專升本課件6.1其它影響因素

1、 第四節(jié) 巖溶陷落柱對煤礦生產(chǎn)的影響巖溶陷落柱 指煤層下伏可溶性巖層，經(jīng)地下水溶蝕形成溶洞，上覆巖層失去支撐產(chǎn)生塌陷，形成筒狀或似錐狀柱體的現(xiàn)象，簡稱陷落柱。俗稱“無炭柱”，采煤至此無煤可采，故名。 陷落柱在華北石炭-二疊紀聚煤區(qū)比較發(fā)育，其中尤以山西、河北為最。山西陽泉、太原西山、汾西礦區(qū)、軒崗地區(qū)普遍存在。形成過程示意圖a.石灰?guī)r中發(fā)育溶洞 b.溶洞不斷擴大 c.陷落柱形成一、巖溶陷落柱的成因（一）巖溶發(fā)育的地質條件 1.煤系下部存在較厚的可溶性巖層； 2.可溶巖中發(fā)育斷裂構造（節(jié)理、斷層）； 3.地下水中含有可侵蝕性的二氧化碳； 4.具有良好的地下水動力條件（徑流強度較大）。 CaCO3

2、 + CO2 + H2O Ca2+ + HCO3-（二）溶洞塌陷機理 1.重力塌陷 上覆巖層在重力作用下塌陷 2.真空吸蝕塌陷 地下水流急速，通道內(nèi)產(chǎn)生負壓，抽吸作用使上覆巖層向下陷落。二、巖溶陷落柱的特征（一）陷落柱的形態(tài)特征 1. 陷落柱的平面特征 圓形、橢圓形、長條形、不規(guī)則形。 平面面積可由幾十平方米到數(shù)萬平方米。 2. 陷落柱剖面形態(tài) （1）上大下小柱體 柱面與水平面的夾角一般為4050。 （2）上小下大柱體 柱面與水平面的夾角一般為6080。 （3）不規(guī)則錐形柱體： 柱面與水平面的夾角一般為7080。3. 陷落柱的高度 溶洞底到塌陷頂?shù)拇怪本嚯x。 一般可由幾十米到數(shù)百米。 4. 陷

3、落柱的中心軸陷落柱各平面中心點的連線。中心軸大多是歪斜的。中心軸的傾伏向、傾伏角是預測下部煤層陷落柱的主要依據(jù)（二）陷落柱的地表出露特征 （1）盆狀塌陷 （2）丘狀突起 （3）柱狀破碎帶 （4）地表黃土圓形塌陷坑（三）陷落柱的井下特征 1. 柱面特征 鋸齒狀滑坡狀2. 陷落柱的柱體特征 剖面形狀為錐形，上小下大塌落巖塊大小懸殊、棱角明顯、混雜堆積, 均為上覆地層的巖石碎塊。 柱面沉積物：鐵質、鈣質、泥質； 柱高與巖溶大小、地下水排泄條件有關。 （四）陷落柱的分布特征 （1）沿褶曲軸發(fā)育 （2）沿斷裂構造帶發(fā)育 （3）在斷裂交叉點發(fā)育（一）陷落柱出現(xiàn)前預兆 1.煤巖層產(chǎn)狀變化 由于牽引作用使煤層

4、、巖層向陷落柱中心傾斜，傾角變化一般46，影響范圍1520m。 2.裂隙和小斷層增多 陷落柱周圍煤巖層常發(fā)育張裂隙和小型正斷層。 3.煤出現(xiàn)風氧化現(xiàn)象 4.涌水量增大三、陷落柱的觀測與研究陷落柱分布的方向性與溶洞網(wǎng)絡預測圖（二）陷落柱的預測與探測 1.預測 （1）根據(jù)地質構造帶分布規(guī)律預測 （2）根據(jù)已知陷落柱推延預測 2.探測 （1）鉆探 （2）物探 （3）巷探四、陷落柱對煤礦生產(chǎn)的影響及處理（一）陷落柱對煤礦生產(chǎn)的影響 （1）破壞可采煤層，減少煤炭儲量 （2）影響正規(guī)開采，制約機械化作業(yè) （3）加大掘進工程，降低礦井效益 （4）影響礦井安全生產(chǎn)（二）陷落柱的處理 1.設計階段對陷落柱的處理

5、 盡可能將已查明的陷落柱留在設計的煤柱內(nèi)。 2.掘進階段對陷落柱的處理 （1）加強巷道支護，直接強行通過 （2）繞陷落柱而過，將陷落柱留在煤柱內(nèi)。運輸巷回風巷3.回采階段對陷落柱的處理（1）根據(jù)陷落柱出現(xiàn)的部位、形狀、大小和采煤方法等因素，采取縮短工作面或另開切眼的方法處理。采空區(qū)采線（2）注漿堵水 影響煤礦生產(chǎn)的其他地質因素礦井瓦斯煤層頂?shù)装宓責崤c礦山壓力煤層自燃 第五節(jié)第六節(jié)第七節(jié)一、礦井瓦斯 （一）概述 礦井瓦斯：是指煤礦生產(chǎn)過程中，從煤巖層中釋放出來的以甲烷為主的各種有害氣體的總稱。 采礦學科的術語。 瓦斯以甲烷為主，體積百分比達70-96%，俗稱沼氣，無色、無味、無毒，可燃、可爆9%

6、 。比重0.554，比空氣輕，微溶于水，易于擴散，聚集在巷道上部。 資源、安全！ 煤層氣：是專指儲存在煤層及其頂?shù)装鍑鷰r中，成分以甲烷為主 的一種非常規(guī)天然氣。 地質學科的術語。 煤層氣是優(yōu)質、潔凈的氣體能源！ （二） 瓦斯的形成與分帶 1. 瓦斯的形成 與煤的形成同步，貫穿整個成煤過程，可分兩個階段： 1）生物化學作用階段 植物成煤第一階段有機質分解形成瓦斯，但保存的很少。因為埋藏較淺，絕大多數(shù)瓦斯都逸散到大氣中。 2）煤變質作用階段 成煤的第二階段過程中，產(chǎn)生大量瓦斯，且隨煤的變質程度增高而增多。由于處在地下深處，不易擴散。 煤礦生產(chǎn)中涌出的瓦斯重點是這一階段形成并保存下來的。 2. 瓦斯

7、在煤層中的賦存狀態(tài) （1）游離狀態(tài) 瓦斯以自由氣體狀態(tài)賦存于煤體或圍巖的空隙中。 （2）吸著狀態(tài) 吸附瓦斯：瓦斯被吸附在煤、巖體的微孔表面上，呈薄膜狀。 吸收瓦斯：瓦斯分子進入煤體內(nèi)部，與煤體微粒緊密結合成固溶體。3.瓦斯的垂直分帶 CO2-N2帶： CH4 10 N2帶： CH4 20 N2-CH4帶： CH4 20-80 CH4帶： CH4 80 前三個帶統(tǒng)稱為瓦斯風化帶！ 深度差別很大，決定于空氣透入條件，上部煤巖層風氧化情況及地下水活動強弱程度。瓦斯風化帶下界深度可據(jù)下列指標中任何一項確定： Q相對 2m3/t CH4 80 煤層內(nèi)瓦壓 = 0.1-0.15MPa 長焰煤1-1.5；氣

8、煤1.5-2；肥煤與焦煤2-2.5；瘦煤2.5-3；貧煤3-4；無煙煤5-7m3/t。 掌握煤層瓦斯垂直分帶特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預測、 日常瓦斯管理工作的基礎。（三）影響瓦斯含量的地質因素 瓦斯含量 指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含瓦斯的體積； 單位m3/t、m3/m3，包括游離、吸著瓦斯之和。1煤的變質程度2圍巖和煤層的滲透性3煤層出露程度4煤層埋藏深度5煤層傾角6地質構造7水文地質條件煤層瓦斯含量的測定 1）直接測定法： 密封式 集氣式 氣測井法 2）間接測定法 現(xiàn)場實測瓦斯壓力，實驗室測定吸附常數(shù)，校正影響系數(shù)，公式算出瓦斯含量預測圖的編制 1）底圖：煤層底板等高線圖，分煤層編

9、制； 2）編制資料：取樣成果資料（定性、定量）； 3）編圖步驟：填繪取樣點，并著色；注明瓦斯含量和距地表深度；勾繪瓦斯含量等值線。（四）礦井瓦斯涌出量與礦井瓦斯等級 1礦井瓦斯涌出量 指礦井開采過程中涌入巷道內(nèi)的瓦斯量。表示方法有兩種： （1）絕對瓦斯涌出量 生產(chǎn)礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯量，用m3/min或m3/d表示。 （2）相對瓦斯涌出量 礦井在正常生產(chǎn)情況下，平均日產(chǎn)1t煤的瓦斯涌出量；用m3t表示。 2礦井瓦斯涌出形式 （1）普通涌出：緩慢逸出 （2）特殊涌出：突出、噴出3礦井瓦斯等級（1）低瓦斯礦井 相對瓦斯涌出量10m3/t；絕對瓦斯涌出量 40m3/min。（2）高瓦斯礦井 相

10、對瓦斯涌出量 10m3/t；絕對瓦斯涌出量40m3/min。（3）煤與瓦斯突出礦井 在一個礦井中只要發(fā)現(xiàn)一次煤與瓦斯突出，該礦井即定為煤與瓦斯突出礦井。（五）影響煤與瓦斯突出的地質因素1煤層結構2煤巖類型3煤變質程度4煤層的埋藏深度5地質構造和地應力6圍巖的物理力學性質（六）礦井瓦斯防治 1、煤與瓦斯突出的預兆 地壓顯現(xiàn)、瓦斯涌出異常、煤層結構變化 2、煤與瓦斯突出預測 區(qū)域預測、局部預測、突出報警 3、防治煤與瓦斯突出的地質工作 作好突出點的地質編錄、編制突出點分布圖、收集瓦斯地質預報資料、分析瓦斯突出與地質條件的關系、編制瓦斯突出預測圖 4、防治瓦斯聚積、引燃的措施 1）防止瓦斯聚積的措施

11、 加強通風：做到有效、穩(wěn)定、連續(xù)不斷，把瓦斯吹散、沖淡、稀釋到無害的濃度； 加強瓦斯檢查：建立嚴格的制度，每次檢查務必反映出瓦斯變化情況，并記錄在案，同時通知現(xiàn)場工作人員； 及時處理局部聚積的瓦斯：可用隔離法、分支通風法、引風法、壓風法來處理聚積的瓦斯。 2）防止瓦斯引燃的措施 原則是在井下消除火源，嚴格管理和控制熱源； 手段是防止明火、防止電火花、防止放炮引燃等多種措施。（一）煤層頂?shù)装鍖γ旱V生產(chǎn)的影響 1.影響工作面的連續(xù)推進 工作面遇斷層時，堅硬的頂?shù)装宀焕诓捎锰繇斉P底的方式通過斷層。 2.頂?shù)装宓钠茐目赡軐е峦凰?頂?shù)装搴畬铀际敲禾堪踩_采的一個重大課題。 3.影響支護的密度、形

12、式和性能 不同類型的頂板影響到支護的密度、形式。 底板巖石的強度影響到支護的性能。二、煤層頂?shù)装?（一）煤層頂?shù)装宓难芯糠椒?1.收集相關資料 鉆孔、井巷、采場，分析特征，編制圖件 2.研究構造規(guī)律對其影響 褶皺、斷裂，確定影響范圍 3.采樣，測試 力學性質：堅固性、可塑性、吸水性等特征 4.觀測頂?shù)装宓V壓數(shù)據(jù) 各類頂板、不同采場，分析預測 5.編制頂板條件類型圖和頂板地質險情分析圖 研究采動破壞深度、機理、規(guī)律等。 采用的方法有注水法、超聲波、地質雷達、應力應變觀測法等。（一）引起煤礦地熱異常的主要因素 1. 大地構造位置 2. 巖石的導熱性 3. 礦區(qū)基底起伏基底隆起區(qū) 4. 礦區(qū)鄰近深大

13、斷裂 5. 地下水活動 6. 局部熱源影響 7. 人為因素三、礦井地熱的危害指由于井下空氣溫度升高，濕度增大而造成的一種危害。 1.基底抬高型： 熱流值高，地溫偏高，出現(xiàn)熱害。如平頂山礦區(qū)2.基底沉陷型： 熱流值偏低，不會出現(xiàn)熱害。如新汶、兗州礦區(qū)；淮南、淮北礦區(qū)3.深大斷裂型： 熱流值高，地溫梯度大，有熱水涌出。如山東沭沂礦區(qū)；撫順礦4.地下水活動強烈型： 地溫低，千米以內(nèi)不會出現(xiàn)熱害。如開灤.京西.峰峰.鶴壁.焦作.淄博5.深循環(huán)熱水型： 局部熱異常，有熱水涌出，但面積不大。如廣西合山里蘭煤礦6.硫化物氧化型： 局部熱異常，有時溫度極高。如銅官山銅礦、潭山硫鐵礦（二）我國礦區(qū)的地熱類型（一

14、）礦山壓力及其成因 地下的煤巖層，在未采動之前處于應力平衡狀態(tài)，采掘工程使其應力重新分布，在采掘工程周圍巖體內(nèi)形成一種促使圍巖向已采掘空間運動的力，這種力稱為礦山壓力，簡稱礦壓，也稱地壓。 礦山壓力來源： 上覆巖層重力、地質構造殘余力。 平時的壓力 靜壓； 初次地壓、周期性地壓 動壓。四.礦山壓力 1.煤巖層的物理力學性質 直接因素！ 巖性、組合、堅固性、穩(wěn)定性、含水性、構造破壞性2.地質構造 形成、顯現(xiàn)因素！ 斷裂部位、轉折點附近、構造疊加處、褶曲軸部、傾伏端3.水文地質條件 促進、轉化因素！ 浸潤滲透、軟化膨脹、采動破壞平衡，水運動條件改變4.瓦斯 表現(xiàn)形式！ 瓦斯突出表明沖擊地壓大，原因

15、很多； 諸如：煤層埋深、煤層厚度、煤層結構、煤質變化、頂?shù)装鍘r性、構造條件、地下水活動情況 （二）影響礦山壓力的地質因素 五、煤層自燃1.煤層自燃的基本條件 煤在常溫條件下能吸附空氣中的氧而生熱，如果散熱不暢，煤的溫度逐漸升高，當達到燃點時，就會產(chǎn)生煤的自燃現(xiàn)象。煤炭自燃大體上可劃分為3個主要階段，即潛伏期、自熱期和燃燒期。2.影響煤層自燃的主要因素 1）煤層自燃性能： 煤的分子結構，煤化程度，煤巖成分，水分，煤中硫和其它礦物質，煤層的地質條件等。 2）開采技術因素：開拓方式，開采方法，通風方式，采空區(qū)管理等。 自熱期潛伏期燃燒期3.煤層自燃的防治措施 預防為主，防治結合！（1）預防措施 研究煤的自燃因素和自燃機理； 避免丟煤、防止漏風、正確采煤。（2）滅火措施 切斷風火接觸！綜合手段滅火！遵循煤礦安全規(guī)程。 煤塵爆炸性及自燃傾向性煤塵爆炸性 與揮發(fā)分有關。一般煤的揮發(fā)分越高，越易發(fā)生煤塵爆炸?？諝庵型咚?jié)舛雀?、含氧量大，則加劇煤塵爆炸。煤塵爆炸的下限濃度為30-50g/m3，上限濃度為10002000g/m3。煤塵爆炸的引燃溫度在610-