矿井地质基础知识
一、地壳与地质作用
㈠地壳及岩石
从古到今，人类的活动，都在地壳的表层进行。煤正是埋藏在地壳的表层。
组成地壳的是岩石，岩石是由一些矿物颗粒组成。矿物是一种或多种元素在地质作用下自然形成的产物，每一种矿物均有一定的化学成分和物理性质。因此，岩石的化学成分和物理性质是不均匀的，同一种岩石的化学成分和物理性质可以有很大的差别。
按生成的方式，岩石可以分三大类：
1. 岩浆岩
岩浆岩又称为火成岩，它是由岩浆冷凝而成。地壳深处压力和温度都很高，各种物质熔化成岩浆。当这种高温高压的岩浆沿着地壳裂缝移动到表层或喷出地面时，便冷凝成岩浆岩。如花岗岩、玄武岩等，都是最常见的岩浆岩。
2. 沉积岩
地表原有岩石经风化、剥蚀成碎屑，并经流水的搬运，在湖泊、沼泽地带沉积下来，这些沉积物经过压紧、胶结等作用形成沉积岩。常见的沉积岩有砂岩、页岩和石灰岩等。
3. 变质岩
变质岩是已经形成的各种岩石，在地下深处受到重力、地壳运动或岩浆侵入的高温作用，产生物理化学变化，改变了原来的成分和性质而变成的岩石。如石灰岩变质成大理岩。
煤属沉积岩类。在煤矿中遇到的主要是沉积岩，有些煤矿有岩浆岩侵入现象。㈡地质作用与地壳运动
组成地壳的物质，处于不断的运动和变化中。促使地壳发生运动和变化的自然作用，称为地质作用。有些地质作用进行得很激烈、明显，例如地震和火山爆发；而更多的地质作用则进行得很缓慢，需经历若干万年、亿年才显现出变化的结果
根据引起地质作用的动力来源不同，可将地质作用分为两大类：动力主要来自地球本身内部的内力地质作用，动力主要来自于太阳的外力地质作用，两者之间相互影响。
1. 外力地质作用
它主要由于太阳辐射能引起。地表岩石经过长期风吹雨打、日晒和温度变化、生物活动等，逐渐被破坏剥离或分解，通称为风化剥蚀；风化剥蚀的产物，随风流或水流搬运，当到低洼开阔的地方风流或水流减缓、搬运作用减弱时，剥蚀产物则沉积下来，即所谓的沉积作用。
沉积物在低洼地带一层层的堆积，越来越厚，下面的沉积物被上面的压紧，进而胶结成一个整体岩层，就是沉积岩。所以，沉积岩具有层理构造，它的原生状态一般近似水平。但由于后来的地质作用使地壳升降，沉积岩才变为倾斜状态。
2. 内力地质作用
引起地壳变动的动力来自地球内部。一种学说认为，基本原因是地球自转速度变化，即地壳表层的物质由于离心力的变化和惯性而产生移动，这种移动以水平运动为主，但在地球自转变缓时移动受阻的地方形成挤压带，隆起的形成山脉；相反，断离的则形成张裂。我国地质学界老前辈李四光教授创立的地质力学，就是以这种理论研究地壳各部分构造变形的分布状态。
另一种学派认为，地壳是由许多巨大板块构成，板块下面的地幔由于密度和温度的差异而发生对流，板块在地幔软流层上随之漂移，就像木板在泥浆上随泥浆流流动而漂移一样。
近年来，大陆漂移学说获得地质学界的很大重视。
二、煤的形成与工业分类
㈠煤的形成
煤是由古代植物遗体演变而成。用显微镜观察煤的薄片，植物残体清晰可见。植物遗体演变成煤的过程极其缓慢，并且要有多种有利的自然条件相配合。
煤的形成，大致经过以下两个阶段：
第一阶段：泥炭化阶段。在古代成煤时期，地球上气候温暖而潮湿，植物生长茂盛，特别是湖泊沼泽地带密布着茂密的森林和水生植物。死去的植物遗体堆积在湖泊沼泽底部，随着地壳缓慢下沉逐渐被水覆盖并与空气隔绝。在细菌参与的生物化学作用下，植物遗体开始腐烂分解，产生的二氧化碳和沼气等逸散出去，剩下的物质就转变成泥炭。
第二阶段：煤化阶段。由于地壳缓慢下沉，泥炭不断堆积而形成泥炭层。尔后，地壳继续沉降，泥炭层很快被其他泥砂沉积物掩盖。伴随着地壳越降越深，其上面覆盖的泥砂沉积物越来越厚，泥炭层在地下受到逐渐升高的温度和压力作用，原来疏松多水的泥炭被压紧、脱水、胶结，含碳量相对富集，物理性质和化学成分发生变化，逐渐形成褐煤。
褐煤形成后，如果当地地壳停止下降，那么成煤作用就可能停止在褐煤阶段。若地壳继续下降，压力和温度不断增高，地质作用继续进行，褐煤可进一步变为烟煤。烟煤层受到更高的压力和温度的作用，变质程度继续增加，就形成无烟煤。在特殊条件下，甚至可形成另一种矿物——石墨。
煤在地壳中的积聚，主要依靠古植物、古气侯、古地理和古构造等条件的良好配合。形成有开采价值的煤层，必须具备以下四个条件：
第一，植物条件。没有植物的大量繁殖就不可能有煤形成。在漫长的地质历史中，成煤时期都有大量植物繁殖，如我国最主要的三个聚煤时期：石炭二叠纪、侏罗纪和第三纪。
第二，气候条件。植物生长直接受气候影响，只有在温暖潮湿的气候条件下，植物才能大量繁殖和快速生长。
第三，地理环境。要形成分布面积较广的煤层，必须有能够适宜于植物大面积不断繁殖和遗体堆积的地理环境和植物遗体免遭完全氧化的自然地理条件。
第四，地壳运动。泥炭层的堆积，要求地壳发生缓慢下沉，下沉速度最好与植物遗体积聚的速度大致平衡，这种状态持续越久，泥炭层就越厚。在泥炭层形成之后，如果地壳上升，已形成的泥炭层就会遭到剥蚀破坏；如果地壳下降过快，植物来不及生长，埋藏在深水下的泥炭层被其后沉积的泥砂覆盖，在温度和压力作用下开始煤化作用。过了若干年代后，当地壳停止下降或稍有回升，在已形成煤层之上的地面再次生长植物，经地质作用又可形成新的泥炭层。这样反复多次，在同一地区便可形成几个甚至几十个煤层。
㈡煤系
在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多岩层。这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，通常称为某一地质时代的煤系地层。煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。
煤系一般是按其形成的时代来命名的。兖州煤田和济宁煤田属于华北型含煤岩系，主要含煤地层为石炭二叠系的太原组和山西组。
煤系是在温暖潮湿的气候条件下形成的，它富含植物物质，所以煤系岩石的颜色也多为灰色、灰黑色、灰绿色、黄绿色。
在煤系中，除含有煤矿床外，还经常伴有其他沉积矿产，如油页岩、铝土矿、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。
㈢煤的工业分类
中国煤炭分类，首先根据煤的煤化程度，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。
对于褐煤和无烟煤，按其煤化程度和工业利用的特点分别分为2个和3个小类。烟煤部分按挥发分10%-20%、20%-28%、28%-37%和>37%的四个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤粘结性，则按粘结指数G区分：0-5为不粘结和微粘结煤；5-20为弱粘结煤；20-50为中等偏弱粘结煤；50-65为中等偏强粘结煤；>65则为强粘结煤。对于强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度Y>25mm或奥亚膨胀度b>150%（对于Vdaf>28%的烟煤，b>220%）的煤分为特强粘结煤。见表2—1—1。
表2—1—1 中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）
注：烟煤数码，第一位数代表Vdaf，10%-20%、20%-28%、28%-37%和>37%，分别为1、2、3、4；第二位数代表粘结指数G，0-5、5-20、20-50、50-65、>65（又分两类），分别为1、2、3、4、5、6。
三、煤炭地质勘查
㈠目的任务
煤炭地质勘查的目的任务是为煤炭建设远景规划、矿区总体发展规划、矿井（露天）初步设计提供地质资料。
㈡基本原则
⑴煤炭地质勘查工作必须从勘查区的实际情况和煤矿生产建设实际需要出发，正确、合理地选择采用勘查技术手段，注重技术经济效益。以合理的投入和较短的工期，取得最佳的地质成果。
⑵煤炭地质勘查工作必须以现代地质理论为指导，采用先进的技术装备和勘查方法，提高勘查成果精度，适应煤矿建设技术发展的需要。
⑶煤炭地质勘查必须坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做到充分利用、合理保护矿产资源，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其要做好煤层气和地下水 ( 热水 ) 资源的勘查研究工作。
㈢阶段划分
煤炭地质勘查工作划分为预查、普查、详查、勘探四个阶段。根据工作区的具体情况和探矿权人的要求，勘查阶段可以调整。即可按四个阶段顺序工作，也可合并或跨越某个阶段。
1.预查阶段
预查应在煤田预测或区域地质调查的基础上进行，其任务是寻找煤炭资源。预查的结果，要对所发现的煤炭资源是否有进一步地质工作价值做出评价。预查发现有进一步工作价值的煤炭资源时，一般应继续进行普查；预查未发现有进一步工作价值的煤炭资源，或未发现煤炭资源，都要对工作地区的地质条件进行总结。
2. 普查阶段
普查是在预查的基础上，或已知有煤炭赋存的地区进行。普查的任务是对工作区煤炭资源的经济意义和开发建设可能性做出评价，为煤矿建设远景规划提供依据。
3.详查阶段
详查是为矿区总体发展规划提供地质依据。凡需要划分井田和编制矿区总体发展规划的地区，应进行详查；凡不涉及井田划分的地区、面积不大的单个井田，以及不需编制矿区总体发展规划的地区，均可在普查的基础上直接进行勘探，不出现详查阶段。
4.勘探阶段
勘探是为矿井建设可行性研究和初步设计提供地质资料。勘探一般以井田为单位进行。勘探的重点地段是矿井的先期开采地段和初期采区。勘探成果要满足确定井筒、水平运输巷、总回风巷的位置，划分初期采区，确定开采工艺的需要；要保证井田境界和矿井设计能力不因地质情况而发生重大变化，保证不致因煤质资料影响煤的洗选加工和既定的工业用途。
㈣常用方法
地质测量。贯穿煤炭地质勘查的各个阶段，只是详细程度和精确度不同，除测量地形外，还对天然煤层露头进行测量和描述，把煤系地层、煤层产状和构造等测绘在地形图上，绘制成地质图。
1.掘探工程
靠近地表浅部，一般利用开凿探槽、探井、探巷等揭露煤系，采集煤样。井下可利用掘进巷道探测地质构造及煤层情况。
2.钻探工程
利用钻机向地下钻孔，利用空心钻头和钻杆来获取岩、煤芯，以取得必要的资料。分为地面和井下钻探，是矿区详查和井田精查的主要技术手段。
3.物探工程
利用岩石、煤层等矿床所具有的不同物理性质（磁性、密度、电阻率、弹性波传播速度、放射性等），用高灵敏度的仪器查找异常区域，推断地质构造和可能的矿床。较常用的方法有地震法、电法和测井等。
四、煤炭资源/储量
㈠分类依据
⑴地质可靠程度，反映了煤炭地质勘查阶段工作成果的不同精度，分为探明的、控制的、推断的和预测的四种。
⑵可行性评价，是使地质勘查与矿山建设紧密衔接，避免地质勘查与矿山开发的投资失误，提高地质勘查和开发的经济效益和社会效益，在普查、详查、勘探三个阶段开展的工作，分为概略研究、预可行性研究和可行性研究三种。
⑶经济意义，是对地质可靠程度不同的煤炭资源，经过不同阶段的可行性评价，按照评价当时经济上的合理性，分为经济的、边际经济的、次边际经济的和内蕴经济的四种。见表2—1—2。
㈡分类
按照以上分类依据，煤炭资源/储量可分为储量、基础储量、资源量三大类十六种类型。
表2—1—2 煤炭资源/储量分类表
注：表中所用编码（111～334），第1位数表示经济意义，即1＝经济的，2M＝边际经济
的，2S＝次边际经济的，3＝内蕴经济的，？＝经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶
段，即1＝可行性研究，2＝预可行性研究，3＝概略研究；第3位数表示地质可靠程度，即1
＝探明的，2＝控制的，3＝推断的，4＝预测的。b＝未扣除设计、采矿损失的可采储量。
五、影响煤矿生产的地质因素
采煤工作地点是不断移动的，查明埋藏在地下的煤层的赋存状态、地质构造的变动情况以及煤层受地质构造影响的程度等，是保证煤矿正常生产的必要条件。有些矿井还有岩浆侵入体、岩溶陷落柱、瓦斯突出和煤层自燃倾向、水灾害问题，这些都是影响煤矿生产的地质因素。因此，煤矿地质工作就成为矿井生产的“眼睛”和“尖兵”。
㈠煤层赋存状态
1. 煤层的形状和厚度
煤层通常是层状的，层位有明显的连续性，厚度也比较均匀，但由于受到沉积条件及地壳运动的影响，也有似层状和非层状的煤层，例如串珠状、马尾状等。
煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。煤层的厚度由几十厘米到几十米，最厚可达二百米。
一般情况下，煤层内还夹有数目不等的薄层岩层，称为夹矸。煤层中单层厚度小于0.05m 的夹矸，可与煤分层合并计算采用厚度；单层厚度小于或等于0.05m的夹矸，不计入煤层采用厚度。
根据煤层厚度对开采技术的影响，将煤层分为以下三类：
薄煤层煤层厚度从最低可采厚度～1.3m
中厚煤层煤层厚度为1.3 ～3.5m
厚煤层煤层厚度为3.5m以上
煤层厚度不同，开采方法也不同，煤层厚度发生变化，必然影响矿井的采掘工作。所以，煤层厚度变化是影响煤矿生产的重因因素之一。
2. 煤层的产状要素
煤层的空间状态，用产状要素（即走向、倾向和倾角）来表示。
煤层（岩层）层面与水平面相交的线，称为走向线。走向线向两边延伸的方向，称为走向。煤层层面上与走向线垂直的线，称为倾斜线。倾斜线（向下）的水平投影所指的方向，称为倾向。倾角即为煤层或岩层层面与水平面之间的夹角。
井下的运输巷道多是沿着煤层的走向开掘的。因此，必须查明煤层走向的变化，并绘制煤层底板等高线图。
煤层倾角，根据对开采技术的影响，分为三类：
缓倾斜煤层倾角在25°以下
倾斜煤层倾角为25～45°
急倾斜煤层倾角为45～90°
一般来讲，煤层倾角越大，开采越困难。缓倾斜煤层采下的煤需用机械装运；倾斜煤层可利用溜槽向下运输而不用动力；急倾斜煤层，煤岩块会自动滚落，简化了采场内的装运工作，但在技术上需采取安全措施。
㈡煤层顶底板岩石
直接位于煤层下面的岩层，称为煤层的底板；直接覆盖于煤层上面的岩层，称为煤层的顶板。由于沉积环境的差异，煤层顶底板岩石性质各不相同。常见的煤层顶底板岩石有碳质页岩、砂质页岩、砂岩、石灰岩和粘土岩等。煤层顶底板岩石性质对矿井开采方法有重要影响。
㈢地质构造
沉积岩层开始形成时，一般呈水平和连续完整状态，在地壳运动的作用下，产生了变形和变位，改变了原先的赋存状态，这种现象称为构造变动。由此而形成的岩层空间状态，叫做地质构造。
构造变动形状主要分为两类：褶皱构造和断裂构造。
岩层受水平力的作用，被挤压成弯曲状，但仍保持岩层的连续性和完整性的构造形态叫褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲叫褶曲。岩层层面凸起的褶曲叫背斜，岩层层面凹下的褶曲叫向斜。
岩层大致向同一方向倾斜，叫单斜构造。单斜构造往往是褶曲的一部分或断层的一盘。
岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。如岩层已经断裂，但断裂面两侧的岩层没有发生明显的相对位移，叫做裂隙或节理；如断裂面两侧的岩层发生
了明显的相对位移和错动，叫做断层。
岩层断裂后，两个断块发生相互错动的错动面叫做断层面。位于断层面上面的断块叫上盘，位于断层面下面的断块叫下盘。上、下两盘相对错动的距离称为断距。断距可分为水平断距和垂直断距。垂直断距又称为断层落差，大者可达几十米甚至几百米以上。
根据断块相对错动的方向，将断层分为正断层、逆断层和平推断层。
在煤矿生产中遇到的断层多为正断层，断裂面往往成组发育而形成断层破碎带。断层破碎带常常与地下和地面水源相连通，或聚集大量瓦斯。地下采掘工作接近断层破碎带时，会突然发生大量涌水和有害气体，甚至造成重大灾害。因此，在较大的断层两侧必须留设一定宽度的煤柱，将断层与开采区隔离。这样，较大断层常常被作为划分矿井或采区的边界。即使一般断层，采掘工作通过它时，有时也会发生涌水或顶板岩石突然垮落事故，使采掘工作复杂化。因此，断层对煤矿生产有较大的影响，在地质工作中必须特别注意查清断层的确切位置和产状。
㈣其他地质因素
1. 矿井水文地质及岩溶陷落柱
矿井涌水是煤矿严重灾害之一。矿井由于突然涌水而淹没巷道，造成局部或全部停产的事故时有发生。有的煤层就是因受水威胁而暂不能开采。
从地面向下不深即有地下水存在。地下水主要存在于岩层的孔隙、裂缝和空洞，特别是断层破碎带和溶洞中，并从大气降水（雨、雪、冰雹等）和地表水（江河、湖泊、洼地积水等）得到补充。有些岩层节理发育，能够透水而又含地下水，称为含水层，例如石灰岩、砂岩等。含水层按含水多少，分为弱富水、中富水、富水和强富水四类：按补给情况，又分为水的补给来源好或不好两种。
有一些岩层致密，裂隙和空洞少，地下水遇到它时被阻挡不能通过，称为隔水层。例如页岩、泥岩等。
石灰岩性脆而又能被水溶解。石灰岩中的裂隙，常易被水溶蚀而成为溶洞。溶洞进一步溶蚀、塌陷，可形成陷落柱。
一般厚度超过5m的石灰岩层都可能是主要含水层。古生代的奥陶系石灰岩，厚度很大，年代久远，其内部往往形成连通的复杂洞穴，有时还形成地下暗河，水量很大。为了安全，煤矿开掘的井巷都要和奥陶系石灰岩保持一段安全距离。
2. 岩浆侵入
地下岩浆向上侵入主要是通过地层薄弱部位上冲到地壳表层形成岩墙，而后侵入到煤系地层中的虚弱部位，形成层状的岩床。
我公司杨村煤矿、菏泽赵楼矿井在含煤地层中发现有岩浆侵入现象，破坏了煤层的连续性和完整性，减少了煤炭储量，给开采造成一定的影响。
3. 地温及自燃
随着矿井开采深度的不断加深及其他地质因素的影响，我国不少矿井井下温度超过《煤矿安全规程》上所规定的26℃的许可范围，其中有的煤矿井下温度高达40～50℃，热害问题已经成为我国煤矿生产的一个重要问题。
一般认为，引起地温增高的主要因素是开采深度的增加，但也有不少矿区（矿井）开采深度并不大，地温却较高，出现地温异常现象，其主要影响因素有：岩石导热性、基底起伏和褶曲构造、断裂构造、岩浆活动及放射性元素、水文地质及其他天然因素、人为因素等。研究分析引起煤矿高温的地质因素，找出地温分布规律，为采取合理经济的降温制冷措施提供依据具有重要意义。
煤炭的自燃倾向对煤矿的开拓开采也具有很大影响。无论哪种煤在本质上都有不同程度的自燃性质，其自燃性主要取决于煤的疏松程度、氧化过程的剧烈程度以及是否含其他化学
元素。煤愈松软，煤的氧化愈快，其自燃危险就愈大。煤的自然发火期是设计和确定开采方法的重要参数。
六、地质图
地质图是反映勘探和地质工作所获得资料的图件。为了更清楚地反映煤层的构造形态和地质情况，需要利用多种地质图件。采矿生产中常用的有：地形地质图、煤层底板等高线图、地层综合柱状图、地质剖面图等。
㈠地形地质图
1. 地形图
反映地表高低起伏形状和地物的图纸称为地形图。地形图中一般用地形等高线反映地貌，用地物符号反映房屋、河流、道路等人工和自然构筑物。
等高线是相同高程点的连线。相邻两条等高线间的高程差称为等高距。在同一幅地形图上等高线的等高距应是相同的。等高线越密，距离越近，表示地面坡度越陡；等高线越稀，距离越远，表示地面坡度越缓。根据图上等高线的形状，可以判别它所表示的是什么样的地貌。反映地貌的地表等高线图加上表示地物的各种图例，就成为一幅地形图。
2. 地形地质图
地形地质图是以地形图为底图，将地质勘探所获得的资料绘制在地形图上而得到的图件。填绘的地质内容主要有：
⑴按地史划分各个时期地层的分界线；
⑵地质构造（断层、褶曲等）；
⑶勘探工程的布置。
地形地质图是每个矿井必须具备的基础图件之一。进行矿井设计时要根据它选择和布置工业场地，确定井口位置，布置供电、供水、运输线路等。生产矿井用以编制井上下对照图，了解开采工作对地表农田、村庄、地面建筑物、铁路或河泊水库的影响等。
㈡煤层底板等高线图
煤层层面上的等高线用标高投影的方法投影到水平面上，得到的图形就是煤层等高线图。煤层有顶、底两个大致平行的层面，一般只绘出底层面的等高线，即煤层底板等高线图。
煤层底板等高线图是反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件，是煤矿设计、生产、储量计算的基础。和地形等高线的原理一样，煤层底板等高线是煤层底板上相同高程点的连线在水平面的投影线。煤层底板等高线的延伸方向，也就是煤层的走向，可以从等高线与坐标网格相交的角度量得。
从煤层底板等高线图可以了解煤层的埋藏要素和构造情况。煤层底板平整，倾角均匀，走向稳定时，煤层底板等高线表现为间距大致相等的一组直线；煤层倾角发生变化，在底板等高线图上表现为等高线的水平距离发生变化；煤层褶曲，表现为煤层底板等高线发生弯曲；穹窿构造和盆地构造的煤层底板等高线为封闭曲线。
在煤层底板等高线图上，断层是用断层面与煤层层面交线的水平投影来表示的。上盘交面线用符号—·—表示，下盘交面线用符号—×—表示。断层使煤层底板等高线失去连续性。一般情况下，正断层表现为煤层等高线中断缺失，中断部分为无煤带；逆断层表现为煤层等高线重叠，重叠部分为煤层上下两盘重复区。
㈢地层综合柱状图
地层综合柱状图，是综合所有勘探工程和井巷工程揭露的及实测剖面的地层资料，将各个岩、煤层以其平均真厚度，按照生成顺序自下而上依次绘制成的柱状图。
通过该图可直观地了解地层的岩性组成，煤层的层位、厚度、结构、层间距、顶底板岩性及其变化情况等。综合柱状图是矿井开拓设计的必要基础资料，为巷道的布置和施工提供依据。
㈣地质剖面图
为了研究地层内部，在需要了解的部位，假想用一个平面将地层剖开，以反映出地层内部的构造和地质情况，这样画出来的图形称为地质剖面图。按剖切位置不同，主要有水平切面图、倾斜剖面图和走向剖面图。
1. 水平切面图
用假想的平面，沿水平方向切开大地，反映出切开断面上的地层分布、煤岩层走向情形的图件，称为水平切面图。
绘制水平切面图的剖切位置多是在矿井开采水平的平面上，开采水平是布置矿井的井底车场、运输大巷和各种硐室的平面。在水平切面图中，反映该水平所切过的各煤层、岩层、含水层的分布，煤层的厚度（水平厚度）和产状，断层的位置和产状，已有的或设计的巷道位置等。
2. 剖面图
沿与地面垂直方向剖切的并从剖切面上反映出地层内部构造和地质情况的图形叫做剖面图。剖切平面可以平行于岩层的走向，也可以沿倾斜方向垂直于岩层的走向。前者称为走向剖面图，使用较少，后者称为倾斜剖面图，使用较多。倾斜剖面图多是沿勘探线剖切的，也叫勘探线剖面图。沿岩层倾斜剖切能较清楚地表达出地层的构造，是最常用的地质图件。一般说，地质剖面图就是泛指沿倾斜方向剖切的地质剖面图。做地质剖面时，剖切的位置应在地形地质图上标出，并注明符号。
煤矿生产技术 .............................................................................................................................................. １第一节煤矿地质基本知识................................................................................................................... １第二节矿井开拓......................................................................................................................... ５第二章工作面炮眼布置 .................................................................................................................. １０第三章钻眼爆破安全 ........................................................................................................................ １３钻眼操作安全 .................................................................................................................................. １３第二节凿岩作业常见事故的预防和处理............................................................................... １５第三节爆破安全 .......................................................................................................................... １６第四章巷道掘进与顶板管理........................................................................................................... ３０第一节巷道掘进方法............................................................................................................... ３０第二节巷道矿压........................................................................................................... ４４第三节巷道支护................................................................................................................... ４８（二）拱形支架 ...................................................................................................................... ５１第四节巷道顶板事故及防治................................................................................................... ６１ 煤矿生产技术 第一节煤矿地质基本知识 一、煤层埋藏特征 ⒈煤层顶、底板 煤层顶板和底板是指煤系中位于煤层上、下一定距离的岩层。 ⒈）煤层的顶板。通常把煤层上部一定范围内的岩层称为顶板。按其与煤层的相对位置不 同以及垮落的难易程度不同，煤层顶板可分为伪顶、直接顶和老顶，如图2-1所示。 ⑴伪顶。伪顶是紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层，厚度一般小于0.5m，常由炭质页 岩等岩层所组成，采煤时，随着落煤而同时冒落。 ⑵直接顶。直接顶一般是位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，由一层或几层泥岩、页岩、 粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，常在回柱或移架后而垮落。 ⑶老顶。老顶一般是位于直接之上或直接位于煤层之上（煤层没有直接顶时）的厚而坚 硬的难以垮落的岩层，常由砂岩、砂砾岩、石灰岩等组成。老顶不随直接顶垮落，能在采空区维持很大的悬露面积。 ⒉) 煤层的底板。位于煤层下部一定距离的岩层称为底板。底板岩层一般是由砂岩、粉砂 岩、泥岩、砂质页岩、粘土岩或石灰岩等组成。由于岩性和厚度等不同，在采煤过程中破裂、鼓起的情况也不一样，为此，把煤层底板岩石分为直接底和老底，如图2—2所示。 ⑴直接底。直接底是位于煤层下部与煤层直接接触的强度较低的岩层，通常由泥岩、页 岩、粘土岩等岩层所组成，当直接底为松软岩石时，易发生底鼓和支柱陷入底板的情况。在急
第一章煤矿地质知识 1.常见的沉积岩主要有哪几种？ 角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及页岩、石灰岩 2.什么叫地史？地层和地史的区别是什么？ 地壳的发展历史简称地史。地层是在地史的发展阶段形成的沉积岩层。 3.简述煤的形成过程。 第一阶段——泥炭化阶段。在古代成煤时期，地球上气候温暖而潮湿，植物生长茂盛，特别是湖泊沼泽地带密布着茂密的森林或水土植物。死去的植物遗体堆积在湖泊沼泽底部，随着地壳缓慢下沉逐渐被水覆盖与空气隔绝，在细菌参与的生物化学作用下，植物遗体开始腐烂分解，有的变成气体跑掉，有的变成液体流失，被保留下来的部分变成泥炭层。植物遗体演变成为泥炭的过程称为泥炭化阶段。 第二阶段——煤化阶段。随着时间推移，地壳继续缓慢下沉，泥岩层被水携带来的泥砂等物质覆盖，并且覆盖层逐渐加厚，在压力和温度的作用下，泥炭层逐渐脱水、压紧，碳的含量也逐渐增加，这时泥炭就变成了褐煤。如果地壳继续下沉，覆盖岩层不断加厚，褐煤在高温、高压的作用下，引起内部分子结构物理性质的变化，含碳物质进一步富集，氧和水分含量进一步减小，密度增大，颜色变深，硬度增加，逐渐地变成了烟煤，煤的这种变质过程称为煤化阶段。 4.煤的物理性质和化学性质主要包括几种？常用的煤质指标和工业分类指标各有哪些？ 煤的物理性质包括光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、密度和容量、导
电性等。煤的物理性质与煤中所含杂质有关，成分相同的煤的物理性质是随变质程度而改变的。 煤的化学组成主要是有机质和无机质两大类。有机质是煤的主要组成部分，它包括碳、氢、氧、氮和有机硫，还有少量磷等；无机质包括矿物质和水分，绝大多数是煤中的有害成分，对加工利用不利。 常用的煤质指标：水分Ｗ、水分Ａ、挥发分Ｖ、发热量Ｑ、胶质层厚度Ｙ、含矸率 工业分类指标：可燃基挥发分Ｖdaf(%)和胶质层的最大厚度 5.反映煤岩层产关要素是什么？ 走向：煤层或岩层面与水平面相交的线称为走向线。 倾向：煤层层面上与走向线垂直向下的倾斜线的水平投影所指的方向。倾角：煤层或岩层层面与水平面之间的两面角叫做煤岩层的倾角。6.影响煤层的主要构造有哪几种？ 单斜构造、褶皱构造、断裂构造 7.矿井储量是如何分类的？ 矿井储量可分为矿井地质资源量、矿井工业储量、矿井设计储量和矿井设计可采储量。 矿井地质资源量：详查地质报告提供的查明煤炭资源的全部。 矿井工业储量：地质资源量中控制的资源量，经分类得出的经济基础含量、边际经济储量连同地质储量中推断资源的大部，归类为矿井工业储量。 矿井设计储量：矿井工业资源储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤
煤矿地质基础知识 一、煤矿埋藏特征 1、煤层的厚度 由于成煤环境和条件的不同以及地质的影响，煤层厚度差异很大，有的煤层只有几厘米厚，有的可达几十米或百余米。 煤层的厚度，是确定开拓部署和选择采煤方法的主要因素之一。我国根据开采技术的特点，将煤层按厚度不同分成： （1）薄煤层：小于1.3m的煤层； （2）中厚煤层：厚度在1.3~3.5m的煤层； （3）厚煤层：厚度大于3.5m的煤层。 在生产工作中，习惯将厚度大于6m的煤层称特厚煤层。 从我国已探明的煤炭储量和已开采的煤层看，近水平煤层及薄煤层较少，而中厚煤层和厚煤层较普遍。 2、煤层的顶、底板 煤层顶底板是指煤系地层中位于煤层上下一定距离内的岩层。按照沉积顺序，先于煤生成的岩石是煤层底板，后生成的是煤层顶板。在正常情况下，煤层顶板位于煤层之上，而煤层底板位于煤层之下。当地质构造破坏较剧烈时，有可能发生倒转。 根据顶板岩层相对于煤层的位置及开采过程中岩层变形、跨落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和基本顶3种类型。 （1）伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下，多为炭质页岩和泥质页岩等。 （2）直接顶：位于伪顶或直接位于煤层（无伪顶时）之上，具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行跨落的岩层，多由砂质岩等组成。 （3）基本顶：位于直接顶或煤层之上，其厚度及岩石强度较大，是坚硬又难以跨落的岩层。通常由粗砂岩、砾岩、石灰石等组成。在采煤过程中，基本顶是顶板管理的主要对象。 煤层底板可分为直接底和基本底。直接底位于煤层之下，厚度数十厘米至数米，多为泥岩、页岩或黏土岩。有的直接底遇水膨胀，容易发生底鼓现象，致使巷道遭到破坏。基本底是位于直接底之下的较坚硬岩层，常为厚层状砂岩、砾岩或石灰岩。 3、煤层的形态与结构
矿井地质基础知识 一、地壳与地质作用 ㈠地壳及岩石 从古到今，人类的活动，都在地壳的表层进行。煤正是埋藏在地壳的表层。 组成地壳的是岩石，岩石是由一些矿物颗粒组成。矿物是一种或多种元素在地质作用下自然形成的产物，每一种矿物均有一定的化学成分和物理性质。因此，岩石的化学成分和物理性质是不均匀的，同一种岩石的化学成分和物理性质可以有很大的差别。 按生成的方式，岩石可以分三大类： 1. 岩浆岩 岩浆岩又称为火成岩，它是由岩浆冷凝而成。地壳深处压力和温度都很高，各种物质熔化成岩浆。当这种高温高压的岩浆沿着地壳裂缝移动到表层或喷出地面时，便冷凝成岩浆岩。如花岗岩、玄武岩等，都是最常见的岩浆岩。 2. 沉积岩 地表原有岩石经风化、剥蚀成碎屑，并经流水的搬运，在湖泊、沼泽地带沉积下来，这些沉积物经过压紧、胶结等作用形成沉积岩。常见的沉积岩有砂岩、页岩和石灰岩等。 3. 变质岩 变质岩是已经形成的各种岩石，在地下深处受到重力、地壳运动或岩浆侵入的高温作用，产生物理化学变化，改变了原来的成分和性质而变成的岩石。如石灰岩变质成大理岩。 煤属沉积岩类。在煤矿中遇到的主要是沉积岩，有些煤矿有岩浆岩侵入现象。㈡地质作用与地壳运动 组成地壳的物质，处于不断的运动和变化中。促使地壳发生运动和变化的自然作用，称为地质作用。有些地质作用进行得很激烈、明显，例如地震和火山爆发；而更多的地质作用则进行得很缓慢，需经历若干万年、亿年才显现出变化的结果 根据引起地质作用的动力来源不同，可将地质作用分为两大类：动力主要来自地球本身内部的内力地质作用，动力主要来自于太阳的外力地质作用，两者之间相互影响。 1. 外力地质作用 它主要由于太阳辐射能引起。地表岩石经过长期风吹雨打、日晒和温度变化、生物活动等，逐渐被破坏剥离或分解，通称为风化剥蚀；风化剥蚀的产物，随风流或水流搬运，当到低洼开阔的地方风流或水流减缓、搬运作用减弱时，剥蚀产物则沉积下来，即所谓的沉积作用。 沉积物在低洼地带一层层的堆积，越来越厚，下面的沉积物被上面的压紧，进而胶结成一个整体岩层，就是沉积岩。所以，沉积岩具有层理构造，它的原生状态一般近似水平。但由于后来的地质作用使地壳升降，沉积岩才变为倾斜状态。 2. 内力地质作用 引起地壳变动的动力来自地球内部。一种学说认为，基本原因是地球自转速度变化，即地壳表层的物质由于离心力的变化和惯性而产生移动，这种移动以水平运动为主，但在地球自转变缓时移动受阻的地方形成挤压带，隆起的形成山脉；相反，断离的则形成张裂。我国地质学界老前辈李四光教授创立的地质力学，就是以这种理论研究地壳各部分构造变形的分布状态。 另一种学派认为，地壳是由许多巨大板块构成，板块下面的地幔由于密度和温度的差异而发生对流，板块在地幔软流层上随之漂移，就像木板在泥浆上随泥浆流流动而漂移一样。
煤矿地质基础知识 煤矿地质基础知识汇总 一、什么是矿山地质工作 为矿山生产建设服务的地质工作，或者说，矿山建井开始至矿井报废关闭期间的一切地质工作，就叫做矿山地质工作。；其性质有二：一是直接服务于矿山生产建设；二是贯穿于矿山开发的全过程。 二、矿山地质工作的目的:是研究和解决矿山建设和生产过程中所出现的地质和水文地质问题：1.保证矿山生产顺利、安全；2.充分利用资源、延长矿山服务年限。 三、矿山地质工作的基本任务1.研究矿区、井田的地质、水文地质情况，查明影响煤矿正常生产和建设的地质因素。2.研究煤层的赋存状况、煤的物理化学性质，掌握煤层、煤质的变化规律。3.分析矿井充水条件、预测矿井涌水量，预防和处理水文地质问题。4.提供矿井生产、基本建设及新井移交生产所需要的地质、水文地质资料，及时提交地质说明书、参加采掘设计的审查和生产计划的编制。 5.根据地质情况，与生产部门密切配合，指导掘进和回采工作的合理进行，监督煤炭资源的充分开采。 6.掌握地质储量变化，进行矿井储量管理，组织补充勘探，增加矿井储量，延长矿井服务年限。 7.研究和调查煤系地层中伴生矿产的赋存情况和利用价值。 四、矿井地质工作阶段的划分建井地质工作：新井移交以前的地质工作；生产地质工作：新井移交以后的地质工作。 五、矿井地质工作的特点和要求 1.要密切联系实际 2.要及时发现和处理问题 3.要提供准确的地质资料。 4.要预测可能发生的地质变化 井巷地质编录地质编录：全面收集和系统整理原始地质资料的工作。分为原始地质编录和综合地质编录两种。
原始地质编录：观察研究地质现象的现场记录和观察研究手段的记录。包括现场编录和整理两部分。 综合地质编录：编制各种综合地质资料的工作。包括编制各种地质图件、各类地质说明书、地质报告。地质总结和地质预报等。 矿井原始地质编录：用文字和图表的形式记录和描绘矿井原始地质资料的工作。矿井原始地质编录包括：井筒、巷道、回采工作面及井下钻孔编录等。 1.1井巷地质编录的内容及要求一、井巷原始地质编录的内容包括文字、图表和实物等三方面资料。1.文字资料 2.图表资料 3.实物资料二、井巷地质编录的基本要求1.经常及时2.准确全面3.系统统一 4.重点突出 1.2井巷地质编录方式及其选定依据 一、井巷工程地质编录方式 概括起来有观测点式、剖面图式、断面图式、切面图式、展开图式和矿井数码影像（立体摄影）编录等六种方式。 1.观测点式编录适用于构造简单、煤层稳定的矿井或块段。 2.剖面图式编录是地质编录的一种基本形式，及连续观测绘制井巷一壁地质剖面图 3.断面图式编录适用于地 层层位稳定的岩巷和能够揭露煤层全厚的急倾斜煤层巷道。4.切面图式编录适用于巷道不能揭露煤层全厚的急倾斜煤层平巷编录。即沿巷顶或巷底连续观测绘制其水平地质切面图。5.展开图式编录适用于构造极复杂、煤层极不稳定、巷道两壁地质现象极不一致的块段。即连续测绘井巷多壁展开地质图。其展开方式有：（1）两壁一顶展开图（2）两壁一底展开图（3）掘进头两壁展开图（4）掘进头两壁一底展开图（5）巷道转弯展开图（6）巷道起伏展开图 二、井巷地质编录方式的选定依ju1.地质条件的复杂程度2.煤层倾角3.煤层厚度及其稳定情况4.巷道类型
地质工作是煤矿生产的先锋，地质资料（主要指煤层和岩层的埋藏情况）是矿井设计与日常生产的重要依据。没有可靠的地质资料，矿井设计与生产就会陷入盲目状态。煤矿地质工作包括煤田地质勘探和矿井地质工作，前者指找煤开始和最终获得一定精度的地质资料，以满足矿井设计的需要；后者指在建井和生产过程中进一步查清地质情况，直接为生产服务。 第一节煤层埋藏特征与煤层分类 一、概述 (一)煤的形成 虽然我国采煤和用煤的历史可以追溯到上千年前，但人们一直不清楚煤是怎样形成的。随着科学技术的发展，尤其是发明了显微镜以后，人们终于揭开了这个千年之谜：煤是由植物转变而来的。 植物是成煤的原始物质，它分为低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”（因其灰分即矿物质含量高，外观似黑色岩石而得名）；由高等植物形成的煤称为腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占绝大多数，目前开采的也主要是腐植煤。 煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、物理化学作用转变而成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段（图1-1）：第一阶段，泥炭化阶段；第二阶段，煤化阶段。 在泥炭化阶段，低等植物及浮游生物遗体经腐泥化作用形成腐泥，高等植物遗体经泥炭化作用形成泥炭；在煤化阶段，腐泥转变为腐泥煤，泥炭经煤成岩作用转变为褐煤，褐煤经煤变质作用转变为烟煤和无烟煤等。褐煤、烟煤、无烟煤均属腐植煤类。 图1-1 成煤作用阶段划分 (二)煤的分类 我国煤炭资源丰富，煤种齐全。按煤的煤化程度和工艺性能，可将煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，其煤化程度逐渐升高。其中烟煤又可分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤以及贫煤，越往后煤化程度越高。 二、煤层埋藏特征 (一)煤田和储量 1．煤田 在同一地史发展过程中，由炭质物的沉积并连续发育而造成的大面积含煤地带，称为煤田。煤田的范围、储量大小不一，小型煤田的面积不大，储量只有几百到几千万吨；大型煤田的面积有数千或数万平方公里，储量可达几亿到几百亿吨。 2．煤的储量 煤的储量是指地下埋藏着具有工业开采价值的煤炭资源的数量，可用分级和分类来表示其价值，见表1-1。 表1-1 煤炭储量分类表
第一章地质学基础知识 第一节岩石学基础知识 一、矿物 矿物是天然产物，通常具有一定的物理性质和比较固定的化学成份。有的矿物是由一种化学元素组成的单质矿物，如自然金、自然铜、金刚石等；有的是由两种或两种以上的元素组成的化合物，如黄铁矿、方解石等。某些人工合成的矿物，如人造金刚石、人造水晶等，其化学成份与物理性质与自然矿物类似，但不是天然产物，称之为“人造矿物”或“合成矿物”。 目前，已发现的矿物约3000多种，但组成煤系地层岩石的常见矿物仅有20余种，称之为造岩矿物。常见的矿物有：石英、长石、方解石、黑云母、白云母、角闪石、黄铁矿、赤铁矿和铝土矿等。 二、岩石 岩石是由矿物或岩屑在地质作用下聚集而形成的，自然界中有些岩石是由一种矿物组成，如纯洁的大理岩是由方解石组成；而多数是由两种以上的矿物组成，如花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成；少数由火山玻璃物质、胶体物质或生物遗骸组成。 岩石具有一定的结构和构造特征，与矿物比较，岩石的物质组成不固定，物理性质不均匀。 岩石与矿产的关系密切，各种金属、非金属矿产（如煤炭、石油等）绝大多数蕴藏于岩石之中，与岩石具有成因和时空上的联系。 自然界中岩石种类名目繁多，但根据其成因可分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。 1、岩浆岩 岩浆岩又称火成岩，它是地壳下面存在着高温高压的熔融硅酸盐物质（称为岩浆），受地壳运动的影响，沿着地壳薄弱带侵入地壳或喷出地表，温度降低，最后冷凝固结形成的岩石。 岩浆岩的主要矿物组成是硅酸盐矿物，主要氧化物是SiO2。根据SiO2的百分含量，岩浆岩可分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩。这些岩浆岩中的SiO2含量依次逐渐增大。根据岩浆岩的产出深度和状态的不同，岩浆岩又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。 岩浆岩侵入煤系地层，是一种常见的地质现象，也是影响煤矿生产的重要地质因素之一。岩浆岩侵入体对煤层的破坏性主要表现为：①煤层被侵入体所代替，破坏了煤层的连续、完整性，减少了煤炭的可采储量；②由于接触变质的影响，使煤的灰分增高，黏结性减弱，煤质变劣，降低煤的工业价值；③侵入体硬度较煤层大，会妨碍采掘工作的正常进行，增加生产成本；④侵入体在煤层中发育时，使采区和工作面布置困难，甚至造成废巷等损失。 岩浆岩与沉积岩及变质岩的主要区别标志有：①岩浆岩大多为块状的结晶岩石，部分因冷凝过快而呈玻璃质结构；②具有特有的矿物及结构构造；③与围岩有明显的界线，常含有围岩碎块，称“捕虏体”，接触处有热变质现象；④没有任何生物遗迹或化石。 2、变质岩 变质岩是指已存在的各种岩石（岩浆岩、沉积岩或早先形成的变质岩），在地壳中由于物理和化学条件的改变（高温、高压或化学性质活泼的气体、液体的影响），使原来岩石的结构、构造或矿物成份等发生变化而形成的新的岩石。如：由石灰岩变为大理岩、由石英砂岩变质为石英岩。变质轻者可保持原有岩石的一些结构、构造特征，重者则原岩面目皆非。 由于煤是沉积矿产，属沉积岩的一部分，本教材主要针对煤矿防治水问题，因此，下节重点介绍沉积岩。 第二节沉积岩 一、沉积岩的概念
采矿学 第 1 页共 1 页 1.煤田：在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并由大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。 2.井田（矿田）:划归一个矿井开采的一部分煤田或全部煤田。 3.井田划分原则:1.充分利用自然等条件划分井田；2.井田范围、储量和开采条件要与矿井生产能力相适应；3.保证井田有合理的尺寸； 4.合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。 4.矿井生产能力：又称为矿井年产量，是指矿井在一年内生产煤炭的数量，单位为万t /a 或Mt /a 。一般是指矿井的设计生产能力。矿井服务年限：矿井从投产到报废的开采年限。 5.T=ZK/A*K ZK－矿井可采储量，Mt； T－矿井设计服务年限，a；A－矿井设计生产能力， Mt /a；K—储量备用系数，1.3-1.5。 6.储量备用系数是为保证矿井有可靠服务年限而在计算时对储量采用的富裕系数。 7.井田划分为阶段和水平阶段：在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分称为一个阶段，具有独立的生产系统。 8.开采水平（简称水平）：布置有主要运输大巷和井底车场、并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平。（阶段表示井田的一部分范围水平是指布置大巷的某一标高水平面但广义的水平不仅表示一个水平面，同时也是指一个范围即包括所服务的相应阶段） 9.阶段内再划分：采区式分段式带区式 10.根据巷道服务范围及其用途，矿井巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类。 11.开拓巷道：为全矿井，一个水平或若干采区服务的巷道。作用：在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。如：井筒，井底车场，主要石门，运输大巷和回风大巷，主要风井等。 12.准备巷道：为一个采区或数个区段服务的巷道。作用：在于准备新的采区，以便构成采区生产系统。如：采区上下山，采区车场，采区硐室等。 13.回采巷道：仅为采煤工作面生产服务的巷道。作用在于切割出新的采煤工作面并进行生产，如：区段运输平巷，区段回风平巷，开切眼等。 14.井田开拓：从地面开掘一系列的井巷进入煤层。 15.开拓方式：开拓巷道在井田内的总体布置方式。(立井开拓斜井开拓平硐开拓综合开拓分区域开拓斜硐开拓) 16.矿井工业资源/储量：是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经济及以上的基础储量及推断的内蕴经济的资源量乘以可信度系数之和。、矿井设计资源/储量：是指矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量后的资源/储量。 17.矿井设计可采储量：是指矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以釆区采出率。 18.井田开拓要解决的问题: 确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业广场的位置；合理地确定开采水平数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造。 19.井筒的位置一、对井下开采合理的井筒位置（1）井筒沿井田走向方向的有利位置应在井田中央（2）井筒沿倾斜方向的有利位置（①斜井开拓时，井筒沿煤层倾向的有利位置主要是选择合适的层位和倾角。②立井开拓时，井筒沿煤层倾向位置（见图）③单水平开采缓倾斜煤层的井田，井筒应坐落在井田中部，或者使上山部分斜长略大于下山部
第一篇井田开拓 第一章井田开拓基本知识矿井生产概况 一、基本概念 1. 煤田 在地质历史发展的过程中，含碳物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带称为煤田。（山西八大煤田） (煤的形成与形成有价值煤田的条件----录像)
山西煤田分布： 六大煤田名称（面积，单位：104km2）：大同(0.19)、宁武(0.38)、河东(1.6)、西山(0.18)、沁水(4)、霍西(0.68)。 其中大同、宁武两个煤田，都兼有石炭二叠纪和侏罗纪的煤系，因此它们成为“双纪’’煤田。 还有几个“煤产地”，浑源煤产地(0.041)、繁峙煤产地、五台煤产地(0.0049)、垣曲煤产地、平陆煤产地。 山西省有119个县，其中94个县有煤炭资源，91个县有煤矿。 2. 矿区和矿区开发开发煤田形成的社会区域，称为矿区。 矿区根据储量、赋存条件、煤炭市场需求量和投资环境等情况，确定矿区规模、划分井田，规划井田开采方式，规划矿井或露天矿建顺序，确定矿区附属企业的类别、数目和生产规模，建设过程等，总称为矿区开发。 3. 井田在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田。 （沁源县煤矿分布图） 二、矿井巷道 为了进行矿井开采，在地下开掘的井筒、巷道和硐室的总称。（一）按空间位置和形状可分为：(p.6) 1. 垂直巷道－立井、暗立井、溜井 2．倾斜巷道－斜井、暗斜井、上山、下山、开切眼(p.7) 3．水平巷道－平硐、石门、煤门、平巷、开切眼(p.7) （二）按服务范围及其用途可分为 1.开拓巷道: 为全矿井或一个开采水平服务的巷道。例如运输大巷、回风大巷、井底车场,主井，副井，回风井，主石门，采区回风石门，采取运输石门，回风石门。 2.准备巷道: 为采区、一个以上区段、分段服务的运输、通风巷道。例如采区上山、采区车场，区段集中巷，区段石门。 3.回采巷道: 形成采煤工作面并为其服务的巷道。例如区段平巷、开切眼等。
煤矿地质学 绪论 一、煤矿地质学概述 地质学 地质学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。 现今地质学又分为许多有着一定联系、而又具有各自不同特点的学科，归纳起来可分为：静力地质学 主要研究地壳的物质组成，包括结晶学、矿物学、岩石学。 动力地质学 主要是研究改变地壳地貌、地壳组成和构造变动的因素，包括构造地质学、大地构造学、新构造运动学、地貌学和地质力学等。 历史地质学 主要研究地壳发展和生物演化的历史及其演变规律，包括古生物学、地史学等。 矿产地质学 主要研究矿产的形成及其分布规律，它包括矿床学、水文地质学、矿山地质学、石油地质学、煤田地质学。 此外还有地质学与其它学科相结合而产生的新学科，如地球化学、地球物理、数学地质和遥感地质。 煤矿地质 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、确定煤的资源储量及煤的用途，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生产实践性较强的学科。 二、煤矿地质学的特点及研究方法 煤矿地质学是运用地质理论，解决煤矿地质问题的应用地质学，它与煤矿建设、开拓、开采紧密结合，是具有实践性很强的学科。 研究方法遵循“实践—认识—实践”的认识过程来进行研究。一方面要进行大量的直接观察和实验，获得详尽的实际资料；另一方面将获得的大量资料不断加以“归纳、分析研究、判断、推理”，将感性知识上升到理性知识，然后再将得到的理性知识去指导实践，并在实践中加以验证、补充与修改，使之更加符合客观实际。因此，地质工作者需要采取观察、实验、归纳、总结、去粗取精，去伪存真、由表及里的建立一套完整的地质工作方法。 三、煤矿地质与煤矿建井、地下开采、露天开采及煤矿测量的关系 煤矿地质资料是煤矿建井、地下采煤、露天采煤的设计依据。煤矿地质工作不仅是新井建设，矿井持续生产、老矿挖潜、以及解决水、火、瓦斯、冒顶等矿井灾害问题的重要手段，同时又是指导煤矿安全正常生产不可缺少的重要依据。没有可靠的地质资料不可能做出正确的矿井设计，没有正确的地质工作就不能正确地进行建井与回采。由此可见，矿井地质工作在煤矿建井、煤矿生产过程中占有重要位置。 煤矿地质工作是为露采、建井、地采服务的，同时又指导建井和采煤。它始终贯穿在露天剥离、建井、开拓、回采，直至矿井报废的全过程。如果掘凿一对竖井，由于地质资料错误致使井筒不能按期移交生产，或达不到设计目的；对地质资料了解不清，直接影响采煤方法的选择和采煤机械化的进行；如果资源储量估算不准确，将影响矿井服务年限和生产的正常接续；如果对水文地质条件、瓦斯的赋存、围岩压力，地质构造，地热等了解不清，将会带来
系列矿山安全基础知识之矿山地质安全知识 01 矿物 矿物是由地壳中化学元素通过地质作用形成的一种具有一定化学成分和物理特性的单质或化合物。自然界中矿物存在的状态有3种：固态，如石英、正长石、云母；液态，如水、自然汞；气态，如二氧化碳、硫化氢等。 02 岩石 1．岩石的物理力学性质 岩石是在各种地质作用下，由一种或多种矿物有规律地组合成的矿物集合体。岩石的物理力学．性质表现在其变形特性、强度特征、破坏形式三方面。 1）岩石的变性特性 岩石在载荷作用下，由一种或多种矿物有规律的组合成的矿物集合体。岩石的物理力学，性质表现在其变性特性、强度特征、破坏形式三方面。 ①弹性：岩石除去外力后能恢复原来形状和体积的性能，称为岩石的弹性。 ②塑性：岩石除去外力后不能恢复原来形状和体积的性能，称为岩石的塑性。 ③流变性：流变性就是指岩石的应力一应变关系与时间因素有关的性质。岩石的流变性包括蠕变、松弛和弹性后效。 ④岩石变性参数：弹性模量E、变形模量E、泊松比v。 2)岩石的强度特征 岩石在外载荷的作用下，当应力达到某一极限时便发生破坏，这个极限就是岩石的强度极限。具体指标有：单向抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、三向抗压强度。
3)岩石的破坏形式 岩石的破坏形式分为脆性破坏和塑性破坏两种。 2．煤层的顶底板岩石 (1)顶板岩石。从采煤工作的角度，根据顶板岩层变形和垮塌的难易程度，可将煤层的顶板岩层分为伪顶、直接顶、基本顶(又称老顶)3种。 (2)底板岩石。煤层的底板岩石可分为直接底及基本底(又称老底)两种。 03 地层 地层系统是用来描述地层上下层之间空间关系的，国际上通常用的地层划分单位有界、系、统。地质时代是用来描述地层上下层之间时间关系的。在划分地层系统的基础上，将地壳的发展历史相对应地划分成若干地质时代的单位，即代、纪、世。 04 地质构造 沉积岩层(包括煤层)在形成时，一般都是水平或近水平的，在一定范围内是连续完整的。但后来由于受到地壳运动的影响，使岩层的形态和产状发生了变化。这种由地壳运动所引起的岩层变形和变位的结果叫构造变动。构造变动按其表现形式，主要可分为褶皱和断裂两类。这种由地壳运动而造成岩层空间形态的变化，称为地质构造。 1．岩层的产状要素 为了说明倾斜岩层的空间形态，常用产状要素来表示，即岩层的走向、倾向及倾角。 2．褶曲构造 褶皱构造的基本单位叫褶曲。褶曲就是岩层的一个弯曲。
第二章煤矿地质基本知识 一、煤矿地质基本概念 1、岩石及其分类 构成地球外层硬壳的物质叫岩石，它是由一种矿物或数种矿物组成的。 岩石按其成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 2、岩浆岩或火成岩 地壳下部（地幔或更深一些）的高温高压岩浆（岩浆温度通常为700～1300℃）沿着地壳薄弱部位或缝隙向上入侵到地壳乃至喷出地表，经冷凝结晶后而形成的岩石称为岩浆岩（又称火成岩）。 淮北煤田常见岩浆岩有辉绿岩、闪长岩或闪长玢岩等；其硬度较大，锤击易帽火星。 3、沉积岩 沉积岩：由地质作用形成的岩石碎屑（泥、砂、砾石）、各种有机物以及溶解在水中的物质，在低洼的海洋、湖泊、沼泽等水盆地中沉淀下来，逐层堆积，经过压实、脱水、胶结而形成的坚硬岩石称为沉积岩。 根据沉积岩的成因、成分及结构等特征分为碎屑岩、粘土岩和化学及生物化学岩等类别。 煤矿井下常见的沉积岩有角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和页岩、石灰岩、煤等。 沉积岩主要的特征是有层理和化石的存在。 4、变质岩 由于地壳运动和岩浆活动的影响，使已经形成的岩浆岩、沉积岩或先期变质岩，在地下深处受到高温和高压的作用，改变了原来的成分和性质，变成新的岩石——变质岩。 变质岩的常见类型：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、糜棱岩、石英岩、大理岩、矽卡岩（常见的矿产有铁、铜、铅、锌、钨等） 5、成煤的条件 成煤的必要条件：煤的形成是许多地质因素综合作用的结果。在地史中并不是每个地质时代，各个地区都能成煤。因为煤的形成是有条件的。成煤的必要条件包括：植物条件、气候条件、地理环境条件和地壳运动条件等。 如果地壳升降交替出现，则可形成多个煤层。 淮北矿区含煤地层的沉积环境为滨海平原的海陆交互沉积；成煤时代为石炭、二叠纪。 6、煤层及其厚度 在聚煤时期，连续或大致连续沉积的一套含有煤层的沉积岩系，称为煤系或含煤岩系、含煤地层（或叫煤系地层） 也和其它沉积岩一样，在地下呈层状埋藏，所以把沉积岩系中赋存的层状煤体叫煤层。
《煤矿地质学》课堂教学与野外地质实习 煤矿地质学是煤炭工程专业的重要课程，通过该课程的学习，学生可以了解煤矿地质 的基本理论和实践应用，掌握煤矿勘探、开采和煤矿地质灾害防治的基本知识和技能。为 了更好地培养学生的实践能力和地质理论知识，煤矿地质学课程通常安排了野外地质实习 环节，让学生亲身参与到煤矿地质勘探和实践活动中，达到理论与实践相结合的效果。 煤矿地质学的课堂教学主要包括以下几个方面： 一、地质基础知识 煤矿地质学的课程首先要求学生掌握地质学的基础知识，包括地质构造、地层学、构 造地质学、矿物学、岩石学等方面的知识。这些知识是后续学习煤矿地质学理论和实践的 基础，只有通过对地质基础知识的学习，才能更好地理解煤矿地质学的相关内容。 二、煤的形成与分布 煤是一种重要的矿产资源，煤炭的形成与分布是煤矿地质学的重要内容之一。在课堂 教学中，学生将学习煤的形成过程、煤的类型与特征、煤层的产状特征、煤的分布规律等 知识，通过案例分析和实例讲解，加深学生对煤的形成与分布的理解。 三、煤矿勘探与预测 煤矿地质学的课程还包括煤矿的勘探与预测内容，学生将学习地球物理勘探方法、地 球化学勘探方法、钻孔勘探方法等，了解煤矿勘探的基本原理和方法，为后续的地质实习 活动做好准备。 四、煤矿地质灾害防治 煤矿地质学的课程还将介绍煤矿地质灾害的类型、成因、预测和防治措施，学生将学 习煤与瓦斯突出、煤与矿层走向发生地层水、冒顶、顶板下沉等灾害的成因及预防措施， 为日后的野外地质实习活动做好安全准备。 野外地质实习是煤矿地质学课程的重要组成部分，通过实地考察和调查，让学生亲身 接触到煤矿地质勘探和实践工作，加深对地质理论知识的理解，提高实践能力和团队合作 意识。 二、煤矿地质灾害实习 学生将参与到煤矿地质灾害的实际调查工作中，了解各类地质灾害的成因和预防措施，学习使用地质勘探仪器和设备，掌握地质灾害的监测和预警技术，提高应对地质灾害的能力。
第一章煤矿地质知识 本章重点及难点分析： 1、地质作用 2、岩石的形成与分类 3、年代地层表 4、煤的形成条件 5、煤的性质及工业分类 6、煤层赋存状态（厚度、结构、倾角及稳定性） 7、地质构造（向斜、背斜、断层、陷落柱、岩浆浸入） 8、煤的自燃、瓦斯和水对矿井开采的影响 9、矿井储量。 1地壳的组成与地质作用 （略） 2煤的形成 2.1煤的形成和煤系 实践证明，全球煤矿藏的分布是不均衡的。如早古代的石炭纪和二叠纪、中生代的晚三叠世和早侏罗世、新生代的早第三纪等均有煤炭聚集，而其它地质时期则缺少具经济价值的煤炭层。同一个地质时期，有些地区有煤炭聚集，有的地区则没有煤炭聚集；甚至于同一个聚集期内，不同聚煤地区常出现不同的聚煤范围和不同的煤层厚度。由此可以看出，煤层的形成是受某些条件控制的。这些条件常称为成煤的控制因素，如古植物、古气候、古地理及古构造等。当成煤的控制因素配合良好时，就会出现强盛的聚煤时期；否则，是成煤的衰退时期。 2.1.1成煤条件 古植物条件 植物是成煤的原始物质。没有大量的植物生长，就不可能形成煤炭。植物的大量生长繁殖是在地球形成数十亿年以后，因此煤炭的形成也是近几亿年植物大量繁殖后才开始的，这就是地球上自植物大量发展以来出现主要聚集期的理由。例如我国三大聚集期(即石炭二叠纪、三叠侏罗纪、第三纪等)分别与孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛时期相适应。 植物分为高等植物和低等植物两大类。地球上的低等植物是没有根、茎、叶等器官的分化，多生长在水中，是最早出现的生物(如细菌、藻类)，它们是形成
腐泥煤的原始质料。高等植物，具有根、茎、叶等器官分化，主要有蕨类植物，裸子植物和被子植物，它们常形成高大乔木，具有粗大的根、茎、叶，是形成腐植煤的原始质料。 ●古气候条件 植物的大量生长繁殖必须有适宜的气候条件。所谓适宜的气候条件主要是指空气的温度和湿度。这是因为只有在潮湿和温暖的条件下，植物才能大量繁殖。其中，温度既影响植物繁殖的速度，又影响植物遗体的分解速度。如热带地区，植物繁殖的速度很快，为泥炭的生成提供了大量的原始质料，但高温又促使植物遗体快速分解，破坏了泥炭的大量堆积。如果植物遗体在稍有积水的沼泽地带，且遗体能够及时地被掩埋起来，避免氧化分解，即可逐渐聚积起来形成泥炭。因此，潮湿和温暖的气候是成煤的最有利条件。 ●古地理条件 古地理因素是指适宜于大面积沼泽化的自然地理环境。实践证明，符合沼泽化的自然地理环境，主要有滨海的广阔平原、内陆湖泊、广大河谷的河漫滩、河口三角洲、泻湖海湾及山间盆地等较广阔的平坦地带。由于地壳升降引起的海水进退，常常在上述古地形条件下形成大面积的沼泽，我国将含煤岩系划分为陆相含煤岩系及海陆交替相含煤岩系，这是与上述各地形相吻合的。 ●古构造因素 在地质历史时期中，含煤岩系形成必须具有一定的物质来源和一定的沉积场所。这些物质均来源于沉积场所周围隆起区内的碎屑物质及生长在沉积场所之内的大量植物遗体。形成含煤岩系的沉积场所，主要是分布在各个聚煤期内的低洼盆地。这些盆地的形成，大部分属于构造成因的，少部分属于非构造成因的。构造成因的盆地，一般统称为构造盆地或构造坳陷；属于非构造成因的盆地，主要是地表某些部分遭受侵蚀作用后形成的盆地或坳地，一般称为侵蚀盆地。无论是构造坳陷或非构造坳陷，只要在地质历史时期内具有适宜的聚煤条件，都可以形成含煤岩系。 2.1.2煤的形成过程 煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学作用转变形成的。植物从死亡、遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程，称为成煤过程。 成煤过程大致可分为两个阶段：一是泥炭和腐泥化作用阶段，二是煤化作用阶段。其中，第一阶段是植物在浅海或沼泽及湖泊中不断繁殖，其遗体在微生物作用下不断分解、化合、堆积的过程。当已形成的泥炭和腐泥被覆盖、掩埋时，进入煤化作用阶段，即第二阶段。也就是在以温度和压力为主的作用下变成煤的阶段。
煤矿基本地质知识 第一篇：煤矿基本地质知识 聚煤期：地质历史中形成煤炭资源的时期，也称为成煤期。主要分为古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪，新生代的古近纪和新近纪。 含煤岩系：在一定的古构造、古地理、古气候条件下形成的一套含有煤层、具有共生关系、多相组合的沉积岩系，简称煤系。 煤田：同一地质历史时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区。 煤层顶板：赋存在煤层之上的邻近岩层称为顶板。 煤层底板：赋存在煤层之下的邻近岩层称为底板。 根据岩层相对于煤层的位置及垮落性能，将煤层顶板分为伪顶、直接顶和基本顶(老顶)。伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5米以下，多为炭质页岩、泥页岩，并非所有煤层都有伪顶。 直接顶：位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性，采煤时移驾或回柱后能自行垮落的岩层，多为粉砂岩、泥岩等。 基本顶：又称老顶，位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及岩石强度大、难于垮落的岩层。通常为砂岩、石灰岩、砂砾岩等。 夹矸：煤层中有时含有厚度较小的岩层，这些岩层称为夹矸。 根据煤层中有无较稳定的夹矸层，将煤层分为2类： 简单结构煤层：这类煤层不含夹矸层，但可能有较小的矿物质透镜体和结核。复杂结构煤层：这类煤层中含有较稳定的夹矸层，少则1—2层，多则数层。 煤层按倾角分为四类：近水平煤层小于8°；缓(倾)斜煤层8°至25°；中斜煤层25°至45°；急（倾）斜煤层大于45°。 煤层按厚度分类：薄煤层小于1.3米；中厚煤层1.3至3.5米；厚煤层大于3.5米。 第二篇：煤矿地质 一、解释下列概念：
1、沉积岩：在地表及地表下不太深的地方形成的一种地质体，它是 在常温、常压下，由风化作用、生物作用或某种火山作用所形成的物质经过改造而形成的岩石。 2、地质作用：促使地壳物质发生运动和变化的各种自然作用。 3、岩床：地下岩浆沿煤、岩层层面方向侵入的层状侵入体。 4、勘探程度：勘探区在不同阶段，在相应工程基本线距控制的基础 上，对各种地质问题及开采技术条件的研究和查明程度 5、矿井瓦斯：在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多 成分的混合气体。 6、层理：由于岩性在沉积方向上的变化，而表现出来的层状构造。 7、地热增温率：在增温层中，深度每增加100m，温度所升高的度数。 8、岩溶塌陷：在石灰岩等可溶性岩层地区，由于地下水溶蚀作用而 产生的塌陷现象。 9地质构造：构成地壳的岩层和岩体，在外力作用下所发生的变形与 变位。 10、岩床：地下岩浆沿煤、岩层层面方向侵入的层状侵入体。 二、填空：（10分） 1地球内圈层进一步划分的依据是：地震波 2据层理的不同形态，层理可划分为：水平层理、波状层理、斜层理3古生界六个系：寒武系奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系 4地质历史上三个重要的成煤期是：石炭纪，二叠纪，侏罗纪 5、根据构造复杂程度，煤矿勘探类型划分：简单构造、中等构造、复杂构造、极复杂构造 6、根据煤层稳定程度，煤矿勘探类型划分为四型即：稳定煤层、
矿井地质基础知识培训讲座 一、什么是矿山地质工作 为矿山生产建设服务的地质工作，或者说，矿山建井开始至矿井报废关闭期间的一切地质工作，就叫做矿山地质工作。；其性质有二：一是直接服务于矿山生产建设；二是贯穿于矿山开发的全过程。 二、矿山地质工作的目的:是研究和解决矿山建设和生产过程中所出现的地质和水文地质问题：1.保证矿山生产顺利、安全；2.充分利用资源、延长矿山服务年限。 三、矿山地质工作的基本任务1.研究矿区、井田的地质、水文地质情况，查明影响煤矿正常生产和建设的地质因素。2.研究煤层的赋存状况、煤的物理化学性质，掌握煤层、煤质的变化规律。3.分析矿井充水条件、预测矿井涌水量，预防和处理水文地质问题。4.提供矿井生产、基本建设及新井移交生产所需要的地质、水文地质资料，及时提交地质说明书、参加采掘设计的审查和生产计划的编制。 5.根据地质情况，与生产部门密切配合，指导掘进和回采工作的合理进行，监督煤炭资源的充分开采。 6.掌握地质储量变化，进行矿井储量管理，组织补充勘探，增加矿井储量，延长矿井服务年限。 7.研究和调查煤系地层中伴生矿产的赋存情况和利用价值。 四、矿井地质工作阶段的划分建井地质工作：新井移交以前的地质工作；生产地质工作：新井移交以后的地质工作。 五、矿井地质工作的特点和要求 1.要密切联系实际 2.要及时发现和处理问题 3.要提供准确的地质资料。 4.要预测可能发生的地质变化 井巷地质编录地质编录：全面收集和系统整理原始地质资料的工作。分为原始地质编录和综合地质编录两种。 原始地质编录：观察研究地质现象的现场记录和观察研究手段的记录。包括现场编录和整理两部分。