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1、上次课内容回顾上次课内容回顾1 1、煤系、煤系、煤系、煤系（含煤建造）（含煤建造）（含煤建造）（含煤建造）2 2、总含煤系数、可采含煤系数、总含煤系数、可采含煤系数、总含煤系数、可采含煤系数、总含煤系数、可采含煤系数3 3、顶板、顶板、顶板、顶板 、底板、底板、底板、底板4 4、煤层的结构划分、煤层的结构划分、煤层的结构划分、煤层的结构划分5 5、煤层的厚度划分、煤层的厚度划分、煤层的厚度划分、煤层的厚度划分（总厚度、有益厚度、可采厚度）（总厚度、有益厚度、可采厚度）（总厚度、有益厚度、可采厚度）（总厚度、有益厚度、可采厚度）6 6、地采：近水平煤层，急倾斜煤层、中厚煤层、地采：近水平煤层，急
2、倾斜煤层、中厚煤层、地采：近水平煤层，急倾斜煤层、中厚煤层、地采：近水平煤层，急倾斜煤层、中厚煤层7 7、含煤岩系？类型？、含煤岩系？类型？、含煤岩系？类型？、含煤岩系？类型？8 8、煤田，煤产地、煤田，煤产地、煤田，煤产地、煤田，煤产地9 9、双纪煤田、双纪煤田、双纪煤田、双纪煤田1010、中国的聚煤期、中国的聚煤期、中国的聚煤期、中国的聚煤期1111、我国聚煤区、我国聚煤区、我国聚煤区、我国聚煤区第六章第六章 影响煤矿生产的主要地质因素影响煤矿生产的主要地质因素 第一节第一节 煤层厚度变化煤层厚度变化一、煤层厚度变化的原因及变化特征一、煤层厚度变化的原因及变化特征（一）煤层厚度的原生变化（
3、一）煤层厚度的原生变化指指泥炭层堆积过程中泥炭层堆积过程中，在形成煤层，在形成煤层顶板岩层顶板岩层的沉积物的沉积物覆盖以前覆盖以前，由，由于地壳活动，沉积环境变迁等于地壳活动，沉积环境变迁等各种地质因素的影响各种地质因素的影响而引起的煤层形而引起的煤层形态和厚度变化。态和厚度变化。地地壳壳不不均均衡衡沉沉降降 I-厚煤带厚煤带 II-煤层分叉带煤层分叉带 III-煤层尖灭带煤层尖灭带 泥泥炭炭沼沼泽泽基基底底不不平平 河河流流同同生生冲冲蚀蚀 海海水水同同生生冲冲蚀蚀 （二）煤层厚度的后生变化（二）煤层厚度的后生变化（二）煤层厚度的后生变化（二）煤层厚度的后生变化指煤层被沉积物指煤层被沉积物覆
4、盖以后，或煤系形成以后覆盖以后，或煤系形成以后 河河 流流 冲冲 蚀蚀 构构造造变变动动 岩岩浆浆侵侵入入 岩岩溶溶陷陷落落 二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响1影响采掘部署影响采掘部署影响到煤矿开采设计和采掘部署。例如原为一次采全厚的煤层，影响到煤矿开采设计和采掘部署。例如原为一次采全厚的煤层，由于煤层增厚必须改为分层开采。又如在已开拓区内，由于局由于煤层增厚必须改为分层开采。又如在已开拓区内，由于局部地段煤层出现底凸变薄或河流剥蚀使部分区段不可采，需要部地段煤层出现底凸变薄或河流剥蚀使部分区段不可采，需要重新设计采区和工作面。重新设计采区和工作面。2影响采煤工
5、艺影响采煤工艺我国的采煤工艺，按机械化水平的高低依次为综采、高档普采、我国的采煤工艺，按机械化水平的高低依次为综采、高档普采、普采、炮采，不正规开采等五类。煤层厚度的变化直接影响采普采、炮采，不正规开采等五类。煤层厚度的变化直接影响采煤工艺、采煤方法的选择。煤工艺、采煤方法的选择。特别是综采对煤层厚度的稳定程度要求更高。如果煤层变薄甚特别是综采对煤层厚度的稳定程度要求更高。如果煤层变薄甚至小于液压支架的最小高度时，需要增加破顶或破底工序，影至小于液压支架的最小高度时，需要增加破顶或破底工序，影响生产效率，甚至会因煤层变薄使工作面中断生产。响生产效率，甚至会因煤层变薄使工作面中断生产。3影响计划
6、生产影响计划生产采煤生产是多工序按计划连续作业，如果回采工作面内煤层厚采煤生产是多工序按计划连续作业，如果回采工作面内煤层厚度变薄，会打乱原来的工作计划，使工作面提前结束度变薄，会打乱原来的工作计划，使工作面提前结束造成采掘失造成采掘失调，工作面接续紧张。调，工作面接续紧张。4掘进率增高掘进率增高为探明煤层厚度变化，需为探明煤层厚度变化，需多开巷道多开巷道进行进行专门探测专门探测，使掘进率相应，使掘进率相应增高。增高。5采出率降低采出率降低煤层厚度变化大，常造成回采工作中的煤层厚度变化大，常造成回采工作中的面积损失和厚度损失面积损失和厚度损失，从，从而降低了采出率。而降低了采出率。三、煤层厚度
7、变化的研究和处理三、煤层厚度变化的研究和处理（一）煤层厚度变化的观测和探测（一）煤层厚度变化的观测和探测1煤层的观测煤层的观测1）煤层的观测内容）煤层的观测内容（1）煤层结构）煤层结构:要查明煤层的各个分层和要查明煤层的各个分层和夹石层夹石层，观测夹石，观测夹石层的层数、厚度、岩性及其与煤层的接触关系。对于煤层的层的层数、厚度、岩性及其与煤层的接触关系。对于煤层的结结核、包裹体核、包裹体也要注意观测。也要注意观测。（2）煤层厚度。）煤层厚度。要实测煤层的总厚度和各分层厚度，要注意观要实测煤层的总厚度和各分层厚度，要注意观测煤层厚度变化及其地质特征。测煤层厚度变化及其地质特征。（3）煤层顶底板。
8、）煤层顶底板。要观测煤层顶底板的岩石性质、厚度及其要观测煤层顶底板的岩石性质、厚度及其与煤层的接触关系，顶底板裂隙的发育程度，以及岩石的稳固性、与煤层的接触关系，顶底板裂隙的发育程度，以及岩石的稳固性、可塑性及膨胀性等。可塑性及膨胀性等。（4）煤岩煤质）煤岩煤质。一般只观测煤的颜色、光泽、裂隙、硬度及一般只观测煤的颜色、光泽、裂隙、硬度及脆度等物理性质，煤的结构与构造等特征。根据需要也可进行宏脆度等物理性质，煤的结构与构造等特征。根据需要也可进行宏观煤岩组分描述和鉴定煤岩类型。观煤岩组分描述和鉴定煤岩类型。（5）煤层含水性）煤层含水性。煤层的含水性一般分为干燥（无水）、潮煤层的含水性一般分为干
9、燥（无水）、潮（滴水）、湿（淋水）、含水（涌水）等四种情况。（滴水）、湿（淋水）、含水（涌水）等四种情况。（6）煤层产状。）煤层产状。要测定煤层的走向、倾向、倾角，以及测定其要测定煤层的走向、倾向、倾角，以及测定其他构造变动所显示的形迹。他构造变动所显示的形迹。2）煤层的观测方法）煤层的观测方法通通常常，井井下下煤煤层层观观测测工工作作是是结结合合井井巷巷及及钻钻探探的的地地质质编编录录一一起起进进行行的的。（1）用井巷观测基线测制煤层剖面，或以一定间距的煤层柱状、迎头素描及顶（底）板标高来控制煤层的结构及其构造形态，并测出各个变化点的煤层产状。（2）利用井巷和钻探揭露来测量煤层厚度。一般要测
10、出煤层的真厚度，只有在受到观测条件限制时，才可测量煤层假厚度，然后再换算成真厚度。对于煤层增厚、变薄、分叉、尖灭、断失、褶皱等厚度变化的位置及影响范围，应在井下现场绘制平面草图，必要时要绘制反映变化特征的细部素描图。（3）煤层观测点的布置，应按煤层的稳定程度和实际情况确定煤层观测点间距煤煤层稳层稳定性定性稳稳定煤定煤层层较稳较稳定煤定煤层层不不稳稳定煤定煤层层极不极不稳稳定煤极定煤极观测观测点点间间距距m m505010010025255050101025251010（4）一般应以沉积岩石学方法来鉴定煤层顶底板。根据井巷支护及现场管理的需要，有时要进行顶底板岩石物理力学性质的试验和顶板裂隙的测
11、量统计。（5）煤岩分层描述的观测点，应力求是一个新鲜的连续剖面。对于层位稳定、厚度大于2cm的夹石层，必须单独分出。有特殊意义的标志层或煤岩类型也要单独分层进行观测。（6）在上述特征观测基础上，将井下收集的各种煤层资料，均需填绘在采掘工程平面图上。填绘的资料包括：煤层观测点、有顶底板岩性的煤层小柱状图、附有煤质化验简表，以及其他说明煤层和顶、底板变化的资料。此外，根据需要还可编制煤层等厚线图及煤质等值线图。2 2煤层的探测煤层的探测煤层的探测煤层的探测1）煤层厚度的探测）煤层厚度的探测（1）煤巷掘进中的探煤厚工作。根据煤层厚度的不同情况，采用不同的手段来探测煤厚。在能够揭露煤层全部厚度的薄煤层
12、的巷道中，可用皮尺垂直煤层顶、底板的层面直接测量煤层真厚度。在只能揭露一部分煤层厚度的厚煤层及部分中厚煤层的巷道中，必须用钻探或巷探来探测煤层的全部厚度。（2）回采工作面的探煤厚工作。在缓倾斜或倾斜的厚煤层分层开采的工作面中，为了正确控制各个分层的回采厚度，仅根据回采巷道中的煤厚探测点测定的煤分层厚度是不够的，一般还要在上分层的开采过程中，既测量实际采高又随着工作面的推进按一定的探煤厚间距探测下分层煤厚。根据探煤厚资料，绘制煤分层等厚线图，确定分层开采的厚度。2）煤层分叉尖灭的探测）煤层分叉尖灭的探测（1）煤层呈多层次的、且比较稳定的分叉，可采用沿主要稳定煤层掘煤巷，然后利用井下钻探探测各分叉
13、煤层。（2）煤层呈短距离的不稳定分叉，一般在主分叉层布置巷道，对其它达到可采厚度的次要分叉层采用钻探、巷探等手段探明可采范围，并按自上而下的顺序回采。由于此种分叉各煤分层的特征不甚明显，因而在掘进过程中，容易出现掘进主分层巷道误入次要分层的叉尖，从而造成无效进尺；或掘进后误采沿底的分叉层，从而破坏主采层；或沿主采层掘进、回采，从而丢失了沿顶分叉的可采煤层。所以，沿煤巷道掘进时，要紧挨煤层顶板，才能防止误入分叉的“尖子煤”而造成废巷。（3）分叉煤层的分、合区界线的圈定。对分叉煤层的合理分层、分区布置巷道和选择采煤方法，必须根据要求，圈出分、合区界线。一般以煤分层之间夹石层厚度等于0.5m的等值线
14、为分、合区界线。确定分、合区界线的手段，是根据井下钻孔及巷道控制的剖面、反眼和平巷实见分合点联结而成。3）煤层底凸薄化的探测）煤层底凸薄化的探测 煤层底凸薄化是指煤层底板凸起造成煤层变薄尖灭的现象（1）钻探控制巷道掘进方向的底凸位置。（2）利用巷道穿越底凸部位，直接圈定煤层底板凸起的位置及薄化范围。（3）利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料，编制煤层顶、底板标高等值线图，研究泥炭沼泽的基底地形，圈定煤层底凸薄化的位置和范围。4）煤层河流冲蚀变薄带的探测）煤层河流冲蚀变薄带的探测首先应在巷道中仔细观察和素描冲蚀带的宽度、厚度、岩石成分、层理、砾石分布、煤层顶板冲蚀情况、冲蚀面特征、冲蚀处煤质变
15、化等。将各巷道所见的冲蚀现象投绘在平面图上，进行对比分析，确定古河床的分布范围及对煤层破坏的情况，圈出古河床冲蚀带范围。（三）煤层厚度变化的处理（三）煤层厚度变化的处理1掘进中的处理办法掘进中的处理办法（1）在煤巷掘进中遇到煤层分叉、尖灭现象，要根据具体情况确定掘进方案，如已知上分层稳定可采，而下分层常变薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进。如果是下分层稳定可采，上分层不稳定，则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤层全部可采，应先采上分层，再采下分层。（2）在采区上山掘进中，如遇煤层变薄带，应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过，还是停止掘进，或从其它地方另开巷道。若变薄带范围不大，并且确知工作面有
16、煤可采时，掘进巷道采取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。（3）主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道可按原计划施工，穿过变薄尖灭带。2回采工作中的处理方法回采工作中的处理方法回采工作面遇到变薄带或无煤区时，可采用直接推过或绕过的办法。若变薄带或不可采区范围较小，则可采用直接推过的办法；若变薄带范围较大，可考虑采用绕过的办法；大面积的不可采区，应布置探巷，探清不可采范围，将工作面分为几块回采（如图），先采、两块，然后合成一个工作面进行回采.如果在采区和回采工作面布置之前，已经了解某些地方有煤层变薄或尖灭带存在，最好把这些煤层变薄或尖灭带作为采区或工作面的边界来处理。复复 习习 上上 次次 课课 内
17、内 容容一、煤层厚度变化的原因一、煤层厚度变化的原因？二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响？二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响？1影响采掘部署2影响采煤工艺3影响计划生产4掘进率增高5采出率降低原生变化原生变化地壳不均衡沉降泥炭沼泽基底不平河流同生冲蚀海水同生冲蚀后生变化后生变化后生冲蚀构造变动 岩浆侵入岩溶陷落第二节第二节 矿井地质构造矿井地质构造一、褶曲构造对煤矿生产的影响与研究一、褶曲构造对煤矿生产的影响与研究（一）褶曲构造对煤矿生产的影响1大型褶曲大型褶曲大型褶曲在勘探阶段已经查明，它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署，是矿井设计考虑的主要问题。2中型褶曲中型褶
18、曲中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大，但对采区的布置关系密切，影响到采区的大小和采区巷道的布置。3小型褶曲小型褶曲小型褶曲是在回采工作面准备过程中，在巷道中揭露的幅度仅几米到几十米，长度为几米到几十米的褶曲。它影响煤层平巷的掘进方向，从而影响工作面长度，给机械化回采、顶板管理带来一定困难。小型褶曲还往往引起煤层厚度发生变化，使生产条件复杂化。小型褶曲特别发育时，甚至会使煤层变为不可采。（二）煤矿生产中褶曲构造的研究1褶曲的判断褶曲的判断主要是根据煤、岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复出现这两大标志。判断褶曲轴的方法有两点：判断褶曲轴的方法有两点：判断褶曲轴的方法有两点：判断褶曲轴的方法有
19、两点：（1）根据上部资料推断。（2）根据区域构造线方向推断。2 2褶曲的观测褶曲的观测褶曲的观测褶曲的观测3 3褶曲的探测褶曲的探测褶曲的探测褶曲的探测（三）褶曲的处理（三）褶曲的处理1大型褶曲（1）褶曲轴线作为井田边界。（2）大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。例如：背斜轴可设计回风巷。2中型褶曲（1）以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山或下山。（2）以褶曲轴作为采区边界。（3）工作面直接推过褶曲轴。3 3小型褶曲小型褶曲 （1 1）采面重开切眼生产。）采面重开切眼生产。（2 2）采面运输巷改造取直。）采面运输巷改造取直。二、断裂构造对煤矿生产的影响与研究二、断裂构造对煤矿生产的影响与研究（一
20、）节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理1影响钻眼爆破效果 2影响开采效率3.3.影响顶板控制方法影响顶板控制方法4 4影响工作面布置影响工作面布置5 5对其它方面的影响对其它方面的影响n n（二）断层对煤矿生产的影响（二）断层对煤矿生产的影响（落差划分）（落差划分）n n1.1.影响井田划分。影响井田划分。n n2.2.影响井田开拓方式。影响井田开拓方式。n n3.3.影响采区和工作面布置。影响采区和工作面布置。n n4.4.影响安全生产。影响安全生产。n n5.5.增加煤炭损失量。增加煤炭损失量。n n6.6.增加巷道掘进量。增加巷道掘进量。n n7.7.影响煤矿综合经济效益。影响煤矿综合经济
21、效益。（1 1）煤层、岩层的）煤层、岩层的）煤层、岩层的）煤层、岩层的产状发生产状发生产状发生产状发生显著的变化时，可能有断层存在。显著的变化时，可能有断层存在。显著的变化时，可能有断层存在。显著的变化时，可能有断层存在。（三）煤矿生产中断层的研究（三）煤矿生产中断层的研究 1.1.断层揭露前可能遇到的征兆断层揭露前可能遇到的征兆断层揭露前可能遇到的征兆断层揭露前可能遇到的征兆 （2）煤层）煤层厚度发生厚度发生变化，煤层顶底板出现不平行现象时，可能有变化，煤层顶底板出现不平行现象时，可能有断层存在。断层存在。（3 3）掘进巷道中经常出现）掘进巷道中经常出现明显的小褶曲明显的小褶曲（如开滦唐山煤
22、矿），或（如开滦唐山煤矿），或煤层常发生煤层常发生强烈揉皱强烈揉皱，滑面增多或变为鳞片状碎煤（如淄博龙，滑面增多或变为鳞片状碎煤（如淄博龙泉矿）等现象时，可能有断层存在。泉矿）等现象时，可能有断层存在。（4）煤层和顶、底板中的裂隙显著增加，并有一定的规律性。（5）伴生一系列小断层。（6 6）在高瓦斯的矿井，在巷道中）在高瓦斯的矿井，在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化瓦斯涌出量常有明显变化地段，地段，可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时，遇断层前后可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时，遇断层前后瓦瓦斯斯涌出量出驼峰现象。利用这一规律，也可预见掘进前方有断层存涌出量出驼峰现象。利用这一
23、规律，也可预见掘进前方有断层存在。在。（7）充水性强的矿井，巷道接近断层时，常出现滴水、淋水以至涌水的现象，可能有断层存在。2 2断层的探测（断失煤层的寻找）断层的探测（断失煤层的寻找）（1 1）岩层层位对比法。）岩层层位对比法。（2 2）伴生派生构造判断法。）伴生派生构造判断法。主要伴生派生构造有：牵引褶曲、断层擦痕、伴生小断层、断层面上的煤线（导脉）、羽状裂隙和帚状构造等。（3 3）规律类推法。）规律类推法。（4 4）作图分析法。）作图分析法。（5 5）生产勘探法。）生产勘探法。（四）（四）断层的处理断层的处理（1）井田）井田边边界和采区界和采区边边界的确定。界的确定。落差大于落差大于50
24、m的特大型断的特大型断层时层时,应应以以该该大型断大型断层层作作为为井田井田边边界。界。（2 2）井筒位置的选择。）井筒位置的选择。（3 3）运输大巷的布置。）运输大巷的布置。（4 4）采区内块段划分。）采区内块段划分。（5 5）井田开拓方式的确定。）井田开拓方式的确定。2 2巷道掘进阶段对断层的处理巷道掘进阶段对断层的处理（2 2）倾斜巷道过断层。）倾斜巷道过断层。(落差较大）3 3回采阶段对断层的处理回采阶段对断层的处理（1 1）采采用用强强行行通通过过的的方方法法。当断层落落差差较较小小，并满足下列情况之一者，可以采用强行通过断层的方法。在普采及炮采工作面内，断层落差小于煤厚时；在综采工
25、作面内，当断层两盘对接部分的煤厚大于液压支架的最小支撑高度时；在综采工作面内，当断层两盘对接部分的煤厚小于液压支架最小支撑高度，但煤层顶底板岩性较软，采煤机能切割时。（2 2）采用重开切眼的方法。）采用重开切眼的方法。(当断层落差大于煤厚时)对于落差一对于落差一端大、一端端大、一端小的斜交断小的斜交断层层:(可采用合采与分采相结合的方法)（3 3）采用划小工作面的）采用划小工作面的方法。方法。（落差大于煤厚）第三节第三节 岩浆侵入煤层岩浆侵入煤层一一.岩浆侵入体的一般特征岩浆侵入体的一般特征1.岩浆侵入体的产状（1）岩墙（2）岩床。二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响（
26、一）岩浆侵入体对煤质的影响（一）岩浆侵入体对煤质的影响1岩墙切穿煤层，对煤层的影响较小，只是使岩墙两侧数米内的煤发生变质。2岩床沿煤层侵入，对煤层的影响范围较大，有的甚至把煤层全部吞蚀。岩浆侵入煤层的不同位置，其影响也不相同。一般在侵入体上部的煤层变质带较宽，侵入体下部的煤层变质带较窄，这是由于岩浆中的气体和热力向上扩散的缘故。岩浆侵入在煤层中间，其上下的煤层均发生变质，对煤层的影响最大。3侵入体的大小、厚度直接影响煤变质程度。侵入体愈大，则热量高，煤层变质愈深，影响范围愈大；反之则小。4侵入体岩性对煤质的影响，一般认为辉绿岩影响最大，闪长岩次之，石英斑岩影响最小。这是因为辉绿岩属基性岩，粘度
27、小，易流动，熔化温度高，对煤层破坏严重，因此对煤质影响较大，石英斑岩属酸性岩，粘度高，不易流动，熔化温度低，对煤层破坏有限，故对煤质影响小。5岩浆侵入煤层，形成一个热力变质带。距侵入体近者变质深，远者变质浅。可按煤种划分出若干带，由近而远为天然焦、高变质煤、低变质煤，逐渐转为正常煤。从一个煤层看，不仅有水平分带，而且有垂直分带。三、岩浆侵入煤层的处理三、岩浆侵入煤层的处理有岩浆侵入的矿井，首先应查明岩浆侵入体的产状，是岩墙还是岩床，然后再根据具体情况决定采掘工作布署。在掘进过程中，遇到岩墙时，可按原计划直直接接穿穿过过。在回采过程中，遇到岩墙时，可根据岩墙的大小与分布情况，决定是重开切眼还是分
28、两个工作面回采。如果岩墙沿倾向或斜交方向分布，回采至岩墙时，重开切眼，继续回采。如果岩岩墙墙沿沿走走向向分分布布时时，可将工作面分分成成上上下下两两个个小采面回采。对于岩岩床床，则要求用探巷或钻孔先圈定范围，然后决定回采方案。对串串珠珠状状侵侵入入体体，如对煤层破坏不严重，工作面可以直接推过，但要增加采面处理侵入体的工序。若侵入体分布区大，煤层遭受严重破坏，可作为不可采区处理。（二）岩浆侵入体对煤矿生产的影响（二）岩浆侵入体对煤矿生产的影响1减少煤炭储量，缩短矿井服务年限。2使煤质变差，降低了煤的工业价值。3破坏了煤层连续性，给采掘带来困难。第四节第四节 岩溶陷落柱岩溶陷落柱一、陷落柱的成因岩
29、溶岩溶(喀斯特）发育的地质条件喀斯特）发育的地质条件岩溶发育的地质条件有以下四个：二、陷落柱的特征二、陷落柱的特征（一）陷落柱的形态特征（一）陷落柱的形态特征1含煤岩系或下伏地层中含有可溶性岩层。2含煤区域内发育有断裂构造等良好的地下水通道。3地下水源丰富且具有溶蚀强的各种酸根，如二氧化碳等。4有强径流和流畅的排泄区，具有良好的地下水动力条件。（二）陷落柱的地表出露特征（二）陷落柱的地表出露特征（三）陷落柱的井下特征（三）陷落柱的井下特征（四）陷落柱的分布特征（四）陷落柱的分布特征 1.盆状凹陷 2.丘状突起 3.柱状破碎带 4.特殊地貌形态1.柱面特征2.柱体组成特征 3.陷落柱内沉淀物三、
30、陷落柱的观测与研究三、陷落柱的观测与研究（一）陷落柱出现前的预兆（一）陷落柱出现前的预兆（二）陷落柱的探测（二）陷落柱的探测1探钻2物探3巷探1煤、岩层产状发生变化2裂隙和小断层增多3煤出现风氧化现象4涌水量增大四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理（一）陷落柱对煤矿生产的影响（一）陷落柱对煤矿生产的影响1破坏可采煤层，减少煤炭储量 （二）陷落柱的处理（二）陷落柱的处理1在在采掘设计时采掘设计时，尽量把陷落柱留设在煤柱中，既减少煤炭损失，又保证生产安全。2掘进遇陷落柱时，如为矿井主要巷道，直接穿过陷落柱；如果是回风巷，可采取饶过的方法，同时起到探明陷落柱的作用。3回采
31、工作面中遇到陷落柱，一般应先探明其形状、大小、位置，然后决定处理方法。4综合治理根据探测结果，通过地面、井下打钻注浆加固等综合治理手段的处理，消除治理地段安全隐患。2影响正规开采3影响采掘施工4影响安全第五节第五节 矿矿 井井 瓦瓦 斯斯 一、矿井瓦斯一、矿井瓦斯（一）概述（一）概述矿矿井井瓦瓦斯斯是是指指煤煤矿矿生生产产过过程程中中，以以从从煤煤岩岩层层及及围围岩岩内内涌涌出出的的甲甲烷烷为为主主的的各各种种有有害害气气体体的的总总称称。一一般般情情况况下下甲甲烷烷CHCH4 4占占绝绝大大多多数数（可可达达70%-96%70%-96%），其其次次为为氮氮气气（占占0.5%-3%0.5%-3
32、%）和和二二氧氧化化碳碳（占占0.3%-0.3%-2%2%），其其它它成成分分很很少少。可可见见甲甲烷烷是是矿矿井井瓦瓦斯斯的的主主要要成成分分。本本节节所所描述的瓦斯性质均是针对甲烷而言。描述的瓦斯性质均是针对甲烷而言。瓦瓦斯斯的的化化学学名名称称叫叫甲甲烷烷（俗俗称称沼沼气气），化化学学式式CHCH4 4,为为无无色色、无无味味、无无毒毒的的气气体体。甲甲烷烷分分子子的的直直径径为为0.3758100.375810-9-9m m，可可以以在在微微小小的的煤煤体体孔孔隙隙和和裂裂隙隙里里流流动动，轻轻，在在巷巷道道上上部部。瓦瓦斯斯在在适适当当的的浓浓度度能能燃燃烧烧和和爆爆炸炸。二二氧氧化
33、化碳碳COCO2 2为为无无色色、无无嗅嗅、略略带带酸酸味味，易易溶溶于于水水，有有一一定定毒毒性性的的气气体体。对对空空气气的的相相对对密密度度为为1.521.52，比比空空气气重重，停停积积在在巷道的下部巷道的下部，不助燃，但大量二氧化碳可使人窒息。，不助燃，但大量二氧化碳可使人窒息。矿井瓦斯和煤层气是由采矿和地质两个学科分别提出的术语，其含义大致相同。稍有不同的是矿井瓦斯泛指涌入井巷中的各种有害气体，成分较复杂；煤层气是专指储存在煤层及其顶底板围岩，成分以甲烷为主（90%以上）的一种非常规天然气。井下抽放系统回收的煤层气中甲烷浓度平均为30%-50%，可直接作为居民用气；地面井回收的煤层
34、气甲烷浓度在90%以上可通过管道供给城市民用、电厂发电或作为化工原料。煤层气如不开发利用危害极大。煤层气是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的2024倍，甲烷对全球气侯变暖的影响占到15%，仅次于二氧化碳。据2000年估算，我国每年因采煤向大气排放的甲烷气体总量竟200亿m3，并随着煤炭产量的增加而增加约占世界采煤排放总量的1/3。近年来，我国为减少排放瓦斯对大气环境污染改善能源结构，充分利用矿井瓦斯这一洁净能源，在十几个矿区进行了瓦斯抽放和开发利用工作。目前，我国煤层气利用主要以民用为主。据不完全统计，到1999年9月止，我国在主要含煤盆地共实施155口煤层气探井，取得了丰富的数据，为今后煤
35、层气开发利用奠定了基础。我国煤矿高瓦斯矿井比例大，在煤矿生产中瓦斯事故多，危害性大，采煤之前先采气，可以防止煤矿瓦斯事故，改善煤矿安全生产条件。同时，还可以减少矿井建设和生产通风费用，从而提高煤矿的经济效益。（二）瓦斯的形成与分带（二）瓦斯的形成与分带1瓦斯的形成煤层瓦斯是腐腐植植质质有有机机物物（植植物物）在在成成煤煤过过程程中中生生成成的的。成气过程可分为两个阶段。第一阶段为生物化学成气阶段，在植物沉积的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65的条件下，被厌氧微生物分解为甲烷、二氧化碳和水。由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气
36、中。随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。第二阶段为煤化变质作用阶段，随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用阶段，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为甲烷和二氧化碳。这个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。2瓦斯在煤层中的赋存状态（1 1）自由状态）自由状态（或称游离状态）瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的裂隙及孔洞之中。这种状态的瓦斯分子可自由运动，并呈现出压力。（2）吸附状态吸附状态的瓦斯按其结合的形式不同，又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是瓦斯被吸着在煤
37、体或岩体微孔表面上，并形成一层瓦斯薄膜；吸收状态是瓦斯被溶解于煤体微粒内部，类似于气体被溶解于液体中的现象。煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，当外界条件发生变化时，自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯可以互相转化。例如，当外界的压力升高或温度降低时，一部分自由瓦斯可以转化为吸附瓦斯，称之为吸附现象；反之，当外界的压力降低或温度升高时，则一部分吸附瓦斯转化为自由瓦斯，称之为解吸现象。在开采煤层时，受采动影响的自由瓦斯首先放散出来，随之一部分吸附瓦斯解吸为自由瓦斯也放散出来，使解吸现象不断地进行，形成煤矿瓦斯不断涌出。3煤层瓦斯垂直分带 当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中
38、瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。一般将煤层由露头自上向下分为四个带：二氧化碳-氮气带、氮气带、氮气-瓦斯带、瓦斯带 前三个带总称为瓦斯风化带。在瓦斯风化带以下，瓦瓦斯斯带带内内煤煤层层的的瓦瓦斯斯含含量量和和涌涌出出量量随随深深度度增增加加而而有有规规律律地地增增大大，所所以以确确定定瓦瓦斯斯风风化化带带深度，有重要的深度，有重要的现实现实意意义义。瓦斯风化带下界深度可以根据下列指标中的任何一项确定。（1）矿井的相对瓦斯涌出量大于2m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷浓
39、度达到80%；（3）煤层内的瓦斯压力为0.150.2Mpa；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.01.5m3/t,气煤1.52.0m3/t,肥煤与焦煤2.02.5m3/t，瘦煤2.53.0m3/t，贫煤3.04.0m3/t，无烟煤5.07.0m3/t。（三）煤层瓦斯含量的影响因素及其预测（三）煤层瓦斯含量的影响因素及其预测瓦斯含量是指单位重量或体积的煤在自然状态下所含的瓦斯含量，为自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯之和，单位为m3/t，或m3/m3。1 1影响煤层瓦斯含量的地质因素影响煤层瓦斯含量的地质因素（1 1）煤煤的的变变质质程程度度。煤对瓦斯的吸附能力，决定于煤煤质质和和煤煤的的孔
40、孔隙隙，不同的煤质对瓦斯的吸附能力不同，无烟煤的吸附能力最强其瓦斯含量最大，可达5060m3/t。（2 2）围围岩岩透透气气性性。煤系地层岩性组合和煤层围岩性质对煤层瓦斯含量影响很大。如果围岩为致密完整的低透气性岩性岩层，如泥岩，完整的石灰岩，煤层中的瓦斯就易于保存下来。反之，围岩由厚层中粗砂岩、砾岩或裂隙溶洞发育的石灰岩组成，则煤层瓦斯含量小。（3 3）煤煤层层出出露露程程度度。煤层如果有或曾经有过出露地表长时间与大气相通，瓦斯含量就不会很大，反之，如果煤层没有出露地表，瓦斯难以逸散，它的含量就较大。（4 4）煤煤层层埋埋藏藏深深度度。瓦斯含量随深度增大而增加。在瓦斯风化带以下，瓦斯含量、瓦
41、斯压力、瓦斯涌出量与深度的增加都呈一定正比例关系。（5 5）煤煤层层倾倾角角。埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。因为瓦斯沿水平方向流动比垂直方向流动容易。（6 6）地地质质构构造造。地质构造是影响煤层瓦斯含量的最重要因素之一。在围岩属低透气性的条件下，封闭型地质构造有利于瓦斯的储存，而开放型地质构造有利于瓦斯的排放。同一矿区不同地点瓦斯含量的差别，往往是地质构造因素造成的结果。（7 7）水水文文地地质质条条件件。虽然瓦斯在水中的溶解度很小，但是如果煤层中有较大的含水裂隙或流动的地下水通过时，经过漫长的地质年代，也能从煤层中带走大量瓦斯，降低煤层的瓦斯含量。而且，地下水还会溶蚀并带走围
42、岩中的可溶性矿物质，从而增加了煤系地层的透气性，有利于煤层瓦斯的流失。2煤层瓦斯含量的测定煤层瓦斯含量是矿井设计资料的重要组成部分，是确定开拓系统、采煤方法、通风系统、主要风巷断面大小等主要依据。煤层瓦斯含量的测定方法有两：（1）直接测定法。使用密闭式岩心采取器或集气式岩心采取器，直接采集全层瓦斯煤样，送化验室测定单位煤量中含有的瓦斯量及瓦斯成分。还可以用半自动测井仪在钻进的同时测定煤层瓦斯含量。（2）间接测定法（室内容量法）。把未经氧化的新鲜煤样，装入容器，盖紧密封。送进实验室。根据实验室作出的吸附数据和井下煤层的实测瓦斯压力，用各种影响系数校正后，计算得出煤层瓦斯含量。（四）矿井瓦斯涌出量
43、及矿井瓦斯等级（四）矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级1矿井瓦斯涌出现象煤矿开采过程中，由受采动影响的煤层、岩层，以及由采落的煤、矸石向井下空间放出瓦斯的现象称为瓦斯涌出。按瓦斯放出的形式不同，分为普通涌出和特殊涌出。（1）普通涌出。瓦斯从煤岩层的孔隙和裂隙中长期缓慢逸出的现象称为普通涌出。首先涌出的是游离瓦斯，然后是解吸成游离瓦斯的吸附瓦斯。普通涌出是矿井瓦斯涌出的基本形式。（2）特殊涌出。瓦斯喷出是指大量承压瓦斯从煤体或岩体裂隙中大量异常涌出的现象。煤（岩）与瓦斯突出是指在采掘过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，在极短的时间内（几秒到几分钟），从煤（岩）层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤（岩）和
44、瓦斯的现象，简称突出。2矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量（1）绝对瓦斯涌出量）绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量是指生产矿井在一定时间内所涌出的瓦斯量(Q绝)，单位为(m3/d)或m3/min。(时间单位：yy表示年，qq表示季，mm表示月，ww表示周，dd表示天，hh表示小时，mi表示分钟，ss表示秒)其计算式为：Q绝QC%6024式中 Q绝 矿井的绝对瓦斯涌出量，m3/d;Q 矿井总回风道风量,m3/d;C%回风流中的平均瓦斯浓度。在相同条件下的煤层中，绝对瓦斯涌出量随矿井生产规模的扩大和产量的增加而增加，但它们之间不一定是正比关系。绝对瓦斯涌出量只能表明涌出瓦斯的多少，难以判定矿井瓦斯涌出的严重程
45、度。如：两个产量不同矿井的绝对瓦斯涌出量相等，表面看来瓦斯涌出情况似乎一样，其实不然，其中产量小的矿井瓦斯涌出情况必然较为严重。为弥补绝对瓦斯涌出量不足以判定矿井瓦斯涌出的严重程度，故将瓦斯涌出量与矿井的产量联系起来，引出相对瓦斯涌出量的概念。（2 2）相对瓦斯涌出量）相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产情况下平均生产一吨煤的瓦斯涌出量（q相），单位为m3/t。其计算公式为：q相Q绝n/T式中 Q绝 矿井的绝对瓦斯涌出量,m3/d;n 矿井瓦斯鉴定月的工作天数d/月T 矿井瓦斯鉴定月的产量,t/月相对瓦斯涌出量是以矿井产量为基础的，因此，它可以作为判定矿井瓦斯涌出严重程度的标准，矿井
46、的瓦斯涌出等级是以相对瓦斯涌出量来划分的。3 3矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级根据规程规定，矿井瓦斯等级划分为三级：即低低瓦瓦斯斯矿矿井井，相对瓦斯涌出量10 m3/t以下；高高瓦瓦斯斯矿矿井井，相对瓦斯涌出量10 m3/t以上；煤与瓦斯突出矿井。煤与瓦斯突出矿井。在一个矿井中，只要有一个煤、岩层中发现过一次瓦斯。该矿井即定为瓦斯矿井并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤（岩）与瓦斯（或二氧化碳）突出，该矿井即定为煤（岩）与瓦斯（或二氧化碳）突出矿井。（五）防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作（五）防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作煤（岩）与瓦斯突出是煤矿危害最严重的自然
47、灾害之一。截止1995年，我国已有282个突出矿井，共发生了16000多次突出。最大的一次突出发生在1975年四川天府矿务局三汇坝一矿的+280m水平主平硐因震动性放炮揭穿6#煤层引发突出煤岩12780吨，瓦斯140万立方米。1 1影响煤（岩）与瓦斯突出的地影响煤（岩）与瓦斯突出的地质质因素因素 （1）煤层结构。复杂结构煤层由于煤层中夹有稳定的层状岩石层，。煤层软硬相间，当软煤分层厚度增加时易发生突出；（2）煤岩类型。煤是孔隙体，其中含有大量的表面积，煤在自然状态下大量的瓦斯以吸附状态存在于煤体中，如在煤层中丝炭成分含量多，且呈连续层状分布，由于丝炭疏松多孔，性脆易碎，当条件适当时，极易发生突
48、出。（3）煤变质程度。煤的孔隙率与煤的变质程度有关，煤变质程度高其孔隙率大，至无烟煤阶段达到最大值。所以，高变质煤的瓦斯含量和瓦斯压力都大于低变质煤，高变质煤发生突出的可能性比低变质煤要大。（4）煤层的埋藏深度。突出发生在一定的采掘深度以后。每个煤层开始发生突出的深度差别很大，最浅的矿井是湖南白沙矿务局里王庙煤矿仅50m，始突深度最大的是抚顺矿务局老虎台煤矿，达640m，自此以下，突出的次数增多，强度增大。（5）地质构造和地应力。许多矿井的瓦斯突出主要集中在某些地质构造带内，呈条带状分布，突出点发生的位置多与某些地质构造部位有关。如强烈挤压的褶皱带、扭折带、倾角变化的转折点、断层附近等，这些地
49、质构造部位应力比较集中，由于采掘工程破坏了原有平衡，导致地质构造残余应力的突然释放，引起煤与瓦斯突出。由于煤层遭到地质构造严重破坏，形成“构造煤”，这种颗粒很细的“构造煤”在形变过程中极易在构造作用下发生流动，造成煤层厚度和形态的复杂变化。在条件适当时，“构造煤”极易发生突出。（6）煤的物理力学性质。疏松、透气性、空隙多、（7）地下水的活动。2 2煤（岩）与瓦斯突出前的煤（岩）与瓦斯突出前的预预兆兆（1 1）地地压压显显现现预预兆兆：煤炮声、支架声响、岩煤开裂、掉喳、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等；（2 2）瓦瓦斯斯涌涌出出预预兆兆：瓦斯涌出异常、瓦斯
50、浓度忽大忽小、煤尘增大、气温异常、气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤粉、哨声、峰鸣声等；（3 3）煤煤层层结结构构及及构构造造预预兆兆：煤层层理紊乱、煤层强度松软或不均质、煤暗无光泽、煤厚增大（特别是软分层增大）、煤层倾角变陡|挤压褶曲、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯突起、断层等。二、煤层顶底板二、煤层顶底板 煤层及顶底板对煤矿生产的影响煤层及顶底板对煤矿生产的影响1影响回采工作面的连续推进当回采工作面遇断层后，一般采用挑顶挖底的方式通过断层，如果断层使得煤层与坚硬的砂岩或砂砾岩顶板或底板接触，不仅采煤机组很难通过，甚至连炮采工作面也不得不终止推进而另开切眼。2顶底板的破坏可导致突水事故如果煤层顶底板