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1、,大同煤,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,2,1.煤田地质基础知识 1） 煤的形成及含煤岩系 3 2） 煤层地质勘探与地质图件 26,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,3,第一节 煤的形成及含煤岩系 一、煤的形成 煤(coal)是一种可燃的沉积有机岩石，由古代植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学及地球化学的成煤作用后转变而成的一种固体可燃矿产。从植物死亡、堆积到转变为煤的演变过程，以及在这个演变过程中经受的各种作用，称为成煤作用。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,4,（一）成煤作用的两个阶段 成煤作用大致可分为两个阶段第一阶段的泥炭化(peatificatio

2、n)阶段和第二阶段的煤化(coalification)阶段（图1-1）。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,5,图1-1 成煤作用阶段划分示意图,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,6,1泥炭化阶段 泥炭化阶段分为腐泥化作用和泥炭化作用两个阶段。 （1）腐泥化作用(saprofication) 低等植物和浮游生物遗体在湖沼、泻湖和海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用的过程称为腐泥化作用。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,7,（2）泥炭化作用(peatification) 高等植物遗体，在泥炭沼泽中经受复杂的生物化学和物理化学变化作用，转变成泥炭的过程称为泥炭化

3、作用。 2. 煤化阶段 泥炭或腐泥转变为褐煤(lignite)、烟煤(bituminous coal)、无烟煤(anthracite)、超烟煤的物理化学变化称为煤化作用。煤化作用分为煤成岩作用和煤变质作用两个阶段。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,8,（1）煤成岩作用(coal diagenesis) 泥炭或腐泥被掩埋后，在地温、压力等因素的影响下压实、脱水、固结，腐植酸向腐植质转变而成褐煤的过程称为煤成岩作用。 （2）煤变质作用(coal metamorphism) 褐煤在地下受相对较高的温度、压力、时间等因素的影响转变为烟煤、无烟煤、天然焦、石墨等的地球化学作用成为煤变质作用。

4、石墨是一种已不属于煤的矿物。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,9,（二）成煤的必要条件 1植物条件 植物是成煤的原始物质。在漫长的45亿年的地史上，有过三次高等植物的极盛期，即石炭、二叠纪的蕨类植物，三叠、侏罗纪的裸子植物，第三纪的被子植物。这三个时期的高等植物为成煤提供了丰富的原始物质。也只有在几亿年高等植物大量繁盛后才可能形成煤。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,10,2气候条件 潮湿、温暖的气候条件是成煤的最有利的条件之一。一般认为，温度与湿度比较，湿度对成煤更为重要。无论在热带、温带或寒带，只要有足够的湿度，都有可能发生成煤作用。,2020/7/13,西安科技大

5、学 能源学院,11,3地理条件 地理条件指的是成煤场所。要形成分布面积广的煤层，还必须有适于发生大面积沼泽化的自然地理场所。据我国学者研究，将适于成煤的古地理环境划分为三大类九小类（表1-1，图1-2）,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,12,表1-1 成煤古地理类型表,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,13,图2-2 成煤古地理类型简略分布示意图 1浅海型；2滨海平面；3滨海冲积平原型； 4三角洲型；5滨海山前（山间）平原型 6内陆盆地型；7山间盆地型；8山间谷地形；9大陆冲积平原型,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,14,4地壳运动条件 据研究，成煤作用与地壳

6、下沉息息相关。地壳下沉形成有利于的沉积场所沼泽地。只有地壳沉降速度与植物遗体堆积速度平衡时，即地壳下沉空间与植物遗体堆积空间近似相等时，才能始终保持沼泽环境，成煤作用才能持续。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,15,二、含煤岩系 （一）含煤岩系及其类型 1含煤岩系的概念 含煤岩系(coal-bearing series)是指一套含有煤层并且在成因上有联系的沉积岩系，简称为煤系。其同义词有含煤地层、含煤建造。煤系的最大特征是有煤层。凡是在沉积作用过程中，只要成煤条件具备，就可以形成煤系。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,16,2含煤岩系类型 陆相或是海陆交替相地层，都有可

7、能形成煤系。在含煤岩系的形成过程中，由于自然地理环境和构造运动的差异，导致各个煤系在厚度、岩性、含煤层数、结构等方面的不同。根据成煤古地理环境，将煤系分为近海型和内陆性两大类。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,17,（二）含煤岩系的组成 含煤岩系由煤层和许多其它沉积岩层组成。与煤矿生产最为密切的主要是煤层(coal seam)及其顶板（roof）、底板(floor)，还有标志层(marker bed)。 1煤层 煤像其它沉积岩（sedimentary rocks ）层一样，一般呈层状分布。不同的煤层其结构、厚度及稳定性等有所不同。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,18,

8、（1）煤层结构 根据煤层中有无稳定的岩石夹层（夹矸（parting），将煤层分为两种结构类型简单结构煤层和复杂结构煤层（图2-3 ）。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,19,图2-3 煤层结构示意图,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,20,（2）煤层厚度(thickness of coal seam) 煤层的顶板与底板之间的垂直距离叫煤层厚度。对复杂结构的煤层，则有总厚度和有益厚度（profitable thickness）之分。总厚度是指煤层顶面至底面之间全部煤层与岩层之和；有益厚度是指煤层顶面至底面之间各煤分层厚度之和。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,2

9、1,（3）煤层的分类 煤层倾角(coal seam dip angle) 、厚度及其变化情况（即煤层稳定性(regularity of coal seam) ）对采矿技术影响很大，所以在采矿工作中常将煤层据此加以分类。,按煤层倾角分类,按煤层厚度分类,按煤层稳定性分类,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,22,2煤层的顶、底板 （1）顶板 顶板指位于煤层上方一定距离的岩层。根据顶板岩性、厚度以及采煤是顶板变形特征和垮落难易程度，将顶板分为伪顶(false roof)、直接顶(immediate roof)和基本顶(main roof)三种（图2-4）。,2020/7/13,西安科技大学

10、 能源学院,23,图1-4 煤层顶底板示意图,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,24,（2）底板 底板指位于煤层下方一定距离的岩层。底板分为直接底和老底两种。 直接底(immediate floor) 指煤层之下与煤层直接接触的岩层。岩性以碳质泥岩最为常见，厚度不大，常为几十厘米。 老底(main floor) 指位于直接底之下的岩层。其岩性多位粉砂岩或砂岩，厚度较大。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,25,（3）煤系中的标志层 煤系中常有一些岩层，其岩性比较特殊，容易识别，层位稳定或分布规律明显，它们与煤层或某些地质界限间距比较固定，这样的岩层可以用作寻找或对比煤层的标

11、志层。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,26,第二节 煤层地质勘探与地质图件,一、地质勘探概述 地质勘探是运用地质科学和技术来分析、研究、探测矿床。其目的是为矿山设计、建设和生产提供可靠的地质资料，保证矿产资源合理、顺利开发。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,27,1遥感地质调查 主动遥感 被动遥感,2地质填图,3坑探工程 槽探（图1-5） 探井（图1-6) 探巷（硐）（图1-7）,4.钻探工程（图1-8、1-9）,5.巷探工程（图1-10、1-11）,6地球物理勘探,（一）地质勘探常用主要技术手段,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,28,图1-5 槽探布置示

12、意图,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,29,图1-6 探井布置示意图 1表土；2含煤地层；3探井,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,30,图1-7 探巷（硐）布置示意图 （a）平巷（硐）；（b）立井与石门；（c）斜井,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,31,图1-8 钻孔示意图 1套管；2开孔直径；3孔壁；4见煤深度；5至煤深度； 6岩芯；7终孔直径；8孔底；h钻孔深度,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,32,图1-9 钻孔柱状,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,33,图1-10 专门布置巷道进行探,2020/7/13,西安科技大学 能源学院

13、,34,图1-11 采用“一巷多用”进行探,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,35,二、煤田地质勘探 煤田地质勘探（geological exploration in coal mine）又称煤层资源地质勘探，是寻找和查明煤炭资源的地质工作。其目的是寻找煤矿床、圈定煤炭储量，为煤矿设计、建设提供科学依据。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,36,（一）煤田地质勘探阶段 煤田地质勘探阶段又称煤田地质勘探程序。煤田地质勘探的程序划分为找煤(search for coal)（初步普查）、普查(coal prospecting)（初步勘探）、精查(detailed explorat

14、ion)（详细勘探）四个阶段。各阶段必须完成其相应的主要任务（表2-2）。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,37,表2-2 煤田地质勘探各阶段的主要任务,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,38,（二）煤田地质勘探类型 在勘探区内，根据对煤矿床的地质研究和以往勘探经验的总结，依据影响煤矿床勘探难易程度的主要地质因素，对勘探区（矿区(mining area)或井田(underground field)）进行的分类，称为勘探类型。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,39,1地质构造复杂程度类别 依据地质构造形态、断层和褶曲的发育情况，以及受火成岩影响程度井田（勘探区）

15、的地质构造复杂程度划分为四类（表2-3）。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,40,表2-3 地质构造复杂程度类别及其划分标准,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,41,2煤层稳定程度类别 （1）评定煤层稳定性的主要参数 矿井地质规程（煤炭工业出版社，1984年5月）规定，在定量评定煤层厚度稳定性时煤层以煤层可采性指标，煤厚变异系数为辅助硬指标；中厚及厚煤层以煤厚变异系数为主要指标，煤层可采性指数为辅助指标。据此定量划分煤层稳定程度类型。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,42,煤层可采性指数Km 煤层可采性指数Km是表示评定区可采煤层所占比例的参数，由式111计算

16、： （211） 式中 Km煤层可采性指数； n评定区内所有参加评定的见煤点数； n见煤点总数n中煤厚大于或等于最低可采标准的见煤点数。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,43,煤厚变异系数（式111） 煤厚变异系数是反映评定区煤层厚度变化偏离平均厚度程度的参数，由式112计算： （212） 式中 煤厚变异系数，%； 评定区内的平均 煤厚，m； S煤厚变化标准差，由式113计算： （213） 式中 mi每个见煤点的实测煤厚，m；其它符号意义同 前。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,44,（2）定量化划分煤层稳定程度类别 依据煤层结构、厚度变化、可采情况，采用上述评定煤层稳定

17、性的主、副指标煤层可采性指数Km和煤厚变异系数，将矿区（或井田）的煤层稳定程度划分为稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层、极不稳定煤层。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,45,（三）煤炭储量级别和储量分类 1储量级别 储量级别(classification of reserves)是统一区分和衡量矿产储量精度或可靠程度的等级标准。现行的规范中，把储量有高到低划分为A级、B级、C级、D级四个级别，其中A级和B级为高级储量，C级和D级为低级储量。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,46,2储量分类 按照煤炭资源的研究程度、目前煤矿开采技术条件和可利用程度，将储量划分如下： 地质储

18、量（生产矿井总储量）包括能利用储量（远景储量和工业储量）和暂不能利用储量。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,47,（四）煤田地质勘探程度 煤田地质勘探各阶段对不同类型地质条件的勘探区进行工作后，最终要达到一定的要求，这个“要求”就是勘探程度。具体地讲，勘探程度(degree of exploration)就是指通过各种技术手段，对勘探区的地质情况的了解程度和对地质变化规律的控制、查明程度。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,48,三、煤矿地质勘探 煤矿地质勘探又称矿井地质勘探，是继煤田地质普查至精查勘探之后，从煤矿建设开始到煤矿生产及开采结束期间所进行的一切地质勘探工作。

19、 （一）煤矿地质勘探的主要任务及特点 1煤矿地质勘探的主要任务 （1）在新井开凿之前，查明井筒(shaft)、井底车场(pit bottom)、主要大巷(main roadway)所在位置的地质情况及水文工程地质情况。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,49,（2）在新水平或新开拓区设计之前，查明地质构造、煤层赋存状况及其它地质和水文地质情况，提高勘探程度和储量级别。 （3）在开采过程中，解决经常出现的局部地质问题。 （4）在残采区进行找煤勘探工作。组织实施一些专门性的钻孔施工。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,50,2煤矿地质勘探的特点 与煤田地质勘探相比，煤矿地质勘探

20、具有如下特点： （1）具有继承性和补充性。 （2）直接为生产服务。 （3）具有针对性和局部性。 （4）具有一系列优越条件。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,51,（二）煤矿地质勘探分类 1建井地质勘探 （1）井筒检查钻孔 （2）层位控制钻孔 2煤矿资源勘探 （1）煤矿资源勘探的任务 （2）煤矿资源勘探的原则和标准,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,52,3煤矿补充勘探 （1）煤矿补充勘探的任务 （2）煤矿补充勘探的原则 （3）补充勘探设计与施工 4生产勘探 （1）生产勘探的任务 （2）生产勘探的特点 5煤矿工程勘探,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,53,四、主

21、要地质图件 地质工作者通过现场编录及生产勘探取得大量地质原始资料，并经过对这些资料分析研究及综合整理，编制出反映各种地质特征（如煤层赋存情况、地质构造及水文地质情况等）、勘探工程和井巷采掘工程的布置情况及其相关资料的图件，称为地质图件。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,54,（一）地形地质图 煤矿安全规程（2005年版）第十二条中将“矿井地质和水文地质图”列为井工煤矿必须及时填绘反映实际情况的十一张图纸之一。 1概念 地形地质图是表示研究区的地形特征、地层、矿层分布、岩层产状及地质构造特征的图件。在新地层覆盖区，把上覆岩层揭区，反映基岩面的各种地质现象的地质图件称为基岩地质图。,2

22、020/7/13,西安科技大学 能源学院,55,2内容 地形地质图是以地形图为底图，通过地质调查及生产勘探而编制成的图件。煤矿生产过程中的地形地质图采用的比例尺一般为1：10 000或1：5 000，在地质构造复杂的地区可采用1：2 000的比例尺。图中内容包括地形地物、地质界限、勘探工程及其它。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,56,3作用 地形地质图是煤矿矿井和生产的基本图件之一；是设计部门用来选择运输干线及供电线路，确定井口、工业场地、建筑石料场等位置，考虑地下保护农田，寻找水源等不可缺少的图件；是生产部门用来编制井上下对照图，注意地下开采对地表的影响，防止建筑物布置在煤层的

23、上部造成压煤现象等的重要图件；是勘探部门布置生产勘探工程等工作必备的图件。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,57,（二）地质剖面图 1概念 地质剖面图是指沿铅垂方向，将大地切开，反映切开断面上岩层及构造形态的图件。其中沿岩层走向所切的剖面叫纵向剖面，沿岩层倾向所切的剖面叫横向剖面。生产矿井一般是沿勘探线或主要巷道轴线方向编绘地质剖面图，以反映煤层的构造形态及其与井巷工程之间的关系。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,58,2内容 地质剖面图的主要内容包括：剖面切过的地形、地物、经纬线、水平标高线；地层界线、断层、火成岩侵入体、喀斯特陷落柱；煤层、标志层及其名称和编号，其它

24、有益矿层；勘探工程，并注明钻孔编号、孔口标高、终孔深度、煤层及夹矸厚度；小窑、生产矿井井筒、井巷工程、采空区、井田边界、保安煤柱线及开采水平高程线。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,59,3作用 地质剖面图的作用在于它能直接反映研究区构造特征和煤层赋存情况、地质体的空间特征，反映对煤层和构造的控制和研究程度，为生产设计及实施勘探工程提供依据，同时它也是编制其它地质图件的基础。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,60,（三）水平切面图 1概念 反映某一水平地质情况和井巷工程的图件，称之为水平切面图。在煤矿生产中，水平切面图沿某一开采水平编制的（图2-12 ）。,2020/7

25、/13,西安科技大学 能源学院,61,图2-12 水平切面示意图,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,62,2内容 图上要反映该水平面所切过的地质界线，主要包括各煤层、标志层、含水层、地层界线、断层的迹线、煤层的厚度及产状、褶皱轴线、火成岩在该水平的分布范围、水平面切过的喀斯特陷落柱边界线等；该水平面所切过的井巷及勘探工程，包括井底车场、运输大巷、石门、煤巷、井筒及钻孔等；图上还要注明地质剖面线、经纬线、指北针、井田边界线、煤柱线等。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,63,3作用 水平切面图能反映该水平全部地质情况及井巷工程，是煤矿生产中运用最广、作用最大的图件之一。特别是

26、在煤层层数多、层间距小、地质构造较复杂、倾斜及急倾斜煤层地区， 它是该水平开拓布置、井巷设计和掘进施工不可缺少的图件。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,64,（四）煤层底板等高线图 1概念 煤层底板等高线图(coal seam floor contour map)是反映某一空间形态特征的图件。它是利用煤层底板等高线（底板相同标高点的连线）来表示煤层在空间的起伏及断列情况。它可以帮助我们了解煤层面的立体概念，掌握煤层产状变化和地质构造变化，是煤矿生产中的图件之一。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,65,2内容 煤层底板等高线图一般采用的比例尺为1：10 000或1：5 0

27、00，构造复杂的井田、井型较小的矿井及反映一个采区或采面的煤层底板等高线图，一般采用1：2 000的比例尺。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,66,图件中主要包括以下内容： （1）地形地物 地面河流、铁路、主要地物（如工业场地、居民点、高压线路）及地形等高线等。 （2）地质界线 煤层露头线，煤层风氧化带界线，断层与煤层的交线及断层的编号、倾角和落差，褶曲枢纽线等。,2020/7/13,西安科技大学 能源学院,67,（3）井巷工程 穿过编图煤层的全部井上下钻孔、勘探线及编号、生产矿井的巷道、老窑及采空区范围、井筒（主、副、风井）的位置、井下回采工作面范围及编号、回采进度界线及探煤点煤厚等。,2020/7/13,西