煤矿开采学.ppt

1、第一章是煤矿地质，第一节是煤的形成。中国采煤和用煤的历史可以追溯到几千年前，但是人们从来不知道煤是如何形成的。后来，人们在煤层及其附近的岩层中发现了植物化石，甚至在煤层中发现了树干状的煤，因此人们认识到煤的形成一定与植物有关。随着科学技术的发展，特别是显微镜的发明，人们终于解开了这个千年之谜：煤是由植物转化而来的。两三亿年前，地球上的气候温暖潮湿，植物繁盛。湖泊和海边堆积着大量的植物，被沉积的泥沙覆盖着。随着时间的推移，泥土和沙子越积越厚，植物被埋得越来越深；这些植物与地下空气隔绝，承受高温和高压。几亿年后，它们变成了煤。覆盖在植物上的淤泥变成了砂岩和页岩。大多数煤层深埋在地下。然而，由于地壳

2、的变化，地层起伏，使得一些煤层埋藏浅，甚至暴露在地表。1.成煤植物植物是成煤的原始材料。植物分为低等植物和高等植物。低等植物形成的煤叫做腐泥煤，高等植物形成的煤叫做腐殖质煤。自然界中，腐殖质煤占绝大多数，目前主要开采腐殖质煤。二、成煤的必要条件成煤的必要条件概括如下。煤的形成过程如图1-1所示。图1-1煤的形成过程。(1)植物条件植物是煤形成的原始材料。没有大量植物特别是高等植物的生长和繁荣，就不可能形成具有经济价值的煤。(2)湿热的气候条件是成煤的最有利条件之一。一般来说，湿度对煤的形成比温度更重要。无论是在热带、温带还是寒带，只要有足够的湿度，都可能发生成煤。(3)地理条件地理条件是指成煤

3、的地方。在地质史上，由于没有强大的堆积场所，相当多的植物死亡并被氧化分解。因此，为了形成分布面积大的煤层，必须有适合大规模沼泽化的自然地理位置。(4)地壳运动的条件地壳的沉降形成了一个有利的沉积场所，即只有当地壳的沉降速度与植物残体的堆积速度相平衡时，即当地壳的沉降空间与植物残体的堆积空间大致相等时，沼泽环境才能一直维持，煤的形成才能继续。综上所述，植物、气候、地理和地壳运动都是煤形成的必要条件，缺一不可。四个条件满足的时间越长，越有利于成煤。在第二节中，含煤地层的组成、煤及其类煤地层的工业分析通常像其他沉积地层一样分布在各层中。不同的煤层具有不同的结构、厚度和稳定性。一、煤层构造根据煤层中是

4、否存在稳定的岩石夹层(夹矸带)，煤层分为两种构造类型。(1)结构简单的煤层不含稳定的层状岩石夹层，但含有呈透镜体或结核状分布的矿物(图2-1)。(2)结构复杂的煤层通常夹有稳定的层状岩石夹层，范围从12层到10层以上(图2-1)。二、煤层厚度煤层顶底板之间的垂直距离称为煤层厚度。根据我国有关部门的规定，一般地区煤层地下开采的最小可采厚度*标准见表2-1。露天开采的最小可采厚度为0.5m；缺煤区地下开采的最小可采厚度*分别比相应标准低0.1米(*为暂无储量的最小可采厚度)。煤层厚度示意图见图2-2。表2-1一般区域(地下开采)煤层最小可采厚度标准；三.煤层的分类煤层的倾角、厚度和变化对开采技术有

5、很大影响，因此根据矿区(或井田)煤层变化程度(即稳定程度)，可分为四类。稳定煤层、相对稳定煤层、不稳定煤层和极不稳定煤层。四、煤层顶底板(一)顶板是指位于煤层上方一定距离的岩层。根据顶板的岩性和厚度、开采过程中顶板的变形特征以及跨落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和基本顶。(1)伪顶是指直接覆盖在煤层上的薄层。岩性主要为碳质页岩或碳质泥岩，厚度较小，一般在几厘米至几十厘米之间。它很容易倒塌，而且经常随着采矿而倒塌。(2)直接顶在伪顶之上。岩性主要为粉砂岩或泥岩，厚度约12米。它不像假顶那样容易掉下来，但一般在采煤回柱后会自己掉下来，有些在人工放顶后容易掉下来。(3)基本屋顶也称为“旧屋顶”。

6、位于正上方。岩性主要为砂岩或石灰岩，通常较厚且较强。一般来说，基本顶在采煤后很长一段时间内不容易自行脱落，只能缓慢下沉。直接顶板分类：不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板和非常稳定顶板。(二)底板是指位于煤层下方一定距离的岩层。底板分为直底和旧底。(1)直接底部是指与煤层直接接触的煤层下的岩层。碳质泥岩是最常见的岩性，厚度很小，通常为几十厘米。(2)旧底板是指直接底板下的岩层。岩性多为厚层粉砂岩或砂岩。底板分类：极软、软、软、中硬、硬。煤层顶底板示意图见图2-3。煤的工业分析和分类(1)煤的工业分析也称为技术分析或实践分析，是评价煤质量的基本依据。煤的工业分析包括四个项目：水分、灰分、挥发分的测

7、定和固定碳的计算。(1)水分(m)煤含有水分，水分是一种不可燃成分，其含量与煤的变质程度和外部条件有关。含水量随变质程度而变化，泥炭含水量最大，达到40 p%。其次是褐煤，大约10% ；烟煤含量低，一般为1%-8%；无烟煤有增加的趋势，这是由于无烟煤中孔隙的增加。(2)灰分(a)煤的灰分是指煤中的所有可燃物完全燃烧后，煤中的矿物质在一定温度下发生一系列分解和化合反应后留下的残渣。(3)挥发分(V)在隔绝空气的条件下，煤在(90010)下加热7分钟，煤中的有机物和一些矿物质会分解成气体和液体逸出，挥发分是从逸出的物质中减去煤中的水分得到的。根据挥发分可以判断煤的变质程度。通常，泥炭的挥发分含量可

8、高达70%，褐煤为40%，烟煤为10P%，无烟煤小于10%。(4)固定碳(FC)测定煤的挥发时间时，剩余的不挥发物质称为焦渣，焦渣减去灰分即为固定碳。(2)煤的分类(1)根据煤的煤化程度，煤可分为无烟煤、贫煤、炼焦煤、肥煤、气煤、长焰煤和褐煤，其煤化程度依次降低。(2)根据煤的综合利用分类，可分为炼焦煤、气化煤、低温干馏煤、加氢液化煤和燃煤。第三节地质构造1。地层产状的概念。地层在空间上的产状和方位称为地层产状。根据岩层产状，岩层可分为水平岩层、倾斜岩层、直立岩层和倒置岩层。第二，岩层产状因素岩石(煤)层的产状可由其层在空间中的方位及其与水平面的关系决定。一般用岩(煤)层的走向、倾角和倾角来表

9、示(图3-1)，这三个用来解释岩层产状的参数称为产状要素(3)倾角岩层倾角表示岩层的倾斜程度，是指岩层水平与假想水平面之间的锐角，即倾角线与其对应的倾角线之间的锐角。褶皱构造(1)褶皱和褶皱由于地壳运动等地质过程的影响，岩层发生塑性变形，形成一系列波状和弯曲的构造形态，但仍保持岩层的连续性和完整性，称为褶皱构造(图3-2)。折叠结构中的弯曲称为折叠。褶皱的基本形式褶皱的基本形式可以分为背斜和向斜。背斜是指核心岩层较老，较新的岩层依次向两侧对称出现，较新的岩层形状一般向上弯曲的褶皱；向斜指的是核心部分相对较新的岩层，相对较老岩层的褶皱一般向下弯曲，依次向两侧对称出现(图3-2)。当然，也有背向斜

10、和向斜，它们是由地球的倒转引起的。4.断层是断裂面两侧岩石相对位移明显的一种断裂构造，通常影响矿产资源的开发和矿山生产。断层分类：根据两组断层的相对位移方向，断层可分为正断层、逆断层和平移断层。1.正断层是指上壁相对下降，下壁相对上升的断层(图3-3a)。2.上壁相对上升而下壁相对下降的断层称为逆断层(图3-3b)。3.平移断层是指断层两侧沿断层平面相对水平移动的断层(图3-3c)。如图3-4所示，故障出现在计划中。地垒和地堑通常由两个以上的正断层组成。如果断层走向相反，中间的间断相对上升，两个断层板块相对下降，称为地垒；相反，如果断层相对倾斜，中间板块相对下降，两个板块相对上升，则称为地堑(

11、图3-5)。第四节煤层底板等高线图一、煤层底板概念等高线图是反映某一煤层空间形态特征的图。它利用煤层底板轮廓线(底板同一高程点的连线)来表达煤层在空间上的起伏和断裂。它可以帮助我们理解煤层水平的三维概念，掌握煤层的赋存和地质构造的变化，是煤矿生产中最重要的图件之一。煤层底板等高线图一般采用1: 10000或1: 5000。1: 2000通常用于复杂矿区、小井型矿井和反映矿区或采煤工作面的煤层底板等高线图。该地图主要包括以下内容：1 .地形特征、地表河流、铁路、主要特征(如工业广场、住宅区、高压线)和地形轮廓等。2地质界线：煤层露头线、煤层风氧化带线、煤层分叉线、火成岩侵入线、陷落柱线、古河床冲

12、刷煤层边界线、煤层底板轮廓线、断层与煤层交线的数量、倾角和落差、褶皱铰线等。3.所有上下钻孔、勘探线和编号、生产矿井巷道、老窑和采空区、竖井位置、地下工作面范围和编号、开采进度边界和煤炭勘探点的煤炭厚度等。4其他经纬线、井田边界线、小煤柱钻孔，包括煤层底板标高、煤层厚度、煤点泥带厚度、煤质主要指标、储量分类线、区块边界及数量、储量计算区块表(包括平均倾角、平均厚度、储量级别及区块储量)等。第三，煤层底板等高线图是煤矿巷道布置、生产计划和采掘生产安排的重要依据；它是分析地质构造规律、安排生产勘探和计算储量的基础图。同时编制了煤层顶板岩性分布图、瓦斯地质图等分析图，作为底图。4.寻找煤层的产状2.

13、如果bc与点A相交的垂线与点D处的-300m等高线相交，则ad方向为该点处煤层的走向。选取有代表性的等高线(如-200米和-300米等高线)作为倾角，其法线距离为ad，按比例用点A截取ae，使AE=(点A的高程值-点D的高程值)比例(m)，接de，即为该段煤层的倾角。即公式中aea点到d点的高程值之差；ada和d点之间的水平距离。(1)向斜构造向斜构造在煤层底板轮廓线上呈现一组闭合或半闭合曲线。向斜翼等高线相应出现，向斜轴附近煤层底板标高相对较低；与向斜轴的距离相对较高(图4-2)。(2)背斜构造底板等高线与向斜相似，但等高线高程在背斜轴部附近较高，远离背斜轴部较低(图4-3)。(3)断层构造

14、正常情况下，遇到正常断层时，图上煤层底板轮廓线被打断，上下壁交线之间没有轮廓线通过，表明煤层缺失(图4-4a)；当煤层遇到逆断层时，图上的底板轮廓线被打断，轮廓线在上下壁破碎煤的交线之间穿过，表明煤层重复出现(图4-4b)。第五节煤田地质勘探煤田地质勘探，又称煤炭资源地质勘探，是寻找和识别煤炭资源的地质工作。其目的是寻找煤储层，圈定煤炭储量，为煤矿设计和建设提供科学依据。1.煤田地质勘探阶段又称煤田地质勘探项目。对客观地质规律的认识有一定的阶段。根据这一逐步认识的过程和适应煤炭工业建设各个阶段的原则，煤田地质勘探过程分为预调查、普查、详查和勘探四个阶段。每个阶段必须完成相应的主要任务(表5-1

15、)。2.煤田地质勘探类型在勘探区，根据煤田地质研究和以往勘探经验总结，以及影响煤田勘探难度的主要地质因素，将勘探区划分为勘探类型。(1)地质构造复杂程度分类根据地质构造形态、断层和褶皱发育程度、火成岩影响程度，井田地质构造复杂程度可分为简单构造、中等构造、复杂构造和极其复杂构造四类。(2)煤层稳定性类型根据煤层结构、厚度、变化和可采条件，矿区煤层稳定性分为四种类型：稳定煤层、相对稳定煤层、不稳定煤层和极不稳定煤层。表5-1煤田地质勘探各阶段的主要任务，三。储量等级和储量分类(一)储量等级是统一区分和衡量矿产储量准确性或可靠性的等级标准。储量从高到低分为甲、乙、丙、丁四个级别，其中甲、乙为高品位储量，丙、丁为低品位储量。1.甲类储量处于勘探阶段，通过密集勘探工程和地质研究控制圈定的储量称为甲类储量。它是煤矿企业制定生产计划和投资煤矿建设的基础。2.详细调查和勘探阶段的乙类储量、系统勘探工程控制和地质研究圈定的储量或从甲类储量外推的储量称为乙类储量。也是煤矿建设设计和甲级储量投资的依据。3.丙类储量是在普查、详查和勘探的每个阶段，通过一定的勘探工程控制和一定的地质研究确定的，或者从乙类储量外推的储量称为丙类储量。结合甲、乙类储量，可作为确定大中型矿山设计能力的依据，也可作为小型矿山建设设计和投资的依据。4.D级res(二)储量分类地质储量根据煤炭资源的