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1、1采煤概论第1章煤矿地质知识2本章主要内容第一章第一章 煤矿地质知识煤矿地质知识 第一节第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史地质作用、地壳的物质组成及地史的概念的概念 第二节第二节 煤的形成及煤系煤的形成及煤系 第三节第三节 煤层的埋藏特征煤层的埋藏特征 第四节煤田地质勘探及矿井资源第四节煤田地质勘探及矿井资源/储量储量3第一节 地质作用、地壳的组成及地史的概念 埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。一、地质作用n1.内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，它包括地地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用壳运动、岩浆活动

2、、变质作用和地震作用等。4内力地质作用内力地质作用地壳运动地壳运动5我国的地震带分布我国的地震带分布67内力地质作用火山作用8变质作用变质作用 9 2.外力地质作用它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：风化和剥蚀、搬运和沉积风化和剥蚀、搬运和沉积、固结成岩、固结成岩。10生物风化生物风化-根劈作用根劈作用11 化学风化作用化学风化作用最常见的是多雨潮湿的石灰最常见的是多雨潮湿的石灰岩地区，其结果形成溶洞、岩溶（喀斯特）岩地区，其结果形成溶洞、岩溶（喀斯特）地貌。地貌。12风化作用的产物风化作用的产物 风蚀岩风蚀岩美国犹他州美国犹他州Goblin峡

3、谷峡谷美国西部风蚀地貌美国西部风蚀地貌13海蚀作用海蚀作用 14冰川的剥蚀作用冰川的剥蚀作用 藏东的冰川藏东的冰川U型谷型谷15青海湖哈尔盖河青海湖哈尔盖河 搬运作用搬运作用16三角洲的搬运与沉积作用三角洲的搬运与沉积作用 青海湖布哈河现代三角洲（远眺）青海湖布哈河现代三角洲（远眺）17海洋的沉积作用海洋的沉积作用18湖泊的沉积作用湖泊的沉积作用青海湖湖滩沉积物青海湖湖滩沉积物19二、地壳的组成n地壳由固体岩石组成，厚度变化大,大陆地壳较厚，平均35Km，最厚的地方是我国的青藏高原，达73km。而海洋较薄，约6-8km，平均约6km。整个地壳平均厚度约16Km。地壳的下界为莫霍面。n地壳又分为

4、上、下两层：n 上层叫硅铝层，平均厚度10Km，主要成分是硅（73）、铝（13），密度较小为2.7g/cm3，该层不连续，只有大陆才有，大洋底缺失。n 下层叫硅镁层，主要分成是硅（49）、铁和镁（18）、铝（16），密度较大为3.1g/cm3，该层连续分布。大陆和大洋底都有，局部地区缺失。n 20地球的卫星照片 地球 21 阿波罗阿波罗1 7号号1 9 7 2年拍摄的地球图片：棕色的非洲和年拍摄的地球图片：棕色的非洲和沙特阿拉伯在深蓝色的海洋和白色的云层的衬托下显得轮廊沙特阿拉伯在深蓝色的海洋和白色的云层的衬托下显得轮廊分明。分明。22地球的形状参数地球的形状参数23组成地壳的岩石种类繁多，按

5、照生成原因，可以将岩石划为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类别。岩浆岩岩浆岩又称为火成岩，它是由岩浆冷凝而成。火成岩是组成地壳的主要岩石，许多金属和非金属矿藏的生成也都与火成岩有关系，所以人们很重视对它的研究。岩浆岩岩浆岩25变质岩变质岩是已经形成的各种岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)，在地下深处受到重力、地壳运动或岩浆浸入的高温作用下产生物理化学变化，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。岩石产生变质是由于温度、压力等的变化或是掺进、带出了某些成分引起的。变质的结果是它们变成了另一种岩石类型。2627n沉积岩沉积岩是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩

6、的原始物质成分，经搬运、沉积及其沉积后作用而形成的一类岩石。n沉积岩可简单地分为2类：一是陆源碎屑岩陆源碎屑岩，主要由陆地岩石风化、剥蚀产生的各种碎屑物组成。按它们颗粒粗细不同又分为砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质岩。二是内积岩内积岩，主要指在盆地内沉积的。内积岩中有一种是我们所熟悉的，叫可燃有机岩（如煤、油页岩）。28沉积岩沉积岩31三、地史的概念地壳的发展历史简称地史。在45亿年以前形成的地球，在漫长的岁月里，其地壳在不停地运动，地球上的生物也在不断地发展演化。研究表明，地球上的任何一种矿物、岩石，任何地貌和构造形态以及任何一种动植物，都是地壳发展演化的产物。通常根据地壳运动及古生物的发展，将地壳

7、发展历史的主要阶段及其顺序，从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期。32第二节煤的形成及煤系一、成煤作用一、成煤作用n1、成煤植物、成煤植物n低等植物形成的煤叫腐泥煤。高等植物形成的煤叫腐植煤。n2、成煤作用、成煤作用n 植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成成煤作用煤作用。这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用。成煤作用分为二个阶段：n泥炭化（腐泥化）n阶段和煤化阶段33（1）泥炭化（腐泥化）阶段）泥炭化（腐泥化）阶段n植物繁殖、死亡、堆积，在微生物作用下不断分解、化合、聚积，高等植物形成泥炭，低等植物则形成腐泥。n腐泥化作用腐泥化作用：低等植物和浮游生物在

8、湖泊、泻湖、海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用。n泥炭化作用泥炭化作用：高等植物遗体在泥炭沼泽中经受复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用。34（2）煤化阶段）煤化阶段n泥炭或腐泥形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入了煤化作用阶段。此时生化作用停止，代之以物理化学作用。包括了二个连续过程：n成岩作用：成岩作用：泥炭（腐泥）在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤（腐泥煤）。n变质作用：变质作用：褐煤继续在温度、压力、时间影响下转变为烟煤、无烟煤、天然焦或石墨。353、成煤必要条件、成煤必要条件【a】植物条件成煤的物质基础。【b】气候条件影响

9、植物生长和植物的分解，温暖潮湿是重要的气候条件。【c】地理条件植物遗体的堆积场所。【d】地壳运动条件地壳均衡沉降（沉降速度与植物堆积速度平衡）。36二、煤的物质组成、性质与分类二、煤的物质组成、性质与分类 1、煤岩成分和宏观煤岩类型、煤岩成分和宏观煤岩类型n煤岩成分煤岩成分：煤岩成分指肉眼能见到的煤的基本组成单位，又称为宏观煤岩类型，即丝炭、镜煤、暗煤、亮煤丝炭、镜煤、暗煤、亮煤。n宏观煤岩类型宏观煤岩类型：根据煤层的平均光泽强度及煤岩成分的组合情况，可将煤划分为光亮型、半亮型、半暗型、暗淡型四种类型。n实际工作中，只有变质程度相同的煤才能互相比较和划分不同类型，划分的最小厚度一般为310cm

10、。372、煤的性质、煤的性质（1）煤的化学组成）煤的化学组成n煤是有机物质和无机物质的混合物，其中有机质是主要成分，主要有C、H、O（占95以上），还有N、S、P等。38（2）煤的物理性质）煤的物理性质nb1颜色和条痕颜色和条痕；b2光泽光泽；nb3密度密度；真密度真密度：20 时单位体积（不含孔隙）煤的质量，曾称为真比重。视密度视密度：20 时单位体积（含孔隙）煤的质量，曾称为容重或体重。较真密度小。相对密度相对密度：煤密度与同温度水的密度之比。又分为真相对密度（真比重）和视相对密度（假比重）。影响因素：煤岩成分和变质程度。煤岩成分：暗煤大、亮煤次之、镜煤更次之；变质程度：越高、密度越大。n

11、b4硬度硬度、脆度硬度；脆度硬度；b5脆度脆度；nb6裂隙；裂隙；b7导电性导电性39（3）评价煤质的常用指标）评价煤质的常用指标煤的工业分析指标煤的工业分析指标nc1水分水分 c2灰分灰分nc3挥发分：挥发分：隔绝空气的煤在（90010）温度下加热Tmin，使有机质和部分矿物质分解所得气态物质称为挥发分。nc4固定碳：固定碳：测定挥发分剩下的焦渣减去灰分即为固定碳。是煤中有机质高温分解的残余物。煤的工艺性质煤的工艺性质nc5粘结性粘结性：指粉碎的煤粒（直径0.2mm）在隔绝空气加热后能否粘结成焦块的性质。它是评价炼焦用煤、干馏和气化用煤的指标。nc6发热量：发热量：指单位质量煤完全燃烧所产生

12、的热值，用MJ/Kg表示。403、煤的分类、煤的分类（1）按）按1986.10.1试行的中国煤田分类国家试行的中国煤田分类国家标准分为标准分为14大类大类29小类。小类。n其中14大类为：无烟煤，贫煤，贫瘦煤，瘦煤，焦煤，1/3焦煤，肥煤，气肥煤，中粘结煤，中粘结煤，弱粘结煤，不粘结煤，长焰煤，褐煤。41 （2）按煤的综合利用分类按煤的综合利用分类n炼焦用煤n气化用煤n低温干馏用煤n加氢液化用煤n燃烧用煤 42三、煤系和煤田三、煤系和煤田 1、煤系及其类型、煤系及其类型n煤系：煤系：指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。n近海型煤系：近海型煤系：是在滨海平原或泻湖，海

13、湾以及浅海所成。由于地壳的小型振荡运动，时为浅海、时为陆地，发育广阔的沼泽。如：华北的石炭系煤系；华南二叠系煤系等。n内陆型煤系：内陆型煤系：位于陆地上的内陆盆地、山间盆地及山前盆地。在沉积过程中未曾发生海水侵入，煤系全部由陆相沉积物组成。432、煤系组成、煤系组成（1）煤层）煤层n煤层的结构：煤层的结构：煤层包含煤分层和岩石夹层，不含夹石层的称为简单结构煤层；反之，含有夹石层的则称为复杂结构煤层。n总厚度：总厚度：是煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和；n有益厚度：有益厚度：指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和；n可采厚度可采厚度：指在现代经济技条件下适于开采的煤层厚度。n最低可采厚度

14、：最低可采厚度：按照国家目前有关技术政策，依据煤种、产状、开采方式和不同地区的资源条件所规定的可采厚度的下限标准。（影响因素：煤种、产状、开采方式、资源条件）44按厚度划分按厚度划分n地下开采 露天开采n0.3 0.5m 极薄煤层 n0.5 1.3m 薄煤层 10m n8m 特厚煤层45按倾角划分按倾角划分n地下开采 露天开采n 8 近水平煤层 45 急倾斜煤层 4546按稳定性划分按稳定性划分n稳定煤层稳定煤层：均可采厚度，煤层厚度变化有一定规律性;n较稳定煤层较稳定煤层：煤厚有相当变化，大多可采，局部不可采；n不稳定煤层不稳定煤层：煤厚变化大，分岔、尖灭、增厚、变薄时有出现；n极不稳定煤层

15、极不稳定煤层：常呈透镜状、断续分布、仅局部可采。n煤层发生分岔、变薄、尖灭等厚度变化，则直接影响煤炭储量平衡和煤矿正常生产。鸡窝状煤层鸡窝状煤层煤层厚度变化、分叉、歼灭煤层厚度变化、分叉、歼灭48（2）煤层顶底板）煤层顶底板【顶板】n位于煤层上方一定距离的岩层。顶板分为三种：n1）伪顶：直接覆于煤层之上的薄岩层，多为炭质页岩、泥岩，一般厚几厘米到几十厘米，极易垮落。n2）直接顶：位于伪顶之上，多为粉砂岩、泥岩，厚约12m，采煤回柱后能自行垮落。n3）老顶：位于直接顶之上，多为砂岩、石灰岩，厚度较大，强度也大，采煤后长时期不易自行垮落，只发生沉降。49【底板】n 位于煤层下方一定距离的岩层。分为

16、二种：n 1）直接底：直接伏于煤层之下的岩层，多见炭质泥岩，常几十厘米厚。n 2）老底：位于直接底之下，多为粉砂岩、砂岩，厚度较大。50n【煤系中的标志层】n煤系中一些岩性特殊、易于识别、层位稳定或分布规律明显的岩层，可作为寻找、对比煤层的标志层。例如：石灰岩、砾岩、铝土岩、岩性颜色特殊的砂岩等。513、煤田、聚煤期、聚煤区煤田、聚煤期、聚煤区（1）煤田、煤产地）煤田、煤产地n【煤田】【煤田】n指同一个地质时期形成、并大致连续发育的含煤岩系分布区。面积一般由几十到几百平方千米。如山东鲁西煤田、辽宁阜新煤田等。n【煤产地】【煤产地】n 指受后期大地构造变动和剥蚀作用而分隔开的一些单独的含煤岩系分

17、布区。通常可对应于矿井或矿区范围。如山西阳泉矿区、山东兖州矿区等52（2）中国主要聚煤期）中国主要聚煤期n聚煤期又叫成煤期，指地质历史中有煤田资源形成的地质时期。n我国最重要的聚煤期有7个：1.早石炭世2.石炭二叠纪3.晚二叠世 4.晚三叠世5.早、中侏罗世 6.晚侏罗世早白垩世 7.古近、新近纪 53（3）中国的聚煤区）中国的聚煤区以大型地质构造带为界，划分五个聚煤区：n 东北聚煤区东北聚煤区：包括内蒙东部、黑龙江、吉林大部和辽宁北部。该区煤炭资源量约占全国的8。n西北聚煤区西北聚煤区：包括新疆、甘肃大部、宁夏、内蒙的一部分。本区资源量巨大，约占全国的33。n华北聚煤区华北聚煤区：包括山西、

18、河南、山东，以及陕、甘、宁、内蒙、辽、吉、冀大部和苏北、皖北。本区煤炭资源量约占全国的53。n滇藏聚煤区滇藏聚煤区：包括西藏、青海南部、川西、滇西。煤炭资源量很小，约占全国的0.1。n华南聚煤区华南聚煤区：包括桂、黔、粤、湘、赣、浙、闽、琼，及云、鄂、川大部。全区煤炭资源量约占全国的6。54第三节 煤层的埋藏特征一、煤层顶底板岩石一、煤层顶底板岩石煤层顶底板岩石是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。按照沉积的次序，在正常情况下，先于煤生成的岩石是煤层的底板，较煤后生成的岩层叫做顶板。55二、地质构造二、地质构造地质构造：地质构造：岩石变形或变位的产物称为地质构造。地质构造可以分为单斜构造、褶

19、皱构造和断裂构造。水平构造：水平构造：未经构造变动的沉积岩层，其形成时期的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下部，后沉积的新岩层在上部，称为水平构造。单斜构造：单斜构造：原来水平的岩层早受到地壳运动的影响后，产状发生变化，岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造。岩层产状：岩层产状：岩层在空间的位置。走向、倾向和倾角走向、倾向和倾角褶皱构造：褶皱构造：组成地壳的岩层受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲面而丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。断裂构造：断裂构造：自然界中岩层受力后，当作用力超过其强度时就产生断裂，使其连续性和完整性遭到破坏，这种岩性脆性的变形的产物称为断裂构造。单斜构造单斜构造

20、产状要素产状要素走向线、倾斜线、倾向、倾角走向线、倾斜线、倾向、倾角57断裂构造可分为节理和断层两类，断裂面两侧岩石没有发生显著相对位移的叫做节理或裂隙；断裂面两侧的岩石有明显相对位移的叫作断层。断层要素：断裂面、断层线、段盘、断距。根据断层两盘相对位移情况的类型：正断层、逆断层、平推断层。根据断层走向和所切割岩层走向的关系：走向断层、倾向断层和斜交断层。断层的组合：地堑、地垒、阶梯状构造、叠瓦状构造。5859三、影响开采工作的其他因素三、影响开采工作的其他因素1、煤的自燃倾向性n煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。2、煤和岩层的含

21、瓦斯性n瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，应当在技术上采取特殊措施。3、矿井的充水程度n矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。严重时还可能威胁矿井安全。60第四节第四节 煤田地质勘探及矿井储量煤田地质勘探及矿井储量n一、煤田地质勘探的任务一、煤田地质勘探的任务了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。n二、煤田地质勘探工作的阶段划分二、煤田地质勘探工作的阶段划分煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查三个

22、阶段依次进行。n三、矿井储量三、矿井储量矿井储量分为：矿井地质资源量矿井地质资源量、矿井工业储、矿井工业储量量、矿井设计储量、矿井设计储量、矿井设计可采储量、矿井设计可采储量。61表11固定矿产资源/储量分数表地质可靠程度经济意义查明矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量（111）基础储量（111b）预可采储量（121）预可采储量（122）基础储量（121b）基础储量（122b）边际经济的基础储量（2M11）基础储量（2M21）基础储量（2M22）次边际经济的资源量（2S11）资源量（2S21）资源量（2S22）内蕴经济的资源量（331）资源量（332）资源量（333）资源

23、量（334）说明：表中所有编码（111334）：第1位数字表示经济意义：1经济的，2M边际经济的，2S次边际经济的，3内蕴经济的；第2位数字表示可行性评价阶段：1可行性研究，2预可行性研究，3概略研究；第3位数字表示地质可靠程度：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。62n（1）矿井地质资源量矿井地质资源量：是指地质勘查报告提供的井田内查明的煤炭资源量，即详查地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括控制的内蕴经济的资源量332和推断的内蕴经济的资源量333。n（2）矿井工业资源储量矿井工业资源储量：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

24、储量及推断的内蕴经济的资源量乘以可信度系数之和。n地质资源量中控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量122b、边际经济的基础储量2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源储量。n（3）矿井设计资源矿井设计资源/储量储量：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及因法律、社会和环境保护等因素影响而不得开采的煤柱煤量后的资源储量。n（4）设计可采储量设计可采储量：矿井设计资源/储量中减去工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱煤量后乘以采区回采率。63思考题n1什么叫地质作用？内、外力地质作用有哪几种作用形式？n2常见的沉积岩主要有哪几种？n3简述煤的形成过程？n4煤的物理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？n5煤层按厚度可分为哪几类？n6反映煤层赋存状态的指标主要有几种？煤层按厚度和倾角如何分类？n7反映煤岩层产状要素是什么？n8.断层的要素有哪几部分？什么叫正断层、逆断层、平推断层？n9.煤田地质勘探的任务是什么？煤田地质勘探划分为哪几个阶段？煤田地质勘探有哪几种方法？n10.矿井储量是如何分类的？