一煤层上水平巷道所见断层资料，预测新开巷道见断层的位置

3、断层对煤矿生产的影响及处理

1)开拓设计阶段：

(1)井田、采区边界的确定：H>50米的断层，应考虑该断层作为井田边界，这样使断层煤

柱和边界煤柱和为一体，避免出现三角煤规划其它井田+30米煤柱+

(2)井筒位置的选择：井筒尽可能避开大断层

(3)井田开拓方式的确定：如遇断层破坏强烈区用竖井+主石门比斜井开拓合理F

2)掘进阶段

(1)平巷过断层

(2)斜巷过断层

3)回采阶段

(1)走向断层，落差大于2米，且分布较大，用双工作面。

(2)斜交断层，双工作面渡过影响区。

(3)工作面小型倾向或斜交断层，H>2米重开切眼，H<2米工作面推过，要注意使工作面

与断层延展方向有一个较大的交角，避免因冲击地压造成工作面的危险。

第三节岩浆侵入煤层

一、岩浆侵入体的一般特点

1、产状和形态

I)岩墙：

2)岩床：地下岩浆沿煤层层面方向侵入的层状侵入体。它可以沿煤层顶、底中间侵入，也

可吞蚀整个煤层。

(1)岩床的形态：根据矿井观测有以下几种：层状、似层状、串球状、树枝状。

(2)剖面类型：

a、厚层侵入型：整个煤层比侵入体所代替。

b、层状侵入型：侵入到煤层的任何部位，侵入体土煤层接触时，煤层呈波浪状。

c、浑圆状侵入型：煤层中侵入体呈孤立的大小不等的浑圆状，常发育在侵入严重地区的较

远地段。

d、串球侵入型：扁豆状、树枝状。

2、岩浆侵入煤层的变质作用

1）岩墙切割煤层对没治影响小，只影响岩墙两侧的煤发生编制；沿煤层侵入的岩床，对没

治影响范围较大。

2）岩浆一一般侵入煤层下部影响较大，侵入上部影响较小，侵入中部影响最大。

3）煤的变质程度与侵入体的大小、厚度成正比。

4）岩浆性质不同，对煤层的影响也有差异。

二、岩浆侵入煤层的活动特征

1、岩浆上冲通道和侵入层位

1）岩浆上冲通道上冲通道往往是断层或裂隙，表明岩浆侵入活动质构造有关，这种断裂是

岩浆侵入前就已存在的断裂构造。

2）侵入层位：侵入体有选择层为的特点，往往是侵入煤层或较松软的泥岩岩层。

三、对岩浆侵入体的观测及探测

1、观测内容：

1）岩浆岩的颜色、矿物成分、结构、构造等特征。

2）侵入体产状、形态、厚度及范围。

3）查明侵入体与断裂构造的关系。

4）观察煤层被破坏的情况

2、探测工作

1）当岩浆侵入厚煤层时，无论沿顶或底掘进，隔一定距离均应探测一次岩浆岩和煤厚变化。

对于一些中厚煤层或薄煤层，可在同一煤层中布置钻孔或探巷查明侵入体范围也可从邻近的

巷道中打钻孔圈定侵入体的范围。

四、侵入体对煤矿生产的影响及处理方法

1、对生产的影响

1）破坏了煤层的连续性和均一性。

2）使煤层灰分增高，粘结性减弱，降低了工业价值。

3）煤层硬度增大，降低了工程进度。

4）煤层不连续，使采区、工作面布置困难。

2、采掘过程中的处理方法：

1）对岩墙的处理：

（1）查明岩墙的成因；

（2）巷道遇岩墙

（3）工作面遇岩墙：

a、岩墙沿倾向或斜交方向分布，重开切眼。

b、沿走向分布较大的岩墙，将工作面分成上、下两个小面回采。

2）对岩床的处理：

（1）对大片岩浆分布区，采区、工作面布置时要设法避开。

（2）对串球状侵入体，工作面可直接推过。

（3）对于厚煤层中部的侵入体，可进行分层回采。

第四节岩溶塌陷

岩溶塌陷：在石灰岩等可溶性岩层地区，由于地下水的溶蚀作用而产生的塌陷现象。

一、岩溶塌陷的成因及特征

（一）陷落柱

1、成因：

1）地质条件：岩溶发育必须具备的四个条件：

（1）有可溶性岩层存在；

（2）可溶性岩层透水;

（3）水具侵蚀性；

（4）水要流动

2）形成过程特征1）地表特征：（1）盆状陷落区；（2）丘状凸起

2）井下特征

（1）柱面的垂直剖面为两条折线；

（2）平面形状为一封闭曲线；

（3）剖面形状为梯形，上小下大；

（4）柱面沉积物：铁质、钙质、泥质；

（5）柱高与岩溶大小、地下水排泄条件有关；

（6）柱内特征：

3、井下遇陷落柱前的预兆：

1）煤岩层产状变化，向中心倾斜

2）裂隙增多

3）小断层发育

4）煤被氧化，光泽变暗

5）瓦斯增加

（-）淤泥带

淤泥带：在可溶性岩层地区，地下水溶蚀构造节理，使之成为很深的裂隙，泥土和碎石填入

这些裂隙即形成淤泥带。

淤泥带的特征：

1、多发生在冲沟地带。

2、上宽下窄，到一定深度消失。

3、平面延展方向受构造控制。

4、带内物质成分沿垂直方向上的变化：

二、岩溶塌陷误判的原因和判别标志

（-）误判原因

岩溶塌陷与构造变动相似的现象：

1、岩层不连续；2、裂隙发育；

3、煤层破碎；4、淋水；

5、遇大块岩层填入巷道。采掘过程中的处理方法：

（二）判别标志

陷落柱的判别标志：

1、岩性标志。

2、接触面不平整，无擦痕。

3、顶、底板产状无大变化。

4、地表出现，井下必然出现。

三、陷落柱的观测与探测

（一）陷落柱的观测：

生产矿井对陷落柱观测的要求，可归纳为五查、五看、五定。

（二）陷落柱的探测：

1、钻探：目前生产矿井常用的手段之一。

2、巷探：小断面的巷道。

3、物探：

1）仪器：无线电波坑道透视仪——坑透仪。

2）原理：

3）观测方法：（1）同步法：（2）定点法

四、岩溶塌陷的处理方法

1、陷落柱的处理：

1）主要开拓巷道遇陷落柱：按原计划施工。

2）回采工作面遇陷落柱：处理原则：查清其范围，缩短工作面回采。

3）回风巷、运输巷遇陷落柱：一般直接通过。

2、淤泥带的处理：

1）巷道过淤泥带：

（1）直接穿过巷道；

（2）绕过。

2）工作面过淤泥带：

（1）淤泥带横穿工作面时，重开切眼。

（2）工作面内局部出现淤泥带，利用巷探查清其范围，缩短工作面渡过。

第五节矿井瓦斯

瓦斯：是指在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体。

一、矿井瓦斯的形成及分带

1、瓦斯的成分和性质：瓦斯中甲烷（CH4）占绝大多数。瓦斯又称沼气，为无色、无味、

无毒，可以燃烧和爆炸的气体。比重为0.554,比空气轻，聚集在巷道上部。

2、瓦斯的赋存状态

1）游离状态瓦斯：以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯。

2）吸着状态瓦斯：

（1）吸附瓦斯：吸附在煤岩体表面的瓦斯，它往往形成一层薄膜。

（2）吸收瓦斯：瓦斯分子进入煤体内部，与煤分子紧密结合成固溶体。

3、瓦斯的成因

瓦斯的形成和煤的形成是同步的，而且贯穿整个成煤过程的始终，但瓦斯大量生成并保存下

来，是在煤的变质作用阶段。

1）生物化学作用阶段

植物成煤第阶段有机质分解形成瓦斯，此阶段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因为此时

成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。

2）变质作用阶段

成煤的第二阶段过程中，煤炭物质产生热解，发生一系列变化同时产生大量瓦斯。

该阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶

段形成油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层

4、瓦斯分带

煤层瓦斯成分山浅而深大体可分为四带

第一带：N2—CO2带：CH4=0—10%,N2=20—80%,CO2=20—80%第二带：N2带：CH4=0

—20%,N2=80—100%,CO2=0—20%第三带：N2-CH4带：CH4=20—80%,N2=20—

80%,C02=0—20%第四带：CH4带：CH4=80—100%,N2=0—20%,CO2=Q—20%前三带称

为瓦斯风化带，其深度差别很大，决定于空气透入条件，上部煤岩层风氧化情况及地下水活

动强弱程度。

二、瓦斯含量的研究

煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，含瓦斯的体积，单位m3/t、m3/m3、cm3/g,它

应包括吸着、游离瓦斯。

1、影响瓦斯含量的地质因素：

1）煤的变质程度：

（1）变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。

（2）变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。

2）围岩和煤层的渗透性：

渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，

不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。

3）地质构造

地质构造对瓦斯的聚积和排放具有双重作用：

张性断裂有利于瓦斯排放，压性断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条

件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀是褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，

当顶板为脆性岩层时，则相反。

4）地卜.水活动：

地下水活动区域有利于瓦斯的排放。

5）煤田的暴露程度：

暴露式煤田有利于瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。煤层埋藏深度瓦斯梯度：矿井瓦斯

相对涌出量每增加lm3/t时，深度增加米数。H2-H1公式为:a=Q2-Q2a—瓦斯剃度,m/（m3/t）。

H2、Hl—沼气带内两次测定瓦斯相对涌出量的深度。Q2、Q2一对应于H2、H1深度上测定

的瓦斯相对涌出量。

2、煤层瓦斯含量的测定

1）直接测定法：

（1）密封式：利用密封式煤芯采取器上、下端的活门，将来脱气的煤样在钻孔底部密封，

送化验室测定煤样中的瓦斯体积，算出瓦斯含量。

（2）集气式：利用集气式煤芯采取器上部的集气室，收集钻进和提钻过程中从煤芯泄出的

瓦斯，算出煤的瓦斯含量。

（3）气测井法：利用气测井仪器测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量，煤芯和钻屑中残留的瓦

斯量，算出总瓦斯量，除以钻进切除的煤量，既得到煤的瓦斯含量。

2）间接测定法：

现场实测瓦斯压力，实验室测定煤样的吸附常数和煤质参数，

用公式算出瓦斯含量。

3、瓦斯含量预测图的编制

1）底图：煤层底板等高线图

2）编制资料：取样成果资料

3）编图步骤：填绘取样点，并着色；注明瓦斯含量和距地表深

度；勾绘瓦斯含量等值线。

三、瓦斯涌出量预测：

1、矿山统计法

四、防止煤与瓦斯突出的地质工作：

矿井煤与瓦斯突出：指在采掘过程中，煤与瓦斯突然喷出。

1、煤瓦斯突出的地质因素：

1）煤层的埋藏深度

2）地质构造和地应力

3）煤层厚度变化

4）煤的物理力学性质

5）其它地质因素

2、防止煤与瓦斯突出的地质工作

1）做好突出点的地质描述和记录。

1）地质描述：突出点所在的煤层、煤质、煤层结构、煤厚变化、煤层顶底板，突出点的构

造、岩层产状等。

2）记录内容：突出的时间、地点、标高、温度、强度等。

2）编制突出点位置分布图。

3）提供可能发生突出的地质资料。

4）分析瓦斯突出与地质的关系。

瓦斯含量的研究煤层瓦斯含量:单位体积或重量的煤体内，含瓦斯的体积,单位m3/t、m3/m3、

cm3/g,它应包括吸着、游离瓦斯。

1、影响瓦斯含量的地质因素：

1）煤的变质程度：

（1）变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。

（2）变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。

2）围岩和煤层的渗透性：

渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，

不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。防止煤与瓦斯突出的地质工作：

矿井煤与瓦斯突出：指在采掘过程中，煤与瓦斯突然喷出。

1、煤瓦斯突出的地质因素：

1）煤层的埋藏深度

2）地质构造和地应力

3）煤层厚度变化

4）煤的物理力学性质

5）其它地质因素

2、防止煤与瓦斯突出的地质工作

1）做好突出点的地质描述和记录。

1）地质描述：突出点所在的煤层、煤质、煤层结构、煤厚变化、煤层顶底板，突出点的构

造、岩层产状等。

2）记录内容：突出的时间、地点、标高、温度、强度等。

2）编制突出点位置分布图。

3）提供可能发生突出的地质资料。

4）分析瓦斯突出与地质的关系。

5）编制预测图。

第六节煤层顶底板

一、煤层顶底板对生产的影响

1、影响工作面的连续推进工作面遇断层时，坚硬的顶底板不利于挑顶挖底的方式通过断层,

工作面不得不重开切眼。

2、顶底板的破坏可能导致突水华北地区下组煤的安全开采是一个重大课题。

3、影响支护

不同类型的顶板影响到支护的密度、支护形式。底板松软将失去对顶板的支撑作用。

二、煤层顶底板条件的研究方法

1、收集有关资料

2、研究井田地质构造展布规律对顶板条件的影响

3、进行采样测试物理力学性质，了解岩石坚固性、可塑性、吸水率。

4、观测顶底板矿压数据。

5、编制顶底板条件类型图和顶底板地质险情分析图底板研究主要的采动破坏深度、机理、

规律等研究。经常采用的方法：注水法、超声波、地质雷达、应力应变观测法。国内在底板

破坏研究方面占有领先水平。

第七节地温与矿山压力

一、地温

（-）引起煤矿地温异常的因素

1、大地构造位置：地壳活动区、岩浆活动区等地热异常区。

2、岩石的导热性：

岩浆岩、石灰岩导热性强，传热快一地温低异常。

泥岩、页岩、煤导热性差，传热慢一地温高异常。

煤系盖层厚，地表水补给条件差，这样地区地温较高。

3、矿区基底起伏

基底隆起区古老岩系研性致密导热率高，热流在隆起区域汇集形成高异常。

4、深大断裂

深大断裂是深部炽热物质上升通道。

5、地F水活动

6、局部热源影响

（1）岩浆侵入体余热：

（2）放射性元素的富集：

（3）硫化矿床的氧化热：

7、人为因素

（二）我国矿区的地热类型

1、基底抬高型：热流值高，地温偏高，出现热害。

2、基底沉陷型：热流值低，不会出现热害。

3、深大断裂型：热流值高，有热水涌出。

4、地卜水活动强烈型：地温低，千米内不会出现热害。

5、深循环热水型：局部热异常，局部有热水涌出。

6、硫化物氧化型：局部热异常。

二、矿山压力

第七章矿井水文地质与防治水

第一节地下水的基本知识

一、有关概念：

1、大气水：以气态（水汽）、液态（雨、云）和固态（雪、雹）存在于大气圈中的水。

2、地表水：以液态聚积在江、河、海、湖中以及以固态存在于两极及高寒地带的水。

3、地下水：以各种不同状态（气、液、固）存在于岩石空隙中的水。

地下水具有分带性：

1）包气带：岩石空隙未被水充满的地带。

2）饱水带：地下水面以下，岩石空隙被重力水全部充满的部分。

二、水的循环：

大气降水分三部分：空隙性及水理性

岩石的透水性一岩石能被水透过的性质。

透水层一能透水的岩层。

隔水层一不能透水的岩层。

含水层一充满了地下水的透水层。

（-）岩石的空隙性

根据空隙的成因和结构，可将其划分三种类型：

1、孔隙：松散岩石和未完全固结的沉积岩，岩石颗粒之间的空隙。

孔隙度：孔隙体枳Vn与包括孔隙在内的岩石体积V之比。用百分数表示：Kn-Vn/VX100%

2、裂隙：由于受地壳运动或外力作用，坚硬岩层中的各种裂缝。

裂隙度：裂隙体积Vt与包括裂隙在内的岩石总体积V之比。用百分数表示：Kt=Vt/VX100%

溶性岩石中的洞穴。

岩溶度：可溶性岩层中洞穴体积与包括岩溶洞穴在内的岩石总体和V之比。用百分数表示:

Kk=Vk/VX100%

（-）岩石的水理性：

1、容水性：岩石空隙所能容纳水的性质。

表示容水性能的指标叫容水度：岩石所能容纳水的重量与岩石干燥时的重量比，用百分数表

示，叫重量容水度。数值上等于岩石的孔隙度、裂隙度或岩溶度。

2、持水性：在自然条件下，岩石能保持一定水量的性能。

3、给水性：被水饱和了的岩石，在重力作用下，能自由排出重力水的性能。

4、透水性：岩石能使水透过本身的一种性能。表示岩石透水性能大下，用渗透系数（K）

表示。分类及特征

（-）按埋藏条件分类

1、上层滞水：包气带中局部隔水层之上的重力水。一般只能作小型或暂时性供水水源，对

矿山开发、建设几乎没有影响。

2、潜水：埋臧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。再度蒸发，回

到大气中；（2）另一部分以地表迳流的形式汇入河流、湖泊，最后注入海洋；（3）还有一部

分通过土壤或岩石空隙渗入到地下,形成地下水，地下水又以地下迳流或泉的形式汇入河流、

湖泊或海洋。

按其循环的范围不同，可分为两类型：

（1）大循环：水在海洋和陆地之间，既整个地球范围内的循环。

（2）小循环：水在海洋或陆地各自范围内的循环。满两个稳定隔水层之间的含水层中的重

力水。

1）承压水特征：

（1）承受静水压力；

（2）补给区与排泄区不一致；

（3）季节变化不明显。征：

（1）潜水的分布区和补给区是一致的。

（2）潜水有一个自由水面，称为潜水面。潜水面上任意一点均受大气压力作用，而不承受

静水压力，所以潜水是无压水。

（3）潜水的水量、水位、水质均有明显的季节性变化。

（4）潜水在重力作用下，始终由高水位向低水位不断运动。

2）潜水面形状：

潜水面形状可用潜水等水位线图来表示。根据等水位线图可解决下列问题：

（1）确定潜水流向；

（2）确定潜水的水力坡度，水力坡度：沿水流方向上某线段上潜水位的高差与该线段水平

距离的比值，I=104—100/AB

（3）确定潜水与地表水的补给关系。

（4）确定潜水埋藏深度。

（5）确定引、排水工程的位置：水井布置在地下水汇集的地方，排水沟应布置在垂直水流

方向。

（二）地下水按含水层性质分类

1、孔隙水：赋存和运移在松散岩层中的底下水。

1）广泛分布在第四纪和第三纪未胶结的沉积物中。

2）按埋藏条件可形成上层滞水、潜水、承压水。

3）赋存和运移取决于孔隙的大小和数量。

4）重要的供水水源，需要解决煤矿生产中的水文地质问题。

2、裂隙水：埋藏在基岩裂隙中的地下水。

I）按埋藏条件可形成上层滞水、潜水、承压水。

2）赋存和运移取决于裂隙的性质（大小、数量、分布面积等）。状可分为：

（1）层状水：分布在区域构造中。

i潜水：广泛分布于区域基岩裂隙的地下水中，这种水的水量不大。

ii承压水：如上面被隔水层覆盖，就形成承压水，水量不大。

（2）脉状水：分布断层及接触带中。

3、岩溶水：赋存和运移在可溶性岩石中的地下水。

1）岩溶水的特征：（1）灌入式的迅速补给；（2）管道式的畅通迳流；（3）暗河式的集中排

泄。

2）岩溶发育的层位：

（1）质纯可溶性岩层。

（2）可溶性岩层的断层部位。

（3）可溶性与不可溶性岩层接触部位。

（4）褶曲轴部。

（5）可溶性岩层的浅部。

（6）可溶性岩层产状急剧变化部位。：赋存承压水的向斜盆地。

（1）补给区a：盆地四周位置较高处含水层出露的地带。

（2）承压区b：含水层上部具有隔水层的地段。钻孔或水井揭穿顶板时，承压水便涌入孔

内，并继续上升到一定高度后稳定，此时的水位一承压水位。承压水位到隔水顶板面的距离

一承压水头Ho两个隔水层之间的垂直距离一含水层厚度M。

3）自流斜地：赋存承压水的单斜构造。

（1）由断层形成的自流斜地：水的物理性质和化学成分（一）地下水物理性质

1、温度：地下水的温度与埋藏深度有关

2、颜色：决定与地下水化学成分与所含悬浮物质，地卜水无色，含有某些化学成分或悬浮

杂质时呈现不同的颜色。

3、透明度：决定于固体和胶体悬浮物含量。

4、气味：取决于水中化学成分和有机质。

5、味：取决于水中化学成分。

6、比重：决定于水中所含盐分的多少。水：承压水无独立的排泄通道，当补给水量大于含

水层所能容纳的水量时，含水层的水就通过补给区低洼区排泄，此时补给排泄区•致。

ii断层导水：含水层通过断层排泄，断层与地表相交并形成泉。

（2）含水层岩性变化形成自流斜地：含水层在低洼处有泉水出露水化学成分

1、地下水中的主要化学成分：

1）离子状态：H+Na+K+Mg+NH4+等阳离子；OH-、S04=、HC03-、C03-等阴离子。

2）化合物状态：FeO3、A12O3等。

3）气体状态：N2、C02,02、CH4、H2s等。

4）地下水中分布最广的7种离子：Cl-、S04=、HCO3-、Na+、K+、Ca++、Mg++

2、地下水的化学性质：

1）PH值：地下水按PH值划分：

强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水饮用水<55--777-9>96.5—8.5：地下水按总硬度

划分：（毫克当量/升）极软水软水微硬水（弱）硬水极硬水<1.51.5—33—66—9>9

3）总矿化度：地下水所含各种离子、分子和化合物的总量，简称矿化度。

（1）测量方法：i实验室化学分析所得各种离子、分子、化合物总量相加。

ii加热105°-110°蒸干后剩下的残余物。

（2）地下水按矿化度划分：（克/升）的天然露头

按泉的形成方式划分：

（-）下降泉：由潜水含水层形成的泉

1、侵蚀下降泉：河谷、冲沟切割潜水含水层形成。

2、接触下降泉：地形切割含水层下面隔水层，潜水从两者接触处，出露地表。

3、溢流下降泉：岩石透水性变弱或隔水层底板隆起，潜水流动受阻而溢出地表。泉由承压

含层水形成的泉

1、侵蚀上升泉：

河谷、冲沟切穿承压含水层的隔水层顶板

2、断裂上升泉：

导水断层通过承压含水层，由于承压水水位较高，底下水沿着断层、裂隙上升溢出地表。第

二节矿井充水条件矿井水：流入井筒、巷道和工作面的水。矿井充水的主要因素：水的来源、

涌水通道和影响水量大小的因素，它们是计算涌水量、预测突水的重要依据。

一、矿井水的来源

（-）矿体及围岩空隙中的地下水

有些矿体本身充满来哦地下水，这些水在开采时可以直接流入巷道，成为涌水水源。

有些矿体本身不含水，但其围岩有较多的空隙并含有地下水，当巷道与空隙相通时，成为涌

水的水源。

（―）地表水

地表水体包括：河流、湖泊、池沼、水库等。在评价地表水体时矿井充水影响时，需要考虑

以下几个问题：

1、其本身特点：通道分析（一）岩石的孔隙这种通道往往存在于未成岩的松散沉积物中，

其透水性能取决于孔隙的大小和形态，孔隙大涌水量就大。

（二）岩石的裂隙

风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙均能构成矿井涌水通道，其中风化裂隙、成岩裂隙所含水量

不大，只有与其它水源连通时，才能使矿井充水，构造裂隙是矿井涌水和矿井突水的主要通

道。构造裂隙包括：节理、断层和巨大的断裂破碎带。

1、节理：脆性岩石中节理较发育，且为张性节理，透水性好，柔性岩石中节理细小，透水

性差。

2、断层：1）隔水断层：2）透水断层。

3、断裂破碎带：具有较高的空隙，有利于突水。溶隙岩石的溶隙是可溶性岩层被溶蚀而成。

岩溶区岩溶水的运动和岩溶溶洞的发育、分布，具有垂直分带性：

1、包气带（I）：位于最高地下水位以上。

2、水位季节变动带（II）：位于高水位和低水位之间

3、饱水带（III）：处于地下水面以下。

4、深部循环带（IV）：位于当地侵蚀基准面以下。

（四）人工通道

1、崩落法采煤造成的裂隙。

2、钻孔造成的涌水通道。涌水量大小的因素影响矿井涌水量大小的因素有：充水来源、充

水通道、覆盖层岩性、围岩岩性地形条件等。

1、覆盖层及围岩岩性：

2、地形条件：

3、地质构造：

地质构造是影响矿井涌水量大小的重要因素。

I）断裂面：断裂血性质不同对涌水量打下的影响程度不同。

（1）压性断裂面；（2）张性断裂面：（3）扭性断裂面。

2）构造部位：不同的构造部位对矿井涌水量影响程度不同。

（1）断层产生的裂隙发育地段，对矿井涌水量影响大。

（2）断层交叉点容易突水。

（3）断层密度大的地段，岩石破碎、裂隙发育、易突水。

（4）有些矿井断层上盘次一•级的断裂较发育，突水性强。相对关系：

1）地表水体位于煤层之下，无影响。

2）位于煤层之上，有影响，其影响大小取决于：

（1）二者的垂距；

（2）地下水体的岩性组合。

（三）大气降水是渗入

1、矿井涌水程度与降水大小、降水强度和持续时间有关。

2、矿井涌水量有明显的季节性变化。

3、大气降水渗入量随开采深度增加而减少。

（四）老窑水

采空区或废弃巷道，由于长期停止排水而积水的地下水称老窑水。

老窑水的特点：

1、象地下水库，且浅部分布较多。

2、分布无规则，准确位置不易确定。

3、酸性大，多为强酸性水。运动的基本规律

（-）地下水的运动条件：

1、岩层必须透水。

2、地下水面必须具有水力坡度。

水力坡度：沿水流方向上单位距离内的水位差。

（二）地下水运动状态

1、层流：水质点作连续运动，流束平行而不混杂。

2、紊流：水质点运动不连续，流束不平行而混杂。水运动的基本定律：反映层流运动的基

本定律叫达尔西定律。Q=K3AH/L=K3l

式中：Q—单位时间的渗透流量，m3/s：

K—渗透系数，m/s；

3一砂样过水断面面积，m2；

L—砂样长度，m

等式两边同除3,上式变为：Q/3=KIV=KIV一渗透速度，m/s渗透速度，并不等于地下水

在岩层中运动的实际速度，

因为渗透速度V=Q/3,其中过水断面W包括岩石颗粒和空隙，实际上水流只通过岩石的空

隙部分，因此3不是实际的过水断面，实际的过水断面30=3n,n一岩石空隙率，既在岩

石或土壤中，单位体积所含空隙的量。实际流速：u=Q/a>O=Q/3n有丫5".!1<l：V>u既

实际流速总是大于渗透速度。

在式V=KI中，当1=1时，渗透系数在数值上等于渗透速度，渗透系数表示了岩石渗透性的

好坏，透水性好的岩石，渗透系数值大，渗透系数是一个非常重要的概念。

实验1、地下水向井运动的基本规律

1）潜水完整井涌水量计算潜水完整井：开凿在潜水含水层中并打穿到隔水层底板。设：井

轴-OY隔水基底-0X流向井中任意断面上.的流量，应符合达尔西定律：Q=K<"

式中：I=dy/dxW=2xy

公式（1）、（2）中：Q一井的涌水量，米3/昼夜；K—渗透系数，米/昼夜；H—含水层厚度,

米；h一井中出水地段高度，米；S—水位降深值，米；R一影响半径，米；L井的半径，

米。整井涌水量计算：承压水完整井：开凿在承压水含水层中并全部揭露含水层。推倒结果：

3）完整潜水自流井涌水量计算：在承压含水层中，水位降深很大，井周围出现无压流，这

种类型的井一潜水自流井。

推倒过程中分段（无压段、承压段）计算，结果为：

2、测定渗透系数

K：抽水试验是野外测定K值的准确方法，通过抽水测定Q、H、S、r值，影响半径根据观

测孔实测的水位下降值，用图解法确定。地质比拟法：

1、单位面积、单位降深法：

2、富水系数法：

同一时期矿井的排水量Q（吨）与开采量P（吨）之比，称为富水系数。

K=Q/P

Kp—富水系数

预计相似条件下，开采量为P'的设计矿井的涌水量Q'：

Q'=Kp

P'水量的测量方法

（-）浮标法：用于巷道排水沟测量的一种方法。

Q=0.8FV式中：0.8—阻力系数，F一过水断面，V一流速

V=L/tL—浮标移动距离，t一所用时间。

（二）堰测法：矿井水文地质观测及其水害的防治

一、矿井涌水量预计方法

矿井涌水量：单位时间内涌入矿井的水量。

（-）巷道系统的水力学法：水的防治

（一）地表防水

指在地表修筑排水工程，以防止或减少大气降水和地表水渗入井下。

地表防水的主要措施：

I、慎重选择井筒位置：应保证在任何情况下，井口、地面设施不至于被水淹没。

2、河流改道：若矿区内河流通过并严重影响生产时，可考虑该方法。

3、铺设不透水人工河床：在河流不能改道时，可在漏水地段利用水泥等材料铺设不透水人

工河床，或局部填塞裂隙以制止河水漏失。

4、修筑排水沟：

5、堵漏：对地表的裂隙、洞穴以及陷坑等漏水地段，用粘土填堵。

防水1、老窑积水的探放：探放老窑积水的工作程序：

1）调查老窑分布：

2）探水起点：

（1）积水线：调查核定的采空区边界。

（2）探水线：积水线外推60-I50m的一条线。其确定依据：资料的可靠性、积水区水头压

力和煤层厚度等条件。

（3）警戒线：探水线平行外推50-100m所圈定的一条线。起点：

（1）布置原则：其布置应以确保不漏古巷道，保证生产安全，而探水工作量又以最小为原

则。

（2）几个概念：

a超前距：探水钻孔终孔位置超前掘进工作面的距离。

b允许掘进距离：经探水后证明无水害威胁，可以安全掘进的长度，一般为20米。

c帮距：探水钻孔一般不少于3个，一个为中心眼，

d钻孔密度：允许掘进距离的终点探水钻孔之间的间距。一般不大于古空老巷的尺寸。：矩

形堰：Q=0.01838（b-0.2h）h3/2h一水流高度

b一堰底宽度。矩形堰

（三）容积法：将巷道顶板或涌水钻孔的水流直接引入量水桶中，然后计算涌水量，其公式:

Q=V/t

V—量水桶体积t一流满量水桶的时间。

（四）观测水仓水位法：

计算公式：煤柱的留设：

在受水害威胁的地段，预留一定宽度和厚度的煤层不采，使工作面的水体保持一定的距离，

以防止地下水或其它水源馈入工作面，所留设的煤层一防水煤柱。

在矿区遇下列情况应留设防水煤柱：

1）急倾斜煤层上覆含水层（疏松含水层）：

2）煤层直接与含水丰富的岩层接触时。

3）煤层被强含水层所掩盖时。

4）巷道接近导水断层时。的防治1

5）形成：可溶性岩石，在受大降雨和地下水的溶蚀作用以后，便形成一些复杂的管道系统。

2）分布规律：

（1）只存在于灰岩、白云岩等可溶性岩石中。

（2）受构造控制：如沿走向断层发育等。

（3）受地形控制：从高处流向低处的特点。

（4）多数暗河为一独立管道系统，与同一含水层的水力联系不密切。

3）防治：

（1）堵塞；（2）绕过；（3）截流；（4）断流。式：在巷道中5个钻孔可以成平面上，也可

以垂直面上。

2、酸性水的防治

I）形成条件：硫和富含游离氧的地下水存在是酸性水形成的必要条件。

2）按硫酸根的含量，矿井水可分为三类：

（1）无侵蚀性水SO4=<250mg/g>

（2）弱侵蚀性水S04=250-800mg/g

（3）强侵蚀性水S04=>800mg/g3

4）防治措施：

（1）分区排除酸性水：条件允许可单独建立排水系统，使酸性水中一次排除。

（2）分级排除，降低扬程

（3）中和酸性水：

（4）冲淡酸性水：

（5）利用牛皮罐代替水泵排酸性水。堵水：注浆堵水：将浆液压入地层空隙，使其扩张、

凝固硬化后，起到堵、截补给水源或加固地层的作用。

1、注浆堵水的应用：

1）井筒地面预注浆：

2）井筒工作面预注浆：

3）井筒井壁注浆：

4）恢复被淹矿井:：注浆材料是注浆堵水及加固工程中的一个重要组成部分，它关系到注浆

工艺、工期、成本及注浆效果。

1）水玻璃：一种胶状无机聚合物，具粘结性和胶结性,它能溶于水，又能硬化。其制造原料

是纯石英砂和碳酸钠。描述水玻璃性能的重要指标一"模数（n）"。m=S02克分子数/Na20

克分子数。

一般为24—2.8为宜。

2）水泥：400#-500#普通硅酸盐水泥。

3）水泥水玻璃的配比参考规程

3、注浆设备

1）注浆泵；2）搅拌机；3）混合器。

4、注浆

步骤：

1）、清渣；2）、堵缝埋管；3）、注浆。建筑物的设置：

1）水闸门：是预防井下突然涌水威胁矿井安全而设置的一种特殊闸门，它在正常情况下不

妨碍运输、通风和排水，一旦发生水害时，将其关闭可控制水流，把水害控制在一定范围内，

保证其它采区安全生产。

2）水闸墙：

可分为临时性水闸墙和永久性水闸墙。临时性水闸墙是用木料和砖料砌筑；永久性水闸墙为

混凝土或采用钢筋混凝土。

蔬干：1）吸水钻孔：将煤层上部含水层中的水通过钻孔放入下部含水层中。使用的条件是:

（1）煤层下部含水层的水位低于煤层底板或煤层下部岩层干燥无水。

（2）煤层下部含水层的吸水能力大于上部含水层的泄水量。

2）放水钻孔：当煤层下部含水层水压很高，有突水危险时，常常采用此方法。

第八章煤矿环境地质

第一节煤矿环境地质研究方法

第二节煤矿环境污染因素和危害

第三节煤矿环境监测与质量评价

第四节矿井环境地质工作第八章煤矿环境地质

随着煤炭资源的开发，煤矿环境污染日益加重，保护矿区环境越来越受到重视，煤矿环境与

地质有着极为密切的关系，如地表塌陷与采矿有关，矿井废水与水文地质有关等。因此煤矿

环境地质成为煤矿地质研究的内容之一。第一节煤矿环境地质研究的内容煤矿环境地质的研

究基础：地质学和环境学的理论和方法。

研究的对象：由地质因素引起的环境问题。

重点：煤炭开采引起的环境地质问题。

具体的研究内容：

1、煤矿原始环境地质条件和环境质量

矿区有害地质体、有害物质种类、特征、迁移、转化等，与地质有关的原始环境状况、质量

水平。

2、煤矿生产活动引起的环境地质问题

煤矿开发引起的环境地质条件、地质因素的变化，以及由此而形成的污染，煤矿生产所产生

的三废。煤矿环境地质灾害的成因、类型、诱发因素、预测方法包括煤炭及伴生矿产资源的

综合开发利用。第二节煤矿环境污染因素和危害

一、污染因素

（―）固体废物

1、肝石

煤研石的排放量取决于煤层条件、开采方法、选矿工艺等。

砰石的岩性：炭质泥岩、泥岩、砂岩、石灰岩。与煤系中的岩性组合有关。肝石中若FeS2

含量高，可引起自燃，污染环境。

2、露天矿剥离物

其排放量取决于煤层埋藏深度和煤层赋存条件。露天矿剥离物的岩性：泥岩、砂岩、石灰岩、

松散沉积物等。

3、煤泥

在开采、运输、洗选过程中产生的泥状物质。煤泥灰分含量高，粘土物质多，热值低。

（二）废水

1、采矿废水

（1）洁净矿井水（2）含悬浮物矿井水

（3）高矿化度矿井水

（4）酸性矿井水（

5）含有特殊污染物的矿井水一、污染因素

（二）废水

2、选矿废水

在煤炭洗选过程中产生的废水。选矿废水含有大量悬浮煤粒、酚类、醇类等有机药剂，是一

种有毒废水。洗选1吨原煤外排0.8-1.Om3的废水。

3、其它工业废水

机修厂、焦化厂等煤矿附属企业生产过程中产生的废水。

（三）废气

1、采矿废气

从矿井中排出的废气。含有多种有害组分：CH4、C02等。

2、燃气废气

矿区锅炉、民用燃煤产生的废气，易形成煤烟型大气污染。

3、自燃废气

煤和阡石发生自燃产生的废气，其成分与燃煤有关。新疆每年燃烧的煤炭资源约1亿吨。

煤和煤肝石自燃的原因：FeS2氧化、煤的氧化等。

（四）煤尘

主要组分：煤尘、岩粉和其它物质粉尘。粉尘中含有很多的有害元素：神、铭、镉等一、污

染因素

（五）岩体移动

在外界因素影响下，地表岩体失去原有的平衡状态，而发生移动的现象一一岩体移动。

主要原因：采矿活动引起。岩体移动包括：地下开采造成的地表移动。露天开采引起的滑坡。

地表移动的类型：

1、漏斗状陷坑和阶梯状断裂

主要发生在浅部急倾斜煤层采空区，以及开采深度/开采厚度＜20的缓倾斜煤层采空区。特

点是：发生突然、危害严重，但破坏范围较小。

2、缓波状沉陷盆地

主要发生在深部急倾斜煤层采空区，以及开采深度/开采厚度＞20的缓倾斜煤层采空区。特

点是：形成过程缓慢，时空上是连续的，但破坏范围较小。一、污染因素

（六）矿井热

矿井生产过程中所产生和形成的热。《煤矿安全规程》规定：“生产矿井采掘工作面空气温度

不得超过26℃；机电碉室的空气温度不得超过30℃”。超过规定值就成了热害.形成矿井热

的热源：地热、煤岩层氧化热、热水热、煤层自燃热、设备运行热等。随着开采深度的增加。

矿井热害在部分矿井成为主要问题。

（七）噪声

风扇、空压机、凿岩机、采煤机等均是高噪声设备。

二、煤矿环境污染的危害

（一）破坏土地资源

露采直接开挖土地；地采造成土地塌陷；煤砰石排放压占土地；采矿“三废”污染土地等。

（-）破坏水资源

采矿工程改变地下水和地表水的储存和循环状态。疏干一一降低地下水位。

（三）影响大气结构

煤矿废气中含有大量CH4、CO2排入大气后，加剧温室效应。粉尘、煤尘弥

（四）污损自然景观二、煤矿环境污染的危害

（五）诱发环境灾害

采动压力可诱发冒顶、片帮、矿井突水、煤与瓦斯突出等。

（六）破坏生态平衡

矿区环境污染，使原有的物质循环平衡被打破，从而导致某些生物退化、灭亡。

（七）危害人类健康

矿区环境污染产生某些环境性疾病，如：吸肺病等。

（八）制约煤矿的可持续发展

水资源的破坏，导致周围区域缺水；煤层自燃、岩体移动导致某些资源呆滞、缩短服务年限;

开采移民等。第三节煤矿环境监测与质量评价

一、煤矿环境监测

根据煤矿的实际情况，建立科学合理的监测网。根据监测对象（大气、阡石山等）的不同，

采用不同的布点方式。

采集样品，进行室内分析化验，或采用自动监测仪器，直接监测。

监测内容：大气监测、水质监测、土质监测、岩体移动监测，每项监测又有许

多具体内容。

对获得的数据进行统计整理，常用的方法：算术平均值发法、几何平均值法、超标率法。

二、煤矿环境质量评价

（一）评价类型

按评价的时间范围划分

1、环境质量回顾评价

通过调查了解，搞清已存在环境问题的形成原因和机理。

2、环境质量形状评价

对环境现状监测、调查。对当前环境质量作出评价。

3、环境质量预测评价

重点是预测未来矿区环境的变化趋势。（二）评价内容

4、环境背景的调查与评价

第三节煤矿环境监测与质量评价

（1）自然环境特征

（2）社会环境特征

2、污染原因调查与评价

确定矿区内污染源的类型、污染物、排放方式、规律等，找出主要的污染源和污染物。

3、环境污染形状的调查与评价

通过分析，确定煤矿环境的污染程度

4、环境效应分析评价

（1）生态效应分析：评价环境污染对生物及生态平衡的影响。

（2）人体健康效应分析：分析环境污染与人体健康的关系

（3）经济效应分析：煤矿环境污染的直接、间接损失，治理污染的费用，改善矿区环境取

得的经济效应，以及它们之间的关系。

（三）评价方法

确定评价参数，按不同的指标体系进行计算，对环境质量进行分第四节煤矿环境地质工作

-、矿区环境污染的地质调查

地质调查有以下4项内容：

（-）矿区原始地质环境调查

（-）煤矿水土污染地质调查

（三）煤矿区大气污染地质调查

包括：1、有害粉尘地质调查：粉尘种类、来源数量等。

2、有害气体的地质调查：来源、成分、含量、迁移等。

（四）其它环境问题的地质调查

1、地质灾害调查：采动影响一地面沉陷、底板突水、滑坡等。研石堆放一滑坡、泥石流。

2、矿井热污染调查：成因、特征、危害程度。

3、自燃监测研究：自燃的影响因素、规律、形成机理。煤矿环境地质工作的中心任务：调

查、研究与煤矿环境有关的导致条件及变化情况，为煤矿环境保护、规划、治理提供地质资

料。

1、地质背景：地理位置、大地构造位置、地层、岩石、构造等。

2、有害物质的种类、含量。

3、污染源、污染物（与原始地质环境有关的）。

4、各种元素的迁移、转化。在原始地质环境调查的基础上，对造成水土污染的污染

物、污染源、污染途径进行调查，进行水质分析、岩土分析，为控制水土污染提供地质依据。

二、矿区环境污染治理效果的地质调查

对己采取的措施及其效果进行调查、评价，从而为修正原有措

施、制定更加有效的措施提供依据。

三、污染源资源化利用地质评价

煤矿生产中大量废弃物：矿井瓦斯、煤研石、矿井水等是主要污

染源，但又是宝贵的自然资源，加强资源化利用，可以提高煤矿生

产的综合效益。

四、煤矿环境地质图件的编制

（-）污染源分布图

以矿区地形地质图为基础底图，加绘污染源的内容。

（二）环境质量评价图

以矿区地形地质图为基础底图，加绘环境质量评价参数、环境

背景、环境质量评价结果等资料。思考题：

1、煤矿环境地质研究的主要内容？

2、煤矿环境污染的主要危害？

第九章地质勘探

第一节地质勘探的技术手段

第二节煤田地质勘探

第三节矿井地质勘探

煤山普查与勘探是一门关于寻找和探明煤矿床，对煤田进行地质研究，最终对其作出工业评

价的学科。煤炭资源与其它资源不同，属于不可再生资源。在确实没有或很少有煤炭资源的

地方，是不可能随意制造和改变的，在含煤地区只有通过普查、勘探实践，查明底下煤炭资

源赋存的规律性，才能保证煤炭资源的顺利开发。全国各地煤矿床地质条件变化较大，地质

工作探索性较强，工程揭露只能反映点上的情况，煤矿床的工业价值大小又是由许多因素决

定的，因此，需要采用正确的研究方法，才能迅速查明煤矿床，并作出正确的工业评价。

煤田普查与勘探发展概况第•节地质勘探的技术手段

一、地质填图（地质测量）

1、地面地质测量

其任务是通过对自然露头及人工露头等地质现象进行系统的地质观测，了解或查明工作区的

区域地层、构造、含煤层位、煤层及其有益矿产等情况，同其它手段配合完成各阶段的任务。

进行地质填图工作，首先要对工作区有关的资料进行收集、分析、研究，选择露头好，地层

出露全，地质构造简单的地段进行野外踏勘，详细测制地层剖面，建立地层层序，了解煤层

及标志层的大致情况，以便确定填图单位，最后完成地质填图。

2、航空地质测量

通过大比例尺航空地质测量，能了解或查明勘探区内地层、岩石、岩层产状、地质构造、煤

层露头、勘探及开拓过程等，能满足普查、详查、精查各阶段的工作要求。二、山地工程

1）、槽探：在表土层厚度小于3m的地段，垂直岩层走向或构造线方向开挖槽子，揭露地质

现象，称为槽探。

其规格一般为：底宽0.6〜0.8m,两帮坡度75°〜80°。

2）、井探：在表土层厚度大于3m,地层产状较平缓的地段，可挖掘直立的探井，揭露各种

地质现象。

根据探井深度不同，可分为浅探井（＜10m）和深探井（＞10m）。

根据探井断面形状，可分为方井和圆井。

探井可以沿走向布置，也可以沿倾向布置，但应布置在条直线匕以取得连续的地质剖面

资料。

3）、巷探：为了揭露煤系和采集煤样，有时需要开挖各种巷道，如平恫、石门等。

山地工程的编录，要作出剖面图并写出文字说明

三、钻探工程

根据钻孔钻进的情况不同，钻孔可分为直孔和斜孔：

1、直孔：垂直向下钻进的钻孔。适用于地层倾角小于60°的地区。

2、斜孔：以一定的方向（方位角）和倾斜角向下钻进的钻孔。它适用地层倾角大于60°的

地段，斜孔的倾斜方向应尽量垂直于地层走向并与倾向相反，倾斜角度般不小于70。〜

75°。钻孔的施工是由下列工序组成的：定孔、开孔会、施工、见煤预报、采取煤芯、测井、

封孔。

四、地球物理勘探

它是利用不同岩性和矿体具有不同的物理性质（密度、电阻率、磁性、放射性）来寻找煤系

和煤层以及推断地质构造。煤田地质勘探中应用的物探手段有：重力勘探、磁法勘探、电

法勘探、地震勘探、电测井、放射性测井等。

第二节煤田地质勘探

一、阶段划分及个阶段任务

（一）阶段划分

1、地质认识上的阶段性

四个步骤：（1）搜集资料，编制设计（2）勘探施工；（3）地质编录和综合研究；（4）编写

地质报告。

2、基本建设上的阶段性

煤炭基本建设程序可分为三个阶段：

I）远景规划：根据普查所提供的煤层、煤质、构造等地质资料，选择煤炭工业建设基地，

初步划分矿区。

2）矿区总体设计：根据详查提供的地质资料，解决矿区内所有矿井的统一布局，确定开发

规划问题。

3）矿井设计：根据精查提供的地质资料，解决一个矿井的开拓布署问题。

（-）各阶段任务与要求

1、各阶段任务

1）找煤阶段：寻找煤炭资源，对工作区有无进一步工作价值作出评价。

2）普查阶段：在找煤的基础上进行，其任务是对工作区有无开发建设价值作出评价，为煤

炭工业的远景规划和下•阶段的勘探工作提供必要的资料。

3）详查阶段：为矿区总体设计提供地质资料，保证矿区规模、井田划分不至于因地质情况

而发生重大变化，并要对影响矿区开发的水文地质条件和其它开采技术条件作出评价。

4）精查阶段：为矿井设计提供可靠的地质资料•，其成果要满足选择井筒、水平运输巷、总

回风巷的位置和划分初采区的需要，保证井田境内的矿井井型不至于因地质情况而发生重大

变化，保证不至于因地质资料而影响煤的即定工业用途。

2、各阶段工作要求

参见《煤炭资源地质勘探规范》1986年版。

（三）各阶段之间的关系

资源勘探一般应按四个阶段顺序进行，并提交相应的地质报告，各阶段野外施工要合理地组

织过渡。根据资源条件和开发建设的需要，勘探程序可以简化。简化勘探程序的项H，不需

要编制前一阶段的地质报告，但必须认真研究、整理前一阶段的勘探成果，编制后一阶段的

勘探设计。如资刺题较好、煤层稳定的裸露地区，可以在找煤的基础上，通过大比例尺地质

填图，直接进入详查阶段。

地质部门所提交的精查地质报告，经地质、设计和生产部门汇审后，认为有些内容不能满足

矿井设计或扩建设计的要求，需要补充一定的勘探工作量，即补充勘探。经过补充勘探所提

交的地质报告，叫做精查补充勘探地质报告。

二、勘探类型

（-）勘探类型的划分

1、按构造形态、断层及褶曲的发育程度、岩浆侵入等情况，构造复杂程度分为下列四类：

第一类：简单构造：

第二类：中等构造：

第三类：复杂构造：

第四类：极复杂构造：

2、按煤层厚度、结构及煤层稳定程度分为四型：

第一型：稳定煤层：

第二型：较稳定煤层：

第三型：不稳定煤层：

第四型：极不稳定煤层：

（-）各勘探工程基本线距要求

1、不同类型的地区，钻探工程基本线距不同

2、地面物探基本测线的线距，在同类构造中为钻探工程线距的二分之一。

3、地质填图中实测地层剖面和山地工程的间距，执行《地质填图规程》。

（三）选择基本线距时，应注意的问题：

1、认真研究井田的构造复杂程度和煤层稳定类型，按其中勘探难度较大的一个因素选择线

距。

2、划分构造复杂程度的类型，原则上以井田为单位。3、当一个井田有两种或两种以上的煤

层稳定类型时应按厚度或储量占优势的煤层稳定类型选择线距.

4、地面物探能控制构造，钻探工程基本线距应根据煤层稳定类型选择线距。

5、在裸露或半裸露地区，选择线距时应充分考虑地质填图成果。

6、以线形构造为主的地区，基本线距可根据构造特点适当放稀，但线上工程点的间距要加

密。

（四）勘探工程的布置系统

布置系统：指工程布置的排列方式。

1、布置原则：1）最有效、最经济地揭露地质体。

2）能全面、系统地获得地质资料。

3）运用“由点到线、由线到面”的手段进行勘探。

2、勘探线：

1）勘探线的布置尽可能与岩层走向或主要构造线方向垂直，其夹角不得小于75°。

2）根据其用途不同，可划分如下：（1）主导剖面线：工程点密于一般剖面，能严密控制煤

层和构造的勘探线。

（2）基本勘探线：为配合主导剖面线控制全区地质情况而布置的一般勘探线。

（3）辅助线：在基本勘探线之间，为查清局部地质问题而布置的短线。

3）在找煤或普查阶段，要选择构造简单.、含煤性好、交通便利的区域布置勘探线。

4）勘探线的排列方向取决于勘探区的地质构造。如：地层走向变化不大，勘探线以一定的

距离平行排列；对于盆地和穹隆、勘探线呈现放射状。

3、勘探网

由两组彼此正交或斜交的勘探线组成，勘探工程布置在两组勘探线的交点上。

1）根据勘探网的形态，可分为：正方形网、长方形网和菱形网。

2）应用条件：地层