第1章 生产地质研究幻灯片.ppt

1、第一章 生产地质条件,一、教学目的： 掌握褶皱构造、断层、煤厚变化、岩浆侵入体、岩溶陷落柱对煤矿生产的影响和识别、处理方法 二、教学内容 11 煤层厚度变化 12 矿井地质构造 13 岩浆侵入煤层 14 岩溶陷落柱 三、重点与难点：,一、煤层厚度分类 （一）按煤层结构 1.总厚度 2.有益厚度 3.可采厚度-达到煤炭工业指标规定的最低可采厚度的煤层 4.最低可采厚度-在现有技术经济条件下可开采的煤层的最小厚度。,1-1 煤层厚度变化,（二）按煤矿生产需要分类 1. 极薄煤层 0.30.5 2. 薄煤层 0.51.3 3. 中厚煤层 1.33.5 4. 厚煤层 3.58.0 5. 特厚煤层 8.

2、0,（三）按煤层厚度变化形态分类 1.层状煤层-煤层连续，厚度变化不大，煤层全部或绝大部分可采。 2.似层状煤层 （1）藕节状煤层-煤层不完全连续或大致连续，而厚度变化较大。其可采厚度面积大于不可采面积，可采煤体分布比较密集，形似藕节。 （2）串珠状煤层-煤层不完全连续或大致连续，而厚度变化较大。其可采厚度面积与不可采面积相当，可采煤体分布尚密集，形似串珠。,（3）瓜藤状煤层-煤层不完全连续或大致连续，而厚度变化较大。其可采厚度面积小于不可采面积，可采煤体分布比较稀散，形似瓜藤。 3.不规则形状煤层 （1）鸡窝状煤层-煤层断续，形状不规则，呈鸡窝状。 （2）扁豆状煤层-煤层断续，形状不规则，呈

3、扁豆状。 4.马尾状煤层-煤层分叉以至尖灭，形状似马尾。,二、煤厚变化的原因和特征 （一）煤层厚度的原生 变化 1.地壳不均衡沉降,均衡,厚煤层,不均衡,变薄， 分叉， 尖灭,分叉样式： 各分层稳定; 其中一分层稳定; 多次分叉,特征： （1）煤层分叉、尖灭有一定的方向性 煤层层数增多，厚度变薄，分叉方向为地壳沉降幅度和速度增大的方向； （2）向着沉降幅度和速度增大的方向，煤系的总厚度及煤层中矿物杂质含量有增大的趋势； （3）分叉煤层顶底板岩性变化大； （4）煤层分叉形式受控于沉积环境的变化。,2.泥炭沼泽基底不平（底凸薄化） 特征： （1）煤层顶平，底不平； （2）煤层变薄方向为底板凸起的方

4、向，厚度逐渐变薄； （3）煤分层或夹矸被凸起的底板所阻隔； （4）底凸薄化主要发生于煤系底部煤层。,3.同生冲蚀 （1）条带状分布，面积不大； （2）冲刷带为砂质岩，夹煤碎块； （3）冲刷带与煤层有共同的顶板。 （4）冲蚀带附近，煤的灰分增高，光泽暗淡，质量较差。,滨海沼泽中堆积的泥炭层遭受海水冲蚀而导致煤层厚度变化的特点是： （1）煤层直接顶板常为石灰岩，煤层表面形成大小不等的凹坑或槽沟； （2）当海水冲蚀影响范围较广，即冲蚀比较严重时，在一定范围内煤层几乎完全缺失。,（二）煤层厚度的后生变化 1.后生冲蚀 （1）冲刷带呈条带状分布，范围大； （2）冲蚀带内煤质变劣； （3）冲蚀带为砂质顶板

5、。,2.煤厚构造变化（构造挤压） （1）煤层原生结构破坏 在煤层增厚或变薄处，原始结构全部遭受破坏，煤变成鳞片状或碎粒状，往往可见很光滑的挤压面和不规则的小褶曲； （2）煤质发生变化 煤层中夹石层常和煤炭物质混杂在一起，造成煤的灰分增高； （3）顶底板构造构造不协调 煤层顶底板多不完整，裂隙发育，有时与煤层互相穿插； （4）沿煤层的走向或倾向，煤层的增厚带和变薄带常相互交替出现。 （5） 瓦斯涌出量变化,3. 岩浆侵入引起煤厚变化 岩浆侵入煤层，使煤层形态和厚度发生很大变化，煤层原始结构、煤质遭到破坏，甚至大片煤层被吞食或变成天然焦，给矿井采掘生产带来严重困难。,三、煤厚变化对煤矿生产的影响

6、1.影响采掘部署 分层开采 单层开采 2.影响计划生产 3.掘进率增高 4.回采率降低 5.影响矿井的服务年限,四、生产矿井对煤厚变化的研究任务 1.收集矿井范围内的煤厚资料 2.进行煤厚的探测 3.进行新开拓区域煤厚的预测 4.最终核定勘探程度不足或新发现煤层的工业价值和开采条件,五、煤层厚度的观测 （一）观测的基本要求 1.穿层巷道揭露煤厚点，均要观测建卡 2.顺层巷道按矿井地质规程要求进行观测 稳定煤层 100 50 m； 较稳定煤层 5025m； 不稳定煤层 2510m； 极不稳定煤层10m。 3.回采工作面间隔710天,（二）煤层的观测 1.观测内容： （1）煤厚 （2）煤层结构 （

7、3）煤岩类型 （4）顶底板岩性 （5）煤质 （6）含水性 （7）产状,注意： （1）揭露全厚度时，每个观测点测量煤厚； （2）煤层对比困难时，仔细观测煤分层煤岩类型和煤质情况； （3）冲刷点仔细观测冲刷标志，并推断冲刷便薄方向、深度和范围； （4）煤厚变薄、分叉、尖灭时，重点观测煤厚变化与煤层结构和围岩的关系。,（二）观测方法 （1）在能够揭露煤层全厚度的巷道中，直接测量煤层的总厚度及煤分层和夹石层厚度，对煤厚变化点绘出素描图。 （2）编录方式：一般情况下，须编录煤巷一帮的连续剖面； 煤厚变化不大时，可间隔一定距离测绘煤层小柱状； 煤层倾角较大时，测绘迎头素描。并测量各个变化点处的煤层产状。,

8、注意： （1）结构复杂，煤厚不稳定煤层，加密观测点； （2）对煤层顶底板的观测和描述，采用岩石学的方法来鉴定。必要时进行顶底板岩石物理力学性质的试验和裂隙的统计； （3）选择新鲜剖面观测煤岩类型； 在上述观测的基础上，将井下收集的各种煤层资料填绘在采掘工程平面图上。,六、煤层厚度变化的探测与预测 （一）煤层厚度的探测 1.煤巷探煤厚 边掘边探 钻探+溜煤眼 煤门+钻探,2.回采工作面探煤厚 边采边探 绘制出剩余煤层厚度等值线图,2.煤层分叉尖灭的探测 （1）沿主要稳定分叉煤层布巷，向其他分叉煤层打钻探煤厚； （2）沿稳定分叉煤层布巷，对其他煤层用钻探或探巷探煤厚。,(1),(2),3.煤层底凸

9、薄化的探测 （1）用钻探控制前方变薄范围； （2）用巷道穿过底凸部位； （3）用工作面上分层探煤厚资料，编制煤层顶底板等高线图，圈定底凸薄化范围。,4.河流冲蚀变薄带的探测 （1）详细收集冲蚀带资料，大致圈定冲蚀带范围; （2）用探巷进一步圈定冲蚀带范围。,七、煤厚变化的处理 （一）掘进中的处理 1.工作面煤巷遇分叉尖灭 （1）沿顶板掘进 （2）沿底板掘进 2.采区上下山遇变薄带直接穿过 3.主要运输巷道遇变薄带直接穿过,（二）回采工作面中的处理 1.直接穿过 2.绕过 3.分面回采,1,2,3,12 矿井地质构造,一、矿井地质构造概述,地质构造,断裂,褶皱,断层,裂隙,大型构造,中型构造,小

10、型构造,决定井田形态和井田边界,影响采区划分和巷道布置,工作面巷道中出现的构造,（一）矿井构造的等级划分,断层等级划分： 大型断层：落差30m 中型断层：落差30 煤厚 小型断层：落差煤厚,（二）矿井地质构造的研究步骤和研究内容 1.研究步骤： （1）观测 对揭露构造点进行仔细观察、测量、记录、描绘 （2）判断 确定其存在、性质和规模 （3）预测 根据已掌握的资料，对未采区或未揭露区的地质构造作出推断 （4）处理,2.生产矿井研究地质构造的主要内容 （1）分析原有勘探资料对构造的控制程度，适时布置补充勘探工程（掌握情况）； （2）系统收集地表、井巷、钻孔揭露的一切资料，填图，为采掘工程提供资料

11、； （3）查明褶曲轴（枢纽）及断层产状、规模、断失翼煤层距离； （4）及时指出采掘前方可能出现的地质构造及其对煤厚、水文、火成岩的影响； （5）根据构造总体规律和某构造点的延伸特点，对未采区进行构造预测，为开拓部署提出建议。,二、褶皱构造,（一）褶曲对煤矿生产的影响 1.影响井筒位置的选择 2.影响巷道和工作面的布置 3.影响煤层开采 4.影响安全生产,（二）褶曲构造的识别与观测 1.褶曲的识别 （1）存在标志 地层对称重复 产状规则变化： 石门中的倾向变化 煤平巷的拐弯 （2）工作重点 查明褶曲轴（枢纽）,2.褶曲的观测内容 （1）褶曲基本要素： 轴位置、方向、产状、倾伏方向 （2）两翼岩层

12、产状、褶曲宽度、幅度、延伸趋势 （3）褶曲与断裂构造、煤厚变化的关系 （4）褶曲内部伴生小构造的观测 擦痕 层间小褶曲,3.观测方法 （1）小型褶曲-巷道能见全貌，直接编录 （2）中型褶曲-巷道不能揭露全貌，采用编录、填图、对比分析,（三）褶皱枢纽的判断与探查 1.枢纽的实测方法,2.枢纽的推测方法 （1）根据上部已采煤层推断下部煤层 对称褶皱直接投绘 不对称褶皱根据轴面产状结合层间距推断 不协调褶皱慎重推测 （2）根据区域构造规律推测 只能推断枢纽的方向，难确定其准确位置,（3）根据两翼产状推测 利用构造地质学讲的极射赤平投影法 （4）实测与外推相结合 边推边掘 边掘边探,3.枢纽的探查 （

13、1）巷探 如，沿中型向斜轴两翼布置对掌子面时的探测 调整巷道掘进顺序,（2）井下钻探,（四）研究褶皱构造时注意的问题： 1.煤岩层层位对比分析 2.褶皱的不协调性和复杂多变性 沿枢纽方向的变化 沿铅直方向的变化 在不同岩性层段褶皱变化 3.褶皱和断层的相互转化 4.倾伏端曲率的变化 5.注意倒转褶皱的倒转翼开采顺序,（五）褶曲的处理 1.大型褶曲 （1）褶曲轴作为井田边界 （2）回风巷布置在背斜轴部 运输巷布置在向斜轴部 （3）井筒避开褶曲轴部,2.中型褶曲 （1）轴作为采区中心布置上下山（开阔平缓的向斜） （2）轴作为采区边界（紧闭褶曲） （3）工作面推过褶曲轴（宽缓褶曲） 3.小型褶曲 （

14、1）采面重开切眼 （2）运输巷改造取直,（1）,（2）,（3）,（4）,三、断裂构造 （一）裂隙对煤矿生产的影响及处理 1.裂隙对回采工作面布置的影响 卡钻、爆破效率低下；瓦斯含量高；采面角度不合适会造成大面积垮落。 2.裂隙对回采工作面支架和顶板控制的影响 3.裂隙对煤矿安全生产的影响 4.裂隙对回采效率的影响,4.,2.,1.,（二）断层对煤矿生产的影响及处理,1.断层对生产的影响 （1）影响井田和采区划分 （2）影响井田开拓方式的选择和采区的布置 （3）影响巷道掘进量 （4）影响采面正常生产 （5）影响煤矿安全生产 （6）增加煤炭损失 （7）影响煤炭综合经济效益,2.井下巷道遇到断层前的

15、先兆： （1）煤层产状发生显著变化，伴生、派生小褶皱发育。 （2）煤层顶底板出现不平行现象。 （3）煤层及其顶底板中裂隙显著增加，一般越靠近断层，裂隙越发育。 （4）煤层原生结构发生变化，滑面增多，出现揉皱和破碎现象，煤体呈鳞片状、粉末状 。 （5）在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层与大断层性质相同，产状大体一致。 （6）在高沼气矿井，巷道中的瓦斯涌出量在出现断层前有明显的增值变化。 （7）充水性大的矿井在揭露断层前，巷道出现滴水、淋水和涌水现象。,1.,2.,3.,4.,3.断层的观测 （1）确定断层面的位置 （2）观察断层面特征 形态（平整、波状、平滑、粗糙、闭合） 擦痕 断层面宽

16、度 充填物 充填物排列和胶结情况,（3）断层两盘煤岩层产状及伴生派生构造观察 （4）断层性质的确定 （5）断层面产状的测量 断煤交线的测量 （6）确定断层断距和落差（难点） （7）对断层进行素描 剖面+数据（2-17） 平面+数据（2-18） 平面+断面（2-19） 平面+剖面（2-20）,断煤交线,断距,7,在被断地层倾向的剖面上 （1）地层断距AE h0 （2）铅直地层断距AC hg （3）水平地层断距AF hf （4）铅直断距AD h （5）水平错开BD l,在断层倾向的剖面上 （1）伪地层断距AE h0 （2）铅直地层断距AC hg （3）伪水平地层断距AF hf （4）落差AD H

17、（5）水平错开BD l,煤层真倾角,（1）剖面中煤层的倾角；（2）剖面中断层的倾角；（3）当剖面中断层倾向与煤层倾向相反时， 取“+”；（4）当剖面中断层倾向与煤层倾向相同时，取“-”。,断煤交线 （1）断层面与煤层共有线； （2）断煤交线与断层走向线不一致； （3）断煤交线有两条； （4）煤层底板等高线遇断煤交线中断； （5）断煤交线形状受控于煤岩层和断层产状。,4.断失翼煤层的寻找 1）层位对比法 （1）根据断层面产状及与煤层对接岩层与本煤层的位置关系确定断层的性质 （2）根据煤层与对接岩层的距离确定地层断距（h0）,2）断层面构造特质法 （1）牵引褶皱,（2）羽状节理,张性节理与断层面所

18、夹锐角指示本盘运动方向,（3）阶步和擦痕,（4）断层泥与角砾岩（煤线）,（5）平行小断层,3）经验类推法 4）作图分析法,5）生产勘探法 （1）钻探 （2）巷探 水平巷道遇断层 倾斜巷道遇断层,5.矿井构造的处理 1）开拓设计阶段对断层的处理 （1）井筒位置的选择,（2）井田、采区和水平边界的确定 大断层为井田边界 倾向断层为采区边界 双翼上山 单翼上山 走向断层作为水平或辅助水平边界,“大中构造作边界； 井筒避开断层带； 回风巷沿着背斜走； 运输巷沿着向斜行”,2）掘进阶段对构造的处理 （1）运输大巷遇断层,（2）采区上下山过断层 改变巷道坡度 落差小时，挑顶，卧底 落差大时，石门，斜巷,（

19、3）阶段运输平巷遇断层 穿底板 穿顶板 联络巷,3）回采阶段对断层的处理 （1）强行通过 普采及炮采工作面 H煤厚 综采面 M-H支架高度 综采面 M-H支架高度，顶底板软,（2）重开切眼 （3）划小工作面,2-3 岩浆侵入煤层,2-3 岩浆侵入煤层,一、岩浆侵入体的一般特征 （一）侵入体的产状 1.岩墙 （1）平面上 （2）剖面上 2.岩床 （1）平面上 （2）剖面上 层状侵入体 似层状侵入体,岩墙,3.不规则侵入体 侵入体边缘呈串珠状、扁豆状、指状和其他不规则形状的侵入体,（二）岩浆侵入煤系的一般规律 1.岩浆上冲的通道 2.岩浆侵入层位 侵入煤层具有的规律 （1）岩浆侵入受煤层厚度的影响

20、 （2）岩浆侵入受煤层结构的影响 （3）岩浆侵入受煤的物理化学性质的影响 （4）岩浆侵入受通道断层大小和煤层产状的影响,（4）,（三）岩浆侵入体的分区 1.上冲区 通道附近 层状似层状 煤层失去工业价值 2.扩散区 上冲区外围 串珠状 煤层大部分失去工业价值 3.波及区 不见侵入体 煤层变质程度高,二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响 （一）岩浆侵入体对煤层的影响 1.侵入体的产状不同，对煤层的影响范围不同 2.侵入体的位置不同，对煤质的影响程度不同 3.侵入体的大小、厚度直接影响煤的变质程度 4.煤层距侵入体的距离对煤变质的影响 5.侵入体的岩性对煤变质的影响,2.,4.,（二）岩浆侵入体对煤矿生

21、产的影响 1.影响矿井服务年限 2.影响煤矿经济效益 3.给巷道掘进、采面布置造成困难,三、岩浆侵入体的观测与探查 （一）观测 1.岩浆侵入体岩石性质 颜色、矿物成分、结构、构造及名称 2岩浆侵入体的产状 岩墙、岩床；流动构造；与围岩接触关系 （侵入接触、沉积接触、断层接触） 3岩浆侵入体与断裂构造的关系 4煤层被破坏的情况,观测： 侵入体在煤层中的位置； 侵入体与煤层的接触关系； 煤层被熔蚀情况； 煤层中侵入体的密度； 接触变质带的特征。,（二）侵入体的编录 编制巷道展开图（以后讲）,（三）探测,（四）岩浆侵入煤层的预测 1.预测的基础研究 （1）摸清侵入体规律 （2）研究侵入体岩相、原生流

22、动构造 （3）侵入体形态分类和侵入分区 侵入体分布图 厚度等值线图 煤质图 侵入体剖面图,2.扩散区找煤 （1）在厚煤层中注意找未被熔蚀的煤分层； （2）在侵入体边缘树枝状分叉之间和孤立侵入体之间找煤： 分叉方向指向正常煤； 侵入体边缘颜色变浅； 根据变质带的煤质变化； 根据侵入体流动方向； 侵入体边缘煤层的特殊特征。,四、侵入体的处理 1.岩墙的处理 （1）运输巷、上下山回风巷穿过 （2）回采面 重开切眼倾向或斜交岩墙 分面回采走向岩墙,2.岩床 先探测，然后确定处理方案 范围小，直接推过 范围大，采区、采面避开分布区,2-4 岩溶陷落柱因素,一、陷落柱的概念 二、陷落柱的特征 （一）陷落柱的基本特征 1.平面形状,不规则多边形,椭圆形,圆形,长条形,其他形状,2.剖面形状 （1）锥状 （2）漏斗状 （3）不规则柱状,3.陷落柱的高度 4.陷落柱的中心轴 直立的 歪斜的 扭转的,（二）陷落柱的地表出露