井巷工程教案第01章煤田地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)(已修改)
2025-08-22 11:50 本頁(yè)面
【正文】 第一章 煤田地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)地質(zhì)工作是煤礦生產(chǎn)的先鋒，地質(zhì)資料（主要指煤層和巖層的埋藏情況）是礦井設(shè)計(jì)與日常生產(chǎn)的重要依據(jù)。沒(méi)有可靠的地質(zhì)資料，礦井設(shè)計(jì)與生產(chǎn)就會(huì)陷入盲目狀態(tài)。煤礦地質(zhì)工作包括煤田地質(zhì)勘探和礦井地質(zhì)工作，前者指找煤開(kāi)始和最終獲得一定精度的地質(zhì)資料，以滿(mǎn)足礦井設(shè)計(jì)的需要；后者指在建井和生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步查清地質(zhì)情況，直接為生產(chǎn)服務(wù)。第一節(jié) 煤層埋藏特征與煤層分類(lèi)一、概述(一)煤的形成雖然我國(guó)采煤和用煤的歷史可以追溯到上千年前，但人們一直不清楚煤是怎樣形成的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是發(fā)明了顯微鏡以后，人們終于揭開(kāi)了這個(gè)千年之謎：煤是由植物轉(zhuǎn)變而來(lái)的。植物是成煤的原始物質(zhì)，它分為低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤稱(chēng)為腐泥煤，在我國(guó)俗稱(chēng)“石煤”（因其灰分即礦物質(zhì)含量高，外觀(guān)似黑色巖石而得名）；由高等植物形成的煤稱(chēng)為腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占絕大多數(shù)，目前開(kāi)采的也主要是腐植煤。煤是由植物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的極其復(fù)雜的生物化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的。從植物遺體堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱囊幌盗醒葑冞^(guò)程稱(chēng)為成煤作用。成煤作用大致可分為兩個(gè)階段（圖11）：第一階段，泥炭化階段；第二階段，煤化階段。在泥炭化階段，低等植物及浮游生物遺體經(jīng)腐泥化作用形成腐泥，高等植物遺體經(jīng)泥炭化作用形成泥炭；在煤化階段，腐泥轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗝?，泥炭?jīng)煤成巖作用轉(zhuǎn)變?yōu)楹置?，褐煤?jīng)煤變質(zhì)作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤等。褐煤、煙煤、無(wú)煙煤均屬腐植煤類(lèi)。圖11 成煤作用階段劃分(二)煤的分類(lèi)我國(guó)煤炭資源豐富，煤種齊全。按煤的煤化程度和工藝性能，可將煤炭分為褐煤、煙煤和無(wú)煙煤三大類(lèi)，其煤化程度逐漸升高。其中煙煤又可分為長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤以及貧煤，越往后煤化程度越高。二、煤層埋藏特征(一)煤田和儲(chǔ)量1．煤田在同一地史發(fā)展過(guò)程中，由炭質(zhì)物的沉積并連續(xù)發(fā)育而造成的大面積含煤地帶，稱(chēng)為煤田。煤田的范圍、儲(chǔ)量大小不一，小型煤田的面積不大，儲(chǔ)量只有幾百到幾千萬(wàn)噸；大型煤田的面積有數(shù)千或數(shù)萬(wàn)平方公里，儲(chǔ)量可達(dá)幾億到幾百億噸。2．煤的儲(chǔ)量煤的儲(chǔ)量是指地下埋藏著具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的煤炭資源的數(shù)量，可用分級(jí)和分類(lèi)來(lái)表示其價(jià)值，見(jiàn)表11。表11 煤炭?jī)?chǔ)量分類(lèi)表根據(jù)煤田內(nèi)不同塊段的勘探程度，將儲(chǔ)量分為A、B、C、D四級(jí)。A、B級(jí)稱(chēng)為高級(jí)儲(chǔ)量；C、D級(jí)稱(chēng)為低級(jí)儲(chǔ)量。級(jí)別越高，表示地質(zhì)情況勘查得越詳細(xì)，煤炭的數(shù)量和質(zhì)量了解得越可靠。（1）地質(zhì)儲(chǔ)量。由地質(zhì)勘探在一定范圍和計(jì)算深度內(nèi)，所獲得的總儲(chǔ)量，稱(chēng)為地質(zhì)儲(chǔ)量（一個(gè)礦井范圍內(nèi)的地質(zhì)儲(chǔ)量，習(xí)慣上稱(chēng)礦井總儲(chǔ)量）。（2）平衡表外儲(chǔ)量。指由于煤炭灰分高、厚度小、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等，在目前技術(shù)條件下暫時(shí)不能開(kāi)采的儲(chǔ)量，也稱(chēng)尚難利用儲(chǔ)量。（3）平衡表內(nèi)儲(chǔ)量。指符合當(dāng)前開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，可以開(kāi)采和利用的儲(chǔ)量，也稱(chēng)能利用儲(chǔ)量。（4）工業(yè)儲(chǔ)量。指平衡表內(nèi)比較清楚的A、B、C三級(jí)儲(chǔ)量的總和，是礦井設(shè)計(jì)和投資的依據(jù)。（5）遠(yuǎn)景儲(chǔ)量。指平衡表內(nèi)的D級(jí)儲(chǔ)量。由于勘探程度不高，有待進(jìn)一步勘探，提高儲(chǔ)量級(jí)別后，才能直接利用。它是礦井遠(yuǎn)景規(guī)劃的依據(jù)。（6）可采儲(chǔ)量。指工業(yè)儲(chǔ)量中可以采出的那一部分儲(chǔ)量。（7）設(shè)計(jì)損失量。指為了煤礦生產(chǎn)安全和技術(shù)上的需要，按設(shè)計(jì)規(guī)定遺留在井下的那一部分儲(chǔ)量，例如：井筒保護(hù)煤柱；斷層、河流、邊界（井田和采區(qū)邊界）、巷道等的保護(hù)煤柱。（二）煤層埋藏特征煤像其它沉積巖層一樣，一般呈層狀分布，但也有呈雞窩狀、扁豆?fàn)罨蚱渌茖訝睢２煌拿簩悠浣Y(jié)構(gòu)、厚度及穩(wěn)定性等有所不同。1. 煤層結(jié)構(gòu)根據(jù)煤層中有無(wú)穩(wěn)定的巖石夾層（夾矸），將煤層分為兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。（1）簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層 煤層中不含穩(wěn)定的呈層狀的巖石夾層，但含有呈透鏡體或結(jié)核分布的礦物質(zhì)（圖12）。一般厚度較小的煤層往往結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，說(shuō)明煤層形成時(shí)沼澤中植物遺體堆積是連續(xù)的。圖12 煤層結(jié)構(gòu)示意圖（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層 煤層中常夾有穩(wěn)定的呈層狀的巖石夾層，少者1～2層，多者十幾層（圖12）。巖石夾層的巖性最常見(jiàn)的有碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)粉砂巖。巖石夾層的厚度一般從幾厘米到數(shù)十厘米不等。煤層中如有較多的或較厚的巖石夾層，往往不利于機(jī)組采煤，同時(shí)也影響煤質(zhì)，增加煤的含矸率。但有的巖石夾層是優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料或耐火材料等，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值甚至高于煤層本身。2．煤層厚度煤層的頂板與底板之間的垂直距離叫煤層厚度。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的煤層，則有總厚度和有益厚度之分?？偤穸仁侵该簩禹斆嬷恋酌嬷g全部煤分層與巖石夾層之和；有益厚度是指煤層頂面至底面之間各煤分層之和。根據(jù)我國(guó)有關(guān)部門(mén)的規(guī)定，一般地區(qū)煤層地下開(kāi)采的最低可采厚度標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表12；；。表12 一般地區(qū)煤層最低可采厚度標(biāo)準(zhǔn)（地下開(kāi)采）3．煤層的層數(shù)及層間距各煤田中的煤層數(shù)目不同，少的只有一層或幾層；多的可達(dá)十幾層到幾十層。相鄰兩煤層之間的距離可由幾十厘米到數(shù)百米。通常稱(chēng)為煤層的層間距。4．煤層埋藏深度煤層埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可達(dá)2km，目前我國(guó)煤礦的開(kāi)采深度已達(dá)千米以上。隨著開(kāi)采深度的增加，礦山壓力、井下溫度、涌水量與瓦斯涌出量等，都將增大。5．煤層頂?shù)装澹?）頂板頂板指位于煤層上方一定距離的巖層。根據(jù)頂板巖層巖性、厚度以及采煤時(shí)頂板變形特征和垮落難易程度，將頂板分為偽頂，直接頂、基本頂三種（圖13）。偽頂是指直接覆蓋在煤層之上的薄層巖層。巖性多為碳質(zhì)頁(yè)巖或碳質(zhì)泥巖，厚度不大，一般為幾厘米至幾十厘米。它極易垮塌，常隨采隨落，所以它都混雜在原煤里，增加了煤的含矸率。直接頂位于偽頂之上。巖性多為粉砂巖或泥巖，厚度為1m～2m左右。它不像偽頂那樣容易垮塌，但采煤回校后一般能自行垮落，有的經(jīng)人工放頂后也較易垮落。直接頂垮落后都充填在采空區(qū)內(nèi)?；卷斢址Q(chēng)“老頂”。位于直接頂之上。巖性多為砂巖或石灰?guī)r，一般厚度較大，強(qiáng)度也大?；卷敗悴擅汉箝L(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不易自行垮塌，只發(fā)生緩慢下沉。值得注意的是，并不是每個(gè)煤層都可分出上述三種頂板。有的煤層可能沒(méi)有偽頂，有的煤層可能偽頂、直接頂都沒(méi)有，煤層之上直接覆蓋基本頂，如山東肥城礦區(qū)的8號(hào)煤層之上直接為石灰?guī)r基本頂。（2）底板底板指位于煤層下方一定距離的巖層。底板分為直接底和老底兩種（圖13）。直接底指煤層之下與煤層直接接觸的巖層。巖性以碳質(zhì)泥巖最為常見(jiàn)，厚度不大，常為幾十厘米。老底指位于直接底之下的巖層。其巖性多為粉砂料或砂巖，厚度較大。有的煤礦往往將一些永久性巷道布置在老底中，這樣有利于巷道的維護(hù)。三、煤層分類(lèi)
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