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1、采煤概论,李红涛 安全工程学院采矿教研室,第一篇 煤矿地质,第一章 煤矿地质知识 第二章 煤矿地质图,第一章 煤矿地质知识,第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史概念 第二节 煤的形成及煤系 第三节 煤的性质及工业分类 第四节 煤层埋藏特征 第五节 煤田地质勘探及矿井储量,地球不是均质体，其物质组成的分布呈同心圈层结构。大致以地壳表层为界分为外圈和内圈。 外圈包括：大气圈、水圈、生物圈。 内圈包括：地壳、地幔、地核。 具体结构见下表,一、地球的圈层结构,第一节 地质作用等,一、地球的圈层结构,第一节 地质作用等,一、地球的圈层结构,第一节 地质作用等,(一) 地质作用的概念 凡是由自然动力所引

2、起的地壳物质成分、内部结构以及外部形态发生变化和发展的过程称为地质作用。 (二)地质作用的分类 根据地质作用的能源不同，地质作用分为两大类： 内力地质作用、外力地质作用。,第一节 地质作用等,二、地质作用,(三) 内力地质作用的概念和分类 1.内力地质作用 由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，叫内力地质作用。 2.按作用的性质和方式，内力地质作用分为 地壳运动、地震作用、岩浆作用、变质作用。,第一节 地质作用等,二、地质作用,二、地质作用,(四) 外力地质作用的概念和分类 1.外力地质作用 外力地质作用是指以地球外部的太阳能以及日月引力能为能源，并通过大气、

3、水、生物因素所引起的风、雨、冰雪、冰川、河流、海浪等营力产生各种地质作用。 2.外力地质作用分类 外力地质作用包括：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用等。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,地壳由岩石组成，岩石是矿物的集合体，矿物由化学元素结合而成。 (一) 矿物 矿物是地壳中的一种或多种化学元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物。矿物是组成岩石和矿石的基本单位。 到目前人们所认识的矿物已达2000多种。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(一) 矿物 矿物的形态可以分为两类：单体的形态与集合体形态。 1.矿物单体的形态,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(一

4、) 矿物 2.矿物集合体的形态,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(二) 岩石 岩石是构成地壳和上地幔固态部分的基本物质，它是天然产出的一种或多种矿物在各种地质作用下形成的、具有一定结构、构造的集合体。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(二) 岩石 按成因分为三大类：岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩。 1.岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩层，如花岗岩、玄武岩等。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(二) 岩石 2.沉积岩：由先形成的三大类岩石经风化、剥蚀、搬运作用形成的岩石。 其特点是成层状态。 如砾石、砂岩、页岩、石灰岩、煤等。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(二) 岩石 3

5、.变质岩：受变质作用或高温高压作用已改变了成份和性质的岩石。 如大理岩、石英岩、千枚岩、片岩和片麻岩等。,第一节 地质作用等,三、地壳物质组成,(二) 岩石 由于地质作用的复杂性、多期性与漫长性，三大类岩石之间可以相互转化。,第一节 地质作用等,三大岩石相互关系,岩石循环转化示意,四、地史的概念,年代地层单位和地质年代单位 1.概念： 1)年代地层单位地层单位，代表一定时间范围内形成的地层 依据：生物演化的阶段性。顶底界面具有严格的等时性。 2)地质年代单位时间单位，代表地史中一定时间范围。,第一节 地质作用等,四、地史的概念,年代地层单位和地质年代单位 2.二者具有对应关系 年代地层单位地质

6、年代单位 宇宙 界代 系纪 统世 阶期 时带时,第一节 地质作用等,二、地层单位分类,年代地层单位和地质年代单位 3.地质年代表,第一节 地质作用等,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成 二、煤系的概念,一、煤的形成,(一) 煤形成的主要影响因素 煤是由古代植物遗体演化而形成的。 煤层的形成受以下因素的影响： (1)古植物条件 (2)古气候条件 (3)古构造条件,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成,(二) 成煤作用 植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成煤作用。这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用。 成煤作用分为二个阶段： 泥炭化（腐泥化）阶段 煤化阶段（包括成岩作用和变质作用）。

7、,第二节 煤的形成及煤系,(二) 成煤作用 1.泥炭化（腐泥化）阶段 植物繁殖、死亡、堆积，在微生物作用下不断分解、化合、聚积，高等植物形成泥炭，低等植物形成腐泥。 1)腐泥化作用 (1)概念低等植物和浮游生物在湖泊、泻湖、海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用。 (2)腐泥含大量水分的黑灰、黑褐色冻胶淤泥状物质。,一、煤的形成,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成,(二) 成煤作用 1.泥炭化（腐泥化）阶段 2)泥炭化作用 (1)概念高等植物遗体在泥炭沼泽中经复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用。分为二个阶段： 第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧化、分解。 第

8、二阶段：随积水深度增加，氧化环境被还原环境代替，产生腐植酸和沥青质，形成泥炭。 (2)泥炭黄褐、黑褐色，无光泽、质地疏松状物质，风干可作燃料，也可作化工原料和肥料。,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成,(二) 成煤作用 2.煤化阶段 泥炭或腐泥形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入了煤化作用阶段。此时生化作用停止，代之以物理化学作用。这个过程包括了二个连续过程： 1)成岩作用泥炭(腐泥)在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤(腐泥煤)。 2)变质作用褐煤继续在温度、压力、时间影响下转变为烟煤、无烟煤、天然焦或石墨。,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成,(二) 成煤作用 3

9、.成煤过程,古植物成煤过程,第二节 煤的形成及煤系,二、煤系的概念,(一) 煤系的概念 指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。 (二) 煤系地层 在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多岩层，这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，称为煤系地层。,第二节 煤的形成及煤系,第三节 煤的性质及工业分类,一、煤的性质 1、煤的物理性质： 光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性。 2、煤的化学组成： 有机质和无机质，主要元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。,第三节 煤的性质及工业分类,第三节 煤的性质及工业分类,煤的主要物理性质变化表,二、煤的工业分类 1常用的煤质指

10、标 评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分（ash）、挥发分（volatility）、胶质层厚度Y、发热量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。 2煤的工业分类 我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y(mm)为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤 。,第三节 煤的性质及工业分类,第四节 煤层的埋藏特征,1. 按煤层厚度分类 煤层 地下开采 极薄煤层 0.3-0.5m 薄煤层 0.5-1.3m 中厚煤层 1.3-3.5m 厚煤层 3.5-8.0m 巨厚煤层 8.0m,第

11、四节 煤层的埋藏特征,一、煤层赋存状态,第四节 煤层的埋藏特征,一、煤层赋存状态 2. 按煤层稳定性分类 煤层稳定性指煤层形态、厚度、结构和可采性的变化程度。按照矿区(或井田)的煤层变化程度(即稳定程度)划分为四类。 稳定煤层； 较稳定煤层 不稳定煤层； 极不稳定煤层,第四节 煤层的埋藏特征,第四节 煤层的埋藏特征,一、煤层赋存状态 3. 按煤层的结构 根据煤层中有无较稳定的夹石层，煤层可分为： 1) 简单结构 2) 复杂结构,第四节 煤层的埋藏特征,第四节 煤层的埋藏特征,一、煤层赋存状态 4. 按煤层倾角分类 煤层 地下开采 近水平煤层 45,第四节 煤层的埋藏特征,第四节 煤层的埋藏特征

12、,二、煤层顶底板岩层 煤层顶底板岩层是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。,第四节 煤层的埋藏特征,第四节 煤层的埋藏特征,三、煤层的构造形态 地质构造： 发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态称为地质构造。 地质构造分为两类： 褶皱构造、断裂构造。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,褶皱构造、断裂构造,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(一)煤岩层产状 1. 煤岩层产状概念 岩层产状是指岩层的空间位置。用于描述岩层的空间展布特征。 2、产状要素 一般煤岩层的产状用走向、倾向、倾角表示。走向、倾向、倾角称为煤岩层产状的三要素。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造

13、形态,(一)煤岩层产状 3. 煤层产状 走向线煤层层面与水平面相交的直线叫走向线。 走向走向线延伸的方向。 倾向煤层层面上，与走向线垂直，向下的倾斜线在 水平面上的投影所指的方向。 倾角煤层层面与水平面之间的两面角。 =0 90。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(二)褶皱构造 1.褶皱构造的概念 1)褶皱岩层在地壳运动的长期作用下，原始产状改变，形成各种弯曲，但仍保持连续性，称为褶皱构造，简称为褶皱。 2)褶曲褶皱构造的一个弯曲叫褶曲，是褶皱的基本单位。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(二)褶皱构造 1.褶皱构造的概念,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形

14、态,(二)褶皱构造 2.褶曲的基本类型 褶曲包括向斜和背斜两种基本类型： 1)背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次变新。 2)向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两侧地层依次变老。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(二)褶皱构造 2.褶曲的基本类型,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(二)褶皱构造 3.褶曲要素,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(二)褶皱构造 3.褶曲要素 1)核部和翼部：褶曲的中心部位称核部；核部两侧称翼部。 2)转折端：两翼岩层汇合转折的部位。 3)枢纽点和枢纽线：同一褶曲横剖面上同一岩层面

15、的最大弯曲点枢纽点；同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点的连线叫枢纽线，即枢纽。 4)轴面和轴迹：同一褶曲各岩层面上枢纽线构成的面叫轴面。轴面与水平面的交线称轴迹。 5)顶角和翼角：两翼同一岩层之间的夹角叫顶角。两翼岩层与水平面夹角叫翼角。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 1.断裂构造的概念 当长期作用在岩层上的构造应力达到或超过岩石的强度极限时将发生变形造成破裂和错动，使岩层的连续完整性受到破坏，它们的产物总称为断裂构造。断裂构造分为节理和断层两类。 2.节理 1)节理的概念 断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理，又称为

16、裂隙。其破裂面称为节理面。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.节理 2)节理的分类 (1)节理的力学性质分类 节理按力学性质可分为张节理和剪节理。 张节理：是在张应力作用下形成的节理。 剪节理：是在剪应力作用下形成的节理。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.节理 2)节理的分类 (2)节理的产状分类 根据节理产状与岩层产状的关系，分为四种： 走向节理：节理走向大致与岩层走向平行。 倾向节理：节理走向大致与岩层走向垂直， 与岩层倾向大致平行。 斜向节理：节理走向与岩层走向斜交。 顺层节理：节理面与岩层面大致平行。,1走向节理；

17、2倾向节理 3、4斜向节理；,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.节理 2)节理的分类 (2)节理的成因分类 根据成因分两大类：原生和次生节理。 原生节理：在沉积作用、岩浆作用及成岩过程中形成的。 例如玄武岩柱状节理、煤的内生裂隙等。 次生节理：岩层形成后生成的裂隙。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层的概念 断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层。,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层要素,第四节 煤层的埋藏特征,(三) 断裂构造 2

18、.断层 1)断层要素 (1)断层面：指断层的破裂滑动面。 (2)断层线：断层面与地面的交线。 (3)断盘：断层面两侧的岩体。位于断层面上方的称为上盘； 位于断层面下方的称为下盘。 (4)断层交面线：断层面与岩层底面的交线。 (5)断层的断距 (断层面上同一点的位移) 、落差,四、煤岩层的构造形态,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层分类 (1)根据断层两盘相对位移方向分类： 分为：正断层、逆断层、平移断层等。 正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。 逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。 平推断层：没有垂直方向位移的断层。,断层的类型,第四节 煤层的埋

19、藏特征,正断层,上盘下降,逆断层,上盘上升,平移断层,水平错动,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层分类 (2)根据断层走向和所切割岩层走向关系的分类 走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。 倾向断层：断层走向与岩层走向基本直交。 斜交断层：断层走向与岩层走向明显斜交。 顺层断层：断层面与岩层面基本平行。,F1-走向断层 F2倾向断层 F3斜交断层,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层分类 (3)根据断层走向与褶皱轴向关系的分类 纵断层：断层走向与褶皱轴向基本一致。 横断层：断层走向与褶皱轴向基本垂直。 斜断层：断层走向与褶皱

20、轴向斜交。,F1纵断层 F2横断层 F3斜断层,第四节 煤层的埋藏特征,四、煤岩层的构造形态,(三) 断裂构造 2.断层 1)断层分类 (4)断层的组合类型 地垒和地堑：两条以上正断层，倾向相背、中间断盘相对上升称地垒。反之，断层倾向相对、中间盘下降称地堑。 阶梯状断层：由二条以上正断层产状大体一致而成。 叠瓦状断层：由数条产状大致相同逆断层组合而成。,第四节 煤层的埋藏特征,五、影响开采工作的其他因素,1. 煤的自燃倾向性 煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。 2. 煤和岩层的含瓦斯性 瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，应当在技术上采取特殊措施。,第四节 煤层的埋藏特征,五、影响开采工作的其他因素,3. 矿井的充水程度 矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。严重时还可能威胁矿井安全。,第四节 煤层的埋藏特征,第五节 煤田地质勘探及矿井储量,一、煤田地质勘探的任务 了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。 二、煤田地质勘探工作的阶段划分 煤田