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1、采煤概论采煤概论 Introduction of Mining Engineering 能源科学与工程学院能源科学与工程学院肖同强肖同强Introduction of Mining Engineering第一章第一章煤矿地质知识煤矿地质知识1.1 1.1 地地质质作用、地壳的物作用、地壳的物质组质组成及地史的概念成及地史的概念1.2 1.2 煤的形成及煤系煤的形成及煤系1.31.3 煤煤层的埋藏特征的埋藏特征2 2Introduction of Mining Engineering3 3 1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念应该明确的两个问题：应该明确
2、的两个问题：地地壳壳是是煤煤及及各各种种矿矿产产资资源源形形成成的的地地方方，矿矿产产资资源源的形成与地壳的物质运动及演变有密切关系。的形成与地壳的物质运动及演变有密切关系。地地球球表表面面生生物物的的生生长长、发发育育及及死死亡亡的的整整个个过过程程不不断断地地改改变变着着地地球球表表面面各各种种元元素素和和矿矿物物的的分分布布，使使某某些些元元素素离离散散或或集集中中形形成成有有价价值值的的矿矿产产。（生生物物遗遗体体变为煤和石油等）变为煤和石油等）这两个方面都是地壳物质在地质作用下运动和演变的结果，因此，研究地壳的物质组成以及在地质作用下的地壳物质运动，是掌握矿床形成和埋藏规律的基础。I
3、ntroduction of Mining Engineering4 4一一、地地质质作作用用引引起起地地壳壳物物质质组组成成、内内部部构构造造和和地地表表形形态态变变化与发展的自然作用。化与发展的自然作用。内力地质作用内力地质作用外力地质作用外力地质作用地壳运动地壳运动 岩浆活动变质作用地震作用风化和剥蚀 搬运和沉积固结成岩(按能源及作用场所分）地地质质作作用用 1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering5 51.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念
4、1.1.内内力力地地质质作作用用由由地地球球内内部部能能量量引引起起的的地地壳壳物物质质成成分分、内内部部构构造造、地地表表形形态态变变化化的地质作用。的地质作用。u1)1)地壳运动地壳运动即地球内部动力引起的地壳变形和变位。即地球内部动力引起的地壳变形和变位。地壳运动对煤矿床的形成及赋存条件有着重要影响。地壳运动对煤矿床的形成及赋存条件有着重要影响。地壳物质沿地球半径方向运动时，表现为地壳的缓慢上升或下降（海陆变迁），称为升降运动。地壳物质沿地球半径方向运动时，表现为地壳的缓慢上升或下降（海陆变迁），称为升降运动。地壳物质沿地球切线方向运动时，呈水平运动。表现为激烈的造山运动。地壳物质沿地球
5、切线方向运动时，呈水平运动。表现为激烈的造山运动。u2)2)岩浆活动岩浆活动是地下的岩浆沿地壳的裂缝上升，侵入地壳或喷出地表，在上升过程是地下的岩浆沿地壳的裂缝上升，侵入地壳或喷出地表，在上升过程与围岩相互作用，不断改变自身的成分和状态直至冷凝的全部过程。与围岩相互作用，不断改变自身的成分和状态直至冷凝的全部过程。岩浆喷出地表岩浆喷出地表火山作用火山作用 岩浆未达地表岩浆未达地表岩浆侵入活动岩浆侵入活动珠穆朗玛峰，位于中国和尼泊尔两国边界、海拔米，是喜马拉雅山主峰，也是世界第一高峰。珠穆朗玛在藏族神话中被认为是五位仙女中的第三女神。她是万山之尊、地球之巅。秦岭Introduction of M
6、ining Engineering6 6夏威夷冒纳咯火山意大利埃特纳火山Introduction of Mining Engineering7 7中国西昆仑山阿什库勒火山夏威夷普乌哈鲁鲁喷发形成的岩浆河火山口底部，可以见到红色的岩浆裂隙式火山Introduction of Mining Engineering8 8u3)3)变变质质作作用用地地壳壳深深部部的的岩岩石石在在高高温温高高压压和和化化学学性性质质活活泼泼的的流流体体作作用用下下，岩岩石石的的结结构构、构构造造及及化化学学成成分分产产生生变变化化，形形成成新新的岩石的作用。的岩石的作用。u4)4)地地震震作作用用地地震震是是地地壳壳的
7、的快快速速颤颤动动，是是岩岩石石能能量量积积累累突突然然释放的结果。释放的结果。n在在上上述述地地质质作作用用中中，最最活活跃跃的的、起起主主导导作作用用的的是是地壳运动。地壳运动。1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering汶川地震汶川地震死死亡亡:69197人人;失失踪踪:18379人人;受受伤伤:374176人人;受受灾灾:4624万人。万人。直接经济损失达直接经济损失达8451亿元人民币。亿元人民币。这这次次大大地地震震发发生生在在龙门山的主断裂上上，位位于于我我国国南南北北地地震震带
8、带的的中中段段。从从区区域域构构造造背背景景上上看看，新新生生代代早早期期，印度板块与与欧亚大陆板块发发生生碰碰撞撞，形形成成了了青青藏藏高高原原。在在青青藏藏高高原原隆隆升升的的过过程程中中，两两侧侧边边缘缘带带构构造造应应力力长长期期积积累累。初初步步推推断断，在在印印度度板板块块总总体体向向北北东东方方向向的的作作用用下下，青青藏藏高高原原东东缘缘沿沿龙龙门门山山构构造造带带向向东东挤挤压压，并并受受到到四四川川盆盆地地的的推推挡挡，促促使使巨巨大大的的能能量量在在龙龙门门山山映映秀秀-北北川川地地带带突突然然释释放放，暴发了汶川大地震。暴发了汶川大地震。9 9Introduction
9、of Mining Engineering1010Introduction of Mining Engineering汶汶川川地地震震的的主主震震发发生生在在具具有有右旋性质的仰冲型断层带上，震震源源深深度度为为15km左右。左右。通通过过现现场场地地震震地地质质构构造造的的考考察察及及多多种种观观测测资资料料的的分分析析，现现已已初初步步认认定定，于于中中生生代代早早期期已已开开始始逐逐步步形形成成的的北北东东向向龙龙门门山山已已伴伴生生了了三三条条近近于于平平行行的的断断裂裂，位位于于龙龙门门山山的的映秀-北川断裂即即是是汶汶川川地地震震的的发发震震主主断裂。断裂。1111Introduc
10、tion of Mining Engineering1212u2 2外力地质作用外力地质作用主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元等引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元素产生迁移、分散和富集。素产生迁移、分散和富集。按作用方式分为：1)1)风化和剥蚀风化和剥蚀1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念风风化化由由于于温温度度变变化化、大大气气(氧氧气气)、水水溶溶液液以以及及生生物物的的作作用用，使使地地表表岩岩石石或或矿矿物物在在原原地地发发
11、生生物物理理、化化学学变变化的过程叫风化作用。化的过程叫风化作用。剥剥蚀蚀以以风风雨雨、流流水水等等流流动动物物质质为为动动力力，对对岩岩石石进进行破坏并把破坏的产物剥离开的过程称为剥蚀作用。行破坏并把破坏的产物剥离开的过程称为剥蚀作用。风风化化和和剥剥蚀蚀风风化化和和剥剥蚀蚀往往往往是是彼彼此此促促进进的的，岩岩石石遭遭受受风风化化变变得得松松软软就就易易于于剥剥蚀蚀，剥剥蚀后暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。蚀后暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。Introduction of Mining Engineering1313u风化作用的类型 n机机械械风风化化作作用用 岩岩石石和和矿矿物物发发
12、生生机机械械破破碎碎而而不不改改变变其其化化学学成成分分的的风风化化作作用用，称称为为机械风化作用。机械风化作用。它它是是由由于于温温度度变变化化及及岩岩石石空空隙隙中中水水和和盐盐分分的的物物态态变变化化引引起起的的，作用方式主要有：作用方式主要有：p(1)岩石的热胀冷缩p(2)岩石空隙中水和盐分的物态的变化 1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering1414n 化化学学风风化化作作用用 空气中的氧和水溶液不仅使岩石和矿物化学成分发生变化，而且使一部分被溶液带走，或使稳定的矿物变为不稳定的
13、矿物，这种对岩石的破坏作用称为化学风化作用。（1）氧化作用 氧气与各种矿物混合，产生新的矿物。黄铁矿FeS2(+)氧化成褐铁矿Fe2O3H2O(3+)，由铜黄色变为褐红色，颜色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地下连着矿床。（2）溶解作用 任何矿物都溶于水，只是溶解度有大有小。CaCO3+CO2+H2O-Ca(HCO3)2 方解石 (重碳酸钙)（3）水解作用 水和矿物相结合的一种化学反应。正长石+H2O-高岭石。（4）水合作用 有些矿物吸引一定数量的水。石膏+H2O-硬石膏1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining
14、Engineering1515n生物风化作用生物风化作用u生生物物的的生生命命活活动动过过程程和和尸尸体体腐腐烂烂分分解解过过程程对对岩岩石的破坏作用有机械和化学两种方式：石的破坏作用有机械和化学两种方式：u （1 1）生物的机械风化作用生物的机械风化作用植植物物根根对对岩岩石石的的破破坏坏，蚯蚯蚓蚓等等钻钻洞洞，人人类类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。u （2 2）生物的化学风化作用生物的化学风化作用生生物物死死亡亡后后，腐腐烂烂分分解解形形成成一一种种腐腐植植质质(胶胶状状的的物物质质)，是是一一种种有有机机酸酸，对对岩岩石石起起腐腐蚀蚀作用作用.地地壳
15、壳表表层层岩岩石石经经机机械械破破碎碎，化化学学风风化化后后形形成成的的松松散散物物，再再经经过过生生物物的的化化学学风风化化作作用用，增增加加了了有有机机物物质质-腐腐殖殖质质，这这种种具具有有腐腐殖殖质质、矿矿物物质质、水水和和空空气气的的松松散散物物质质叫叫做做土土壤壤。1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering1616頁狀剝落(果洲群島)塊狀崩解(石澳)蜂窩狀風化(長洲人頭石）蜂窩風化(長洲)塊狀崩解(石澳)蜂窩狀風化(長洲)1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的
16、物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering17172 2）搬运和沉积）搬运和沉积 最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。3 3）固结成岩）固结成岩指松散的沉积物逐步变成坚硬的沉积岩的过程。（紧压胶结重结晶）从上可见，破坏岩石 改变地貌 生成新岩石 是外力地质作用的整个过程。搬运作用搬运作用风化和剥蚀作用的产物，由风、流风化和剥蚀作用的产物，由风、流水等搬运到别的地方的过程。水等搬运到别的地方的过程。沉积作用沉积作用随着搬运力量的减落或消失，被搬随着搬运力量的减落或消失，被搬运物在低洼地区逐渐沉积的过程。运物在低
17、洼地区逐渐沉积的过程。搬搬运运和和沉沉积积1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering18183 3、关系（内力与外力地质作用）、关系（内力与外力地质作用）外外力力地地质质作作用用在在很很大大程程度度上上受受地地壳壳运运动动的的制制约约。风风化化剥剥蚀蚀过过程程主主要要在在地地壳壳上上升升隆隆起起的的地地区区进进行行，而而其其进进行行的的强强度度也也与与地地壳壳上上升升隆隆起起的的幅幅度度速速度有关。度有关。沉沉积积、固固结结成成岩岩过过程程主主要要在在地地壳壳下下降降沉沉陷陷地地区区形形成成
18、，沉沉积积物物的的物物质质成成分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering1919二、地壳的物质组成二、地壳的物质组成地壳是由岩石组成的，岩石则是由一些细小的矿物颗粒组成的。地壳是由岩石组成的，岩石则是由一些细小的矿物颗粒组成的。1 1、矿矿物物由由一一种种或或多多种种元元素素在在地地质质作作用用下下形形成成的的，具具有有比比较较固固定定的的化化学学成成分和物理性质的自然产物。分和物
19、理性质的自然产物。自然界中矿物的种类繁多，目前已知的有2000多种。像自然金(Au)自然银(Ag)石墨（C）等由一种元素组成。石英（SiO2）黄铁矿（FeS2）磁铁矿（Fe3O4）由两种元素化合而成。方解石（CaCO3）高岭石（AL2O32SiO22H2O）由多种元素组成。组成岩石的常见矿物，称为造岩矿物，主要的有20多种，像石英、长石、云母、方解石、赤铁矿、黄铁矿等。2、岩石、岩石矿物的集合体矿物的集合体1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineeringu岩岩浆浆岩岩是地球内部的高温熔融状态的岩浆
20、，沿地壳薄弱地带侵入地壳或喷出地壳逐渐冷却、凝固而成的岩石。（花岗岩、玄武岩、闪长岩、辉绿岩等）根据SiO2含量的多少，岩浆岩又分为酸性、中性、基性和超基性四种岩类，岩浆岩造岩矿物主要有：石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母等。岩岩石石按按生生成成原原因因分分为为三三类类u变变质质岩岩原有的岩石在地壳中受到高温、高压及化学性质活泼的气体影响，岩石的物理和化学性质发生变化，变成一种新的岩石。常见的变质岩有：由石灰岩、白云岩变成的大理石；由石英砂岩变质而成的石英岩；以及由其他岩石变质而成的片麻岩、片岩、千枚岩等u沉沉积积岩岩是暴露于地表的原有岩浆岩、沉积岩、变质岩，经受外力地质作用被风化、剥蚀成碎
21、块或碎屑的物质和溶解物质，经搬运、沉积和固结成岩作用而形成的新的岩石。沉积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等本身就是沉积岩。Introduction of Mining Engineering2121岩浆岩的主要组成矿物及岩石颜色1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念岩石名称岩类SiO2含量/%主要矿物颜色有关的矿产花岗岩、花岗斑岩、流纹岩酸性岩7565石英、正长石、云母浅深铁、铅、锌、钨、锡、钼、金、银及稀有元素闪长岩、闪长玢岩、安山岩中性岩6552斜长石、角闪石铁、铜、铅、锌、银、金辉长岩、辉绿岩、玄武
22、岩基性岩5245辉石、斜长石铁、钛、钡、钼、镍、铂橄榄岩、金伯利岩超基性岩45橄榄石、辉石铂、铬、钴、镍、金刚石、石棉Introduction of Mining Engineering2222岩浆岩岩浆岩 橄榄岩 玄武岩花岗岩闪长岩 辉长岩 安山岩 Introduction of Mining Engineering2323大理岩 黑色大理岩 石英片岩(具褶皺構造)石英片岩 片麻岩 花崗片麻岩 变质岩变质岩Introduction of Mining Engineering2424黑色片岩 片岩(褶皺引起)板岩 硬泥岩 矽質片岩 蛇紋岩 变质岩变质岩Introduction of Minin
23、g Engineering1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念2525沉积岩按物质成分和成因可分为沉积岩按物质成分和成因可分为:u碎屑岩类碎屑岩类角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩（其中含有化石和结核）u粘土岩类粘土岩类泥岩、页岩u化学和生物化学岩类化学和生物化学岩类石灰岩：矿物成分主要是方解石，一般为白色或灰色 u沉积岩具有明显的成层现象。沉积岩具有明显的成层现象。鱼类化石鸟类化石 昆虫化石 琥珀 Introduction of Mining Engineering2626成因沉积岩形成于地表或接近地表。岩石颗粒经过风、流水、冰川的搬运，然后沉积于陆地、河湖
24、以及海洋环境如海滩、三角洲、海底等。沉积层沉积层 沙滩上的卵石和砂粒沙滩上的卵石和砂粒最终可能形成沉积岩最终可能形成沉积岩 颗粒大小 尽尽管管沉沉积积岩岩颗颗粒粒的的分分类类很很复复杂杂，但但粗粗粒粒、中中粒粒和和细细粒粒等等术术语语仍仍经经常常使使用用。颗颗粒粒的的大大小小从从巨巨砾砾到到粘粘土土的的微微粒粒，组组成成粗粗粒粒岩岩石石的的碎碎屑屑肉肉眼眼可可见见，如如砾砾岩岩、角角砾砾岩岩和和砂砂岩岩，中中粒粒岩岩的的颗颗粒粒用用便便携携式式放放大大镜镜可可辨辨，如如粉粉砂岩，细粒岩石包括页岩、粘土岩和泥岩。砂岩，细粒岩石包括页岩、粘土岩和泥岩。粗粗 粒粒 中中 粒粒 细细 粒粒化石内容化化
25、石石主主要要产产于于沉沉积积岩岩，它它们们是是保保存存在在沉沉积积岩岩中中的的动动植植物物遗遗体体。岩岩石石中中所所含含化化石石指指示示岩岩石石的的形形成成环环境境，如如海海生生生生物物化化石石说说明明岩岩石石是是在在海海洋洋环环境境下下形形成成的的，石灰岩是富含化石的沉积岩。石灰岩是富含化石的沉积岩。贝壳石灰岩中的腕足类化石贝壳石灰岩中的腕足类化石 石 英 砾 岩 Introduction of Mining Engineering2727三、三、地史的概念地史的概念地球形成已有四十五亿年以上的历史，在不同的历史时期和自然地理环境下形成的地层，其颜色、成分和结构等都有一定的特征；各个历史时期
26、和特定的自然环境都繁殖有一定的古生物群，经石化后形成生物化石，成了地层的天然纪录。为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，将地球的历史从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时代，代以下又分为若干纪，纪以下又分为世。代、纪、世是国际统一的地质时代单位。计算地球年龄以“百万年”为最小单位。在各个地质时代是形成的地层相应地称为界、系、统，它是国际统一的地层单位，见表 1-2。1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering2828年代单位年代符号距今年数(百万年)主要现象新生
27、代新生代(哺乳类动物时代哺乳类动物时代)第四纪第四纪全新世全新世QhQh0.0120.012更新世更新世QpQp1.641.64冰川广布，黄土生成冰川广布，黄土生成晚第三纪晚第三纪上新世上新世N2N25 52 23.33.3西部造山运动，东部低平，湖西部造山运动，东部低平，湖泊广布泊广布中新世中新世N1N1早第三纪早第三纪渐新世渐新世E3E337.537.5哺乳类分化哺乳类分化始新世始新世E2E23838蔬果繁盛，哺乳蔬果繁盛，哺乳类急速发展类急速发展古新世古新世E1E16565（我国尚无古新世地层发现）（我国尚无古新世地层发现）1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组
28、成及地史的概念Introduction of Mining Engineering2929年代单位年代符号距今年数(百万年)主要现象中生代中生代(爬行动物时代爬行动物时代)白垩纪白垩纪K K137137造山作用强烈，火成岩活造山作用强烈，火成岩活动矿产生成动矿产生成侏罗纪侏罗纪J J205205恐龙极盛，中国南山俱成，恐龙极盛，中国南山俱成，大陆煤田生成大陆煤田生成三叠纪三叠纪T T250250中国南部最后一次海侵，中国南部最后一次海侵，恐龙哺乳恐龙哺乳类发育类发育1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Eng
29、ineering3030年代单位年代符号距今年数主要现象上古生代上古生代(两栖动物与两栖动物与造煤植物时代造煤植物时代)二叠纪二叠纪P P295295 世界冰川广布，新南最大海侵，造山作用强烈世界冰川广布，新南最大海侵，造山作用强烈石炭纪石炭纪C C354354气候温热，煤田生成，爬行类昆虫发生，气候温热，煤田生成，爬行类昆虫发生，地形低平，珊瑚礁发育地形低平，珊瑚礁发育中古生代中古生代(鱼类时代鱼类时代)泥盆纪泥盆纪D D410410 森林发育，腕足类鱼类极盛，两栖类发育森林发育，腕足类鱼类极盛，两栖类发育志留纪志留纪S S438438 珊瑚礁发育，气候局部干燥，造山运动强烈珊瑚礁发育，气候
30、局部干燥，造山运动强烈1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念Introduction of Mining Engineering3131年代单位年代符号距今年数主要现象下古生代下古生代(无脊椎动物时代无脊椎动物时代)奥陶纪奥陶纪O490地热低平地热低平,海水广布海水广布,无脊椎动物极繁无脊椎动物极繁,末末期华北升起期华北升起寒武纪寒武纪543浅海广布，生物开始大量发展浅海广布，生物开始大量发展隐生隐生代代上元古代上元古代震旦纪震旦纪Sn680 地形不平，冰川广布，晚期海侵加广地形不平，冰川广布，晚期海侵加广下元古代下元古代前震前震旦纪旦纪滹沱滹沱2300沉积深厚造山变质强烈，火成岩活动矿沉积深厚造山变质强烈，火成岩活动矿产生成产生成五台五台2500早期基性喷发早期基性喷发,继以造山作用继以造山作用,变质强烈变质强烈,花岗岩侵入花岗岩侵入太古代太古代泰山泰山约约3350地壳局部变动地壳局部变动大陆开始形成大陆开始形成1.1地质作用、地壳的物质组成及地史的概念地质作用、地壳的物质组成及地史的概念