矿井地质学课件第三章　生产地质研究

目的：解决影响煤矿生产的主要地质条件第三章生产地质研究第三章生产地质研究第一节矿井地质构造第二节煤层厚度第三节岩溶陷落柱第四节矿井瓦斯和地温第五节岩浆岩第六节煤层顶底板第一节矿井地质构造一、概述1、研究意义(1)影响井型规模和井田划分：破坏严重不能建大矿井(2)影响开拓布置：开采水平、运输大巷、采区划分、巷道布置(3)影响掘进率：工作面不正规，多掘巷道，无效进尺，掘进率比大(4)影响采面正常生产：影响正规循环(5)影响安全生产：涌水、瓦斯涌出、突出、顶底板稳定平顶山十矿、十一矿第一节矿井地质构造2、等级划分(主要以断裂构造为主)(1)大型构造：决定井田总体形态或井田边界的构造（工作查明）(2)中型构造：影响采区划分和巷道布置的次一级构造（未查明）(3)小型构造：在巷道或工作面可观测全貌的地质构造（无法查明）大型断层＞30m中型断层30m~煤厚小型断层＜煤厚断层落差是评定断层规模的基本指标，对平移和缓倾角断层不适用第一节矿井地质构造3、研究步骤观测：如是观察记录井巷揭露的构造现象判断：正确认识揭露还不充分的地质构造预测：对未揭露部分或地区的地质构造提出预见性的认识处理：针对地质构造的特点采取措施第一节矿井地质构造二、褶皱的观察和判断1、褶皱识别(1)煤岩层层位的对称重复：判断存在性标志(2)煤岩层产状的规律变化：判断可能性标志沿煤层走向掘进煤层平巷，出现弯曲，说明有倾伏褶皱存在。如右图穿层和顺层巷道中，只要发现岩层产状出现相向或相背倾斜时，表明褶皱存在第一节矿井地质构造二、褶皱的观察和判断2、观测内容(1)枢纽的位置、倾伏向、倾伏角CA水平线：倾伏向；BAC：倾伏角。(2)两翼煤岩层的产状(3)与断层节理及煤厚变化的关系构造分布、规模大小、延伸状态、发展趋势第一节矿井地质构造二、褶皱的观察和判断3、褶皱枢纽的探查(1)巷探：一巷二用

第一节矿井地质构造二、褶皱的观察和判断3、褶皱枢纽的探查(2)钻探：第一节矿井地质构造二、褶皱的观察和判断4.注意的问题(1)注意煤岩层层位对比分析。煤层的标志层、煤层上下20m(2)褶皱的不协调性。褶皱可能分叉和尖灭、推测时注意。(3)注意褶皱发展成断层的可能性。(4)倾伏褶皱倾伏端煤层底板等高线的曲率。曲率过大，无法运输。(5)注意倒转褶皱的正常翼和倒转翼，避免先采下方煤层。第一节矿井地质构造三、断层的观测和判断1、断层出现前的可能征兆(1)煤岩层产状发生显著变化(2)大断层附近常伴生平行小断层(3)煤层厚度发生变化、顶底板发生不平行现象(4)煤层出现揉皱破（煤的条带形成的小褶皱）碎现象第一节矿井地质构造三、断层的观测和判断*1、断层出现前的可能征兆(5)煤层及顶底板中节理显著增加(6)瓦斯涌出量往往有明显变化(7)涌水性强的矿井，常出现滴水、淋水和涌水现象第一节矿井地质构造三、断层的观测和判断产状煤厚生巨变，揉皱破碎光泽暗，节理增加有规律，瓦斯增大显驼峰，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”。第一节矿井地质构造如何识别断层？识别：地层和构造标志地层标志：巷道中地层出现顺序重复或地层层位缺失(断层附近)。

区别断层和褶皱造成的层位缺失；构造标志：巷道中煤岩错断、产状剧烈变化、伴生构造。

薄煤层容易识别；厚煤层难识别根据顶底板岩性、煤层中稳定夹矸层追索。第一节矿井地质构造2、断层位置的观测(1)确定断层的位置(2)断层面特征观测①断层面形态：光滑平直、粗糙不平、舒缓波状②断层面上的擦痕、阶步、摩擦镜面③断层带的特征a.宽度及其变化b.充填物的特征及其胶结情况（变质岩体断层角砾岩、糜棱岩、断层泥）④断层两侧的煤岩层层位及伴生、派生的地质现象⑤断层性质和力学性质第一节矿井地质构造2、断层位置的观测⑥断层产状和断煤交线方向断层产状测量：走向、倾向、倾角直接法、间接法AB为断层面走向CD为断煤交线方向煤层走向？？第一节矿井地质构造2、断层位置的观测⑥断层产状和断煤交线方向断煤交线：断层面与煤层底板（顶板）的交线（上盘断煤交线、下盘断煤交线）断煤点：断煤交面线的一点断煤交线特点：

a.煤层面和断层面共有的线，即在煤层面上，也在断层面上；

b.一般情况下与煤层走向线不一致，只有走向断层才重合为一；

c.断煤交线是两盘煤层的起始线和终止线，一条断层有二条断煤交线，即上盘、下盘断煤交线；

d.断煤交线方向受断层产状和煤层产状控制，局部近视直线，总体为曲线。第一节矿井地质构造2、断层位置的观测⑥断距垂直地层走向剖面真断距视断距AD----地层断距AE----铅直地层断距（真）AF----水平地层断距AD----地层断距AE----铅直地层断距AF----水平地层断距垂直地层走向的剖面不垂直地层走向落差是指在通过断层任意方向的剖面上（即揭露断层的巷道方向），断层两盘同一层面断失点的标高差。落差是固定不变的吗？？第一节矿井地质构造⑥断距限定在沿地层走向的剖面上为真落差（简称落差），而在其他方向剖面上的落差为视落差，这就避免了使用中的混乱。不同剖面断层落差I----沿走向落差10mII----落差20mIII----3.2m，原下降盘高出3.2m新落差定义铅直地层断距第一节矿井地质构造第一节矿井地质构造2、断层位置的观测⑦断层描述（以文字描述、素描图）断层性质运动方向断层落差断层倾角第一节矿井地质构造3、断失煤翼的寻找(1)层位对比法河北唐山矿一条8煤层巷道误入9煤层，根据层位特征确定断层性质和地层断距该断层另一盘揭露的白色细砂岩是位于4煤层上部12m的一个标志层，确定为正断层，断距12.9m根据巷道揭露断层另一盘煤、岩层的层位、结合断层产状来判断断层性质和地层断距的一种方法第一节矿井地质构造3、断失煤翼的寻找断距确定倾斜巷道与断层水平巷道与断层通过平巷H的高程作一水平切面图，A为下盘煤层顶板断失点，AC为断层的走向线，在图上根据运输需要，确定巷道拐弯的曲率半径，绘出将要掘进的岩石巷道。过A点作垂直于巷道（煤层走向）的垂线AB，在AB上量取水平地层断距AF，过F点作平巷H的平行线交断层于G点，则GO为断失翼煤层。按比例量取AO的距离就是巷道过断层后需要掘进岩石巷道的长度。沿煤层上山CD掘进到D处遇到一断层，延长CD并在CD延长线上任取一点E，过E点作垂线，量取铅直地层断距AE，过A点作CD的平行线交断层于B点，则AB为断失翼煤层。按运输允许的坡度，过D点设计岩石巷道，交断失翼煤层于O点，则DO为巷道过断层后需要掘进岩石巷道的长度。第一节矿井地质构造3、断失煤翼的寻找(2)构造行迹判断法根据断层面、断层带的特征或两盘伴生、派生的地质现象来确定断层两盘的相对运动的方向。（不能确定断距）

1）断层擦痕：指断层两盘相对错动在断层面上留下的痕迹。用手顺擦痕光滑的方向或擦痕由粗而深至细而浅的方向指示对盘的运动方向第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法2）阶步：断层面上垂直于擦痕的小陡坎（陡坡的方向指示对盘的运动方向）反阶步：有断层面上一组节理面发育而成（陡坡的方向指示本盘的运动方向）3）牵引褶皱：弧形突出的方向指示本盘运动方向、弧形面与断层面夹的锐角方向指示对盘的运动方向。4)平行小断层：平行小断层与主干断层的性质一致第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法5）羽状节理：分布在断层一侧或二侧，与断层面呈斜交呈羽状排列的节理。

张节理：与断层相交的锐角指示本盘的运动方向剪节理：

a.与断层面大角度相交（与断层面相交的锐角指示对盘的运动方向）

b.与断层面夹角较小（＜15°）（与断层面相交的锐角指示本盘的运动方向）羽状节理是由断层两盘相对运动构造应力场产物。特点：(1)不切割断层面(2)随着远离断层面逐步减弱或消失第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法6）入字型构造：主干断层与其旁侧的低序次分支构造构成入字形，就成为入字形构造。分支构造不穿越主干断层。①张、扭性分支构造（张、扭性断层、张节理）与主干断层相交的锐角指示本盘的运动方向。②压、扭性分支构造（压性、压扭性断层、褶皱）与主干断层相交的锐角指示对盘的运动方向。③扭性分支构造（扭性断层、剪节理）a、与断层大角度斜交

与主干断层相交的锐角指示对盘的运动方向。b、与断层面的夹角较小（＜15°）与主干断层相交的锐角指示本盘的运动方向。第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法7）帚状构造：分布在主断层两侧，一端收敛，另一端撕开的一组小型弧形破裂面。①和羽状节理形成一样，主要岩体受力不均衡，曾发生过局部旋转。②按破裂面力学性质差异，分压扭性帚状构造和张扭性帚状构造。组成：砥柱：由圆筒形后半圆筒形的岩块构成旋回面：围绕砥柱的弧形断裂面、褶皱轴面旋回层：旋回面之间所夹的弧形岩块内旋层：位于旋回面凹的一层的旋回层外旋层：位于旋回面凸的一层的旋回层第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法力学特征：由压扭性旋回面构成的帚状构造，其内圈层相对外圈层向收敛方向扭动由张扭性旋回面构成的帚状构造，其内圈层相对外圈层向撒开方向扭动判断方法砥柱被动：旋回层的扭动方向与主干断层一致砥柱主动：旋回层的扭动方向与主干断层相反第一节矿井地质构造(2)构造行迹判断法8）构造透镜体：AB面与主干断层面相交的锐角指示对盘的运动方向9）断层角砾岩及粉煤线：被断层搓碎并保留在断层带内的煤、岩层碎块和粉未呈断层角砾岩和断层泥。特点：粒度由粗到细，数量由多到少。第一节矿井地质构造(3)规律类推法根据已经掌握的该区断层发育的特征和规律，确定断层的性质，指明缺失断层的性质，寻找断失煤翼的一种方法。如焦作的断层都是正断层，从来没有发现过逆断层。如河北峰峰矿区，约大部分为正断层，只有NE30°方向才出现过倾角较缓的逆断层。第一节矿井地质构造(4)作图分析法根据地质制图原理，结合断层的各种特征，进行断层对比连接，确定断层性质和断距的一种方法。第一节矿井地质构造(5)生产勘探法1）断层性质已知、断距未知。沿煤层掘进水平巷道遇断层时，当掘进前方是断层的下降盘时应逆煤层倾向作平巷寻找断失翼煤层。沿煤层掘进的水平巷道遇断层、当掘进前方是断层的上升盘时应顺煤层倾向作平巷寻找断失翼煤层。2）断层性质、断距均未知。第一节矿井地质构造4、矿井构造预测(1)总体构造规律预测（1）根据构造组合形式进行总体构造预测（2）构造复杂程度预测a、倾角变化参数①倾角标准差②倾角变异系数反映倾角随均角变化程度第一节矿井地质构造4、矿井构造预测(1)总体构造规律预测b、褶皱复杂程度①褶皱强度系数（剖面变形系数）②褶皱复杂性指数（面变形系数）第一节矿井地质构造4、矿井构造预测(1)总体构造规律预测c、断层破坏指数①条数指数：单位面积内断层的条数(长度资料不定)②长度指数：单位面积断层长度之和(长度资料确切，断路不确切)③强度指数：单位面积内断层长度×地层断距(长度和断距准确)第一节矿井地质构造4、矿井构造预测(1)总体构造规律预测d、裂隙发育程度参数(2)已知构造的延展预测主要是对揭露尚不充分的断层的延展长度和深度、各点断距进行预测。①断层位置预测（剖面图+平面图）A地质剖面图B水平面图①线裂隙率：沿裂隙面法线方向上单位长度内裂隙的条数。②面积裂隙率：单位面积内所发育裂隙条数。③体积裂隙率：单位体积内所发育的裂隙条数。预测深部巷道遇断层位置利用水平切面图预测断层在水平方向的延展位置第一节矿井地质构造C.煤层底板等高线d.煤层立面投影图利用煤层底板等高线图预测同一煤层断层位置102、202遇断层，预测203巷遇断层位置。延长断煤交线方法。立面投影图预测同一煤层深部断层位置第一节矿井地质构造①断层位置预测（断层面等高线法）ABCD煤层面AFDE断层面立体图第一节矿井地质构造西二路+62m，西四路-26mAC为断层+62走向线AD为断层倾向线断层面实测倾角48度AC等于二条巷道的标高差88mA.同煤层不同标高巷道遇断层位置预测西四路巷道遇断层位置？第一节矿井地质构造B.不同煤层的平巷或岩石平巷断层位置预测3煤层巷道设计标高+200m,5煤层巷道设计标高+300mAC为断层+300走向线AB为断层倾向线断层面实测倾角55度AC等于二条巷道的标高差100m预测+300岩巷遇断层位置？第一节矿井地质构造C.根据上部煤层断层位置预测下部煤层煤层位置A煤层巷道标高-40m，掘进遇断层预测B煤层-40m巷道及-70m巷道在什么位置遇见同一条断层？第一节矿井地质构造4、矿井构造预测②断层落差及尖灭点预测(断层延展长度与落差呈线性关系)已知HAHB位于最大落差的同一侧、HA＞HB

落差变化梯度设H为同一侧任意待求点落差，当H＞HB时，与B点平距为l’当H<HB时，与B点平距为l’又设同一侧的尖灭点与B点平距l0例、某断层HA=6m，HB=2m，l=100m。求AB之间与B相距30m的C点的落差，并求同一侧尖灭点到B点的平距l0。第一节矿井地质构造4、矿井构造预测③断层延展长度预测一元线性回归方程：曲线回归幂函数第一节矿井地质构造5、矿井构造处理(1)构造处理基本要求A有利于生产；B保证安全；C减少丢煤；D少掘巷道(2)设计阶段对断层的处理小倾角断层处理大倾角断层处理大倾角断层水平划分第一节矿井地质构造(3)掘进阶段对断层的处理穿顶板过断层穿底板过断层穿断层面过断层A.水平巷道：改变巷道方向、坡度不变注意：平面图和剖面图原则：1.根据断层面灾害特征选择2.根据顶底板含水情况选择3.根据断层带特征选择第一节矿井地质构造落差大落差小B.倾斜巷道：改变巷道坡度、方向不变第一节矿井地质构造(4)回采阶段对断层的处理A.强行硬过①炮采面、普采面断层落差小于煤厚②综采面、两盘对接煤厚大于支架最小采高③综采面、两盘对接煤厚小于支架最小采高，顶底板岩性较软B.重开切眼：倾向断层或斜交断层C.划分小工作面落差大于等于煤厚或采高，走向断层合采与分采第二节煤厚变化一、概述增厚变薄分岔尖灭影响矿井采掘布置、生产计划使掘进率增加使回采率降低第二节煤厚变化二、生产矿井常用煤层分类1.按煤厚分2.按煤层倾角分<8°近水平煤层8°-25°缓倾斜煤层25°-45°倾斜煤层>45°急倾斜煤层0.3-0.5m极薄煤层0.5-1.3m薄煤层1.3-3.5m中厚煤层3.5-8.0m厚煤层>8m巨厚煤层3.按煤层结构分简单与复杂<3.5m3.5-6m>6m露天<5°5-10°10-45°>45°第二节煤厚变化4.按煤层形态分5.按煤层稳定性分层状煤层似层状煤层非层状煤层稳定煤层：均>可采厚度，煤层厚度变化有一定规律性；较稳定煤层：煤厚有相当变化，大多可采，局部不可才；不稳定煤层：煤厚变化大，分岔、尖灭、增厚、变薄时有出现；极不稳定煤层：常呈透镜状、断续分布、仅局部可采。第二节煤厚变化M——真厚度，m；H——铅直厚度，m；L——水平厚度，m；θ——煤层倾角，°第二节煤厚变化三、煤层的观测1.基本要求①所有穿层巷道的煤层揭露点都应作为观测点②煤层巷道的观测点和探煤点间距2.观测内容①煤层厚度——总厚度、各分层厚度、夹石层的岩性及厚度②煤层顶底板

A.分类：脆性、塑性

B.观测内容：顶底板岩性、厚度、节理发育情况、与煤层的接触关系（明显接触、过度接触、冲刷接触）煤层稳定性稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层观测点间距(m)50-10025-5010-25<10第二节煤厚变化三、煤层的观测2.观测内容③煤体结构类型（5类划分法)非破坏煤(原生结构煤)破坏煤：没被密集交叉的裂隙切割成碎块、碎块保持尖棱状、相互间没有大的位移强烈破坏煤：煤破碎成粒状、被重新压紧，主要粒级在1mm以上粉碎煤：(粒状或小颗粒胶结而成，形成天然煤团)靡棱煤：煤破碎成细粒状、被重新压紧，主要粒级在1mm以下④层位难以判别时（颜色、光泽、节理、断口、硬度、脆韧性、结核、包裹体）⑤出现古河流冲刷时（冲刷岩性、古河流方向、弯曲的判断标志、冲刷带的宽度和深度）⑥出现分叉、变薄、尖灭（煤质、煤层结构、与围岩的接触关系）第二节煤厚变化三、煤层的观测2.观测内容③煤体结构类型四类划分（原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、靡棱煤）（GB/T30050-2013）原生结构：煤的宏观类型可辩，层理连续，煤体完整，未错开层理，无揉皱，坚硬或较坚硬。碎裂结构：没被密集交叉的裂隙切割成碎块、碎块保持尖棱状>5mm、相互间没有大的位移，层理易辩，较坚硬。碎粒结构：宏观煤岩成分不可辩，原生结构严重破坏，层理难辩，煤破碎成粒状（1-5mm）、常见揉皱滑面，较疏松。靡棱结构：宏观煤岩类型和成分不可辩，层理消失，呈鳞片、揉皱状，裂隙无法观测到，疏松。河南理工大学第二节煤厚变化三、煤层的观测3.观测方法煤层厚度的观测工作与井巷地质编录一起进行。第二节煤厚变化四、煤层厚度变化的主要特征1.原生变化：煤层顶底板形成前由某些地质因素引起的变化①沉积环境（变薄、尖灭）

大都有一定的方向性和分带性②泥炭沼泽（基底不平）顶板平整、底板起伏不平、煤分层被底板截断如果是后期的构造影响则煤层不会被底板截断第二节煤厚变化③地壳的不均衡沉降（分叉、变薄、尖灭）有一定的方向性和分带性a.沉积速度与植物遗体堆积速度一致，煤层较厚；b.地壳沉降速度逐渐变快伴有小震荡，煤层与泥砂交互，易形成马尾状煤层；c.煤厚变化具有明显的方向性和分带性；d.分岔变薄地带，顶底板均不平坦，Ad大，岩性和岩相变化大。第二节煤厚变化④河流的同生冲刷

煤层变薄、煤层变薄带在平面上常呈弯曲的带状分布⑤海水的同生冲蚀

顶板起伏不平、底板平整（蛤蟆顶）第二节煤厚变化四、煤层厚度变化的主要特征2.后生变化：煤层顶板形成后由某些地质作用因素引起的变化①河流的后生冲蚀出现变薄区和无煤区、煤层冲刷带在平面上呈较宽的带状分布

煤系内的后生冲蚀

煤系形成后的后生冲蚀第二节煤厚变化②地质构造的变动出现变薄区和无煤区、煤层冲刷带在平面上呈较宽的带状分布褶皱：核部增厚、翼部变薄断层：挤压增厚、拉伸变薄第二节煤厚变化②地质构造的变动岩浆侵入：出现大小不一的无煤柱特点：1.岩浆侵入煤层，使煤层形态和煤层厚度、煤层结构、煤质都发生变化，有时煤层变为天然焦或被吞食，从而丧失工业价值；2.顺层侵入的不规则岩体形态、厚度和结构产生极不规则，煤层、天然焦、火成岩体和围岩俘虏体混杂在一起，严重影响生产的正常进行。第二节煤厚变化②地质构造的变动陷落柱：变化复杂煤层局部中断靠近陷落柱附近煤层产状变化靠近陷落柱节理增多煤质变差第二节煤厚变化五、煤层厚度的探测1.煤厚探测方法(1)巷道掘进时煤厚探测巷道不能揭露全厚，缓倾斜煤层用钻探配合溜煤眼和联络斜巷探查。急倾斜煤层及钻探配合煤门探查第二节煤厚变化1.煤厚探测方法(2)采面回采时煤厚探测厚煤层分层开采时，从上分层探测下分层厚度，用煤电钻，30-50m2.各类煤厚变化探测要点(1)煤层分叉尖灭探测①煤层分叉尖灭具有一定的方向性和分带性，其方向垂直于基底隆起方向，沿此方向变薄或增厚。②煤层分叉时煤质发生变化，Ad增大，光泽变暗，逐步变为炭质页岩。③分叉煤层顶板岩性变化大④煤层分叉尖灭形式多样：沿底、沿顶、单一、多次、分叉合并、稳定分叉、较稳定分叉、不稳定分叉煤层第二节煤厚变化2.各类煤厚变化探测要点(2)煤层底凸薄化探测①底板凸凹不平，顶板平整②煤层向泥炭沼泽凸起部位变薄或尖灭。③煤公层或夹石层超覆于基底凸起之上，层理为基底凸起所拦截。④基底凸薄变化主要发生在煤地层的底部煤层中，上部煤层很少见。钻探、巷探第二节煤厚变化2.各类煤厚变化探测要点(3)煤层复杂变化探测原始沉积和后期改造叠加造成煤厚的变化。串珠状、藕节状、瓜藤状、鸡窝状等似层状或非层状煤体第二节煤厚变化六、煤层变化预测1.煤层冲刷带预测(1)观测冲刷剖面煤层或顶板出现河流沉积物、煤层厚度变薄、煤分层被冲蚀岩体截断观察冲刷岩性：粗屑沉积物，透镜状砂体，沿古河床两侧尖灭，砂体越厚冲刷越严重。冲刷面特征：犬牙状交错，接触面上下层理不同，呈突变接触冲刷带宽度：平面上弯曲，有分枝；剖面上不规则槽状，中心厉害，两侧弱。深度：中心深，两侧浅第二节煤厚变化1.煤层冲刷带预测(2)判断流水方向

A交错层理：细层倾向指示水流的方向

B波痕：波峰垂直于流向、陡坡倾向指示水流方向

C砾石：砾石的倾向与水流方向相反

D碳化树干：延伸方向平行于流向第二节煤厚变化1.煤层冲刷带预测(3)推测河流弯曲一般河流弯曲的外侧比内侧遭受侵蚀大，外侧沉积物颗粒粗，内侧细，接触面倾角陡；反之，内侧沉积物颗粒细，接触面倾角缓。第二节煤厚变化1.煤层冲刷带预测(4)编制冲刷带预测图底图：煤层巷道平面图将实测煤层冲刷点和冲刷带宽度准确投绘在底图上；分析圈出主流河道和分枝河道勾绘出冲刷带内外的煤层等厚线。第二节煤厚变化2.煤厚构造变化带预测(1)煤厚构造变化带的地质特征①煤层原始结构破坏：煤理紊乱，裂隙、揉皱、擦痕、镜面发育②煤质发生变化：光泽暗、硬度小、灰分增大；③煤层与顶底板构造不协调：层间滑动，岩性差大，产状不一致；④煤层厚度受构造控制：煤层可塑性，由构造应力大向小流动；薄厚相间的条带状分布；⑤瓦斯涌出量变化：厚煤处瓦斯涌出量增大，煤包处突出。第二节煤厚变化2.煤厚构造变化带预测(2)研究井田构造形式和展布规律(3)编制煤厚构造变化带预测图江西八景煤矿第三节陷落柱含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可形成环形柱状陷落，俗称陷落柱；第三节陷落柱发育过程第三节陷落柱陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体，截面多呈圆形或椭圆形，截面直径由几米至几百米。2.陷落柱的形态1.陷落柱的岩性特征

充填堆积的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并被粘土充填胶结；第三节陷落柱平面形态剖面形态第三节陷落柱岩性均一，柱面多为立的平面；松软或坚硬互层，柱面多为剧齿状，软岩层凹进，硬岩凸出；上部松软多水，裂隙发育，下部岩层坚硬，柱面多为滑坡状第三节陷落柱第三节陷落柱3.陷落柱形成机理（1）重力塌陷岩溶洞穴上覆地层在重力作用下塌落，地下水加速溶洞二次形成。（2）真空吸蚀塌陷封闭岩溶空间由于地下水位下降产生真空，使封闭的盖层受到破坏，产生塌陷。必要条件：良好盖层地下水不断下降，产生巨大负压，抽吸地层塌陷。第三节陷落柱4.陷落柱形成条件（1）有可溶性岩层；（2）有良好的地下水活动通道；（3）有丰富、饱和的侵蚀性水质；（4）有地下水排泄口，以便加剧地下水地交替作用；第三节陷落柱5.陷落柱对煤矿生产影响（1）煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限，井巷报废；（2）由于塌陷破坏煤层的连续性，给井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加很多困难；（3）陷落柱穿透含水层时，将地下导水采掘工作面，在地下水丰富的矿区内，将威胁生产安全；第三节陷落柱6.井下遇陷落柱征兆（1）产状变化：在塌陷过程中，因牵引作用使周围的煤、岩层向陷落柱中心方向倾斜；倾角在3°-6°之间，个别达10°，影响范围一般在15-20m；（2）裂隙增多；（3）小断层增多；（4）煤的氧化；（5）水的涌出量增加；第三节陷落柱陷落柱特征层位较新大小悬殊棱角明显形状各异混杂堆积煤屑、岩屑、粉粒充填胶结第三节陷落柱7.陷落柱探测

钻探物探巷探陷落柱探测第三节陷落柱8.陷落柱识别陷落柱、断层和河流冲蚀井下识别：（1）接触带特征陷落柱：柱面不平整而近直立，无擦痕和滑面，接触带中煤岩多向柱心倾斜，张性裂隙发育，煤质松软，有氧化和风化现象。断层面：有擦痕、阶步和滑面，断层带内牵引褶皱和羽状裂隙发育，一般煤层无风化。冲蚀接触面：冲蚀面平缓，有冲刷痕迹。第三节陷落柱（2）从地层和岩性区分陷落柱：岩块大小悬殊，棱角明显，岩性复杂，胶结松散。断层带：一般较窄，断层角砾小，成份简单，棱角部分磨损，定向排列；断层造成地层有规律重复和缺失，两侧岩层层理很少直立。冲刷带：岩块较小，有磨圆现象，胶结紧密，层理清楚，岩石结构构造保存完好，可见层位缺失现象。第三节陷落柱（3）从上下对应关系区分陷落柱：地表有，井下必有；上水平有，下水平肯定有。断层带：不一定有冲刷带：没有。第三节陷落柱9.陷落柱编录五查：

查区内陷落往发育、分布的规律性；查陷落柱周围煤、岩层中裂隙发育情况及充填物性质；查煤层遭氧化的情况；查陷落柱附近的水和瓦斯的变化；查陷落柱周围的小断裂的发育情况。第三节陷落柱9.陷落柱编录五看：

看陷落柱与围岩的接触界面；看陷落柱内充填物的性质和特征；看陷落柱周围煤、岩层的产状变化；看陷落柱内岩块的大小、排列和时代；看陷落柱与煤层底板的交面线。第三节陷落柱9.陷落柱编录五定：

定巷道揭露陷落柱的部位；定陷落柱的形状；定陷落柱的规模大小；定穿透陷落柱的距离；定处理陷落柱的措施。第四节矿井瓦斯和地热一.矿井瓦斯1.什么是瓦斯？瓦斯是影响煤矿生产的一个重要因素；是深部开采的三大障碍：之一（瓦斯、地压和地温）；2.瓦斯成分与性质

成分：CH4；CO2；N2组成；

CH4——瓦斯主要成分，无色、无味、无嗅、无毒的气体；第四节矿井瓦斯和地温1616%T：1850-2650℃P：7～10倍第四节矿井瓦斯和地温瓦斯爆炸的基本条件引爆火源瓦斯浓度5～16%瓦斯650～750℃的引爆火源氧含量空气中氧含量不低于12%<50°埋深<1000m褐煤50°-160°放出大量瓦斯烟煤（气、肥）>160°-200°放出大量瓦斯无烟煤据计算：每生成1吨煤，可产生1000m3的瓦斯与二氧化碳泥炭3.瓦斯成因第四节矿井瓦斯和地温4.瓦斯赋存状态第四节矿井瓦斯和地温1瓦斯在煤体内存在状态吸附瓦斯80-90%游离瓦斯10-20%吸收状态吸着状态以自由气体分子存在于煤体或围岩的较大裂隙、孔隙和空洞之中。在与颗粒固体在分子之间引力作用下，被吸着在煤体孔隙的内表面上。瓦斯分子进入煤体颗粒结构内部，与煤体固体分子相结合。据测定1g无烟煤其表面积可达200m2.第四节矿井瓦斯和地温第四节矿井瓦斯和地温5.瓦斯分带煤层瓦斯成分由浅而深大体可分为四带1)N2－CO2带：CH4:0-10%,N2:20-80%,CO2:20-80%；2)N2带：CH4:0-20%,N2:80-100%,CO2:0-20%；3)N2－CH4

带：CH4:20-80%,N2:20-80%,CO2:0-20%4)CH4

带：CH4:80-100%,N2:0-20%,CO2:0-20%第四节矿井瓦斯和地温影响因素煤化作用(变质程度)围岩条件（岩性及组合特征）地质构造（断层、褶皱）埋藏深度（瓦斯梯度）地下水活动6.影响瓦斯赋存的条件煤田暴露程度和岩浆岩第四节矿井瓦斯和地温游离瓦斯对外表现为煤层瓦斯压力P6.矿井瓦斯涌出第四节矿井瓦斯和地温1.矿井瓦斯涌出

是矿井在开拓、掘进、回采过程中，瓦斯从煤层或岩层涌向采掘空间的现象。2.瓦斯涌出来源：煤层、岩层、邻近层。3.绝对瓦斯涌出量(m3/min或m3/d)4.相对瓦斯涌出量(m3/t)第四节矿井瓦斯和地温7.矿井瓦斯等级第四节矿井瓦斯和地温7.矿井瓦斯等级《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》[2011]162号文《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》[2011]163号文2012.3.1起施行（1）每2年进行一次（2）平均0.3m以上煤层（3）有动力现象、邻近突出、＞0.74MPa（4）60完成瓦斯（高）鉴定，120天完成突出鉴定（5）f≤0.3

p≥0.74；或0.3<f≤0.5

p≥1或

0.5<f≤0.8

p≥1.5或

p≥2（6）走向不少于2个，倾向不少于3个，最深必须有控制第四节矿井瓦斯和地温二、地温第四节矿井瓦斯和地温1.地热的基本概念

地温梯度：℃/100m；地温率：m/℃

地热来源：岩浆热；大地热流；放射性元素等2.影响矿山地温场因素(1)岩性；岩浆岩、石灰岩导热性强，传热快—地温低异常。泥岩、页岩、煤导热性差，传热慢—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。第四节矿井瓦斯和地温2.影响矿山地温场因素(2)基底起伏与构造形态；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。(3)大地构造位置地壳活动区、岩浆活动区等地热异常区。(4)深大断裂深大断裂是深部炽热物质上升通道。(5)局部热源影响岩浆侵入体余热；放射性元素的富集；硫化矿床的氧化热。工作面温度山东江苏安徽河南>26℃135101226～30℃6372>30℃72310数据源自“深井热害现场调研报告”——国家安全生产监督管理总局、中国矿业大学（北京）（6月25-7月6日现场调查）3.我国深井热害第四节矿井瓦斯和地温高温热害带来的问题272829303132330100200300400500工伤频次（次/千人）作业地点气温（℃）体能下降工作效率低高温中暑诱发疾病现场晕倒影响安全平煤六矿、十三矿等井下温度与事故率关系（南非金矿）第四节矿井瓦斯和地温第四节矿井瓦斯和地温我国《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的空气温度超过30C，必须停止作业国家安委会专门下文建议采深超千米矿井“暂停开采”深井热害治理迫在眉睫，已严重影响到我国深部能源开采

第四节矿井瓦斯和地温徐州矿业集团以矿井涌水作为冷源的深井新型降温模式，研发了HEMS降温系统（HighTemperatureExchangeMachinarySystem）的成套技术和装备深井降温案例第四节矿井瓦斯和地温HEMS降温系统工作原理第四节矿井瓦斯和地温

制冷工作站全景－600HEMS-I制冷工作站第四节矿井瓦斯和地温蒸发器冷凝器第四节矿井瓦斯和地温－800HEMS-PT压力转换工作站第四节矿井瓦斯和地温管路连接第四节矿井瓦斯和地温－1010HEMS-II降温工作站

降温工作站入口HEMS-DUSEL北京监控中心第四节矿井瓦斯和地温7446工作面

(34～36℃)－600制冷工作站HEMS-I

地面工作站HEMS-III－600储水仓冷源－800压力转换工作站HEMS-PT－1010降温工作站HEMS-II供热31℃风－600中央水仓11℃29℃7℃38℃12℃8℃14℃15℃18℃19℃22℃风22℃27～29℃24～26℃一、岩浆岩侵入煤层第五节岩浆岩1.岩墙第五节