1、煤矿地质防治水安全教育培训课件袁庄矿职教办袁庄矿职教办矿井地质的三大方面1、地质工作2、矿井防治水3、煤炭资源储量管理矿井地质简介前言：矿井地质工作是煤矿生产、建设开发中至关重要的组成部分，对地质工作勘探、研究、控制程度的高低，直接影响到煤矿生产发展，地质工作贯穿于煤矿开发、利用直至报废的全过程。矿井地质工作是煤矿生产、建设开发中至关重要的组成部分，对地质工作勘探、研究、控制程度的高低，直接影响到煤矿生产发展，地质工作贯穿于煤矿开发、利用直至报废的全过程。矿井地质工作的内容矿井地质工作指在矿井建设和生产时期，直接为煤矿生产建设服务的地质工作。远景规划阶段主要是解决煤炭工业整体布局，选择煤炭工业
2、基地和划分矿区的问题。煤田普查工作成果是远景规划的地质依据。矿区总体设计阶段主要是解决矿区内各矿井统一布局和确定开发规划的问题。其基本任务是确定开发规模和开发顺序；划分井田、选择井筒位置和开拓方式；拟定煤炭加工工艺和选煤厂建设；选定运输线、供电线和供水线；以及布置矿区主要工业设施等。矿区详查工作成果是矿区总体设计的地质依据。矿井设计阶段主要是解决一个矿井开拓布置的问题。其基本任务是选定井筒和工业广场位置，确定开拓方式，划分开来水平，布置第一水平主要巷道和采区，以及进行基建工程、通风安全、提升运输、煤炭加工等一系列技术设计。井田精查工作成果是矿井设计的地质依据。矿井建设阶段主要是解决矿井基建工程
3、和首采区建设的问题。其基本任务是编制基建工程施工组织设计和进行井巷施工。建井地质工作就是直接为矿井基建工程服务的地质工作。矿井生产阶段主要是解决矿井煤炭生产和准备的问题。其基本任务是编制采掘设计和组织采掘施工。生产地质工作就是直接为矿井生产服务的地质工作。煤矿矿井地质讲课内容1、地质学中的三大岩类及其与煤矿的关系2、矿产（煤）、煤的物理化学性质3、地质构造及其对矿井安全生产的影响4、矿井储量管理什么是地质学？地质学（地质学（Geology）的概念的概念 -研究地球（地壳）的物质成分、内部构造、表面特征及地球演化历史的科学。地质应用学科：开发资源：煤田地质学、石油地质学、开发资源：煤田地质学、石
4、油地质学、冶金地质学、矿床学、水文地质学冶金地质学、矿床学、水文地质学环境：环境：工程地质学、工程地质学、环境地质学、环境地质学、城市地质学、城市地质学、旅游地质学旅游地质学地质学的三大岩类(1)(1)岩浆岩（岩浆岩（Magamatic rocks,Igneous rocks Magamatic rocks,Igneous rocks）：是由地幔或）：是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用地壳岩石经熔融或部分熔融作用(partial melting)(partial melting)形成的岩形成的岩浆浆(magma)(magma)，在侵入地下一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石，在侵入地下一定深度
5、或喷出地表冷凝而成的岩石。高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩（高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩（Plutonic rocksPlutonic rocks）,如花岗岩。如花岗岩。高温岩浆喷出地表（高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成的岩石称为火山岩或在近地表就位）形成的岩石称为火山岩(Volcanic rocks)(Volcanic rocks)。(2)(2)沉积岩沉积岩(Sedimentary rocks)(Sedimentary rocks)：主要由地表分化产物、生物：主要由地表分化产物、生物、火山碎屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固结而成。、火山碎屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固
6、结而成。(3)(3)变质岩变质岩(Metamorphic rocks)(Metamorphic rocks)：是由岩浆岩、沉积岩经变质：是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石。作用转化而成的岩石。三大岩类的转化关系煤层与沉积岩煤层是一种特殊的沉积岩：在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成
7、腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。煤层的物理化学性质(一)煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。(二)煤的化学性质 煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。煤中的有机质主要由
8、碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外，还有极少量的磷和其他元素。一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用时，就是重要的矿产资源。煤层自燃原因：煤是一种重要燃料。煤堆中的煤与空气接触，会发生氧化反应，并放出热量。煤发生氧化反应
9、后，使煤堆的温度升高。煤的温度升高后，又加速了煤的氧化反应速度。这样，就使煤堆的温度越来越高。当温度超过煤的自燃点时，就会自燃。煤的自燃是通风不好热量积累，外层煤的热量能够得到散发，所以煤的自燃都是从内开始，逐渐向外扩展。煤具有自燃的性质，特别是那些低品位的烟煤，当从环境中吸收的热量大于释放到环境中的热量时自燃现象就会发生。影响自燃主要有以下几方面的因素：煤炭自燃的因素（1）煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。（2）煤
10、的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低口级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。（3）矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低地质构造 地质构造地质构造：指构成地壳的岩层或岩体在外力作用下所
11、发生的变形与变位。1 1、构造变动、构造变动：由地壳运动引起的岩层的变形与变位。地壳中的地质构造绝大多数属于构造成因。构造变动是地质学尤其是构造地质学的主要研究对象。2 2、非构造变动、非构造变动：由于重力作用、地下水、风化、冰川等作用，使岩层或岩体发生局部变形。这种作用不是地壳运动的直接表现。非构造变动规模不大，分布局限，不是构造地质学的主要研究对象，但它的存在影响了对矿区地质构造的全面认识，所以有关章节中适当介绍。矿井地质构造的研究意义矿井地质构造是影响煤矿生产建设最重要的地质条件（因素），这是因为地质构造具有普遍性和控制性的特点。众所周知，地质构造普遍存在于一切矿井，只是它的复杂程度、表
12、现形态和对生产的影响大小各有不同或存在差异而且。同时，地质构造不仅本身严重影响煤矿生产建设，而且还对其它开采地质条件起着明显的控制作用，在研究煤厚变化、顶板稳定性、煤与瓦斯突出、岩浆侵入、岩溶陷落、地温、地压等开采地质条件时，都不能不考虑地质构造因素的控制性。地质构造对煤矿生产建设的影响具体归纳为以下几方面：（1）影响井型规模和井田划分。构造破坏严重的矿区不能建设大型矿井，而大型断层和褶皱枢纽往往是划分井田的自然边界。（2）影响开拓部署。井田内部的断层和褶皱，对于开采水平的划分、运输大巷的部署、采区划分和巷道布置等都有直接的影响。构造破坏严重的矿井，采区划分零乱，巷道系统复杂。（3）影响掘进率
13、。构造复杂的地段，工作面布置往往不正规，需要多掘巷道，甚至造成无效进尺，使掘进率比正常情况显著增大。（4）影响采面正常生产。回采工作面内出现断层，给生产造成困难，影响正规循环作业。甚至使生产中断。（5）影响安全生产条件。构造对矿井涌水、煤与瓦斯突出、顶极稳定性等都起着明显的控制作用，从而增加了井下不安全因素。煤矿矿井地质构造的分类 一、一、岩层产状岩层产状 二、二、褶皱构造褶皱构造 三、三、断裂构造断裂构造第一节第一节 岩层产状岩层产状一、岩层产状的概念一、岩层产状的概念1、岩层、岩层：两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。某一地质历史时期形成的岩层地层。岩层顶、底界面之间的距离岩层的厚度
14、。1.夹层 2.变薄 3.尖灭 4.透镜体 岩 层 厚 度 的 变 化 岩层产状岩层产状岩层在地壳中的产出状态。1）产状的三要素）产状的三要素（1）走向）走向：（2）倾向）倾向：（3）倾角）倾角：tg=tgcos视倾向与真倾向之间的夹角。岩层产状三要素岩层的产状及测定方法岩层的产状及测定方法第二节第二节 褶皱构造褶皱构造一、概念一、概念：岩层在外力作用下发生各种各样的变形，但仍保持岩层的连续性和完整性。这种构造形态叫褶皱构造。褶皱构造中的一个弯曲褶曲。向上弯曲背斜，向下弯曲向斜。背斜核心的岩层较老，外围的岩层较新。向斜核心的岩层较新，外围的岩 层较老。二、褶曲要素二、褶曲要素 褶曲的形态是千变
15、万化的，为了研究它的空间形态，通常把它的各个组成部分及决定其形态特征的几何要素分别给予命名，并统称为褶曲要素。常用的褶曲要素有：第二节第二节 褶皱构造褶皱构造1 1、核核：褶曲最中心部分的岩层。2 2、翼部翼部：褶曲核部两侧出露的岩层。3 3、轴面轴面：是一个平分褶曲两翼的假想面。轴面可以直立、倾斜或水平，可以是平面或曲面。4 4、轴及轴迹轴及轴迹：轴面与水平面的交线褶曲轴。轴面与地表面的交线轴迹。地形起伏不大时，轴与轴迹近于重合。5 5、枢纽：枢纽：褶曲岩层在横剖面内的最大弯曲点枢纽点。同一岩层面上枢纽点的连线枢纽。6 6、转折端转折端：褶曲一翼转到另一翼的过渡部分，既两翼岩层的汇合部分。常
16、用的转折端有圆滑状、尖棱状及平缓状三种。三、褶曲的形态分类三、褶曲的形态分类1 1、横剖面形态分类、横剖面形态分类1 1）根据轴面产状分类）根据轴面产状分类（1 1）直立褶曲：直立褶曲：又叫对称褶曲，轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角近于相等。（2 2）倾斜褶曲：倾斜褶曲：又叫斜歪褶曲、不对称褶曲。（3 3）倒转褶曲倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向一致，倾角不等，一翼地层顺序正常，另一翼地 层顺序倒转。a直立褶曲；b倾斜褶曲；c倒转褶曲 d平卧褶曲；e翻卷褶曲 第三节第三节 断裂构造断裂构造 地壳中的岩石在地应力作用下，失去其连续性地壳中的岩石在地应力作用下，失去其连续性和完整性，这种构造称为断
17、裂构造。和完整性，这种构造称为断裂构造。节理节理：断裂面两侧岩块没有明显的位移。断层断层：断裂面两侧岩块有明显的位移。一、节理一、节理（一）节理特点（一）节理特点：1、属于小型构造；2、与褶曲断层有密切联系。（二）节理成因分类（二）节理成因分类 1 1、构造节理：、构造节理：2 2、非构造节理：、非构造节理：节理的几何分类节理的几何分类1 1、按力学性质分类、按力学性质分类：1 1）张节理：）张节理：张应力作用的产物，垂直于张力方向裂开。2 2）剪节理：）剪节理：力偶作用的产物。2 2、按节理面走向与岩层产状的关系分类、按节理面走向与岩层产状的关系分类：1 1）走向节理：）走向节理：节理面的走
18、向与岩层的走向一致。2 2）倾向节理：）倾向节理：节理面的走向与岩层的倾向一致。3 3）斜交节理：）斜交节理：节理面的走向与岩层的走向斜交。3 3、按节理面走向与褶曲枢纽的关系分类、按节理面走向与褶曲枢纽的关系分类：1 1）纵节理：）纵节理：节理走向平行于褶曲枢纽方向。2 2）横节理：）横节理：节理走向垂直于褶曲枢纽方向。3 3）斜节理：）斜节理：节理走向斜交于褶曲枢纽方向。节理对煤矿生产的影响二、断层生产实践表明，断层对生产的影响程度，除了断层规模外，还与煤层厚度、采煤方法等因素有关。相同落差的断层，对厚煤层影响较小，对薄煤层影响较大；对综采影响较大，对炮采影响较小。因此，可采用落差与煤厚的
19、比值作为定量分级指标。一般认为，落差大于煤厚的为中型断层，落差小于煤厚的为小型断层。根据煤炭资源地质勘探规范的要求，鉴于目前我国的勘探技术水平，精查阶段一般只能查明落差大于 30 m的断层。因此，可把落差是否大于30 m作为大、中型断层划分的界限。综合上述认识，矿井断层定量分级的初步方案如下；大型断层 落差大于30m。中型断层 落差小于30m到落差大于煤厚。小型断层 落差小于煤厚。断层断层详细介绍详细介绍（一）断层要素：（一）断层要素：为了描述、研究断层，把断层的形态组成部分分别给以命名，统称为断层要素。1 1、断层面、断层面：矿区常见的断层面：1)规整的断层面；2)破碎的断层带；3)密集的小
20、错动。断层面的产状用走向、倾向及倾角表示。2 2、断层线：、断层线：既断层面与地面的交线。既断层面与地面的交线。地形平坦时，断层线接近断层的走向线，断层线的变化规律与地层界线一样，遵循“V”字形法则。3 3、断盘：、断盘：被断层面所分割的由岩体或岩层所组成的 地块。1 1）上盘：）上盘：断层面倾斜时，位于断层面以上的地块。2 2）下盘：）下盘：断层面倾斜时，位于断层面以下的地块。4 4、交面线：、交面线：岩层层面与断层面的交线。1 1）上盘交面线：）上盘交面线：上盘岩层层面与断层面的交线。2 2）下盘交面线：）下盘交面线：下盘岩层层面与断层面的交线。（二）、断距（二）、断距 断层两盘相对错开的
21、距离断层两盘相对错开的距离断距断距。断距与断层的延伸长度、切割深度共同表示断层规模的大小。在煤矿生产中断距表明了煤层被错开后相隔的距离，因此，断距是开采矿产不可缺少的资料。3 3、落差：、落差：横切或斜切断层的剖面内，上、下盘同一岩层界线与断层各有一个交点，两个交点的高程差，叫落差叫落差（H），两个交点的水水平平距离平错平错（L），两点沿断层面的距离倾斜间隔倾斜间隔。一般把断层倾向剖面内的落差值叫落差，其它剖面内的落差值叫视落差。断层的分类断层的分类1 1、以两盘相对位移方向为基础的分类、以两盘相对位移方向为基础的分类：该分类方案首先将断层分成三大类：1 1）正断层）正断层：上盘相对下降，下盘
22、相对上升。2 2）逆断层）逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。3 3）平移断层）平移断层：两盘沿断层面走向相对水平位移。若上盘相对逆倾向斜冲逆平移断层。若上盘相对顺倾向斜滑正平移断层。2 2、根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类、根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类：1 1）走向断层）走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。2 2）倾向断层）倾向断层：断层走向与岩层走向近于直交,与倾向平行。3 3）斜交断层）斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。3 3、根据断层走向与褶曲轴向的关系分类、根据断层走向与褶曲轴向的关系分类：1 1）纵断层）纵断层：断层走向与褶曲轴向近于平行。2 2）横断层）横断层：断层
23、走向与褶曲轴向近于直交。3 3）斜断层）斜断层：断层走向与褶曲轴向斜交。、根据断层的组合形式分类：、根据断层的组合形式分类：1 1）地堑和地垒（堑垒构造）：）地堑和地垒（堑垒构造）：2 2）迭瓦状构造：）迭瓦状构造：3 3）阶梯状构造：）阶梯状构造：阶梯状断层 地堑和地垒 （四）识别断层的标志（四）识别断层的标志岩层的不连续岩层的不连续1）平面上表现为错开，剖面上表现为升降。证明有断层的存 在，断层存在于平面上煤（岩）层错开的部位。2）岩层走向发生急剧变化：由于两盘岩层在相对错动时，产状发生变化而形成，是指一些大、中型断层而言。煤（岩）层的重复与缺失煤（岩）层的重复与缺失1）走向断层与岩层倾向
24、相反时，正断层造成重复，逆断层造成缺失。2）倾向相同，且断层面倾角岩层倾角，正断层造成缺失，逆断层造成重复。3）倾向相同，且断层面倾角岩层倾角,正断层造成重复，逆断层造成缺失。走向断层造成岩层重复与缺失 a.c.e-走向断层造成岩层重复；b.d.f-走向断层造成岩层缺失牵引褶曲牵引褶曲 断层两盘沿断层面相对错移时产生的摩擦力，拖动断层附近的岩层，使之弯曲而形成的褶曲。岩层因牵引而变薄的尖端指示了对盘运动方向。断层角砾岩断层角砾岩地形上的陡壁、悬崖地形上的陡壁、悬崖水文特征水文特征 有些断层导水性较强，往往成为地下水的出露地表通道，有些断层切割含水层，形成泉水。沼泽、湖泊成排成带分布时，沿线可能
25、是一条或平行排列的数条断层。断层对煤矿安全生产的影响矿井防治水工作防治水工作的定义和内容：矿井防治水的定义：为防止和治理地表水和地下水流入矿井、巷道、采区危害采矿工作所采取的措施。煤矿水害的严重程度，受多方面因素影响，如矿井水文地质条件、矿井开拓开采对地下水源平衡条件的破坏等。这些因素，一般都是可以认识和预见的，因此防治水工作的任务就是：1、研究制定合理的开拓、开采方案，最大限度地限制或减少其对地下含水层（体）原有平衡条件的破坏；2、采取针对性的技术措施，改造、限制主要水患因素；3、建立合理的矿井综合防水体系，提高矿井的抗灾变能力。煤矿水害是影响煤矿安全生产的五大灾害之一。据不完全统计，现在生
26、产矿井中，由于水害威胁而影响核定生产能力的占实际生产能力的三分之一，即生产矿井中，由于水害威胁现有储量的三分之一不能或不敢开采；可供建井的探明储量中也有三分之一受水威胁。我国煤矿水害如此严重是与我国含煤岩系的水文地质环境密切相关的。储量管理矿井储量管理是以掌握储量动态和分析煤炭损失，以及监督合理开采为职责的一项重要的技术管理工作。矿井储量管理的基本任务：矿井储量管理的基本任务：（1）查清生产矿井煤炭资源情况，定期测算和上报储量的动态。（2）根据矿井资源法、煤炭工业技术政策，对资源的合理开发实 行业务监督。（3）寻找煤炭阻援、扩大开采范围、增加可采储量。（4）进行储量报损、注销、转出、转入的呈报
27、和审批工作。（5）参与制定各种回采指标、检查和分析指标的执行情况。矿井储量分类一、矿井储量分类1.矿井总储量（地质储量）在井田技术边界范围内，经地质勘探和调查查明符合国家能源政策规定的煤炭资源标准的储量。2.能利用储量 按照合理利用地下资源和保护环境及符合工业指标的要求，现有技术条件下可以经济合理地利用的储量。3.暂不能利用储量 煤厚、煤质不符合当前开采要求，或因水文地址条件，目前开采有困难,暂时不能利用的储量。4.工业储量 能利用储量中，可作为设计、投资依据的储量，A、B、C级储量之和。5.远景储量 能利用储量中，因勘探程度低，只能作为地质勘探设计和矿区远景规划依据的储量。6.可采储量 工业储量中预计可以采出的储量。三量管理一、三量管理 矿井生产的准备阶段包括水平开拓、采区准备和开切工作面三个阶段，在开拓、采区准备和回采工作面阶段掘进的巷道分别称为开拓巷道、准备巷道和回采巷道，而由这三种巷道所圈定和构成的可采储量分别称为开拓煤量、准备煤量和回采煤量，简称三量。L煤层两翼已经开拓的走向长度（m）；采区平均斜长（m）；开拓区煤层平均厚度（m）；D煤的视密度（t/m3）；。K采区回采率。Q地质地质及水文地质损失（t）；Q呆滞呆滞煤量（t）；2）准备煤量
