矿山地质学宋党育宋党育 资源环境学院资源环境学院1第八章 影响煤矿生产的地质因素第一节 煤层厚度变化第二节 矿井地质构造第三节 岩浆侵入煤层第四节 喀斯特陷落柱第五节 矿井瓦斯第六节 煤层顶底板第七节 地 温2一、煤层厚度变化的原因煤层是泥炭层经煤化作用转化形成的，大都呈层状或是 似层状。煤厚变化的原因很多，归纳起来可划分为两类：（一）原生变化整个含煤岩系最终形成之前，由某些地质因素(地壳运 动、沉积环境变迁)引起的煤层形态和厚度的变化。第一节 煤层厚度变化31）地壳不均衡沉降地壳不均衡沉降形成煤层分叉的形式：马尾状散射束；超覆式；退覆式；聚煤面积不断缩小的分叉类型；聚煤面积不断扩大的分叉类型。第一节 煤层厚度变化42）泥炭沼泽古地理泥炭沼泽基底不平引起的煤层厚度变化特点： 底板起伏不平，而顶板与煤层的接触面是平面。 煤层变薄的方向是底板突起的方向，煤层厚度是渐变的。 煤分层或夹矸被基底隆起地段隔开而呈现不连续。第一节 煤层厚度变化53）同生冲蚀在煤层形成过程中，因地壳上升，河流在含煤地段发育 ，泥炭被冲蚀同生冲蚀。 同生冲蚀的特征： （1）煤层和冲刷物有共同的顶板。 （2）煤层和冲刷物相混，煤中有冲刷物，冲刷物中有煤。 （3）冲刷范围一般不大。 （4）冲刷物平面分布呈弯曲条带状。第一节 煤层厚度变化6（二）次生变化含煤岩系形成以后，由于地壳运动、岩浆活动、侵蚀 冲刷等引起煤层厚度发生变化。主要包括：河流后生冲蚀 、地质构造变动、岩浆侵入活动和喀斯特陷落破坏。1）河流后生冲蚀次生冲蚀的特征： （1）冲蚀规模较大，煤、顶板及底板均被冲蚀。 （2）冲刷沉积物粒度较粗，常为砾岩、粗砂岩及中砂岩。 （3）邻近冲刷带的煤层，光泽变暗、灰分增高、裂隙发育 。 （4）被冲刷的煤层与冲刷沉积物犬齿交错。第一节 煤层厚度变化7第一节 煤层厚度变化82）构造挤压 （1）受褶皱影响 （2）受断层影响第一节 煤层厚度变化9（3）构造挤压引起煤层厚度变化的特点 a.由于夹矸与煤层混杂，造成灰分增高。 b.顶、底板岩层不完整，裂隙发育，有时与煤互相穿插 。 c.在煤层增厚与变薄区，煤层结构遭到破坏,煤呈鳞片、 粉末状。 d.沿煤层走向或倾向，煤层增厚带或变薄带交替出现。第一节 煤层厚度变化103）岩浆侵入 4）喀斯特陷落柱第一节 煤层厚度变化11二、煤厚变化对生产的影响1.影响采掘布置原分层开采的厚煤层，由于煤厚变薄，只能改为 单层开采。原一次采全厚的煤层，由于煤层增厚，又要 改为分层开采。 2.影响计划生产工作面内煤层变薄，引起工作面回采提前，造成采 掘失调。工作面接续紧张。采掘工作面，对煤层稳定程 度要求更高，煤厚变化影响生产效率 第一节 煤层厚度变化12第一节 煤层厚度变化133.掘进率增高为探明煤厚变化，需要布置探巷，有时煤层尖灭造 成废巷。 4.回采率降低煤厚变化，造成面积损失，降低回采率。第一节 煤层厚度变化14三、煤厚变化的研究与处理（一）煤层厚度的观测与探测 1.煤层的观测 1）观测的基本要求 一切穿过巷道揭露煤层的地点，均应详细观测。 顺煤层掘进的巷道，观测点间距视煤层稳定性确定。 采面每710天布点观测一次。 2）观测的内容 煤层结构：各煤层夹石层层数，岩性。 煤层厚度：总厚度，分层厚度及变化。第一节 煤层厚度变化15 煤层顶底板：岩性、厚度、裂隙发育程度、力学性质。 煤质：煤的物理性质，煤岩类型。 煤层含水性：一般分为干燥（无水）、潮（滴）、湿（ 淋水）、含水（涌水） 煤层产状。 3）观测的一般方法观测与地质编录一起进行，煤层稳定时，隔适当距离 实测小柱状，煤厚变化大，作一壁连续剖面，急倾斜，要 作巷道迎头断面图。第一节 煤层厚度变化161) 在能够揭露煤层全厚的巷道中，用皮尺垂直煤层直接测 量煤层总厚。 2）采用绘制连续煤层剖面，或以一定间距测绘煤层柱状、 迎头素描及用顶底板标高控制煤厚。第一节 煤层厚度变化173) 煤层观测点的布置应按实际情况。4）一般用沉积岩石学方法来鉴定煤层顶底板。5）煤岩分层描述的观测点，尽可能选择在新鲜的连续剖面 上。6）在上述观测的基础上，将井下收集的各种煤层资料填绘 在采掘工程平面图上。第一节 煤层厚度变化182.煤层的探测对于巷道未揭露的厚煤层或没有巷道揭露的煤层， 就必须采用一些探测手段，来了解其厚度变化。探测工 作常用的是探煤钻和探煤巷。1）厚煤层的探测对于厚煤层，巷道一般不能揭露其全厚，而煤厚的 变化又直接影响着分层开采和巷道布置，所以在厚煤层 掘进和回采中，坚持探煤厚工作是十分必要的。 掘进巷道的探煤厚工作第一节 煤层厚度变化19a.缓倾斜煤层利用钻探配合溜煤眼和联络斜巷探测煤层厚度，间距 1520米。第一节 煤层厚度变化20b.急倾斜煤层钻孔与煤门相结合 。掘进巷道中的探测 点间距，要立足于能 够真实反映煤厚变化 一般间距1020米布 置一个探煤点，两点 煤厚变化大于0.5米时 ，要加密探测点。第一节 煤层厚度变化21 回采工作面的探煤厚工作在厚煤层分层开采的工作面中，为了准确控制各分层的回 采厚度，仅根据回采巷道中的煤厚点是不够的，一般还要在上 分层的回采过程中，既测量实测采高，又按一定间距探测煤厚 。通常采用煤电钻测量。（1）工作面探煤点间距：沿走向的间距一般为15米左右，沿 倾向的间距视煤厚变换情况而定，一般为510米。（2）工作面探煤厚的方式：a. 回采第一分层时，一次探测煤层全厚。b. 回采中间分层时，只探测下一分层厚度第一节 煤层厚度变化222）煤层分叉、尖灭的探测煤层分叉形式很多，但根据分叉后的稳定情况，可分 两种，一种是煤层分叉后，各分层的分布比较稳定，这样 的分叉煤层在勘探阶段就已查明，生产阶段主要进一步控 制和确定可采分叉的分布和分合区界线。另一种是仅有一 层保持稳定既主煤层，其它各分叉很快尖灭，这种分叉煤 层勘探阶段不易查明，甚至出现层位对比上的错误，生产 阶段必须探明。对分叉尖灭的探测有三种情况：第一节 煤层厚度变化23 煤层呈多层次比较稳定的分叉在稳定的厚度较大的煤层中布置巷道，用井下钻探探测其 它分层的分叉情况。第一节 煤层厚度变化24 煤层呈稳定程度不同的 分叉在主分叉层布置巷道， 对其他达可采厚度的次要分 叉层，采用钻探和巷探等各 种手段探明可采范围。 圈定分叉区根据钻孔、巷道、煤门 等实件资料中的分叉点连接 而成。第一节 煤层厚度变化252）煤层底凸薄化的探测 煤层底凸薄化是指煤层底板凸起而造成的一种煤层变 薄尖灭的现象。主要是圈定煤层变薄和不可采范围，常用 的方法有： 利用钻探控制掘进前方底凸位置第一节 煤层厚度变化26 利用巷道穿过底凸部位，直接圈定煤层底板凸起的位置 和煤层薄化的范围。 利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料，编制煤层 顶、底板等高线图，圈定煤层底凸薄化的位置和范围。3）河流冲刷的煤厚变化探测工作在巷道详细编录冲刷带的各种地质现象，如冲刷带宽 度、厚度、岩性、煤层被冲刷的情况，冲刷面的特征。将 巷道所见的冲刷现象展绘到平面图上。当冲蚀带不易查清 时，需要用探巷或从邻近煤层的巷道中布置钻孔，探明冲 蚀带宽度和煤层的可采范围。第一节 煤层厚度变化27第一节 煤层厚度变化28第一节 煤层厚度变化29第一节 煤层厚度变化（二）评定煤层稳定性的主要参数 1.评价指标 1）煤层可采性指数KmKm为可采性指数； n为评定区内所有参加评定的见煤点数； n为见煤点总数n中煤层厚度大于或等于最低可采标准的见 煤点数。30第一节 煤层厚度变化2）煤厚变异系数 为变异系数；S 为煤厚变化标准差；m 为评定区内的平均厚度；n 为参加评定的见煤点数。31第一节 煤层厚度变化32第一节 煤层厚度变化（三）煤层厚度变化的处理1.掘进中的处理方法1）根据具体情况确定掘进方案。如上分层稳定可采，下 分层变薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进，相反则应紧 贴底板掘进。2）在采取上山掘进中，如遇煤层变薄带应根据变薄区范 围直接穿过或从其他地方绕开。3）主要运输巷道遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道按原 计划施工。33第一节 煤层厚度变化34第一节 煤层厚度变化2.回采工作中的处理 方法1）变薄区或不可采 区范围较小，可采用 直接推过的方法。35第一节 煤层厚度变化2）变薄区或不可采 区范围较大，可采用 绕过的办法。36第一节 煤层厚度变化3）如果事先了解到 有些地方变薄或尖灭 ，最好把这些变薄或 尖灭带作为采取或工 作面的边界来处理。37一、褶皱构造二、节理三、断层第二节 矿井地质构造38一、褶皱构造 （一）褶曲对生产的影响 1. 大型褶曲褶曲的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井的 开拓方式及开拓系统布置。 2. 中小型褶曲中型褶曲影响到采区的大小和采区巷道的布置。小型 褶曲影响煤平巷的掘进方向、工作面长度 3. 紧闭褶曲轴部地应力较大，次一级构造发育。第二节 矿井地质构造39第二节 矿井地质构造40（二）褶曲研究 1. 褶曲的判断与观测1）褶曲的识别井下判断褶曲的标志：新老岩层对称出现且岩层产状 有规律地变化。如石门中岩层的倾向相背或相向倾斜，或 煤层平巷中由于煤层急剧变化使平巷弯曲。 2）褶曲轴的判断判断褶曲轴的方法： （1）根据上部资料推断：要注意不同类型褶曲轴在平面 上的投影有不同的位置。 （2）根据区域构造线方向推测：应用于资料较少地区。第二节 矿井地质构造41第二节 矿井地质构造423）褶曲的观测对于已确认的褶曲构造,应详细观测描述以下内容： （1）褶曲枢纽位置，倾伏方向和倾伏角。 （2）褶曲两翼煤、岩层和轴面的产状要素。 （3）褶曲与断层、节理、煤层厚度变化的关系。 2. 查明褶曲的探测手段1）巷探：布置应遵循“一巷两用”的原则，探明褶曲， 生产利用。 2）井下钻探：构造复杂，控制较少的褶曲，应在井下邻 近巷道利用钻探查明。第二节 矿井地质构造433.观测判断褶曲时应注意的问题1）煤岩层的分析和对比：必须熟悉煤系地层和标志层。 2）褶曲的不协调性； 3）褶曲发展成断层的可能性：塑性弯曲和脆性断裂既有 区别又有联系，挠曲可发展成正断层；倒转背斜发展成逆 断层。 4）注意倒转褶曲的倒转翼和正常翼。 （三）褶曲对煤矿生产的影响和处理 1. 大型褶曲指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造。第二节 矿井地质构造44（1）褶曲轴线作为井田边界；（2）井田内开拓部署中的处理方法：背斜轴部总回风 巷；向斜轴部集中运输巷。2. 中型褶曲往往是大型褶曲的次一级构造。（1）轴线选做采区中心，布置采区上、下山。对开阔的 平缓褶曲，以向斜轴作为采区中心，向两翼布置回采工作 面。第二节 矿井地质构造45第二节 矿井地质构造46（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。第二节 矿井地质构造47（3）工作面直接推 过褶曲轴（宽缓褶 曲）。褶曲较宽缓 ，规模不大时可布 置单翼采区，工作 面直接推过褶曲轴 部。第二节 矿井地质构造483. 小型褶曲（1）使煤厚发生变化，变化严重时要重新开掘切眼。（2）沿煤掘进时，褶曲使巷道变得弯曲。弯曲过大时采 面运输巷要改造取直。第二节 矿井地质构造49二、节理 1. 影响钻眼爆破效果 2. 影响开采效率第二节 矿井地质构造503. 影响顶板 控制方法第二节 矿井地质构造514. 工作面布置第二节 矿井地质构造52三、断层（一）断层对生产的影响影响煤层的连续性和完整性。断层的规模：落差 50m特大型断层；5020m大型落差；205m中型断层 ；50 m的断层，应考虑该断层作为井田边界，这样使断层煤柱和边界煤柱和为一体，避免出现三角煤，提高回采 率。水文地质条件复杂的地区，以大断层作为井田边界，尽 量不使巷道穿过断层，可以减少突水事故的发生。划分采区时，也应该以断层为界。第二节 矿井地质构造74第二节 矿井地质构造75第二节