煤田地質(zhì)及礦圖知識

1、第一章 煤田地質(zhì)及礦圖知識,第一節(jié) 煤田地質(zhì)概述第二節(jié) 煤質(zhì)及煤的工業(yè)分類第三節(jié) 煤田地質(zhì)勘探及煤炭儲量第四節(jié) 礦圖基本知識,第一節(jié) 煤田地質(zhì)概述,一、成煤作用,煤是古代植物遺體經(jīng)成煤作用后轉(zhuǎn)變成的固體可燃礦產(chǎn),1、成煤過程中的幾個概念成煤作用: 從植物死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱难葑冞^程，以及在這個演變過程中經(jīng)受的各種作用。煤化作用：煤的成巖（碳）作用和變質(zhì)作用的合稱。成巖作用：泥煤或腐泥被掩埋后，在壓力、溫度等

2、因素作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楹置旱淖饔谩Ｗ冑|(zhì)作用：褐煤在地下受溫度、壓力、時間等因素的影響下，轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋夯驘o煙煤、石墨等的地球化學(xué)作用。,2、不同的煤如何形成褐煤：泥炭或腐泥經(jīng)高溫高壓作用，泥炭層壓緊失水，碳含量增加，H、O、N含量減少，經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)作用而形成。煙煤：褐煤在溫度和壓力不斷增高的物理化學(xué)作用下而形成 。 無煙煤：煙煤受到更高溫度和壓力的長期作用下而形成。,形成有開采價值煤層的必要條件：

3、 第一，溫暖潮濕利于植物生長和繁殖的適宜的氣候。 第二，植物的大量繁殖。 第三，大面積沼澤化的自然地理條件。 第四，地殼運動的良好配合。,二、聚煤期,地殼是由巖石組成的。 巖漿巖是由地殼內(nèi)部熔融狀態(tài)的巖漿，沿地殼的裂隙等薄弱地帶侵入地殼或噴出地表，冷凝固結(jié)而形成的巖石。 沉積巖是地殼表層環(huán)境中常溫常壓條件下形成的巖石。主要由風(fēng)化和剝蝕巖石的碎屑及可溶物

4、質(zhì)等，經(jīng)搬運、沉積、壓緊、膠結(jié)而形成的巖石。 變質(zhì)巖是由原有的沉積巖、巖漿巖或變質(zhì)巖在受到高溫、高壓及化學(xué)性活潑的氣體或液體的作用，巖石的物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造都發(fā)生變化，變成一種新的巖石，稱為變質(zhì)巖。,表1-2 地質(zhì)年代（地層年代）表,地質(zhì)年代與地層單位見表1-2。,聚煤期或成煤期：地質(zhì)歷史中形成煤炭資源的時期。,古生代：石炭紀、二迭紀3個主要聚煤期 中生代：侏羅紀

5、 新生代：古近紀、新近紀（第三紀）,,三、含煤巖系,含煤巖系簡稱煤系，是指含有煤層，并有成因聯(lián)系的沉積巖系。 煤系地層命名方法：①煤系地層通常以形成的地質(zhì)年代來命名，如華北的石炭二迭紀煤系，華南的晚二迭世煤系，東北的侏羅紀煤系等；②采用煤系發(fā)育良好，研究較早的地區(qū)來命名，如華南的晚二迭世煤系在江蘇龍?zhí)逗徒鳂菲降鹊匮芯枯^早，也稱為龍?zhí)睹合祷驑菲矫合怠?四、煤層賦存特征,（一）煤層的結(jié)構(gòu)和頂、底板

6、 1. 煤層的結(jié)構(gòu) 煤層通常是層狀的。根據(jù)煤層中有無較穩(wěn)定的夾矸層，將煤層分為兩類。 （1）簡單結(jié)構(gòu)煤層 （2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層,2. 煤層的頂、底板 賦存在煤層之上的鄰近巖層，稱為頂板。賦存在煤層之下的鄰近巖層，稱為底板。 根據(jù)巖層相對于煤層的位置及垮落性能，將煤層頂、底板分為： （1）偽 頂 位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，其厚度一

7、般在0.5m以下。大多由松軟的炭質(zhì)頁巖、泥頁巖組成。并非所有煤層都有偽頂。 （2）直接頂 位于煤層或偽頂之上具有一定的穩(wěn)定性，采煤時移架或回柱后能自行垮落的巖層。多為粉砂巖、泥巖等。有時煤層之上無直接頂而為基本頂。,（3）基本頂 又稱“老頂”。位于直接頂或煤層之上，通常厚度及巖石強度較大、難于垮落的巖層。通常由砂巖、石灰?guī)r、砂礫巖等組成。 （4）直接底 位于煤層之下，為強度較低的巖層。通常由泥巖、粉砂巖、粘

8、土巖等組成。 （5）基本底 又稱“老底”，位于直接底下面，比直接底堅固，多為砂巖、砂頁巖、石灰?guī)r等。,（二）煤層厚度 煤層的厚度：煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。煤層總厚度：包括所有煤分層和夾矸層厚度總和。有益厚度：煤分層厚度的總和，不包括夾矸層厚度。最低可采厚度：在當前技術(shù)和經(jīng)濟條件下，可開采的最小煤層厚度。,圖1-1 煤層的總厚度及有益厚度,（三）煤層的構(gòu)造形態(tài)地質(zhì)構(gòu)造：由于地殼運動而造成的煤層和巖層的空

9、間形態(tài)。 1. 單斜構(gòu)造 在一定范圍內(nèi)，煤（巖）層大致向一個方向傾斜的構(gòu)造形態(tài)，稱為單斜構(gòu)造，如圖1-3(a)所示。,煤（巖）層的空間形態(tài)，通常用產(chǎn)狀要素——走向、傾向及傾角來描述，如圖1-2所示。 （1）走向 煤層層面與水平面的交線稱為走向線，走向線的方向稱為走向。走向代表了煤層在平面上的延伸方向。,圖1-2 煤層的產(chǎn)狀要素,（2）傾向 煤層層面上與走向線垂直的線稱

10、為傾斜線，傾斜線自上而下所指的方向稱為傾斜，傾斜在水平面上的投影所指的方向為傾向。 （3）傾角 煤層層面與水平面的夾角稱為傾角。煤層傾角由0 ~ 90°。,2. 褶皺構(gòu)造褶皺構(gòu)造：煤層及巖層受到水平擠壓力后，變成彎曲形狀，但仍保持其連續(xù)性，如圖1-3(b)所示。褶曲：褶皺構(gòu)造中的單個彎曲，是褶皺構(gòu)造的基本單位。褶曲的基本形態(tài)是背斜和向斜。背斜：巖層層面凸起的彎曲，如圖中的ABC。向斜：巖層層面凹下的彎曲，如

11、圖中的BCD。,用褶曲要素來描述一個褶曲在空間的形態(tài)，如圖1-4所示。,圖1-4 褶曲要素示意圖,褶曲要素包括：核部、翼部、軸面、軸線、樞紐等。 核部：是褶曲的中心部分。 翼部：是褶曲核部兩側(cè)的巖石。 軸面：是一個平分褶曲兩翼的假想面，這個面的位置可以是直立的、水平的和傾斜的；其形態(tài)可以是個平面，也可以是個曲面。 軸線：是軸面與地表面的交線。軸線可能是直線，也可能是

12、曲線；軸線的方向表示褶曲的延伸方向。 樞紐：是褶曲中同一巖層的層面與軸面的交線。它可以是水平的、傾斜的、或波狀起伏的。它能提供褶曲在延伸方向上產(chǎn)狀變化的情況。,3. 斷裂構(gòu)造 斷裂構(gòu)造：煤（巖）層受地殼運動作用力，當作用力超過煤（巖）層的強度，就產(chǎn)生斷裂，失去了連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)。節(jié)理：斷裂后，兩側(cè)巖層若沒有發(fā)生明顯位移；斷層：斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯位移的斷裂構(gòu)造。,（1）斷層要素 如圖

13、1-5所示。 斷層面：巖層沿之斷裂滑動的面。也用走向、傾向及傾角描述斷層面的產(chǎn)狀。斷層面可能是平面，也可能是曲面。,圖1-5 斷層示意圖,斷層線：斷層面與地面的交線。斷層線的方向反映斷層延伸方向。斷層線可能呈直線或曲線。 交面線：斷層面與煤層底板的交線。 斷 盤：斷層兩側(cè)的巖層或巖體。當斷層面傾斜時，位于斷層面上方的斷盤稱為上盤；位于斷層面下方的斷盤稱為下盤。,圖1-6 斷距

14、示意圖ab—垂直斷距； bc—水平斷距,斷 距：斷層兩盤相對移動的距離。斷距可分為垂直斷距（落差）和水平斷距，如圖1-6所示。,（2）斷層分類根據(jù)斷層上下盤相對移動的方向，可分為：正斷層：巖層斷裂后，上盤相對下降，下盤相對上升。逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降。平推斷層：斷層兩盤沿水平方向移動。斷層類型如圖1-7所示。,,圖1-7 斷層的類型,根據(jù)斷層走向與巖層走向的關(guān)系，斷層可分為：走向斷層：斷層走向與

15、巖層走向平行。傾向斷層：斷層走向與巖層走向垂直。斜交斷層：斷層走向與巖層走向斜交。,（四）常用的煤層分類,1. 按煤層傾角分類根據(jù)當前開采技術(shù)，我國將煤層按傾角分為四類： 近水平煤層 45°2. 按煤層厚度分類根據(jù)當前開采技術(shù)，我國將煤層按厚度分為三類： 薄煤層

16、3.5m,,,3. 按煤層穩(wěn)定性分類 煤層穩(wěn)定性：煤層形態(tài)、厚度、結(jié)構(gòu)及可采性的變化程度。 穩(wěn)定煤層：煤層厚度變化很小，變化規(guī)律明顯，煤層結(jié)構(gòu)簡單或較簡單，全區(qū)可采或基本全區(qū)可采的煤層。較穩(wěn)定煤層：煤層厚度有一定變化，但規(guī)律性較明顯，結(jié)構(gòu)簡單至復(fù)雜，全區(qū)可采或大部分可采，可采范圍內(nèi)厚度變化不大的煤層。不穩(wěn)定煤層：煤層厚度變化較大，無明顯規(guī)律，且煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜或極復(fù)雜的煤層。極不穩(wěn)定煤層：煤層厚度變化極大，呈透鏡狀、雞窩狀，一般不

17、連續(xù)，很難找出規(guī)律，可采塊斷分布零星的煤層。,第二節(jié) 煤質(zhì)及煤的工業(yè)分類,一、煤的元素成分,1. 碳（1）變質(zhì)程度越深，含碳量越高（2）含碳量越高，發(fā)熱量越高 2. 氫（1）變質(zhì)程度越深，氫含量越少（2）完全燃燒產(chǎn)生熱量：1千克氫≈4.2千克碳,有機物質(zhì)：碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）無機物質(zhì),煤,,3. 氧（1）變質(zhì)程度越深，含氧量越低 4. 氮

18、 煤中氮含量僅1~3%，主要來自成煤物質(zhì)的蛋白質(zhì)。,5. 硫,煤中有機硫、無機硫和元素硫的總含量叫煤的全硫含量（St）。 低硫煤 St≤1.5%； 中硫煤 St=1.5 % ~2.5% 高硫煤 St=2.5 % ~4.0%； 富硫煤 St>4.0%。,,6．磷 煉焦煤中硫含量不超過1.2% 煉焦煤中磷含量不超

19、過0.2%,二、評價煤質(zhì)的常用指標,1．水分（W）內(nèi)在水分：指吸附和凝聚在煤粒內(nèi)部毛細孔中的水分外在水分：煤炭采、運、儲存及洗選過程中附在煤粒表面的水分。全水分：內(nèi)在水分和外在水分的總和 2．灰分（A）灰分：煤樣在規(guī)定條件下完全燃燒后所剩得的殘留物。,低灰分煤：Ad25%,,3．揮發(fā)分（V）和固定碳（FC）揮發(fā)分：煤在隔絕空氣的條件下加熱到900?10°C并經(jīng)7分鐘后，從煤中有機物質(zhì)分解出來的液體和

20、空氣產(chǎn)物。,焦渣：測定揮發(fā)分時，殘留的固態(tài)產(chǎn)物。固定碳：從焦渣中減去灰分的殘留物。,4．發(fā)熱量（Q）發(fā)熱量：單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時放出的熱量，其單位常用KJ/g或MJ/kg。 5．膠質(zhì)層厚度（Y） 膠質(zhì)層厚度是反映煤的粘結(jié)性的指標。 煤的粘結(jié)性越強，其膠質(zhì)層厚度越大。,6．粘結(jié)指數(shù)（GR.l.） 粘結(jié)指數(shù)也是反映煤的粘結(jié)性的指標。 粘結(jié)指數(shù)測定方法：用

21、1g煤樣與5g標準無煙煤，混合后快速加熱，煉成焦炭；稱其總重量為g，然后將焦塊放在特制的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)轉(zhuǎn)磨兩次，每次5分鐘，每次轉(zhuǎn)磨后用1mm的圓孔篩篩分，并稱篩上>1mm的焦粒重量分別為g1和g2，則 當測得的G<18時，煤樣和標準無煙煤配比為3g：3g，測定方法同前，則 7．含矸率 含矸率：礦井所產(chǎn)煤炭中大于50mm的矸石重量占全部煤量的百分率。,三、中國煤的

22、分類,我國實行的煤炭分類，如表1-3所示。 共分14大類，17小類,表1-3 中國煤炭分類和用途,第三節(jié) 煤田地質(zhì)勘探及煤炭儲量,一、煤田地質(zhì)勘探階段及其任務(wù),礦區(qū)詳查：在普查的基礎(chǔ)上進行。根據(jù)國家建設(shè)需要和普查結(jié)果，選擇資源條件好、開發(fā)條件有利的礦區(qū)進一步查明資源的情況，為礦區(qū)總體設(shè)計提供依椐。 井田精查：為煤礦初步設(shè)計提供地質(zhì)資料所進行的詳查勘探工作。在設(shè)計部門劃分的井田范圍內(nèi)，對影響煤層開采的各種

23、地質(zhì)條件進行詳細了解，為礦井設(shè)計提供地質(zhì)資料。,二、煤田地質(zhì)勘探技術(shù)手段,1.遙感地質(zhì)調(diào)查2.地質(zhì)填圖3.鉆探工程4.山地工程5.地球物理勘探,煤炭儲量：煤田內(nèi)埋藏的具有一定工業(yè)價值和一定勘探研究程度的煤炭資源量。不僅是一個數(shù)量概念，而是包括了數(shù)量、煤質(zhì)和煤層開采條件等諸多因素的綜合概念。,三、煤炭儲量,表1-4 煤炭儲量分類表,礦井設(shè)計儲量：礦井精查地質(zhì)報告提供的能利用儲量減去斷層、防水、井田境界等煤柱后剩余的儲量。礦

24、井可采儲量：礦井設(shè)計儲量減去工業(yè)場地、地面建筑物和構(gòu)筑物、井下主要巷道等保護煤柱后乘以采區(qū)采出率所得到的儲量。設(shè)計損失量：為了煤礦安全生產(chǎn)。按設(shè)計規(guī)定留設(shè)的安全煤柱以及采煤、運輸過程中的損失量。,第四節(jié) 礦圖基本知識,一、礦圖的基本知識,在采礦設(shè)計、施工和生產(chǎn)過程中，需要一套圖紙分別反映地形、地物、地下煤層形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、礦井巷道與煤層或礦體之間的關(guān)系；礦井各種巷道、工作面以及它們之間的關(guān)系等，這類圖紙稱為礦圖。,礦圖投影方法常用

25、正投影和標高投影。投射線：表示光線的線投射面：落影平面投影圖：產(chǎn)生的影子稱為投影圖平行投影：由相互平行的投影線所產(chǎn)生的投影正投影：平行投射線垂直于投影面。 正投影的基本特點是：采用平行的投射線，投射線垂直于投影面，投射線可視為透過物體。正投影基本規(guī)律：1.點的正投影是點。2.直線平行于投影面，其投影是直線，反映實長。直線垂直于投影面，其投影聚集為一點。直線斜交于投影面，其投影仍為直線，但長度縮短。3.直線上一點的投影必在該

26、直線的投影上。,若將物體放在三個相互垂直的投影面之間，分別用三組平行投射線垂直于三個投影面，就能得到反映物體全部形狀和大小的三個方向的正投影圖。三組投射線與投影圖的關(guān)系如圖1-9所示。,圖1-9 三面正投影關(guān)系,標高投影：我國以黃海的平均海水面為標準的零點高程(標高)，空間一點與這個水準面的垂直距離稱為該點的標高。高于水準面的取正值，低于水準面的取負值。在水平投影圖上，在各投影點位置的旁邊標注各點的標高數(shù)值，叫標高投影。如圖1-1

27、0所示。,圖1-10 標高投影原理1—大巷; 2—上山; A、B、C—標高點,礦圖常用的坐標系統(tǒng)是： 地理坐標 用經(jīng)度和緯度表示地球表面上一點的位置叫地理坐標。 平面直角坐標 如圖1-11所示，坐標的縱軸X與地球子午線方向一致，表示南北方向，指北為正，指南為負；以橫軸Y表示東西方向，指東為正，指西為負。,地面上任一點A的位置由縱坐標Xa、橫坐標Ya表示。,圖1-11 平面直角坐標,二、

28、地質(zhì)圖,反映煤礦各種地質(zhì)現(xiàn)象與井巷工程之間相互關(guān)系及它們空間分布情況的所有圖件稱為煤礦地質(zhì)圖。,1. 鉆孔柱狀圖 根據(jù)鉆孔資料編制的地質(zhì)柱狀圖稱為鉆孔柱狀圖。該圖可以表示一個鉆孔內(nèi)的煤層、巖層的相互位置及厚度。,鉆孔柱狀圖的比例：1∶50、1∶100、1∶200等。,圖1-13 鉆孔柱狀圖,1. 鉆孔柱狀圖,2. 地質(zhì)剖面圖,把同一條勘探線所有鉆孔柱狀圖，按一定比例并按其標高和間距畫出來，然后把對應(yīng)的煤層、巖層及

29、地質(zhì)構(gòu)造連起來。就得到該勘探線的地質(zhì)剖面圖，如圖1-14所示。,3．煤層底板等高線圖煤層底板等高線：煤層底板相同高程各點的連線。煤層底板等高線圖：假想用一定間距的水平面切割煤層底面，得出一組走向線，把它們投影到水平面上，所得到的圖等高距：相鄰兩個水平面的高程差。在同一幅圖上等高線的等高距相同。,如果煤層為一平整長方塊，則煤層底板等高線圖也是個長方形，其長度與煤層走向長度相等，其寬度比煤層傾斜長度小。如圖1-16所示。,圖1-16

30、 傾角與傾斜長度投影關(guān)系,如果煤層不是長方塊，其底板等高線圖就不是長方形了，如圖1-17所示。圖1-17 煤層底板等高線圖概念之二,煤層底板等高線圖繪制：依靠鉆孔柱狀圖的資料。根據(jù)圖1-18中勘探線及鉆孔位置、煤層底板標高、按一定比例用插入法就可以畫出圖1-18中的煤層底板等高線圖。,煤層底板等高線圖常用的比例有1∶2000，1∶5000，1∶10000等。常用的等高距為20m、50m、100m。,圖1-18

31、 煤層底板等高線圖之一,,在煤層底板等線圖上應(yīng)標明坐標網(wǎng)格及方位，如圖1-19所示。圖1-19 煤層底板等高線圖之二,4．地形地質(zhì)圖 煤田地形地質(zhì)圖：以地形圖為底圖，反映地層、煤層、構(gòu)造、巖層等煤田基本地質(zhì)特征的圖件。,圖1-20 山嶺與湖泊等高線,,圖1-21為一簡單的地形地質(zhì)圖。 圖1-21 地形地質(zhì)圖,三

32、、采掘工程圖,采掘工程圖是反映采掘工程、地質(zhì)和測量信息的綜合性圖紙。 1. 采掘工程平面圖及剖面圖 對于中傾斜以下的煤層，通常只畫水平投影圖，稱采掘工程平面圖。如圖1-22所示。,圖1-22 采掘工程平面圖及剖面圖,2. 采掘工程立面圖,急傾斜煤層以正面投影為主，得出的圖稱為采掘工程立面圖。如圖1-23所示。,圖1-23 采掘工程立面圖,3. 煤層層面圖,選擇一個與煤層層面平行的投影面作正投