1、 矿山地质与安全矿山地质与安全3认识地球n一 岩石分类n二 地质作用n三 地壳物质循环n四 地质年代表内内 容容 提提 要要第一节第一节 地质作用与岩石分类地质作用与岩石分类 认识地球n科学家把地球内部划分为地壳(地壳平均厚度17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均约为35千米。高山、高原地区地壳更厚，最高可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳厚度只有几千米)、地幔(平均厚度2900千米，主要由致密的造岩物质构成大部分都是由富含铁和镁的物质所组成 )和地核(主要由铁、镍元素组成)三个圈层。n地球是目前已知的唯一拥有生命存在的地方，大约是海平面上下10千米。整个行星的生命形式有时被称为是生物
2、圈的一部分。生物圈覆盖大气圈的下层、全部的水圈及岩石圈的上层。地球拥有一个由78%的氮气、21%的氧气、和1%的氩气混和微量其他包括二氧化碳和水蒸气组成的厚密大气层。地球是太阳系中唯一表面含有液态水的行星。地球表面的71%被水覆盖，其余部分是陆地，是一个蓝色星球。n 世界上最深钻井，俄罗斯的科拉钻井，据说都钻到了地狱中去了！科拉钻探始于20世纪60年代，世界上最深钻井钻探工作终止于1994年。到1983年，钻探深度已经达到了12262米，最后的262米是在 1983-1993年间进行的，花了整整十年。决定停止钻进。停止钻进的官方理由是经费不足，而内部人员透露，真正的原因是井内有一些超自然的现象
3、出现。钻井技术人员向 记者保证，根本不存在经费问题；由于有“妖魔”从井底出来，钻探工作不得不停止进行。钻探的深度到达接近13000米时，从钻井中传出来了奇怪的声音。n 当钻探深度达到9500米时，钻头钻进了一个含有黄金和钻石的地层。取出的岩芯经分析表明，金含 量居然高达80克/吨。要知道金含量达到4克/吨的金矿层就具有商业开采价值，地球表层中很少能找到金含量超过10克/吨的矿层，相比之下这里几乎是金子 的宝藏。n大陆架：自海岸大陆架：自海岸线向海洋方面延线向海洋方面延伸，直到海底坡伸，直到海底坡度显著增加的大度显著增加的大陆坡折处为止。陆坡折处为止。陆架坡处水深陆架坡处水深20550米，平米，
4、平均均130米，也有米，也有把把200米等深线米等深线作为陆架下限的。作为陆架下限的。大陆架坡度小于大陆架坡度小于12度，宽度度，宽度数公里至数公里至1500公里间。公里间。n大陆坡：联系海大陆坡：联系海陆的桥梁陆的桥梁，它，它一头连接着陆地一头连接着陆地的边缘，一头连的边缘，一头连接着海洋。大陆接着海洋。大陆坡虽然分布在水坡虽然分布在水深深 200 2000米的海底米的海底。长白山天池长白山天池火山口湖火山口湖风化风化侵蚀侵蚀搬运搬运沉积沉积固结固结成岩成岩砂岩砂岩泥质砾岩泥质砾岩泥岩泥岩太湖石太湖石云南石林云南石林由风、水流或波浪使尚未固结的沉积物表面留下波状起伏的痕迹，再经过固结成由风、
5、水流或波浪使尚未固结的沉积物表面留下波状起伏的痕迹，再经过固结成岩作用而保留在岩层的层面上，称为波痕。岩作用而保留在岩层的层面上，称为波痕。页岩层底面的雨痕及顶面的印模腕足动物化石腕足动物化石四、地质年代表5亿年前亿年前4亿年前亿年前3亿年前亿年前2亿年前亿年前1亿年前亿年前2-3百万年前百万年前一、地质构造概念一、地质构造概念一 单斜构造及其产状要素使用地质罗盘测量岩层走向、倾向及倾角使用地质罗盘测量岩层走向、倾向及倾角新老新新老老1 节理的成因及分类21）(真断距真断距)(地层断距地层断距)真断距（滑距）真断距（滑距）断距（地层断距）断距（地层断距）落差落差（右下）（右下）X、Y-上下盘同
6、一岩层界线与断层线的交点上下盘同一岩层界线与断层线的交点上盘下降上盘上升水平错动水平错动断层所引起的牵引弯曲现象3)（地层）Lie地下水分类地下水分类按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 1 1、潜水：、潜水：是位于第一个稳定隔水层以上的是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能够自由流动的地下水。其水面是起伏不平的面，称为含在透水层中、能够自由流动的地下水。其水面是起伏不平的面，称为潜潜水面水面。潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补给区与分布区潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补给区与分布区一致。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较一致。所
7、以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大，其中以气候、地形的影响最为大，其中以气候、地形的影响最为显著。对采矿工作来说，潜水对建井及显著。对采矿工作来说，潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影响较小。露天开采的影响较大，对地下开采影响较小。潜水潜水特征特征：潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给区一致；潜潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给区一致；潜水面不承受静水压力；水面不承受静水压力；在重力作用下，由高向底流动，称潜水流；潜水在重力作用下，由高向底流动，称潜水流；潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。的埋深因地而异，与水位、水量变化有关
8、。2、承压水（自流水）：是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，其运动受上下隔水层的其运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。其其补给区补给区与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。特征：特征：A A）承压水具有静水压力；）承压水具有静水压力；B B）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致；）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致；C C）承压水迳流严格受隔水层控制，其埋藏分布主要取决于地质构造；）承压水迳流严格受
9、隔水层控制，其埋藏分布主要取决于地质构造；D D）承压水的动）承压水的动态受降水、蒸发、水文等因素影响，但不如潜水显著，水位变化幅度小，一般有滞后态受降水、蒸发、水文等因素影响，但不如潜水显著，水位变化幅度小，一般有滞后性；性；F F）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；在承压水区，当断裂或人工打井穿过其上面的隔水层时，承压水即可上涌，如出水口低于水源区，就会出现自流井(泉)。按含水层空隙性质分类按含水层空隙性质分类 孔隙水：孔隙水：是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；导水性好导水性好补给充沛补给充沛裂隙水：裂隙水：
10、是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水；是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水；风化裂隙风化裂隙成岩裂隙成岩裂隙构造裂隙构造裂隙岩溶水：岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；泉是地下水的天然露头，是地下水的一种重要排泄方式，是蓄水构造水文泉是地下水的天然露头，是地下水的一种重要排泄方式，是蓄水构造水文地质特征的重要表现。地质特征的重要表现。充水水源充水水源充水通道充水通道充水强度充水强度2、影响矿床含水量的因素：、影响矿床含水量的因素：自然因素：自然因素：（1）大气降水：是露天矿的直接充水水源；是地下采煤的间接充水水源。）大气降水：是露天矿的直接充水水
11、源；是地下采煤的间接充水水源。大气降水对矿井大气降水对矿井充水强度与涌水量充水强度与涌水量年降水量；年降水量；降水性质；降水性质；地形；地形；煤层埋深；煤层埋深；覆盖岩层的透水性。覆盖岩层的透水性。（2）地表水和地下水的分布：分布在井田范围或附近的地表水，可能成为地表水和地下水的分布：分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源；矿井充水水源；地表水的性质和规模；地表水的性质和规模；地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和采煤方式的不同而变化；采煤方式的不同而变化；（3）岩层的透水性：是矿井的最经常和最主要的充水水源；岩层的透水性：是矿
12、井的最经常和最主要的充水水源；多数情况：大气降水、地表水多数情况：大气降水、地表水 含水层含水层 矿井矿井影响因素影响因素矿井充水含水层的类型矿井充水含水层的类型充水含水层厚度与分布充水含水层厚度与分布含水层的补给条件与蓄水构造类型含水层的补给条件与蓄水构造类型空隙性空隙性富水性富水性导水性导水性静水压力静水压力含水层厚度越大、分布越广、储含水层厚度越大、分布越广、储量越丰富、疏干越不易；量越丰富、疏干越不易；向斜轴部向斜轴部大大静水压力静水压力小小含水层与矿层的关系含水层与矿层的关系矿层下部含水层矿层下部含水层矿层上方含水层矿层上方含水层 塌陷情况塌陷情况距离距离遇断层遇断层巷道揭露巷道揭露
13、 断层水对矿井的影响，主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩断层水对矿井的影响，主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩的隔水性能造成断层带的水涌入井下；的隔水性能造成断层带的水涌入井下；断层水主要特点：其静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟断层水主要特点：其静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟通，对矿井生产造成巨大威胁；通，对矿井生产造成巨大威胁；断层有时使矿层与富水性很强的岩溶水对口相接；或者由于间层的存断层有时使矿层与富水性很强的岩溶水对口相接；或者由于间层的存在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常
14、是矿井水文地质条件复杂化；条件复杂化；也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、矿粉、也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、矿粉、断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置，果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置，应特别注意。应特别注意。（4）地形与地质构造地形与地质构造（1）老空水：是老空水：是古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排水而积存的古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排水而积存
15、的地下水。地下水。特点：特点：老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的煤岩柱强度小老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的煤岩柱强度小于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大，来势凶猛，具有很大的破坏于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大，来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；性，可造成严重事故；老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一般位于浅部，老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一般位于浅部，若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源危害较大；若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源危害较大；老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准
16、确位置无法查清，又无人敢老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清，又无人敢下去查；下去查；老窑积水长期处于停滞，一般酸性大，腐蚀性强，别是高速运转中的水老窑积水长期处于停滞，一般酸性大，腐蚀性强，别是高速运转中的水泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。人为因素：人为因素：（2）未封好的钻孔）未封好的钻孔（3）采矿方法的影响）采矿方法的影响水文地质对矿山安全生产的影响水文地质对矿山安全生产的影响n 由于水文地质的影响，岩石的产状和褶皱、断层等构造对地下由于水文地质的影响，岩石的产状和褶皱、断层等构造对地下水的静贮量、地表与地下水间的水
17、力联系影响很大。因水文地质多水的静贮量、地表与地下水间的水力联系影响很大。因水文地质多方面因素对矿床构造的影响，使矿山地下积水、涌水，将给矿山生方面因素对矿床构造的影响，使矿山地下积水、涌水，将给矿山生产、安全造成如下主要影响：产、安全造成如下主要影响：n1 1）降低设备效率和使用寿命。挖掘机在有水的工作面上作业，其工）降低设备效率和使用寿命。挖掘机在有水的工作面上作业，其工作时间利用系数一般只达正常挖掘机的作时间利用系数一般只达正常挖掘机的1/21/21/31/3。n2 2）降低矿山工程下降速度。）降低矿山工程下降速度。n3 3）破坏边坡的稳定性。水是促使滑坡的一个主要因素。）破坏边坡的稳定
18、性。水是促使滑坡的一个主要因素。n4 4）引起事故、灾害，直至淹没矿井。）引起事故、灾害，直至淹没矿井。n5 5）恶化矿山环境，形成公害。使地表水汇入井下，引起地表塌陷等。）恶化矿山环境，形成公害。使地表水汇入井下，引起地表塌陷等。n6 6）软化围岩，降低矿山巷道、采场顶板的稳定性。岩石、特别是软）软化围岩，降低矿山巷道、采场顶板的稳定性。岩石、特别是软岩，受水浸湿后会改变其物理形态，内部颗粒间的表面能降低，导岩，受水浸湿后会改变其物理形态，内部颗粒间的表面能降低，导致强度降低。致强度降低。n 从上述情况看出，在矿山采矿作业过程中，水的危害是很大的，从上述情况看出，在矿山采矿作业过程中，水的危害是很大的，因此矿山企业必须做好防、排水工作。因此矿山企业必须做好防、排水工作。温温开采引起的环开采引起的环境地质问题境地质问题矿山地质灾害矿山地质灾害n崩塌（边坡崩塌（边坡稳定）、滑稳定）、滑坡等地质灾坡等地质灾害害矿图的分类矿图的分类矿山开采对矿图的要求矿山开采对矿图的要求矿山井巷图纸矿山井巷图纸判判
