煤矿地质和生产基础知识.ppt

煤矿地质和生产基础知识,主讲人2008年6月,内容,一、煤层的赋存状况及分类二、煤层顶底板三、地质构造四、矿井井巷的名称及分类五、矿井生产系统,一、煤层的赋存状况及分类,对煤层开采影响较大的有两个方面1、煤层本身的赋存状况；2、煤层围岩和地质构造。在煤层的赋存条件中，对煤层开采影响较大的是煤层的结构、煤层的厚度、煤层的倾角、煤层的层理、结核、化石等。,一、煤层的赋存状况及分类,一、煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹矸层，可将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层。煤层结构对采掘造成重要的影响，如采掘复杂结构煤层时，其表现为1、增加煤炭中的含矸量、灰分，影响煤质；2、在炮采炮掘面，增加装药量；3、在综采综掘面，增加截齿的磨损；等等,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。根据煤层结构，煤层厚度可分为总厚度、有益厚度、可采厚度。总厚度是指煤层顶底板之间各煤分层和夹矸层厚度的总和。有益厚度是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和。可采厚度是指在现代经济技术条件下可以开采的煤层厚度，又称最小可采厚度。除经济技术因素外，可采厚度的大小还受煤种、煤炭资源状况以及地质条件的影响。,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度总厚度0.200.500.400.250.900.300.553.10m有益厚度0.200.400.900.552.05m可采厚度0.400.900.551.85m,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度我国目前规定煤层最低可采厚度如下表所示。单位m,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度达到可采厚度的煤层称为可采煤层，可采煤层具有开采价值。根据开采技术的特点，可采煤层按厚度可分为以下3类薄煤层可采煤层～1.3m；中厚煤层1.3～3.5m；厚煤层3.5m。生产中，习惯将厚度大于6m以上的煤层称为特厚煤层。我国的煤层以厚煤层和中厚煤层为主。以开采产量而论，厚煤层和中厚煤层大约各占40％，薄煤层在20％左右。,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度,,,地下开采,露天开采,1.3m,薄煤层,3.5m,中厚煤层,厚煤层,,,,,3.5m,10m,薄煤层,中厚煤层,厚煤层,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度煤层的厚度对采掘也造成重要的影响，一般情况下，2.5m左右的煤层采掘最舒服，薄煤层和厚煤层的开采都会增大采掘的难度，机械化采掘的难度加大，降低了煤炭的回收率等等。根据开采煤层的厚度不同，壁式体系采煤法分,壁式体系采煤法,薄煤层采煤法,中厚煤层采煤法,厚煤层采煤法,,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状与倾角煤层的产状是指煤层的空间位置和状态。煤层的产状通常用煤层的走向、倾向、倾角三要素来表示，如下图所示。,煤岩层产状要素ab－走向线；ce－倾斜线；cd－倾向；α－倾角,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状与倾角1走向倾斜煤层层面与假想水平面的交线称为走向线，它是一条水平线；走向线的方向称为走向，走向代表倾斜煤层在平面上的延伸方向。2倾向煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线。倾斜线由高到低的水平投影所指方向称为倾向。3倾角倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角。,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状与倾角倾角的大小反映了煤层的倾斜程度。煤层倾角越大，开采的难度也就越大，并且，煤层倾角对采煤方法和设备的选型有很大的影响。根据倾角大小可将煤层分为4类近水平煤层0～8；缓倾斜煤层8～25；倾斜煤层25～45；急倾斜煤层45。有些书上将倾角大于60的煤层为立槽煤。,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角,,,地下开采,露天开采,8,近水平煤层,45,缓倾斜煤层,倾斜煤层,,,,,,,,,25,0,急倾斜煤层,0,5,10,25,近水平煤层,缓倾斜煤层,倾斜煤层,急倾斜煤层,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角1、根据开采煤层倾角的大小不同，壁式体系采煤法分,壁式体系采煤法,缓倾斜煤层采煤法,倾斜煤层采煤法,急倾斜煤层采煤法,,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角2、根据工作面布置及推进方向不同，壁式体系采煤法分,壁式体系采煤法,走向长壁采煤法（a）,倾斜长壁采煤法,,仰斜长壁仰采（b）,俯斜长壁俯采（c）,,一、煤层的赋存状况及分类,四、煤层的稳定性任何煤层的厚度实际上都是变化的，时薄时厚，甚至尖灭。根据煤层的变化可将煤层分为4类1稳定煤层煤层在整个矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度的变化有一定的规律性。2较稳定煤层在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可采，而只有局部煤层不可采。3不稳定煤层煤层厚度的变化很大，有薄有厚甚至尖灭，经常出现不可采区域。4极不稳定煤层煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。,一、煤层的赋存状况及分类,五、煤层的层理、结核、化石1、层理是指煤层垂直方向上，由于煤与夹矸在组成、粒度、颜色、形状不同而显示出的成层现象。层理现象有助于煤炭的破碎，对煤层颗粒的形状也具有直接的影响。2、结核是指煤层中存在的与周围物质成分不同的团块状物体。其形状和大小不一。如黄铁矿结核、菱铁矿结核等。3、化石是指煤层中含有古生物遗体和遗迹。如我国云南褐煤层中有大量的哺乳动物化石。层理现象以及结核和化石的存在，说明煤的沉积岩特征。,一、煤层的赋存状况及分类,六、煤层的埋深我国是世界产煤大国，也是用煤大国。我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600m和1000m的储量分别占到73.19和53.17。1、根据矿井开拓的深度，可将矿井分为浅（部）矿井＜400m中深（部）矿井400～800m深（部）矿井800～1200m特深矿井≥1200m,,,,,浅部,中深部,深部,特深部,400m,800m,1200m,一、煤层的赋存状况及分类,六、煤层的埋深2、深部巷道的概念由矿井深度和岩性两个因素决定。由浅部过渡到深部的界限称为“极限深度”。,巷道极限深度表,极限深度以上支护简单、易维护；以下则明显困难。,一、煤层的赋存状况及分类,六、煤层的埋深3、深部开采的主要严重问题1）井巷维护困难、维护费用高，影响生产；2）采场顶板破碎，冒顶事故的危害增大；3）凿井困难增加，提升等井筒设备不能适应深井的需要；4）冲击矿压、煤与瓦斯突出危险加大；5）地温升高，恶化生产环境，影响生产；6）瓦斯涌出量增加，瓦斯爆炸危险加大；7）矿井水压力和涌出量增加，突水事故的危险性加大。,一、煤层的赋存状况及分类,七、煤层的瓦斯含量根据矿井相对瓦斯涌出量、根据矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，可将矿井分为低瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t、根据矿井绝对瓦斯涌出量≤40m3/min；高瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量＞10m3/t、根据矿井绝对瓦斯涌出量＞40m3/min；煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。相对瓦斯涌出量是指平均每产1t煤所涌出的瓦斯量。绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌出的瓦斯量。煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板赋存在煤层之上的岩层称为顶板；煤层以下的岩层称为底板。煤层的顶底板一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、粘土岩和石灰岩等组成。煤层的顶底板的岩石性质、结构和构造、强度、含水性等是选择顶板管理方法和采煤工艺的重要依据。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板㈠顶板根据顶板自然层位的岩性、厚度、与煤层的相对位置及垮落难易程度，可分为伪顶、直接顶、基本顶（又称老顶）3种类型。伪顶直接位于煤层之上，厚度一般在0.5m以下，极易垮落的岩层，经常在落煤时即随同垮落。通常由炭质页岩、泥质页岩等强度较低的岩层组成，对顶板维护和煤炭质量有一定影响。有些煤层没有伪顶。直接顶位于煤层或伪顶之上，具有一定的稳定性，在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层。一般为页岩、砂质页岩和粉砂岩等，是采煤工作面顶板管理的直接对象。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板㈠顶板直接顶分类根据直接顶的强度及初次垮落步距，可将其分为4类。如下表所示,,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板㈠顶板基本顶（老顶）位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及岩石强度较大，难于垮落的岩层。常有砂岩、砂砾岩或石灰岩等组成。基本顶在采空区上方悬露一定的面积后才能垮落，并且垮落后会给采煤工作面带来很大的压力，如果工作面支护不好，就会发生大冒顶伤人事故。根据直接顶的厚度与采高的比值K和基本顶的初次来压步距L，将基本顶分为4级，如下表所示,一、煤层的顶底板顶板基本顶分级,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板㈡底板可分为直接底和老底2种类型直接底直接位于煤层之下的岩层。直接底坚硬、平整时，有利于工作面支护和采煤机工作；直接底松软或遇水膨胀时，常出现底鼓，支柱插入底板。溜子和液压支架一社困难等现象。老底位于直接底或煤层之下的岩层。一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板采煤工作面是地下移动着的空间。为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全，必须对采面进行维护，控制采面形成的矿山压力。1、采面围岩一般是指直接顶、基本顶和直接底，这三者对采面的生产有着重要的影响。2、采煤工作的直接维护对象是直接顶，直接顶的好坏将对生产和安全有直接的影响，例如采面的初次来压与周期来压都是由于基本顶的活动而形成的。3、控制采面的矿山压力显然主要是控制基本顶的活动规律，这样才能保证采面的安全。采面的支护对象是直接顶岩层，通过直接顶间接地对基本顶的活动起一定的控制作用。,三、地质构造,一、地质构造的分类及对生产的影响煤层形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围内连续分布。但是，后来受地壳运动的影响，使煤岩层的形态和产状发生了变化。这些由地壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化称为地质构造。地质构造的形态多种多样。概括起来可分为三种基本类型，即单斜构造、褶皱构造和断裂构造。它们对煤矿安全生产影响很大。,三、地质构造,1、单斜构造如果煤岩层大致向同一方向倾斜，这样的构造称为单斜构造。如图所示。单斜构造往往是其它构造的一部分，如褶曲的一翼或断层的一盘。单斜构造在地壳中的存在状态用产状要素来表示，包括走向、倾向和倾角。,三、地质构造,2、褶皱构造当煤岩层受地壳运动水平力的挤压作用而产生弯曲，但仍保持着连续性，这种构造形态称为褶皱构造。其中每一个弯曲部分称为褶曲，它是褶皱构造的基本单位。如下图所示。褶曲的基本形态有两种，即背斜和向斜。背斜在形态上是一个中间向上凸起的弯曲，煤岩层从中心向两侧倾斜。向斜在形态上是一个中间向下凹去的弯曲，煤岩层从两侧向中心倾斜。,三、地质构造,2、褶皱构造褶皱构造对煤矿安全生产的影响1褶曲常常造成煤层厚度、产状的较大变化，给生产、安全造成困难；2褶曲核部一般裂隙发育，岩石破碎、易冒落，必须加强支护，否则，易发生冒顶，给顶板管理带来困难。3褶曲核部，瓦斯极易在此集聚，可能会造成瓦斯突出，给安全带来威胁。,三、地质构造,3、断裂构造煤岩层受地壳运动的作用力而发生断裂，失去了完整性和连续性，这种构造形态称为断裂结构。断裂后，如果断裂面两侧的煤岩层没有发生显著的位置错动，则称为节理后裂隙；如果发生了显著的位置错动，则称为断层。节理和断层普遍存在于地层之中，与矿井建设和生产关系十分密切，尤其是断层的影响更为显著，以下主要介绍断层构造。,三、地质构造,3、断裂构造⑴断层的要素断层的性质和形态是由断层面、断层线、断盘、断距等要素组成。如图所示,三、地质构造,3、断裂构造断层断层的分类（2）断层的分类方法常用的有以下两种方法。①按断层两盘相对位移的方向，分正断层、逆断层和平移断层（又称平推断层）。如图所示。正断层断层的上盘相对下降，下盘相对上升的断层；逆断层断层的上盘相对上升，下盘相对下降的断层；平移断层断层的两盘不是相对升降，而是在水平方向相对移动的断层。,,正断层,逆断层,平移断层（又称平推断层,三、地质构造,3、断裂构造断层断层的分类②按断层面的走向与煤岩层走向的关系，分走向断层、倾斜断层和斜交断层。走向断层断层面走向与煤岩层走向基本平行的断层。倾斜断层断层面的走向与煤岩层的走向基本垂直，即断层面走向和煤岩层的倾向基本平行的断层。斜交断层断层面的走向与煤岩层走向斜交的断层。,,三、地质构造,3、断裂构造（3）断裂构造对煤矿安全生产的影响1煤岩层受断裂构造的影响，顶板岩层的整体性受到破坏，强度降低，易于冒落，应采取措施，加强顶板管理；2当断裂面与工作面平行时，工作面易发生片帮切顶事故；当断裂面与工作面斜交或垂交时，易发生冒顶事故；3断裂带地段是瓦斯、地下水的良好通道和积聚场所，当采掘工作进入该区域时，应加强管理，严防瓦斯、水灾事故的发生；4断层破坏了煤层的连续性，使巷道布置和采煤工艺复杂化，给煤矿生产安全带来不利因素。,,煤岩层的产状要素地质罗盘,三、地质构造,二、地质构造在煤层底板等高线图上的反映1、单斜构造,,,,,,,,用煤层底板等高线图求煤岩层产状,50,60,70,80,A,D,B,C,三、地质构造,二、地质构造在煤层底板等高线图上的反映2、褶皱构造褶曲形态是多种多样的，其在煤层底板等高线图上的表现形态也不同。水平褶曲的煤层底板等高线图，为一组大致平行的直线。在这组直线中，如果两侧的等高线的标高大，中间的标高小，则为向斜；反之，则为背斜。如图所示倾伏褶曲表现为一组不封闭的曲线，在这组曲线中，如果凸向标高值大的方向，则为倾伏向斜；如果凸向标高值较小的方向，则为倾斜背斜。如图所示等高线的疏密表示煤岩层的倾角大小。越密倾角越大；越疏倾角越小。,三、地质构造,二、地质构造在煤层底板等高线图上的反映3、断层1断层在地形地质图和水平切面图上的表示方法,正断层,逆断层,长线表示断层线，箭头线表示断层的倾向，两个小短线表示下降盘,,,,,,,,,三、地质构造,二、地质构造在煤层底板等高线图上的反映3、断层2在煤层底板等高线图上确定断层的性质,断层上盘断煤交面线,断层下盘断煤交面线,当上下盘交面线之间为无煤带时，为正断层；当上下盘交面线之间有煤层重叠时，为逆断层，如图所示。,四、矿井井巷的名称及分类,井巷,,按空间位置,按服务范围,垂直巷道立井（竖井）；暗（立井）,水平巷道平硐；平巷；石门；煤门,准备巷道采区石门、上下山、车场,开拓巷道井筒；井底车场；大巷；主石门,硐室变电所；水泵房；水仓；火药库,倾斜巷道斜井；上山；下山,回采巷道机巷，风巷，切眼,,,,五、矿井生产系统,矿井生产系统是指在煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、人员安全进出、材料设备上下井、矸石出运、供电、供气、供水等巷道线路及其设施，是矿井安全生产的基本前提和保证。每一个矿井都必须按照有关规定和要求，建立安全、通畅、运行可靠、能力充足的生产系统。矿井生产系统包括井下生产系统和地面生产系统。,四、矿井井巷的名称及分类,矿井生产系统,,井下生产系统,地面生产系统,提升运输系统包括主要提升和辅助提升,通风系统作用是供养、排毒、调温,排矸场,机修厂,排水、供水系统,供电系统,地面调度室,,,,谢谢,