1、煤矿地质基本知识煤矿地质基本知识教学计划教学计划 培训对象：煤矿及其相关行业从业人员 培训目的：通过本章学习使学员对煤矿地质知识有初步的了解，对作业现场环境有一定的认识及地质灾害对煤矿生产的影响和预防措施。学时安排：分2课时第一课时：第一章 煤层埋藏特征第二课时：第二章 地质构造及对煤矿安全生产 的影响 煤矿地质基本知识煤矿地质基本知识 一、煤层埋藏特征 二、地质构造及对煤矿安全生产的影响一、煤层埋藏特征一、煤层埋藏特征 煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的一种层状可燃矿产，煤层是沉积岩的重要组成部分。煤层的顶底板岩石性质、形态与结构、厚度、产状等埋藏特征，是评价煤田经济价值的主要内容，也是影
2、响煤矿生产技术和生产安全的重要因素。（一）煤层的顶底板（一）煤层的顶底板 煤系是含煤岩系的简称，它是指有成因联系且有煤层的一套连续沉积而形成的沉积岩层。主要是由各种粉砂岩、砂岩、页岩以及泥岩等沉积岩组成。煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积岩的先后顺序而划定的。当采煤工作面的煤炭采落以后，煤层的顶底板就暴露出来，顶板悬空在工作面的上方，底板在工作面的下方。（一）煤层的顶底板（一）煤层的顶底板 由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性质和厚度各不相同，在开采过程中破碎、冒落的情况也就不同。了解这些岩层的岩性特征、厚度、强度、层理及节理发育程度、可塑性及含水性等，对确定顶板
3、管理和巷道支护方式、选择采煤工艺以及预防瓦斯的突出等都有重要意义。（一）煤层的顶底板（一）煤层的顶底板 通常从采煤工作的角度出发，考虑顶底板岩层相对于煤层的位置、移动特点和强度等特征的不同，由煤层依次向上，把煤层的顶板划分为伪顶、直接顶和老顶三个部分；由煤层向下，把煤层的底板划分为直接底和老底两个部分。但是，并不是所有煤层的顶底板都是由这五个部分组成。可能在煤系沉积过程中，受沉积环境变化的影响，就会出现有的煤层的顶底板发育全，有的煤层可能缺失某一个或几个顶底板组成部分的岩层。例如山西大同等地的侏罗纪煤层的顶底板就只出现老顶。（一）煤层的顶底板（一）煤层的顶底板1.顶板顶板 赋存在煤层之上、在煤
4、层之后形成的邻近岩层叫煤层的顶板。伪顶：是直接覆盖在煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的薄层岩层，厚度不大，一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上，具有一定的稳定性，常随着采煤工作面移架或回柱工序的完成而自行垮落的岩层。厚度一般可达几米，岩性多为较易垮落的泥岩、页岩、粉砂岩等。老顶：是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。一般在长时间内不易自行垮落，在采空区上方悬露一段时间，当达到一定悬露面积之后才垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石组成。2.底板底板 赋存在煤层之下、先于煤生成的邻近岩层叫煤层的底板。直
5、接底：位于煤层之下与煤层直接接触的硬度较低的岩层，一般无明显的层理，直接底的厚度一般不大，常见的几十厘米，通常为泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，遇水后则会发生膨胀，造成巷道底板隆起现象，轻者影响巷道运输与支护，重者可使巷道遭受严重破坏。老底：位于直接底之下的比较坚硬的岩层，常为粉砂岩、砂岩和石灰岩等。（二）煤层的形态与结构（二）煤层的形态与结构 煤层的形态是指煤层在空间上的展布特征，即煤层在空间上的分布状态及变化走势。像其他沉积岩一样，煤层在地下也是呈层状埋藏的。层状的煤层其层位有明显的连续性，厚度变化也有一定的规律。但也有似层状和非层状煤层，似层状煤层，形状像藕节、串珠或瓜藤等，层位有
6、一定的连续性，厚度变化较大。非层状煤层，形状像鸡窝或扁豆等，层位连续性不明显，常有尖灭。煤层的结构是指煤层中夹矸的数量和分布特征。根据煤层中有无较稳定夹矸，将煤层分为两类。（二）煤层的形态与结构（二）煤层的形态与结构（二）煤层的形态与结构（二）煤层的形态与结构（1）简单结构煤层：煤层中不含夹矸或夹矸很少的煤层。通常厚度较小的煤层往往是简单结构煤层。（2）复杂结构煤层：煤层中含有较稳定夹矸或夹矸较多的煤层。且夹矸层的层数、层位、厚度和岩性变化大。通常厚度较大的煤层往往是复杂结构煤层。（三）煤层的厚度（三）煤层的厚度 煤层的厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。由于成煤条件各不相同，煤层的厚度差异也很
7、大，薄的可能是几厘米的煤线，厚的可达200多米。根据煤层的产状、煤质、开采方法以及当地对煤的需求情况，综合当代煤炭开采技术和经济条件，却定出可开采的最小煤层厚度叫最低可采厚度，低于最低可采厚度的煤层一般不开采。（三）煤层的厚度（三）煤层的厚度 根据开采技术条件的特点，采用地下开采时，按厚度将煤层分为以下3类：薄煤层 3.5m 在生产工作中，习惯上将大于6m的煤层称为特厚煤层。在我国的煤田中，厚煤层和中煤层所占的比例较大。每层厚度变化对采煤工作面安全生产的影响主要有以下几方面：（1）当煤层变薄时，原支护的尺寸规格、支护方法都要变化来适应采高，给支护工作带来困难和不安全因素，影响正常生产。（三）煤
8、层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（三）煤层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（三）煤层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（三）煤层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（2）当煤层变厚超过了工作面正常设计的采高时，多数都采取留顶煤或留底煤的办法。若留顶煤，在煤质松软或破碎时，给支护造成困难，影响支架的稳定性和顶煤的垮落；若留底煤，容易造成支架“插底”，也影响支架的稳定性。所以不管怎么留，处理不当都会形成不安全因素或发生事故。另外，如果煤层瓦斯高，留煤丢在采 空区，容易是采空区瓦斯积聚超 限，对瓦斯管理不利。（3）由于煤层厚度变化，工作面的矿山压力分布情况也会发生一些变化，造成顶板管理困难，影响安全生产
9、。（4）如果煤层厚度变化很大，还会使原开掘的巷道报废。造成更大的损失。（三）煤层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（三）煤层的厚度对采煤工作面安全生产的影响（四）煤层的产状要素（四）煤层的产状要素 煤层形成时，层位都是水平或近似水平的，后期受到地壳运动等地质变化的影响，破坏了原来的层位，由水平状态可能变成倾斜或弯曲的形态。为了说明变化后层位的形态，就需要用煤层产状要素来描述。所谓煤层的产状要素是指煤层的走向、倾向及倾角（简称煤层产状三要素）。煤层产状三要素煤层产状三要素岩层在三维空间的产出状态就是产状，有三个要素：走向、倾向和倾角。走向：岩层与水平面的交线称走向线(图中直线MON)，走向线在水平
10、坐标系中所指的方位就是该岩层的走向，有两个数值。倾向：层面上与走向线垂直的直线称（真）倾斜线，倾斜线下倾方向在水平面上的投影线所指的方位就是该岩层的倾向。倾角：岩层的倾斜线与它在水平面上投影线之间的锐夹角就是该岩层的（真）倾角。ODD水平面倾 斜 平 面MN倾斜岩层的产状要素示意图 倾角的大小反映了煤层的倾斜程度。煤层倾角越大，开采的难度也就越大。煤层按倾角大小可分为：近水平煤层 45二、地质构造及对煤矿安全生产二、地质构造及对煤矿安全生产的影响的影响 煤层形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围内连续分布。但是，后来受到地壳运动的影响，使煤岩层的形态和产状发生了变化。这些由地壳运动而造
11、成的煤岩层空间形态的变化，我们称为地质构造。矿井地质构造的形态是多种多样的。概括起来，可以归纳为3种类型，即单斜构造、褶曲构造、断裂构造，他们对煤矿安全生产影响很大。（一）单斜构造（一）单斜构造 在一个较小的范围内，煤岩层受地质作用力的影响，大致向同一方向倾斜，这样的构造形态称为单斜构造。在较大的区域范围内，单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。在实际工作中，描述单斜构 造在地壳内的位置和状态，最常 用的方法是煤岩层的产状要素，即走向、倾向和倾角。（二）褶皱构造（二）褶皱构造 岩层或煤层在地壳运动水平构造力的作用下发生变形，造成波状弯曲，但不失去岩层的连续性和完整
12、性的构造形态，叫褶皱构造。褶皱构造中岩层的任何一个弯曲叫褶曲，就是说褶曲是组成褶皱的基本单位，是褶皱中的一个弯曲部分。1.褶曲的基本形态褶曲的基本形态 褶曲的基本形态可分为背斜和向斜两种类型。（1）背斜）背斜 煤岩层凸起向上弯曲。其地层特点是，核心部位是老岩层，两侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向向背。（2）向斜）向斜 煤岩层向下凹的弯曲。其地层特点是，核心部位是新岩层，两侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向相向。2.褶曲的分类褶曲的分类 褶曲的形态是多种多样的，但其基本形态是背斜和向斜。通常根据褶曲两翼煤岩层的产状又有直立褶曲、倾斜褶曲和倒转褶曲的分类。3.褶曲构造
13、对煤矿安全生褶曲构造对煤矿安全生产的影响产的影响（1）大型褶曲的核部一般裂隙发育，岩石破碎，易冒落，必须加强支护，否则很容易发生冒顶事故，给顶板管理带来困难。（2）小型褶曲常常造成煤层厚度、产状的极大变化，给生产及安全造成困难。（3）瓦斯矿井的褶曲核部，瓦斯极易在 此积聚，可能会造成瓦斯突出，给安全生产带来威胁。（三）断裂构造（三）断裂构造 煤岩层受地壳运动的作用力而发生断裂，失去了完整性和连续性，这种构造形态称为断裂构造。断裂后，如果断裂面两侧的煤岩层没有发生显著的位置错动时，称为节理或裂隙；如果发生显著的位置错动，则称为断层。1.断层的要素断层的要素 断层的性质和形态是由断层面、断层线、断
14、盘、断距等要素组成的。（1）断层面）断层面 断层面岩层断裂后两侧岩块发生相对移动的断裂面。断裂面可以是直立的或倾斜的，也可以时平面或曲面。它在空间的位置可以用其走向、倾向和倾角来描述。（2）断层线）断层线 断层线断层面与地面的交线。它的形态是随着断层面的产状和地表起伏而变化的。（3）断盘）断盘 断层面两侧相对移动的岩块，称为断盘。如果断层面是倾斜的则位于断层面之上的叫上盘，位于断层面之下的叫下盘。上盘下盘上升盘下降盘断层面（4）断距）断距 断距：断距：指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。在不同方位的剖面上断距值是不同的，分述如下。地层断距：地层断距：断层两盘上对应层之间的垂直距离(图h
15、o);铅直地层断距：铅直地层断距：断层两盘上对应层之间的铅直距离(图hg);水平地层断距：水平地层断距：断层两盘上对应层之间的水平距离(图hf);以上三种断距构成一直角三角形，即图上的hof，其中 为岩层倾角。如已知岩层倾角和上述三种断距中的任一种断距，即可求出其他两种断距。（4）断距）断距 2在垂直于断层走向的剖面上，在垂直于断层走向的剖面上，也可测得与垂直于岩层走向剖面上相当的各种断距，即图中的ho、hg和hf。当岩层走向与断层走向不一致时，除铅直地层断距在两个剖面上相等外，在垂直于岩层走向的剖面上测定的地层断距和水平地层断距都小于垂直断层走向的剖面上测得的数值。如图中hog、hgf与图中
16、 hog、hgf,hg=hg；因a (真倾角大于视倾角)，所以hoho，hghf。ho称视地层断距视地层断距，hf称视水平地层断距视水平地层断距。2.断层的分类断层的分类 （1）按断层两盘相对位移的方向分为正断层、逆断层和平移(走滑)断层。断层发生前伸展作用压缩作用正断层逆断层断面走滑断层斜向滑动断层倾向滑动断层正断层：断层的上盘相对下降，下盘相对上升。正断层正断层 特点：发育于拉 张环境；断面倾角 往往较大；断层带内 岩石张性 破碎强烈。陕西省泾阳县口镇正断层逆断层：断层的上盘相对上升，下盘相对下降。逆逆 断断 层层 特点：发育于挤压环境；断面倾角总体较缓，如较大时称冲断层；断层带内岩石破碎
17、、变形相对比较强烈。小型逆断层 平移断层：断层的两盘不是相对升降，而是在水平方向相对移动。平移断层平移断层特点：挤压和拉张环境都可以形成；断面一般较陡；断层带内变形变质作用往往比较强烈。左行与右行平移断层左行与右行平移断层 （2）按断层走向和煤岩层走向的关系分为走向断层、倾向断层及斜交断层。走向断层：断层走向与煤岩层走向基本平行。倾向断层：断层走向与煤岩层走向基本垂直，即断层走向和煤岩层的倾向基本平行。斜交断层：断层走向与煤岩层走向斜交。3.断裂构造对煤矿安全生产的影响（1）采煤工作面遇断层时，由于顶板破碎，会给支护工和工作面顶板管理带来困难，应及时采取加强顶板管理的措施，以防发生顶板事故。（2）断层即是地下水的贮存场所，又是导通地表水和地下水其他水源的通道，采煤工作进入断层范围，一旦揭穿，水能沿着断层带流入工作面，发生透水事故。因此，工作面在接近断层时，应采取预防水害的措施。（3）因为断层区煤岩破碎，裂隙发育，容易积存承压瓦斯。尤其在瓦斯含量较大的煤层中，常常在断层破碎带积聚很多瓦斯。工作面在接近或通过这些断层时，必须注意防止发生瓦斯事故。
