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1、煤矿安全生产知识 于广富 煤矿地质学概述 地质学是研究地球，主要是研究地壳的科学。具体地讲，它是研究地壳的构造、物质组成、发展变化、以及矿产的形成和分布规律等内容的科学。而煤矿地质就是利用地质基础知识，研究煤的生成、煤的赋存状态、确定煤的用途、煤的储量；研究分析和解决影响矿井建设与采煤的地质因素，达到指导采掘工程的正常进行而发展起来的一门专业基础课。煤矿地质和生产的关系地质工作是煤炭开发的起点，并贯穿在煤炭勘探、煤矿建设、煤矿生产全过程。地质资料是矿井设计的主要依据。地质资料是指导煤矿正常生产不可缺少的根据。地质资料是与煤矿自然灾害作斗争的武器。煤矿地质工作是加强储量管理、煤炭资源合理开采、防
2、止煤炭资源丢失起到非常重要的作用。学习目的和内容 通过培训使学员掌握煤矿地质的基础知识，能够在实际工作中认清影响煤矿安全生产的地质因素，并知道有何影响，以便采取正确措施。学习内容主要包括：1、煤的形成。2、煤层赋存状况。3、煤层顶底板 4、地质构造一 煤的形成(一)成煤的原始物质 煤是由古代植物遗体变化形成的。主要证据：1、在煤层及顶底板岩层有大量植物化石；2、用显微镜观察煤的薄片，可以看到煤中的木质细胞组织。低等植物（菌类、藻类）形成腐泥煤类。高等植物（木本植物）形成煤（也称腐植煤）。（二）煤的形成条件 1、植物条件：植物大量繁殖是形成煤的基本条件。2、气候条件：温暖湿润的气候是形成形成煤的
3、重要条件。3、自然地理条件：适于大面积沼泽的自然地理环境。4、地壳运动条件：（1）对自然地理环境起控制作用；（2）影响煤层厚度的变化；（3）形成多煤层沉积。在地壳发展的历程中，只有某个地区同时具备以上四个条件，彼此间又相互配合的较好持续时间较长，就能形成煤层多、厚度大、储量丰富的煤田。我国的主要成煤时期有古生代的石炭纪、二迭纪，中生代的三迭纪、侏罗纪，以及新生代的第三纪。(三)煤的形成过程 植物死亡后，遗体堆积在低洼积水的沼泽中，经过复杂的腐泥化作用或泥炭化作用，形成了腐泥或泥炭。它们在地壳运动的影响下，被埋在地下深部，由于温度和压力的影响，腐泥转变成腐泥煤；泥炭转变成腐植煤。根据成煤作用时间
4、、影响因素及结果的不同，成煤过程分为两个阶段：1、泥炭化或腐泥化阶段（喜氧细菌和厌氧细菌作用）2、煤化阶段（温度和压力作用）（1）成岩阶段 （2）变质阶段 低等植物高等植物腐泥泥炭腐泥煤褐煤煤烟无烟煤泥炭化或腐泥化作用煤化作用成岩作用变质作用成煤作用及各阶段的产物(四)煤系、煤田、煤层 1、煤系是指在一定地质时期内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。2、煤田大致在同一地质时代形成的、成因上有一定联系、分布面积广大、具有一定规律的含煤地带。3、煤层指顶底板岩石之间所夹的一套煤及其矸石层。煤层是煤系的主要组成部分。煤层层数、厚度极其变化是评价煤田经济价值的主要因素。认清煤层的赋存状态、顶
5、底板岩石构成和地质构造情况对煤矿安全生产是极为重要的。二 煤层的赋存状态 （一）煤层的形态 煤层的形态是指煤层赋存的空间几何形态。按其成层的连续程度及可采面积与不可采面积之比例，分为三类：1、层状煤层：呈连续层状，曾位稳定，厚度变化小、且有一定规律。2、似层状煤层：层位比较稳定，有一定的连续性，煤层厚度变化较大，无一定规律性。包括藕节状、窜珠状、瓜藤状等。3、非层状煤层：层位极不稳定，连续性很差，分叉尖灭现象普遍，煤层厚度变化常常局部可采无规律可循。常见的有鸡窝状、扁豆状、透镜状。（二）煤层结构 煤层结构是指煤层中是否含有岩石夹层（又称夹矸）。煤层结构有两种：1、简单结构煤层：煤层中不含有稳定
6、夹矸层。2、复杂结构煤层：煤层中含有稳定夹矸层。复杂结构煤层示意图顶板底板夹矸（三）煤层厚度 煤层厚度指煤层顶底板岩石之间的垂直距离，也称真厚度。1、煤层厚度示意图:MLHMM真厚度水平厚度铅垂厚度a倾角M=Lsina=Hcosaa（2、煤层厚度分类：根据煤层结构可将煤层厚度分为总厚度、有益厚度、可采厚度三种。如图：0、1M0、3M0、4M 总厚度0、5M0、6M0、4M可采厚度总厚度=2、5M0、2M有益厚度=1、7M可采厚度=1、5M达到国家规定的最低可采厚度以上的煤层或煤分层厚度之和 3、煤层按厚度不同分类：煤层厚度是选择采煤方法依据 之一，根据厚度不同将煤层分为三个厚度级：薄煤层：1.
7、30米 中厚煤层：1.303.5米 厚煤层：.50米 一般情况，薄及中厚煤层一次采全高，厚煤层采用分层开采，主要有分层同采、分层分采、综采放顶煤开采等。三 煤层的顶底板 位于煤层上覆后于煤层形成的岩层称为煤层的顶板，位于煤层下伏的先于煤层形成的岩层称为煤层的底板。煤层的顶底板岩石的性质、强度及含水性质，对采掘工作有直接影响。它是确定采掘工作面支护方式，选择顶板管理方法的重要依据。（一）顶板 根据岩石性质、厚度及采煤过程中垮落的难易程度，顶板可分为：伪顶、直接顶、基本顶三种类型。1、伪顶:指直接位于煤层之上的岩层，薄而脆，及易垮落，多为炭质页岩或页岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不
8、易维护。2、直接顶：位于伪顶之上或煤层之上的一层或数层岩石，常为数米厚的泥质页岩、页岩、砂质页岩、粉砂岩、或细砂岩。它比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩需要进行人工放顶。3、基本顶：又称老顶，位于直接顶之上（有时也可能紧帖在煤层之上）有一定厚度的坚硬岩石，一般为粗砂岩、砾岩、石灰岩。采空后能维持很大的悬露面积，长时间不垮落，仅发生缓慢下沉，当悬露面积到一定后垮落，造成工作面来压。(二)底板 煤层底板 分为直接底和基本底。1、直接底 直接为于煤层之下的岩层称直接底。多为数十厘米厚，富含植物根化石的泥岩。由于这种岩石遇水膨胀，容易引起底鼓现象，造成运输线路或巷道支架的
9、破坏2、基本底 又称老底，位于直接底之下常为砂砾岩或石灰岩。煤层顶底板示意图 名称柱状图 岩 性基本顶砂岩或石灰岩 直接顶页岩或粉砂岩 伪顶 煤层 直接底 老底炭质页岩或页岩 半亮型泥岩石灰岩（三）煤层顶板分类、易垮落松软顶板直接顶为厚层易垮落松软岩层，能随回柱垮落，并能充满采空区，工作面来压缓和。、中等垮落的稳定顶板直接顶为松散岩层，厚度不大，能随回柱而垮落，但不能充满采空区，当工作面推进一段距离后，老顶也会垮落，工作面周期来压现象明显。、难垮落的坚硬顶板煤层直接被老顶覆盖，不能随回柱而垮落，当老顶悬露到一定面积后垮落，使工作面周期来压剧烈，常常造成工作面条件恶化。、极难垮落的坚硬顶板煤层之
10、上覆盖了极坚硬的厚岩层，在采空区悬顶面积可达几千甚至几万平方米不垮落，一旦垮落会造成狂风、巨响，易造成大事故。、塑性弯曲顶板直接顶是具有一定厚度塑性较大的坚硬岩石，回柱后不垮落，而随采空区面积增大而缓慢弯曲下沉，逐渐与底板接触。四地质构造由于地壳运动使岩层或岩体的原始产状和原始形态改变，形成了各式各样的构造形态称为地质构造。地壳运动单斜、褶皱、断层重力作用地下水作用侵蚀风化作用岩溶陷落柱、火山作用岩浆侵入体冰川作用.（一）单斜构造在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜的构造形态叫单斜构造。在较大范围内，它往往其他构造的一部分，如褶曲的一翼、或断层的一盘。、煤（岩）层的产状要素：倾斜煤（岩）
11、层在地壳中的空间和产出状态，称为产状，煤（岩）层的产状是以其层面在空间的方位及其与水平面的关系来确定的，用走向、倾向和倾角三要素来表示。，（）、走向：倾斜煤（岩）层层面与水平面的交线称为走向线，走向线两端的延伸方向叫走向。它表示煤（岩）层在水平面上的延伸方向。（）、倾向：倾斜煤岩层层面上与走向线垂直的线叫倾向线，倾向线由高向低的水平投影所指的方向叫倾向。（）、倾角：煤岩层层面与水平面所夹的最大锐角叫倾角。水平面岩层层面走向倾向倾角a产状要素示意图地质罗盘测量、煤层按倾角不同分类：近水平煤层：缓倾斜煤层：倾斜煤层：急倾斜煤层：倾角大小反映煤岩层的倾斜程度，倾角越大，开采越困难，是选择采煤方法的依
12、据之一。（二）褶皱构造 当岩层在水平方向挤压力的长期作用下，所形成的各种弯曲变形，叫褶皱构造。褶皱构造是岩层塑性变形的产物，它保持了岩层的连续完整性。褶皱构造中岩层的一个弯曲叫褶曲，它是褶皱构造的基本单位。1、褶曲的基本形态 （1）背斜 是岩层向上的弯曲。背斜核心部位是老岩层，外侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现。外侧两翼岩层倾向相背。（2）向斜 是岩层向下的弯曲。向斜核心部位是新岩层，外侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现。外侧两翼岩层倾向相背。褶曲 褶曲 褶皱构造新 老 新 背斜老 新 老 向斜2、褶曲要素翼 轴面 轴枢纽地表面顶角翼角水平面岩层褶曲各部位的名称,描述褶曲在空间的形态特征核部、翼
13、部、翼角、顶和槽、轴面、轴、枢纽、褶曲的主要类型根据褶曲在横断面的特征（轴面产状）可分为：直立褶曲倾斜褶曲倒转褶曲直立褶曲也称对称褶曲。轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。倾斜褶曲轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角明显不等。倒转褶曲轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，岩层层序一翼正常，另一翼倒转。、根据褶曲在纵剖面特征（枢纽产状）可分为：水平面轴面褶曲在水平面上延伸，枢纽近于水平，两翼的走向基本平行。褶曲在一定方向上倾伏至消失，枢纽倾伏，两翼走向不平行。水平褶曲倾伏褶曲、褶曲构造与煤矿安全生产的关系 （1）增大开采难度。（2）给顶板管理带来困难。由于褶曲轴部裂隙发育，岩层较为破碎，顶板不好管理，很
14、容易发生冒顶事故；大型向斜轴部顶板压力常有增大现象，必须加强支护，否则容易发生垮塌、切面事故。（3）容易引起瓦斯事故。封闭的背斜轴部瓦斯涌出量大，向斜轴部是瓦斯突出的危险区。（4）容易引起水害。褶曲轴部裂隙是地下水的良好通道和储存场所。（三）断裂构造 岩层收力后产生变形，当作用力超过岩层的弹性变形时，岩层的连续性和完整性均遭到破坏，产生了断裂或沿断裂面岩块发生相对位移，这些构造统称断裂构造。断裂构造分为裂隙、簖层两种基本类型。1、裂隙：岩层断裂后，断裂面两侧岩块未发生显著位移的断裂构造，称为裂隙（又称节理）。（1）类型：按成因不同分为原生裂隙、构造裂隙、非构造裂隙。按裂隙产状和岩层产状关系分为
15、走向裂隙、倾向裂隙、斜交裂隙。（2）裂隙与煤矿生产的关系：A、炮眼方向应煤、岩层主要裂隙方向尽量垂直或斜交。否则，钻眼时易卡钎子；爆破时易沿裂隙面漏气，大大降低爆破效果。：B、采掘工作面应与煤层主要裂隙方向尽量垂直或斜交。否则，容易引起片帮、冒顶事故；突出危险矿井瓦斯不能向平巷散放，致使回采时瓦斯放散作用可能极其强烈。裂隙方向 工作面瓦斯瓦斯裂隙铰接 梁立柱C、采煤工作面的支架应与顶板岩石主要裂隙方向垂直或斜交。D、顶板岩石裂隙发育时，放顶距离应小一些。当煤层倾角小于15时，回柱放顶方向要根据主要裂隙方向确定，使顶板岩石顺着裂隙面以不大的块度冒落，保证安全。33321211-1 2-2 3-3
16、为正确回柱方向4 5 64顶板岩石主要裂隙方向5新特种支架6老特种支架工作面回柱方向示意图 E、裂隙破碎带是瓦斯、地下水的良好通道和储存场所，会造成淋水增大，瓦斯涌出量增大，必须注意预防水患和瓦斯事故。F、裂隙破碎带煤层破碎，顶板岩石破碎，必须加强支护，否则容易引起片帮、冒顶事故。2、断层 岩层断裂后，断裂面两侧岩层发生了明显移动称为断层。（1）断层的要素：A、断层面（或断层破碎带）B、断层线：断层面与地面的交线，反映了断层的延伸方向，有时呈直线，有时呈曲线。C、断盘：位于断层面上面的岩块叫上盘，位于断层面下面的岩块叫下盘。D、交面线：断层面与煤层底板的交线称为交面线。与上盘煤层底板的交线称上
17、盘交面线，与下盘煤层底板的交线称下盘交面线。12345671断层面倾向 2断层面走向3下盘（上升盘）4上盘（下降盘）5断层线 6断层面7断层面倾角 E、断距；断层两盘同一侧相对移动的距离。断距分为地层断距、铅直断距（也叫落差）、水平断距和斜断距。abcda地层断距b水平断距c落差d斜断距（）断层分类、按断层两盘相对位移的方向分类：正断层逆断层平移断层上盘相对下降，下盘相对上升。上盘相对上升，下盘相对下降。两盘沿断层面做水平移动B、根据断层走向与岩层走向关系分类；走向断层：平行倾向断层：垂直斜交断层：斜交倾向断层走向断层斜交断层（3）断层对煤矿安全生产的影响 A、影响采区划分、工作面和巷道布置。
18、工作面布置不规则，巷道掘进率明显增高，还常常会造成进尺，不仅带来损失，还会留下安全隐患。B、断层带岩石破碎，容易造成冒顶事故。工作面过断层时必须采取措施，加强支护。C、断层带岩石破碎，地表水和含水层中的水往往沿断层带流入井下，使井下涌水量增加，甚至引起突水事故。D、封闭的 断层破碎带是瓦斯良好的积聚场所，是瓦斯突出的危险区。E、断层造成煤碳的损失。（四）岩溶陷落柱 岩溶陷落柱就是指煤系地层中的环状陷落。它破坏了煤层的连续完整性。1、陷落柱的形成 由于在煤系地层下部为可溶性石灰岩的地区，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰岩不断溶解破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在长期的上覆岩层的重力作
19、用下，引起煤层及周围岩层塌陷，形成陷落柱。如我国华北石炭二叠纪煤系，形成于奥陶纪石灰岩古老侵蚀面上，应而陷落柱比较发育。陷落柱形成过程示意图 2、陷落柱 的特征 （1）地貌上陷落区的形状一般为椭园或扁园形的陷落盆地。（2）陷落柱总的形态一般是上小下大的不规则园锥体。（3）陷落柱内的岩石碎块棱角显著，形状不规则，排列紊乱、大小混杂，为粘土充填粘结。（4）陷落柱与围岩的接触界面多呈不规则的锯齿状，界限明显。接触面的角度是上大下小，一般在5085，75者最常见。接触处的围岩产桩基本正常，接触带的煤层及其顶底板一般无牵引现象。（5）接近陷落柱35米时岩层裂隙发育，煤层十分破碎，有时见到落差不大的正断层。（6）有的柱内干燥无水，有的有淋头水和小细流。（7）瓦斯涌出量增大，比正常地区一般高23倍。3、陷落柱对煤矿安全生产的影响 （1）破坏可采煤层，减少煤炭储量。（2）降低采掘效率，提高生产成本。（3）容易造成冒顶事故。（4）可能引起突水事故。（5）发生瓦斯事故。