煤矿地质学第十章影响煤矿生产地质因素的判断与处理.ppt

煤矿地质学,100,0,课程主要内容,第一章 地球的概述第二章 地质作用 第三章 地壳的物质组成第四章 地质构造 第五章 地史的基本知识第六章 煤田地质第七章 矿井水文地质与工程地质第八章 地质资料的获得与利用第九章 煤矿常用地质图件第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理第十一章 煤炭储量及矿井储量管理,影响煤矿生产的地质因素，主要有地质构造、煤层厚度变化、岩浆侵入体、岩熔陷落柱、煤层顶底板、矿井瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸、矿井涌水、地压以及地温等。正确判断和处理这些地质因素，是保证煤矿建设与生产的正常、安全地进行和高速度发展，保证国家煤炭资源的合理开发和利用，保证达到矿井井型和提高煤矿企业经济效益的关键。,对影响煤矿生产的地质因素的判断与处理，大致可以分为观测、判断、预测和处理四个阶段。,观测：对井巷中所揭露的地质现象进行如实的测绘和描述；,测绘是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集。,判断：对已观测的地质现从成因机制等方面进行分析与判断，得出正确的结论；,预测：对部分揭露或尚未揭露地段的地质现象，根据观测和判断所掌握的规律和结论，同时运用地质理论，提出某些预见性的认识；,处理：是对矿井出现的影响煤矿生产的地质因素的特点，结合生产实际的要求，在设计与采掘过程中提出有效的措施进行处理，使煤矿生产能够正常进行。,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,大型构造：一般是指影响或决定井田划分和矿井总体开拓系统的大型褶曲、大型断层；,按地质构造规模大小，以及对煤矿生产影响的范围和程度的不同，通常分为大、中、小三种类型。,中型构造：通常是指在井田范围内，影响开采水平或辅助水平与采区划分和巷道部署的次一级褶曲、断层；,小型构造：通常是指在井巷或回采工作面内比较容易观察到其全貌的更次一级的褶曲和断层。,（一）褶曲构造与煤矿生产的关系,一、褶皱构造,（1）褶曲对井筒位置选择的影响很大；,（2）由于褶曲构造而使煤层起伏不平，使主要大巷的位置和部署掘进发生困难，而且对采区的布置和采煤方法的选择也有很大影响；,保安煤柱是为保护地表地貌、地面建筑、构筑物和主要井巷，分隔矿田、井田、含水层、火区及破碎带而留下来不采或暂时不采的部分矿体。,（3）受强烈侧压力作用的褶曲，其翼部的煤层常被挤压变薄，甚至失去开采价值；而背斜轴部和向斜槽部的煤层又往往增厚，增加开采难度；,（4）处于背斜部分的煤层，由于离地表较近，可提高煤层的开采价值，并能降低基本建设投资与生产的费用；处于向斜煤层则相反；,（5）褶曲构造的轴部，尤其是向斜轴部，由于煤层顶板压力较大，再加上瓦斯压力的共同作用，往往是瓦斯突出的危险区。,（二）褶曲构造的观测,1、褶曲构造的观测（小型褶曲、中型褶曲）,2、褶曲轴位置与方向的推断,褶曲轴的测定和推断方法：利用地表的地质资料推断；据区域构造线方向推断；巷道中实测与作图外推相结合的方法判定；根据已开采区或邻近的开采地质资料推断。,（二）褶曲构造的观测,1、褶曲构造的观测（小型褶曲、中型褶曲）,2、褶曲轴位置与方向的推断,褶曲轴的测定和推断方法：利用地表的地质资料推断；据区域构造线方向推断；巷道中实测与作图外推相结合的方法判定；根据已开采区或邻近的开采地质资料推断。,3、探查褶曲的方法,采用巷探和钻探等生产勘探手段，来查明褶曲轴的位置、方向和褶曲两翼岩、煤层的产状变化，以决定工作面的巷道布置方法。,（三）褶曲构造的处理,1、大型褶曲的处理,大型褶曲的轴线多作为井田边界，其两翼分别由两个井田开采。,大型褶曲若包括在井田之内，在开拓部署时，常常把总回风巷布置在背斜轴附近，将总运输巷布置在向斜轴部附近。,（三）褶曲构造的处理,2、中型褶曲的处理,以褶曲轴作为采区的中心，布置采区上山或下山。,以褶曲轴线作为采区边界。当紧闭褶曲轴部的次一级褶曲和断裂发育时，往往以褶曲轴线作为采区的分界线,当褶曲较宽缓时，采取工作面直接推过褶曲轴的处理方法。,（三）褶曲构造的处理,3、小型褶曲的处理,小型褶曲使煤层厚度产生变化，造成工作面无法推过，需重新开掘切眼。,小型褶曲使煤层产状变化，造成煤巷弯弯曲曲而不能满足生产要求，需进行巷道改造取直工作。,（一）裂隙与煤矿生产的关系及其处理方法,二、断裂构造,1、裂隙发育区布置回采工作面的原则,2、裂隙与回采工作面支架和顶板管理的关系,3、裂隙与矿井水和瓦斯的关系,4、利用裂隙提高回采率,走向长壁式采煤法：回采工作面沿煤层倾斜方向布置，沿煤层走向方向推进的采煤方法；倾斜长壁式采煤法：回采工作面沿煤层走向布置，沿煤层倾斜方向向上或向下推进的采煤方法。,（二）断层与煤矿生产的关系,二、断裂构造,1、断层影响井田和采区的划分,2、断层影响井田开拓方式的选择和采区的布置,3、断层对巷道掘进量的影响,4、断层对回采工作面生产的影响,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,（三）煤矿井下判断断层存在和寻找断失翼煤层的方法,二、断裂构造,1、煤、岩层的层位对比分析法,2、断层面（断层破碎带）构造特征法,3、经验类推法,4、作图分析法,5、生产勘探方法,生产勘探法常用的手段主要是钻探和巷探。,钻探工程的布置主要根据岩、煤层的产状和断层的可能性质。如果掘进巷道在产状平缓的煤层中遇到断层时，根据断层的可能性质，采用斜上方或斜下方布置钻孔来探寻断失煤层的位置；在急倾斜煤层中掘进的煤巷遇断层时，往往采用水平或倾斜钻孔来探寻断失翼煤层。,5、生产勘探方法,生产勘探法常用的手段主要是钻探和巷探。,巷探工程：在遇断层的煤巷掘进过程中寻找断失翼煤层的方法，首先要确定断层面的产状及掘进工作面是处于断层的上盘还是下盘，然后再部署探巷。,（1）水平巷道遇断层，一般是利用巷道拐弯的方法寻找断失翼煤层。,（2）倾斜巷道遇断层，一般是利用改变巷道坡度的方法寻找断失翼煤层。,（四）断层位置的预测,1、断层位置的预测,单个断层的延伸预测,应用剖面图预测深部断层的位置,（四）断层位置的预测,1、断层位置的预测,单个断层的延伸预测,应用剖面图预测深部断层的位置,应用水平切面图预测断层在走向方向的位置,应用煤层底板等高线图预测断层位置,不同煤层在不同水平的巷道中见同一断层位置的预测,应用煤层立面投影图推断急倾斜煤层深部断层的发育情况,应用上部煤层底板等高线图中的断层位置预测下部煤层中遇该断层位置,N,（四）断层位置的预测,2、断距的预测,A,B,（五）断层的对比,对断层处理的基本要求：既要以最短的距离找到断失煤层，又要满足煤矿生产需要，并且把生产需求放到首位，做到创造好的生产条件，尽量减少煤炭资源丢失，降低巷道的掘进率，避免影响正常生产。,1、开拓设计中对断层的处理,（1）根据大型断层划分井田,（六）煤矿在设计与生产中对断层的处理,（2）大、中型断层作为采区边界,1、开拓设计中对断层的处理,（3）根据断层选择井筒位置,1、开拓设计中对断层的处理,（3）根据断层选择井筒位置,（4）根据断层确定运输大巷布置,（5）根据断层确定井田的开拓方式,（6）根据断层确定开采水平和辅助水平,（7）根据断层划分采区块段,（8）与采区设计有关的断层处理,2、巷道掘进过程中对断层的处理,（1）水平巷道遇断层的处理,斜穿煤层顶板或底板过断层,沿断层面过断层,2、巷道掘进过程中对断层的处理,（2）倾斜巷道遇断层的处理,当断层落差较小（小于煤层厚度）,当断层落差大于煤层厚度,3、煤层回采阶段对断层的处理,（1）走向断层的处理,断层落差小于煤厚,3、煤层回采阶段对断层的处理,（1）走向断层的处理,断层落差小于煤厚,断层落差大于煤厚或采高，且走向断层延长较远,3、煤层回采阶段对断层的处理,（2）倾向断层的处理,断层落差小于煤厚的倾向断层，采用挑顶或卧底的平推硬过方法；,断层落差大于煤厚或采高的倾向断层，常要重新开掘过压切割眼。,3、煤层回采阶段对断层的处理,（3）斜交断层的处理,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,1、影响采掘部署,一、煤层厚度变化对煤矿生产的影响,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、降低矿井或采区的服务年限,1、煤层厚度的探测,二、煤层厚度变化的探测,2、煤层分叉尖灭的探测,3、煤层底凸薄化的探测,三、煤层厚度变化的预测,1、掘进过程中对煤厚变化的处理方法,四、煤矿生产过程中对煤厚变化的处理方法,2、回采过程中对煤厚变化的处理方法,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,矿井水是指在矿井建设和生产过程中，流入井筒、井巷及采煤工作面的地表水、地下水、老窑积水和大气降水。,一、矿井水,矿井水的存在，给煤矿的采掘工作带来一定的影响，但在适当的条件下，又可利用矿井水来解决水力采煤和生产及生活上的用水。,矿井充水是指煤矿井下巷道进水。在矿井建设和生产过程中流入矿井水量的多少，一方面决定于矿井充水水源，另一方面受控于矿井充水水源流入矿井巷道的途径充水通道。,二、矿井充水条件,1、矿井充水的水源,（1）大气降水,（2）地表水,（3）含水层水,（4）断层水,（5）老窑积水,2、矿井充水通道,（1）岩石的孔隙与岩层的裂隙,（2）断层,（3）岩熔洞隙,（4）人为因素产生的矿井充水通道,未封闭或封闭不良的钻孔；,矿井长期排水；,采矿活动产生的塌陷和裂隙，以及采掘过程中破坏了煤层底板隔水层的完整性，可形成地表水和地下水涌入矿井的通道。,（5）其它因素：地形、煤层的埋藏条件、岩层性质、分布及出露程度、古地形。,矿井充水程度反映了矿井水文地质条件的复杂程度。通常，生产矿井用含水系数Km表示，而基建矿井则常用矿井涌水量Q的大小来表示。,三、矿井充水程度的表示方法,1、含水系数,含水系数又称富水系数，它是指矿井中排出的水量Q（单位m3）与同一时期矿井中煤炭采出量m（单位t),以Km表示。即,Km=Q/m,2、矿井涌水量,矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，通常用Q来表示。根据矿井涌水量的大小，可将矿井分为：涌水小的矿井（Q100m3/h），涌水中等的矿井（Q=100-500），涌水大的矿井（Q=500-1000）、涌水最大的矿井（Q1000）。,矿井涌水是指各种类型的水源进入井下采掘巷道和工作面的过程。矿井涌水的形式有渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入。涌入和溃入巷道和工作面的水量大，来势猛，所以又称为矿井突水。,四、矿井涌水对煤矿生产的影响,1、影响煤矿的安全生产,2、增加原煤成本，影响煤矿经济效益,3、造成采掘的困难,五、矿井涌水水源的分析与判断,1、大气降水,大气降水的主要形式是雨和雪，降水的多少直接控制了一个地区的地表水和地下水。,2、地表水,位于矿井采掘巷道上方的地表水体，包括河流、湖泊、池沼、水库等也是造成矿井充水的重要因素。在评价地表水体对矿井充水影响时，需考虑的问题：,地表水体本身的特点；,地表水体与煤层的相对关系；,地表水体下部岩层的透水性。,3、含水层水,含水层水是矿井最经常和最主要的充水水源。绝大多数情况下，大气降水和地表水先补给含水层水，然后再流入矿井内。,流入矿井中的含水层水，包括静储量和动储量两部分。,含水层的性质和厚度,含水层的补给条件,地下水的排泄条件,含水层与煤层的关系,含水层水与地质构造的关系,4、断层水,古代和近期的采空区及废弃巷道所积存的水，称为老窑积水。,5、老窑积水,（一）钻孔水位观测,六、地下水的动态观测及其在实际中的应用,水位的观测资料可用于解决的生产问题：,利用水位观测预报透水事故的发生,利用水位观测了解断层的导水性,利用水位观测了解突水水源层位,利用水位观测孔了解地下水与地表水的补给关系,（二）生产矿井涌水量的观测,六、地下水的动态观测及其在实际中的应用,1、浮标法,2、堰测发,3、容积法,4、观测水仓水位法,（一）水文地质比拟法,七、矿井涌水量的计算,1、利用含水系数计算涌水量,2、利用单位面积、单位降深法计算涌水量,（二）井筒涌水量的计算,七、矿井涌水量的计算,1、潜水完整井涌水量计算,2、自流井完整井涌水量计算,3、完整潜水自流井涌水量计算,4、井筒涌水量计算公式中各参数的确定,（三）斜井涌水量的预测方法,七、矿井涌水量的计算,（四）水平巷道涌水量的预测方法,（五）采区（采面）涌水量计算,（六）矿井延深水平涌水量的估算方法,（一）地表防水,八、矿井涌水的防治处理方法,1、慎重选择井口位置,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,（二）疏放地下水,八、矿井涌水的防治处理方法,1、老窑、采空区积水的探放,2、煤层顶板水的疏放,巷道疏水,3、煤层底板水的疏放,钻孔放水,钻孔导水,（三）井下防治水,八、矿井涌水的防治处理方法,1、留设防水煤柱,煤层直接在松散含水层或地表水体之下时，防水煤柱一般不小于80m；,2、设置防水闸门和水闸墙,煤层直接与富含水层接触或被富含水层所掩盖时，防水煤柱不应小于20m，或者煤层开采后的塌陷裂隙不要波及到上部含水层；,煤层与充水断层或充水陷落柱接触时，防水煤柱一般为30-40m。,防水煤柱：在井下受水害威胁的地带，为防止水突然涌入而保留一定宽度或厚度暂时不采的煤柱。,（四）注浆堵水,八、矿井涌水的防治处理方法,注浆堵水是将水泥砂浆或水泥、水玻璃等堵水材料，通过钻孔注入到渗水的岩层裂隙、溶洞、断层破碎带，使其浆液在孔隙中扩散、凝固、硬化，最终起到堵水或加固作用。,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,一、瓦斯对煤矿生产的影响,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，降低了煤矿的经济效益；,4、严重威胁矿井的安全生产。,二、煤层瓦斯含量的测定,1、直接测定法,2、间接测定法,3、气测井法,三、瓦斯含量预测图的编制,1、编图前的准备工作,2、编图步骤,四、瓦斯涌出量预测,1、绝对涌出量,2、相对涌出量,五、预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的措施,煤矿地质学,B,H,H,+100,+75,+50,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,一、岩浆侵入煤层的一般特征,1、岩墙,2、岩床,二、岩浆侵入含煤岩系的一般规律,三、岩浆侵入对煤层的影响,1、岩墙切割煤层对煤质的影响较小，只是造成岩墙两侧的煤变质程度增高；,2、岩浆侵入煤层的位置不同，影响也不相同；,3、侵入体的大小、厚度直接影响煤的变质程度；,4、形成岩浆侵入体的岩浆性质不同，对煤层的影响也有差异。,四、生产矿井对岩浆侵入体的观测与研究,1、井下观测,2、资料的整理与分析研究,观察岩浆岩的颜色、矿物成分、机构及构造等特征；,测定岩浆侵入体的产状、形态特征、厚度及其延展的范围等；,查明岩浆侵入体与断裂构造的关系；,观察煤层被破坏的情况。,五、岩浆侵入体对煤矿生产的影响,1、吞蚀了部分煤层，使矿井的煤炭储量减少，影响服务年限；,2、使煤质变差，原为优质工业用煤降为一般民用煤或天然焦；,3、使原来连续完整的可采煤层被分割成若干块段，或出现不可采地段，给采面布置、回采及巷道掘进等造成很大困难。,六、煤矿采掘过程中对岩浆侵入体的处理,1、对岩墙的处理,2、对岩床的处理,在巷道的掘进过程中如遇到岩墙时，一般可按原设计直接穿过；,当岩墙沿煤层的倾向和斜交走向的方向分布时，工作面回采至岩墙后，要重开边切眼继续回采；,当岩墙沿煤层走向分布且延长较长时，可以岩墙为界限将工作面分成上、下两段，采用两个小采面进行回采；,第一节 地质构造的判断与处理第二节 煤层厚度变化的探测与处理第三节 矿井涌水的防治处理第四节 矿井瓦斯的防治第五节 岩浆侵入煤层的判断与处理第六节 岩熔陷落柱的判断与处理,第十章 影响煤矿生产地质因素的判断与处理,一、岩熔陷落柱的成因,当含煤岩系下部为可溶性岩层或矿层时，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰岩等不断溶解破坏，产生岩熔洞穴，由于溶洞规模越来越大，以及上覆岩层的长期重力作用，致使煤层及其围岩塌陷而形成环形状陷落。,1、地表特征,2、井下特征,二、岩熔陷落柱的形成,陷落柱的平面形状,陷落柱的剖面形状,陷落柱的中心轴,陷落柱的物质组成特征,陷落柱与围岩的接触关系,1、岩性标志,2、接触带特征,三、岩熔陷落柱的判别标志,3、煤层及其顶底板的变化,4、地表出现了陷落柱，井下必定存在,1、破坏可采煤层，减少煤炭储量,2、影响正规采煤，妨碍机组使用,四、岩熔塌陷对煤矿生产的影响,3、降低采掘效率，提高生产成本,五、煤矿生产过程中对陷落柱的处理,1、主要开拓巷道遇陷落柱的处理,2、回采工作面发现陷落柱时的处理,3、工作面的回风巷或溜子道遇陷落柱后的处理,回采工作面发现陷落柱时的处理,工作面下部遇陷落柱,