1煤矿地质学的概念,以及为什么要学习煤矿地质学:煤矿地质学是运用地质学的基本理论,研究和解决与煤矿设计、建设、生产有关的地质问题的一门地质学的分支学科。为什么要学习煤炭地质学:1.开采之前的地质工作不能满足开采需求；2.解决采煤问题中必备地质知识；3.采矿工程是一种技术性很强的综合性工作。
2.关于地球的物理性质与相关的各种异常
地球的物理性质主要包括密度、地压、重力、地磁与地热,一共5个,其中的还有一些相关的概念如下:
重力异常:由于地壳的物质成分和结构各处不同,使得引力和离心力发生变化,造成实测重力值与正常重力值有所差异,这种现象叫做重力异常。
地磁异常:埋藏着带有磁性的岩体或者矿体的地方,产生一个局部的附加磁场,使得该处的实测地磁要素值与理论上计算的正常值发生偏差,这种现象叫做地磁异常。
地磁场的三个要素:磁偏角、磁倾角与地磁场强度。
由地表向深部,低温特征有所不同,可以分为三层:变温层、恒温层、增温层。
地温梯度:又叫地热增温率,它指深度每下降100米,温度升高的度数,以℃/100m表示。地温级:又称为地热增温级,它指温度每升高一摄氏度,它所增加的深度值,以m/℃表示。
地温异常:不同地区的地温梯度和地温级都有差异,这主要取决于当地的地质构造条件、岩浆活动和掉下水的运动状况,以及岩石导热率等因素。通常将温度梯度不超过3℃/100m的地区称为地温正常区,超过3℃/100m的地区称为地温异常区。
3.地球的圈层构造:地球的内部圈层构造包括地壳、地幔和地核,进一步可以将地幔分为上地幔和下地幔,而地核可以分为外核与内核,地壳分为硅铝层(花岗岩质层)和硅镁层(玄武岩质层)。外部圈层构造为大气圈、水圈和生物圈。
4.地球的表面特征
陆地表面特征:陆地表面特征极为复杂,按照高低和起伏的情况,可以分为山地、丘陵、高原、平原、盆地、洼地等等,其中海拔高度100米以下的平原、低山和丘陵低于面积最大,占地球总表面积的20.8％。
海洋表面特征:根据起伏状况和海水深浅,将海底分为大路边缘、大洋盆地和洋中脊三个单元,其中大路边缘又可以分为大陆架、大陆坡和大陆基三部分。
5.地质作用与内外力地质作用:地质作用:促使地壳的物质成分、内部构造和地表形态等方面发生变化的作用称为地质作用,引起地质作用的动力称为地营力
依据地质作用的能源不同,地质作用分为两大类:一类是地球内部的能所产生的地质内营力(地质内动力)引起的,称为内力地质作用。另一类是由地球外部的能所产生的地质外营力(地质外动力)引起的,称为外力地质作用。
内力地质作用包括地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震作用,地壳运动的基本形式有两种:垂直运动和水平运动。其中地震作用概念为地壳的局部快速颤动称为地震。地震类型按照震源深度可以分为浅源地震、中源地震和深源地震,按照成因可以分为火山地震、陷落地震和构造地震。外力地质所用包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、和固结成岩作用。(地震内容有待补充) 6.克拉克值与地壳元素组成
美国人克拉克于1889年,首先测定了地壳中各种化学元素的平均含量,他根据来自世界各地的5159个岩石样品的化学分析数据,求出了地壳深16km以内的50种元素的平均重量百分比,随后又经过许多有关学者不断地补充和修正,使其日臻完善,为了纪念克拉克的功绩,将个中国元素在地壳中的平均重量百分比,称为克拉克值。
地壳中主要元素含量右大到小分别为:O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H
7.矿物相关概念与特性
矿物: 矿物是在地址作用下,由一种元素或者一种以上的元素化合在一起形成的具有一定化学成分、物理性质和形态特征的自然物质。它们是化学元素在地壳中存在的形式,也是组成岩石和矿石的物质基础。
晶体:具有一定的内部结构,其化学成分的质点(原子或离子)按一定方式规则排列,具有规则的几何外形的矿物。矿物的形态特征包括单体形态和结合体形态。
矿物的单体形态主要是指矿物的结晶习性和晶面条纹。根据矿物晶体在三维空间发育的程度不同,可以分为一向延伸(呈柱状和针状,如柱状的石长柱状的角闪石)、二向延展(呈片状和板状,如板状的石膏和片状的云母)和三向等长(呈粒状,如立方体状态的黄铁矿和岩盐)三类。
矿物的集合体形态:同种矿物的晶体颗粒或非晶体微粒的聚集。
矿物的物理性质性质主要包括矿物的光学性质、矿物的力学性质和其他性质三类。
其中矿物的光学性质是指矿物对光的吸收、折射和反射所产生的各种性质,其中包括颜色、条痕、光泽和透明度等。
矿物的颜色是由矿物对白光的各种波长的广播选择性吸收的结果根据成因不同,矿物颜色分为白色、它色和假色三种。
条痕是指矿物在无釉素瓷板上刻划后所保留的粉末颜色。
光泽是指矿物表面对光的反射程度,主要可以分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽,当矿物表面不平坦时候会产生一些比较特殊的光泽,包括油脂光泽、树脂光泽、丝绢光泽、蜡状光泽、土状光泽、珍珠
光泽。
透明度是指矿物的透光程度,矿物的透明度一般可以分为三级,分别为透明(水晶、冰洲石)、半透明(闪锌矿)和不透明(黄铁矿、磁铁矿)。
矿物的力学性质是指矿物受到打击、刻划、研磨等外力作用所表现出来的各种物理性质称为力学性质。主要包括硬度、解理、端口和弹性等等。
硬度是指矿物受到外力的刻划、压入或者研磨的能力,通常把矿物硬度分为10级,分别以一种的矿物的硬度为标准,组成摩氏硬度计,其硬度等级只表示矿物硬度的相对大小,而不是绝对大小。摩氏硬度计从1-10分别是滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、适应、黄玉、刚玉、金刚石。
解理与断口:矿物晶体在外力作用下,延一定方向破裂呈光滑的平面的性质,称为解理。由此产生的滑面,称为解理面。矿物在外力作用下,延不定的方向破裂成凹凸不平破裂面称为断口。
根据解理方向数目的多少,解理分为:一向解理,如云母,二向解理,如角闪石,三向解理,如方解石,四向解理,如萤石,按照发生解理的难易程度、解理面的大小和平整程度,将解理分为5个等级,分别为极完全解理(云母)、完全解理(方解石)、中等解理(长石、辉石)、不完全解理(磷灰石)、极不完全解理(石英、黄铁矿)。断口分为贝壳状断口、参差状断口、锯齿状断口和阶梯状断口矿物的弹性是指矿物受到外力时候发生形变,外力取消后可恢复其原来形状的性质如云母。矿物的其他性质包括比重(相对密度)和磁性。比重是指不包含内外部孔隙的矿物的质量和同体积的水的重量之比,称为矿物的比重,根据比重可将矿物称为三种:轻矿物(石盐、石膏)、中等比重矿物(石英、长石、方解石)、重矿物(黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿)
磁性是指矿物具有可被磁铁吸引,或本身能吸引铁屑的性质,根据磁性强弱分为强磁性、弱磁性和无磁性矿物。
常见的造岩矿物有石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、辉石、橄榄石、角闪石蒙脱石、高岭石、方解石、白云石、石膏、铝土矿、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿、石墨等等
8.岩石的相关概念分类与性质(三大类岩石的矿物成分、结构、构造、分类)
岩石:在地质作用下形成的一种或者一种以上矿物的集合体称为岩石,少数岩石是由一种矿物构成,比如纯净的石灰岩是由方解石构成,大多数的岩石是由几种矿物构成的,比如花岗岩是由石英、正长石和黑云母等矿物组成。
岩石按照成因可以分为三大类:由岩浆作用形成的岩浆岩、由外力地质作用产生的沉积岩、由变质作用形成的变质岩。
岩浆岩是由侵入地壳的岩浆以及喷出地表的岩浆冷凝后形成的岩石。根据生成环境的不同,将岩浆岩分为侵入岩和喷出岩两类,侵入岩又分为深成岩和浅成岩,岩浆侵入地壳深部冷凝形成的岩石称为深成岩,侵入地壳前部形成的岩石称为浅成岩,岩浆喷出掉膘后冷凝形成的岩石称为喷出岩。岩浆岩中化学成分主要是二氧化硅,其含量的变化影响着岩石的性质和特点,因此根据二氧化硅的含量的不同将岩浆岩划分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四种。其成分和分类后续补充。(岩浆岩矿物成分)组成岩浆岩的造岩矿物主要有8种,分别是石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石。(岩浆岩结构)岩浆岩的结构是指矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及矿物之间的组合方式等,反映出岩石在构成上的特征,常见的结构有以下几种:等粒结构、斑状结构、隐晶质结构、玻璃质结构。(岩浆岩的构造)岩浆岩的构造是指岩浆岩中矿物的排列方式或者充填方式所反映的岩石特征,主要有以下几种:块状构造、流纹构造、气孔构造、杏仁构造。
沉积岩是先期形成的各种岩石(岩浆岩、变质岩、沉积岩)的风化和剥蚀产物、火山喷发的固体碎屑物质及生物的遗体和碎片等,在原地或搬运后沉积下来,通过固结成岩作用所形成的岩石。(沉积岩矿物成分):沉积岩中的矿物成分可以分为三类:碎屑矿物、粘土矿物、化学和生物成因的矿物。沉积岩的颜色分为原生色和次生色(沉积岩的结构):碎屑结构(指碎屑被物质胶结物胶结起来的一种结构,按照碎屑颗粒的大小,碎屑结构又可分为以下几种:砾状结构(碎屑粒径大于2mm的占50％以上)、砂状结构(碎屑粒径等于或小于2mm至大于0.1mm者的占50％以上)、粉砂状结构(碎屑粒径等于或小于0.1mm至大于0.01mm者的占50％以上))、泥质结构、化学结构、生物结构。(沉积岩的构造):沉积岩的构造是指其各个组成部分的空间分布以及他们之间的相互排列关系所反映出来的岩石综合特性,沉积岩的典型构造是层理,其次还有层面构造和结核等,按照岩层中层理的形态,可以分为水平层理、波纹层理、斜层理(斜层理又可以分为单向斜层理和交错斜层理)
变质岩:先期形成的岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩),在地壳中受到高温、高压以及外来物质渗入的影响,引起其化学成分和矿物成分、结构、构造的变化,形成新的岩石,称为变质岩。(变质岩的矿物组成):组成变质岩的矿物,基本可以分为两大类:一类是与岩浆岩或沉积岩共有地矿物,如石英、长石、云母、普通辉石、以及方解石、白云石等,另一类是在变质作用下产生的新矿物,如石榴子石、红柱石、滑石、石墨等,这些矿物称为变质矿物。(变质岩结构):常见的变质岩的结构有粒状变晶结构和斑状变晶结构。(变质岩
的构造):板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻构造、条带状构造、块状构造。
9.岩层产状:在某一范围内,一系列岩层大致向同意方向倾斜、且倾角大致相等,这种构造形态称为单斜构造。
产状以及要素:倾斜岩层的空间产出状态,可由岩层面的走向、倾向和倾角反映出来,这三者称之为岩层的产状要素。
10.褶皱构造
褶皱构造:在地壳运动的影响下,岩层受到水平方向挤压力的茶馆起作用发生塑性变形,而形成波状弯曲,这种构造形态称为褶皱构造,褶皱构造中的一个弯曲称为褶曲,它是组成褶皱的基本单位。
褶曲的基本形态有两种: 背斜和向斜。背斜值岩层向上凸起的弯曲,两翼岩层相背倾斜,中心不问为老岩层,两侧堆成分布较新岩层。向斜是岩层下凹的弯曲,两翼岩层相向倾斜中心部分为新岩层,两侧一次对称分布较老岩层
褶曲的基本形态只有向斜和背斜,但是在自然中背斜和向斜的形态却又是多种多样的,根据它们在横剖面形态可以分为直立褶曲、倾斜褶曲、倒转褶曲。根据在纵剖面上的形态可分为水平褶曲、倾伏褶曲。根据在平面上的特征进一步可分为线形褶曲、短袖褶曲、穹窿和构造盆地。
11.断裂构造
岩层受力后产生变形,当作用力达到uozhe超过岩层的强度极限时候,岩层的连续性和完整性受到破坏,在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂,岩层断裂后,其破裂两侧的岩块无显著位移的称为节理,有显著位移的称断层,他们统称为断裂构造。断层要素有三种:断层面、断盘、断层线。
地层断距是指在垂直地测光走向的剖面上,断层上、下盘同一岩层层面之间错开的垂直距离。
在垂直或斜交断层走向的剖面上,断层的上、下盘同一岩层层面与断层面各有一个交点,该两点之间的铅直距离称为落差。
断层分类:根据断层两盘相对位移的方向分类:正断层(上盘相对下降,下盘相对上升)、逆断层(上盘相对上升、下盘相对下降,根据逆断层倾角不同,逆断层又可以分为冲断层、逆掩断层、辗掩断层)、平移断层根据断层走向与两盘岩层走向的关系可以分类为走向断层、倾向断层、斜交断层断层的组合方式:主要有阶梯状构造、叠瓦状构造、地垒和地堑。
第五章地史的基本知识
12.地层、地质年代和地质年代表:地层:地层是地壳发展过程中所形成的岩层总称。年代地层单位:地层划分的依据有两类:以地层的形成时间,主要依据所划分的地层单位,叫做年代地层单位,由大到小依次是宇、界、系、统、阶、时间带,大单位对于小单位是包容关系,即通常一个大单位包含多个小单位,以岩性为主要依据划分的地层单位称为岩石地层单位。
地质年代单位:与年代地层单位向对应,从大到小依次是宙、代、纪、世、期、时。
13.古生物与化石相关:古生物:是指生存于地质历史时期的生物,至今大部分已经灭绝。化石:保存在地层中古生物遗体或者遗迹称为化石。生物分类体系:界、门、纲、木、科、属古生物学:以化石为对象,研究古生物发生、发展、分类、分布、进化等规律的科学
14.研究地史的基本方法:方法一共有6种,分别为岩石地层学方法、生物地层学方法、同位素年龄测定法、地质事件法、古地磁方法、构造学(地层之间接触关系)
14.煤的形成条件:要形成煤需要4个基本条件:植物条件、自然地理条件、气候条件、地壳运动条件
15.煤的形成过程:要形成煤需要两个主要阶段:第一阶段是植物死亡,遗体堆积在沼泽、湖泊或者泻湖中,主要在微生物参与下通过生物化学作用,使高等植物转化为泥潭,低等植物转化为腐泥的过程,因此该阶段称为泥炭化和腐泥作用阶段；当已经形成的泥炭和腐泥,由于地壳沉降而被上覆沉积物掩埋后,成煤作用便进入第二阶段------煤化作用阶段,即泥炭、腐泥主要在温度和压力影响下,通过物理化学作用转变为煤的过程,这个阶段包括成岩作用和变质作用两个连续的过程,首先泥炭和腐泥经过成岩作用分别变为褐煤和腐泥煤；再经过变质作用,褐煤变为烟煤至无烟煤,而腐泥煤的变质程度不断提高。
16.煤炭相关:煤的发热量:指单位重量的煤完全燃烧后放出的全部热量,去焦耳/克或者千焦耳/克与兆焦耳/克为单位。
煤炭的化学元素组成:煤炭是由有机物质和无机物质组成的混合物。有机质是煤的主要组成部分,它们主要是由碳、氢、氧组成(占有机质的95％以上),还有氮、硫,以及极少量的磷和其他元素。
煤炭的工业分析指标:水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC)
煤的工艺性质:煤的工艺性质主要有煤的粘结性和发热量,其中表示粘结性的指标有两种,分别是胶质层厚度与煤的粘结指数煤的物理性质:颜色与粉色、光泽、硬度、脆度、相对密度和视密度、断口、裂隙、导电性共8种。
宏观煤岩成分:丝炭、镜煤、亮煤、暗煤。宏观煤岩类型:光亮型煤、半光亮型煤、半暗淡型煤、暗淡型煤八个煤种:无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤、褐煤共8种
煤层的顶板:根据岩层相对于煤层的位置和垮落性能不同,顶板可以分为伪顶、直接顶、老顶三种
煤层的底板:煤层底板可以分为直接底和老底两种
含煤岩系的形成:在古植物、古气候、古地理以及地壳运动等四个控制成煤的因素中,地壳运动对古地理环境的形成和演变骑着制约作用,而古地理环境是促使含煤岩系形成和发展的重要因素。当地壳沉降时候,常形成浅海和湖盆,在这种情况下,如果地壳在总体沉降过程中伴有震荡运动,致使成煤环境和成岩环境交替出现,分别沉积了泥炭层以及泥沙等沉积物,便形成了含煤岩系。
根据形成含煤岩系的古地理环境的不同,可以将含煤岩系分为近海型煤系和内陆型煤系两大类。
煤田:在同一地质历史发展过程中所形成的具有连续发育的含煤岩系分布的广大区域
煤产地:同一煤田内由于后期构造变动影响而分隔开的一些单独部分,或者独立存在但面积和储量均较小的含煤地区,称为煤产地。
我国的几大聚煤区:华北石炭二叠纪聚煤区、华南二叠纪聚煤区、东北侏罗纪聚煤区、西北侏罗纪聚煤区、西藏滇西中生代及第三纪聚煤区、台湾第三纪聚煤区。(各自特点看书)
第七章:矿井水文地质和工程地质
17.地下水的分类相关概念
按照地下水的埋藏条件分类:包气带水(存在于包气带中的无压水)、潜水(埋藏在地表以下第一稳定隔水层以上,具有自由水面的重力水)、层间水(也叫承压水,是指存在于两个倾斜的隔水层的含水层中的水)
按照含水层空隙性质分类:孔隙水(指赋存于第四纪疏松沉积物和部分前第四纪胶结较差的松散岩层空隙中的重力水)、裂隙水(指埋藏与岩石的风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙中的地下水)、岩溶水(又交喀斯特水,存在于石灰岩、白云岩等可溶性碳酸盐类岩石中的裂隙和溶洞中的地下水)
泉分为上升泉和下降泉
地下水的物理性质:温度、颜色、透明度、味、臭、比重
18.煤层厚度变化对煤矿生产的影响:1.影响采掘部署；2.影响回采计划,造成采掘工作被动；3.巷道掘进率增高,回采率降低；4.降低矿井或者采区的服务年限
19断层对煤矿生产的影响:41.断层影响井田和采区的划分；2.断层影响井田的开拓方式的选择和采区的布置；3.断层对巷道掘进量有影响；4.断层对回采工作产生影响；5.断层对煤矿安全生产的影响；6.断层对矿井煤炭储量的影响。
20.陷落柱相关:(概念)岩溶陷落柱是指含煤岩系中由岩溶引起的环形塌陷,因塌陷体在剖面上呈柱状而得名。
(岩溶陷落柱的形成):陷落柱分为地表特征和井下特征。地表特征:有陷落柱的地方常呈现盆状凹陷区,凹陷区内岩层层序遭到破坏,不同岩、煤层体的大小碎块混杂堆积,而在凹陷区周围的层位则比较正常。井下特征:1.陷落柱的平面呈椭圆,似圆形；2.剖面形状呈上小下大的柱状；3.中心轴近似于垂直于岩层的层面；4.陷落柱内主要由塌落的碎石组成；5.陷落柱与围岩的接触面多呈不规则锯齿状,界限明显。(成因)当含煤岩系下部为可溶性岩层或者矿层(如石灰岩、白云岩、石膏等等)时,在地下水的化学溶蚀作用下,石灰岩等不断溶解破坏,产生岩溶洞穴,由于溶洞规模越来越大,以及上覆岩层的长期重力作用,致使煤层极其围岩塌陷而想成环形陷落(对生产的影响):1.破坏可采煤层,减少煤炭储量；2.影响正规采集,妨碍机组使用；
3.降低采掘效率,提高生产成本
21.瓦斯相关概念:煤层气:煤成气大部分套三道空气中或者围岩中,约3％---24％残存在煤层中,另有1％----15％在围岩的砂岩和碳岩中,又称聚煤气。煤成气:煤系地层中的有机物在成煤过程中形成的大量天然气瓦斯对生产的影响:1.降低巷道掘进效率,造成工作面和采区的接替紧张；2.影响矿井生产能力,增加生产和准备采区的个数；3.影响矿井连续生产,增加生产成本,降低了煤矿经济效益；4.严重威胁矿井安全生产矿井瓦斯:煤矿在生产过程中,由煤层及围岩释放出来的一种多成分混合气体预防瓦斯爆炸额措施:1.防治瓦斯积聚的措施(加强通风、加强瓦斯检查、既是处理局部聚集的瓦斯)；2.防治瓦斯引燃的措施(消除井下火源,严格管理和控制热源,防明火,电火花)；3.防治瓦斯爆炸事故扩大的措施(通风系统力求简单,及时封堵废弃巷道等等)
瓦斯喷出和煤与瓦斯突出的预防:1.瓦斯喷出的预防(探明地质构造,排放瓦斯,将瓦斯引至回风流巷道中,封堵缝隙,即“探、排、引、堵”)2.煤与瓦斯突出的预防(分为区域性预防和局部性预防)
22.矿井涌水对煤炭生产的影响:1.影响煤矿的生产安全；2.增加原煤成本,影响煤矿经济效益；3.造成采掘的困难。
23.矿井涌水的防治处理方法
矿井水的防治处理方法有很多,概括起来有地标防水、疏放地下水、井下防治水和注浆堵水等。
地表防水主要措施有:1.慎重选择井口的位置；2.河流改道；3.铺设不透水的人工河床；4.修筑排(截)水沟;5.堵漏
疏放地下水的主要措施有:1.老窑、采空区积水的探放；2.煤层顶板水的疏放(包括巷道疏水、钻孔放水、钻孔导水说那个措施)；3煤层底板水的疏放
井下水防治的主要措施:1.留设防水煤柱、设置防水闸门和水闸墙
注浆堵水.