影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素

主要內(nèi)容：

一、煤層厚度的變化二、礦井地質(zhì)構(gòu)造三、巖漿活動四、巖溶陷落柱五、礦井瓦斯六、地溫、地壓

第六章影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素

一、煤層厚度的變化主要內(nèi)容：（一）煤層厚度變化的原因（二）煤層厚度變化對煤礦生產(chǎn)的影響（三）煤層厚度變化的觀測與探測（四）評定煤層穩(wěn)定性的主要參數(shù)（五）煤層厚度變化的處理(一)煤層厚度變化的原因1.原生變化煤層形成以前，由于地殼運動、沉積環(huán)境變遷等地質(zhì)因素影響而引起煤層形態(tài)和厚度的變化。原生變化包括：地殼不均勻沉降、泥炭沼澤古地形影響（基底不平）、河流同生沖蝕、海水同生沖蝕

2.后生變化煤層形成以后，因河流沖蝕、構(gòu)造運動、巖漿侵入、喀斯特陷落等地質(zhì)因素影響而引起煤層形態(tài)和厚度的變化。后生變化包括：河流沖蝕、構(gòu)造運動、巖漿侵入、喀斯特陷落（二）煤層厚度變化對煤礦生產(chǎn)的影響

1、影響采掘部署和計劃生產(chǎn)

2、影響掘進(jìn)率，使掘進(jìn)率增高

3、降低回采率

4、瓦斯突出礦井，影響安全生產(chǎn)（三）煤層厚度變化的觀測與探測1、觀測內(nèi)容：

在各見煤點觀測煤厚、煤質(zhì)結(jié)構(gòu)、煤巖煤質(zhì)、產(chǎn)狀、煤層含水性、煤層頂?shù)装濉?、觀測方法

（1）觀測點的布置：結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定煤層，以50-100米點距控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變煤層，以10-20米點距控制（2）觀測內(nèi)容：A、煤層全厚觀測及素描B、煤層連續(xù)剖面測制

C、煤巖分層描述D、制圖

3、煤層探測（1）煤厚探測煤巷掘進(jìn)：緩傾斜煤層：鉆探+溜煤眼、鉆探+聯(lián)絡(luò)斜巷急傾斜煤層：鉆探+煤門回采工作面：煤電鉆探測（2）煤層分叉尖滅的探測煤層呈多層次穩(wěn)定分叉：沿主煤層掘進(jìn)+井下鉆探探分層煤層呈穩(wěn)定程度不同的分叉：主分叉布巷道+鉆探+巷探（3）煤層底凸薄化的探測——圈定不可采范圍

A、井下輕便鉆機探測

B、井下巷道實際穿過的底凸部位

C、觀測工作面的頂、底板情況（編制等高線圖）（4）古河流沖蝕變薄帶

A、巷道觀測素描，并在平面圖上展布

B、井下巷探、鉆探，并充分利用勘探期建井期資料

C、編制煤層等厚線圖、頂板巖性分布圖（四）評定煤層穩(wěn)定性的主要參數(shù)

據(jù)《礦井地質(zhì)規(guī)程》（1984年5月），在定量評價煤厚穩(wěn)定性時，分別采用以下指標(biāo)評價：薄煤層——以可采性指數(shù)為主，煤厚變異系數(shù)為輔；中厚、厚煤層——以煤厚變異系數(shù)為主，可采性指數(shù)為輔。

煤厚變異系數(shù)（%）：煤層可采性指數(shù)

其中：n—評定區(qū)內(nèi)所有參加評定的見煤點數(shù)

n′—煤厚大于或等于最低可采厚度的見煤點數(shù)。評定煤層穩(wěn)定類型的主、輔指標(biāo)表（五）煤層厚度變化的處理1、掘進(jìn)

①出現(xiàn)分叉、尖滅現(xiàn)象，應(yīng)確定穩(wěn)定可采的分煤層，若為：上分層——靠頂板掘進(jìn)下分層——靠底班掘進(jìn)②上山掘進(jìn)變薄帶范圍小，則挑頂式破底直接穿過去③運輸大巷掘進(jìn)按原計劃直接施工。2、回采

變薄帶范圍小，可直接推過去；變薄帶范圍大，巷探摸清規(guī)律可分塊開采。（一）褶曲構(gòu)造

一）褶曲對煤礦生產(chǎn)的影響

1.類型劃分

1）按規(guī)模劃分為兩類：中小型：幅度在幾十米以下，長度在1km以內(nèi)；其余為大型

2）以兩翼夾角大小（緊閉程度）分為四類平緩褶曲：兩翼夾角大于120°；

開闊褶曲：兩翼夾角70°

～120°

中常褶曲：兩翼夾角30°

～70°；

緊閉褶曲：兩翼夾角小于30°2.對煤礦生產(chǎn)影響

1）大型褶曲：影響井田劃分和礦井設(shè)計

2）中型褶曲：影響采區(qū)大小和采區(qū)巷道布置

3）小型褶曲：影響煤巷及工作面布置

4）緊閉褶曲：影響工作面布置二、礦井地質(zhì)構(gòu)造（二）斷裂構(gòu)造

一）節(jié)理對煤礦生產(chǎn)的影響

1.節(jié)理發(fā)育，容易卡鉆，影響鉆眼爆破效果

2.影響開采效率（順節(jié)理開采效率高）

3.影響頂板控制方法（不能用頂柱，而要用頂梁且與節(jié)理發(fā)育方向有一夾角）

4.影響工作面布置（工作面與主節(jié)理方向要有一夾）

5.節(jié)理時瓦斯、地下水的良好通道二）煤礦生產(chǎn)中褶曲的研究

1.褶曲的判斷

(1)巖層產(chǎn)狀規(guī)則變化(2)巖層層序?qū)ΨQ重復(fù)

(3)煤層平巷出現(xiàn)彎曲(4)判斷褶曲軸上下煤層對比、區(qū)域構(gòu)造線

2.褶曲的觀測（1）巷道描述：褶曲軸位置、方向、產(chǎn)狀，并繪面。（2）兩翼產(chǎn)狀：褶曲寬度和幅度、延展變化。（3）褶曲與斷層、節(jié)理、煤厚變化的關(guān)系。

三）褶曲的處理

1.大型褶曲（1）以軸線作為井田邊界。（2）井田內(nèi)背斜軸作總回風(fēng)巷，向斜軸作運輸大巷。（3）向斜軸部煤層厚度大，頂壓大，不宜布置井筒，背斜軸部要注意瓦斯防突。

2.中型褶曲（1）軸線作為采區(qū)中心的上山或下山（平緩褶曲），或采區(qū)邊界（緊閉）。（2）平緩褶曲可將工作面直接推進(jìn)過軸部。

3.小型褶曲（1）煤層變化大時，需重開切眼生產(chǎn)（2）采面運輸巷道取直（60米內(nèi)無大彎）。二）斷層對煤礦生產(chǎn)的影響

1.影響井田劃分和開拓方式

2.影響采區(qū)和工作面布置

3.影響安全生產(chǎn)（破碎帶、瓦斯聚集、地下水通道）

4.增加煤炭損失量（斷層煤柱）

5.增加巷道掘進(jìn)量

6.影響煤礦綜合經(jīng)濟(jì)效益

三）煤礦生產(chǎn)中斷層的研究

1.斷層揭露前的征兆（1）裂隙增加（2）產(chǎn)狀變化（3）煤厚變化（4）煤層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，粉末鱗片狀現(xiàn)象增多（5）大斷層附近常見有小斷層伴生出現(xiàn)（6）瓦斯涌出量增大（7）出現(xiàn)滴水、淋水、涌水現(xiàn)象

2.斷層的觀測（1）確定斷層位置，并繪在平面圖、剖面圖上（2）觀察斷層面特征：產(chǎn)狀、擦痕、破碎帶、充填物等（3）觀察斷層伴生構(gòu)造：牽引現(xiàn)象、羽生節(jié)理等（4）確定斷層性質(zhì)（5）測量斷層面產(chǎn)狀（6）確定斷層斷距、落差，可實測或推斷（7）素描

3.

尋找斷失煤層

（1）

層位對比法（注意不同煤層被錯接在一起）（2）

伴生派生構(gòu)造判斷法，推測斷失煤層位置（3）

規(guī)律類推法（正斷層，還是逆斷層）（4）

作圖分析法，利用各種礦圖進(jìn)行分析對比（5）

生產(chǎn)勘探法（鉆探、巷探、物探）4

四）斷層的處理

1.開拓設(shè)計階段對斷層的處理１）井田邊界、采區(qū)邊界的確定２）井筒應(yīng)盡可能避開斷層。３）合理布置運輸大巷４)盡可能將斷層作為回采邊界、節(jié)約資源。５）井田開拓方式的選擇，緩傾斜煤層被斷層破壞后要用立井開采。

2.巷道掘進(jìn)階段對斷層的處理1）平巷過斷層改變巷道方向?qū)ふ覕嗍簩討?yīng)根據(jù)斷層性質(zhì)、煤層傾向確定掘進(jìn)方向(破頂式或順斷層面推進(jìn));2）傾斜巷道過斷層，應(yīng)根據(jù)斷層具體情況而定

3.回采階段對斷層的處理１）

當(dāng)斷層落差小，在以下情況下可強行通過：

a.普采、炮采工作面，落差小于煤厚；

b.綜采面，斷層兩盤對接煤厚大于液壓支架的最小支撐高度；

c.綜采面，斷層兩盤對接煤厚小于液壓支架的最小支撐高度、但頂?shù)装鍘r性較軟，采煤機能切割；２）

重開切眼遇到傾向式斜交斷層時，落差大于煤厚可重開切眼３）

劃小工作面落差大于煤厚的走向斷層，可采用合采或分采辦法三、巖漿活動主要內(nèi)容：（一）巖漿侵入對煤礦生產(chǎn)的影響（二）巖漿侵入煤層的觀測與研究（三）巖漿侵入煤層的處理（一）巖漿侵入對煤層生產(chǎn)的影響

1、對煤質(zhì)的影響（1）巖墻

影響兩側(cè)煤層巖床

影響范圍大（2）侵入體大?。?）基性侵入巖比酸性侵入巖影響大（輝綠巖>閃長巖>石英斑巖）（4）熱力變質(zhì)帶（由近至遠(yuǎn)為天然焦、高變質(zhì)煤、低變質(zhì)煤、正常煤）

2、對煤礦生產(chǎn)的影響（1）減少煤炭儲量，縮短礦井服務(wù)年限（2）煤質(zhì)變差：灰分增高、揮發(fā)分降低、粘結(jié)性破壞；優(yōu)質(zhì)煤降為民用煤、甚至不能使用，經(jīng)濟(jì)效益降低（3）破壞煤層連續(xù)性，影響掘進(jìn)、回采（二）巖漿侵入煤層的觀測與研究

1、對巖漿侵入體觀測、素描的內(nèi)容

1）侵入體顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖石類型；

2）侵入體產(chǎn)狀；3）侵入體與斷裂關(guān)系；

4）煤層受影響情況：接觸關(guān)系、天然焦寬度、煤變質(zhì)程度等。

2、探測巖漿侵入體

1）巷探、鉆探2）編制侵入體平面圖、剖面圖

3）

采取煤樣，了解煤變質(zhì)規(guī)律4）利用地震、鉆探資料研究分布規(guī)律

3、對巖漿侵入體資料的綜合研究

綜合各種資料，提出侵入體分布圖、煤層煤質(zhì)預(yù)測圖

（三）巖漿侵入體煤層的處理巖墻：

視巖墻規(guī)模大小而決定是否重開切眼還是分采;巖床：

視巖床規(guī)模大小而決定是否直接推進(jìn)還是注銷.四、

喀斯特陷落柱主要內(nèi)容：（一）陷落柱成因（二）陷落柱的特征（三）陷落柱的觀測和研究（四）陷落柱對生產(chǎn)的影響及處理

（一）陷落柱成因

1、巖溶洞穴發(fā)育的地質(zhì)條件（1）煤系或其下部存在可溶性巖層；（2）煤系中斷裂構(gòu)造發(fā)育；（3）地下水源豐富，且含酸根；（4）地下水動力條件好，排泄口流暢，水循環(huán)強烈；

2、巖溶洞穴塌陷機理

1）重力塌陷——上覆巖層重力所致

2）真空吸蝕塌陷密封的溶洞因地下水排泄及局部地殼升降等原因，使其底部由承壓轉(zhuǎn)為無壓或負(fù)壓，因此不斷下降的水產(chǎn)生強烈的抽吸作用，使蓋層反復(fù)陷落同時溶洞內(nèi)外的壓差效應(yīng)，也使外部大氣壓對蓋層產(chǎn)生沖壓作用。

3）物理化學(xué)綜合作用（1）巖層內(nèi)出現(xiàn)物質(zhì)重結(jié)晶作用；（2）地下水沖蝕和溶蝕作用

成煤過程中有機質(zhì)分解產(chǎn)物（H2O,CO2,CH4）的化學(xué)作用。（二）陷落柱的特征

1、基本形態(tài)

1）平面形態(tài)以圓形、橢圓形、長條或不規(guī)則形

2）剖面形態(tài)堅硬巖石的地層：柱體上小下大，夾角60～80°

松散或松軟巖層：柱體上大下小，夾角40～50°3）陷落柱高度根據(jù)地質(zhì)條件不同，一般為幾十米～二百米，也有高達(dá)數(shù)百米，直至地表。

4）陷落柱中心軸柱體各平面中心點的連線——中心軸線；中心軸線多數(shù)不是直立的；

中心軸線——可預(yù)測下部煤層中陷落柱的位置。

2.陷落柱出露

1）地表出露特征（1）盆狀凹陷：被第四系覆蓋；（2）丘狀凸起：上覆地層呈碎塊狀隆起堆積；（3）柱狀破碎帶：出露于溝谷、公路兩側(cè)；（4）特殊地貌上的形態(tài)（黃土覆蓋區(qū)）：蜂窩狀圓形陷坑、弧形裂縫、滑坡等。

2）陷落柱井下特征（1）柱面特征：不規(guī)則狀，例如堅硬巖石呈突出狀、松軟巖石呈凹陷狀。（2）柱體特征：多為較新地層碎塊或第四系松散沉積物充填；柱內(nèi)巖塊巖性混雜，分選差、棱角分明，若被膠結(jié)，則為地史時期陷落柱；若松散，則為現(xiàn)代所形成。（3）陷落柱內(nèi)沉淀物：紅色鐵質(zhì)、白色鈣質(zhì)、高嶺土沉淀物、泥質(zhì)沉積物等。

3、喀斯特陷落柱分布特點平面分布上具有明顯的分區(qū)性和分帶性：

分區(qū)性：與地下水活動程度密切相關(guān)。礦區(qū)各井田水文地質(zhì)條件不同，因此，在時空上表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性。分帶性：與構(gòu)造斷裂帶密切相關(guān)。因此，常沿斷裂帶、褶曲軸、斷層交匯處分布，表現(xiàn)出明顯分帶性。（三）陷落柱的觀測和研究1、陷落柱出現(xiàn)預(yù)兆

1）產(chǎn)狀變化：塌陷牽引作用所致。

2）裂隙增多：裂隙走向平行柱面切線方向，裂隙面向陷落柱中心傾斜。

3）小斷層增多：多為向陷落柱中心傾斜的正斷層。

4）煤質(zhì)氧化：光澤變暗，水分增多，強度降低。

5）涌水量增大：陷落柱穿過含水層起了通道作用。2、井下陷落柱的觀測

1）煤巖層特征

傾角增大，煤質(zhì)松軟，光澤變暗，出現(xiàn)水銹，裂隙呈弧形。

2）柱面特征高角度凹凸不平的傾斜面，面上有煤粉、水銹、巖屑、軟泥，柱面與巷底交線呈弧形。

3）柱體內(nèi)特征

觀測巖性、形狀、大小、堆積方式。

4）利用已有資料，結(jié)合觀測，判斷陷落柱的形狀、大小等。

注意與斷層帶、沖刷帶的區(qū)別。

3、陷落柱的探測

1）鉆探（回采工作面內(nèi)探測）

2）物探（無線電波透視法）

3）巷探（小斷面巷探）（四）陷落柱對生產(chǎn)的影響及處理1、陷落柱對生產(chǎn)的影響

1）破壞可采煤層，減少煤層可采儲量；

2）影響正規(guī)開采，使工作面無法布置；

3）增加巷道掘進(jìn)率，降低回采率；

4）影響安全（礦井水、瓦斯的通道）。2、陷落柱的處理方法

1）設(shè)計時將陷落柱留在煤柱中。

2）主要巷道掘進(jìn)時，在保證安全的前提下，直接穿過陷落柱，回風(fēng)巷則應(yīng)繞行。

3）回采工作面遇上陷落柱，可視具體情況而定。五、礦井瓦斯

主要內(nèi)容：（一）瓦斯的形成與分帶

（二）煤層瓦斯含量的影響因素及預(yù)測

（三）礦井瓦斯涌出量及礦井瓦斯等級

（四）防治煤（巖）與瓦斯突出的地質(zhì)工作

（一）瓦斯的形成與分帶1、瓦斯在煤層內(nèi)的賦存狀態(tài)

1）游離狀態(tài)以自由氣體分子狀態(tài)在煤層空隙中運動。其數(shù)量取決于煤層、圍巖孔隙率的大小、溫度、壓力、壓縮系數(shù)。

2）吸附狀態(tài)約占煤中瓦斯的70~95%，又分為兩種：

(1)吸著瓦斯：瓦斯分子被吸著在煤巖體孔隙內(nèi)表面，形成薄膜。

(2)吸收瓦斯：瓦斯氣體分子進(jìn)入氣體內(nèi)部，瓦斯分子與煤分子結(jié)合成固溶體。動態(tài)平衡：壓力降低或溫度升高，吸附瓦斯變?yōu)橛坞x瓦斯（解吸）；壓力增高或溫度降低，部分游離瓦斯變成吸附狀（吸附）。2、瓦斯的形成與成煤過程有關(guān)，有三種形成方式：

1）生物化學(xué)作用形成成煤第一階段：有機質(zhì)缺氧，分解出甲烷、瀝青質(zhì)等，但不易保存。

2）煤變質(zhì)作用形成泥炭在上覆巖層高壓高溫的影響下，炭含量增加，并生成甲烷，多保存在煤層中。形成一噸煤可產(chǎn)出1000m3的甲烷、CO2等氣體。

3）油型氣來源煤系中含有砂巖含油層，瓦斯從含油層進(jìn)入煤系。

3、瓦斯分帶：瓦斯風(fēng)化帶自上而下分為四帶：①氮氣——二氧化碳帶，CO2＞20%；②氮氣帶，N2＞80%、CH4＜20%；③氮氣——甲烷帶，CH4為20~80%、N2為80~20%；④甲烷帶，CH4＞80%、N2＜20%瓦斯風(fēng)化帶下界的確定：①煤體中所含瓦斯成分≤80%；②煤層瓦斯壓力0.15~0.2MPa；③相同條件（溫度，壓力）下，與上述煤層瓦斯壓力相當(dāng)?shù)耐咚购繛椋簹饷海?.5~2.0m3/t；粘結(jié)煤：2.0~2.5m3/t；瘦煤：2.5~3.0m3/t；貧煤：3.0~4.0m3/t；無煙煤：5.0~7.0m3/t④礦井相對瓦斯涌出量大于2m3/t。

（二）煤層瓦斯含量的影響因素及預(yù)測幾個基本概念：

瓦斯梯度：礦井瓦斯相對涌出量每增加1m3/t時所增加的深度。

瓦斯含量梯度：同一礦井瓦斯含量每增加1m3/t時所增加的深度。瓦斯壓力梯度：礦井瓦斯壓力每增加0.1MPa時所增加的深度。

1、影響瓦斯含量的地質(zhì)因素

1）煤的變質(zhì)程度：隨著變質(zhì)程度的升高，煤層吸附瓦斯能力加強。

2）圍巖與煤層滲透性：煤層瓦斯運移、排放與圍巖和煤層的滲透性呈正相關(guān)。

3）地質(zhì)構(gòu)造：斷層、褶曲對瓦斯含量因其性質(zhì)不同而產(chǎn)生不同影響。

4）地下水：地下水活動區(qū)瓦斯含量降低。

5）煤田暴露程度

暴露式煤田，瓦斯排放容易；

隱伏式煤田，不利于瓦斯排放。

6）煤田埋藏深度：瓦斯含量隨埋深增大而增加。

2、煤層瓦斯含量的測定

1）直接測定密閉式巖芯采取器或集氣式巖芯采取器或半自動測井儀（鉆進(jìn)時用）

2）間接測定采取未經(jīng)氧化的新鮮煤樣，送實驗室測定瓦斯吸附數(shù)據(jù)，再根據(jù)井下實測瓦斯壓力計算而定—室內(nèi)容量法。3、瓦斯含量預(yù)測圖

1）內(nèi)容：瓦斯取樣點、取樣點煤層實際瓦斯含量、瓦斯風(fēng)化帶界線、瓦斯含量等值線等。

2）編圖要求：以煤層底板等高線圖作為底圖，并分不同煤層編制。編圖資料：化驗資料（瓦斯成分及其百分比）、煤層瓦斯含量。（三）礦井瓦斯涌出量及礦井瓦斯等級1、礦井瓦斯涌出現(xiàn)象

1）普通涌出：緩慢逸出

2）特殊涌出：突出、噴出2、礦井瓦斯涌出量

1）絕對瓦斯涌出量—礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯量（m3/d或m3/min）；2）相對瓦斯涌出量—正常情況下，平均每生產(chǎn)1噸煤所涌出的瓦斯量（m3/t）。3、瓦斯礦井等級

1）低瓦斯礦井：相對瓦斯涌出量在10m3/t以下；

2）高瓦斯礦井：相對瓦斯涌出量在10m3/t以上；

3）煤（巖）與瓦斯突出礦井：采掘過程中發(fā)生過煤（巖）與瓦斯突出礦井。

（四）防治煤（巖）與瓦斯突出的地質(zhì)工作1、煤（巖）與瓦斯突出的地質(zhì)因素

1）煤層埋深：隨埋深增大，瓦斯突出強度增大。

2）地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力：褶皺帶、傾角變化轉(zhuǎn)折點、斷層附近瓦斯突出危險性大。

3）煤層厚度變化：中厚以上煤層瓦斯含量大。

4）煤的物理力學(xué)性質(zhì)：有突出危險的煤層具以下特點：煤層彈性應(yīng)變超過全部應(yīng)變的70%；煤中孔隙多；煤層及圍巖透氣性低（滲透率低）；煤質(zhì)疏松，易破碎；煤顯微結(jié)構(gòu)中有大量空洞，由毛細(xì)管相連通。

5）煤變質(zhì)程度：變質(zhì)程度高者突出可能性大。

6）地下水活動：涌水量大的礦井突出危險性小。2、防治煤（巖）與瓦斯突出的地質(zhì)工作

1）作好突出點的地質(zhì)編錄

2）編制突出點分布圖

3）收集瓦斯地質(zhì)預(yù)報資料

4）分析瓦斯突出與地質(zhì)條件的關(guān)系

5）編制瓦斯突出預(yù)測圖（分區(qū)預(yù)測）六、地溫與地壓力主要內(nèi)容（一）地溫（二）地壓

（一）地