07第七章影响煤矿生产的主要地质因素-课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,、,煤层厚度变化,2,、地质构造,3,、煤层顶底板条件,4,、岩浆侵入煤层,5,、矿井水,6,、喀斯特陷落,(,自学,),7,、矿井瓦斯,(,自学,),8,、地压,(,自学,),9,、地热,(,自学,),影响煤矿生产的主要地质因素主要有：,（自然因素,9,个方面）,第一节 煤层厚度变化,一,、煤层厚度变化的原因及变化特征,二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响。,三、煤层厚度变化的研究和处理。,四、评定煤层稳定性的主要参数。,本节主要内容：,重点,:,难点：,1,、煤层厚度变化原因的确定 。,2,、煤层厚度的确定。,一、煤层厚度变化的原因及变化特征,(,了解,):,煤层厚度变化的原因，可以分为原生变化和后生变化。,（一）原生变化,煤层厚度原生变化是指泥炭层在接受上部沉积物覆盖之前，由于地壳运动、沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的煤层,厚度和,形态变化。,原生变化包括四种原因,:,地壳不均衡沉降（图,6-1,）,泥炭沼泽古地形影响（图,6-2,）,河流同生冲蚀（图,6-3,）,海水同生冲蚀（图,6-4,）,图,6,1,地壳不均衡沉降造成为厚变化示意图,图,6,2,泥炭沼泽基底不平造成煤厚变化示意图,图,6,3,河流同生冲蚀造成煤厚变化示意图,图,6,4,海水同生冲蚀造成煤厚变化示意图,（二）后生变化,煤层厚度发生变化是指煤层被沉积物覆盖以后或者整个煤系地层形成以后，由于,河流冲蚀（图,6-5,）,构造变动（图,6-6,）,岩浆侵入（图,6-7,）,喀斯特陷落（图,6-8,）,等各种地质因素的影响而引起煤层形态和厚度变化。,图,6,5,河流同生冲蚀造成煤厚变化示意图,a,煤系内的后生冲蚀；,b,煤系形成后的后生冲蚀,图,6,6,构造变动引起煤厚变化示意图,a,褶皱引起煤厚变化,b,断层引起煤厚奕变化,（,b,）,（,b,）,图,6,7,岩浆侵入煤层引起煤厚变化示意图,以上原因造成的煤层变化特征参阅教材,163,页简表,图,6,8,喀斯特陷落引起煤厚变化示意图,二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响,(,四个方面,),1,、影响采掘部署,2,、影响生产计划,3,、掘进率增高,4,、回采率降低,原为分层开采的厚煤层，由于煤层变薄，只能 改为单层开采。,原为一次采全厚的煤层，由于 煤层增厚必须改为分层开采。以上两种情况都需要重新调整巷道布置重新设计采区和工作面。,1,、影响采掘部署,2,、影响生产计划,采煤生产是多工序按计划连续作业，如果回采工作而内煤层厚度变薄，会打乱原来的工作计划，使工作面提前结束，造成采掘失调，工作面接续紧张。其影响如下页例子。,例子：,淮南某矿,C,13,煤层的一个工作面，根据巷道揭露的煤厚均在,6m,以上，计划分两个分层回采,(,图,69a),，由于采上分层时未探清煤厚，当掘下分层切割眼时才发现煤层局部变薄为,0,4m,。后退,15m,另开切眼，煤层仍不可采。再后退,40m,，巷道穿过变薄带至上风巷，证实工作面中部为一大面积变薄带。结果被迫改变计划，整个下分层只采出两小块煤层，使该工作面原定生产计划严重受到影响,(,图,69b ),。,淮南某矿,C,13,煤层的一个工作面根据巷道揭露的煤厚均在,6m,以上，计划分两个分层回采,(,图,69a),。,(,图,69a),可采区,不,薄,煤,带,3,、掘进率增高,为探明煤厚变化，必需布置一些专门探巷。增加掘进量。另外由于煤层分叉变薄，可能使巷道掘进到叉尖而造成废巷。或为了探煤厚变化要布置一些专门探巷；也有的煤矿,(,如图,),由于古河流的冲蚀使煤层突然变薄，甚至误判为断层，为寻找,“,断失翼煤层,”,也会造成废巷。以上种种原因都会增加巷道掘进数量。 实例见下图。,某矿将煤层冲蚀误判为断层造成废巷示意图,a,图一切割眼碰到顶板砂岩下降，作了一段全岩巷，但没有见煤，以为是遇到了断层；,b,图认为断失翼下降，因此从平巷作一水平探巷，推断过断层后就能找到断失煤层；,c,图此水平探巷掘进到预定位置并没有找到煤层，也没有见到断层，见到的是正常的煤层底板岩层；,d,图后来在另一地点开拓了一条上山，通过了一段砂岩，巷道又见到了煤层， 这才查明煤层遇到的是冲蚀带而不是断层，探煤平巷报废。,报废巷道,顶板砂岩,顶板砂岩,底板岩层,4,、回采率降低,煤层厚度变化大，常造成回采工作中的面积损失和厚度损失，降低了回采率。如无法回采的局部增厚的顶煤或底煤，丢失局部出现的可采分叉煤层，煤层变薄区段边缘的可采煤带以及复杂结构煤层的局部可采分层等。如北京王平村煤矿三槽煤，厚度从,13,4,米变到,0,7,米以下， 结构很复杂，回采率只能达到,48,，部分区段经两次复采，才接近国家规定回采率标准。,三、,煤层厚度变化的研究和处理,（一）煤层厚度变化的观测与探测,1,煤层的观测,1,） 煤层观测内容,:,1,、煤层厚度,2,、煤层结构,3,、煤岩煤质,4,、煤层含水性及煤层顶底板等,5,、测量煤层产状,2,）,煤层的观测方法,（观测工作一般与井巷地质编录一起进行观测要点如下：,(6,点,),1),在能够揭露煤层全厚的巷道中，用皮尺垂直煤层顶底 层面直接测量煤层总厚度。需要时，换算成真厚度。 对于煤层增厚、变薄、分叉、尖灭、断层、褶曲等厚 度变化处，应在井下现场绘制剖面草图和细部放大素 描图。,2),采用测绘连续煤层剖面，或以一定间距测绘煤层柱状 、迎头素描及用顶底板标高来控制煤层的厚度、结 构及构造形态，并测量各个变化点处煤层产状。,(,图,6-10),3),煤层观测点的布置，应按实际情况确定。对结构复杂 、厚度不稳定的煤层，要以,1020m,的点距控制；对结 构简单、厚度稳定的煤层，一般以,50,100m,的点距控 制。,(,图,610),4,）,一般用沉积岩石学方法来鉴定煤层顶底板。根据井巷 支护及现场管理的需要，有时要进行顶、顶底板岩石 物理力学性质的试验和顶板裂隙的测量统计。,5),煤岩分层描述的观测点，尽可能选择在新鲜的连续剖 面上。对层位稳定，厚度大于,2cm,的夹石层，必须单独 分出。根据煤分层的光亮程度和结构特征划分各煤分层 的煤岩类型，分层厚度取决于煤层厚度和研究目的。有 特殊意义的标志层或煤岩类型须单独分层。,6),在上述观测基础上，将井下收集的各种煤层资料、填绘 在采掘工程平面图上。填绘的资料包括；观测点号，含 顶底板岩性的煤层小柱状图，煤质化验简表及其它说明 煤层和顶底板变化的资料。此外，还可以根据需要编制 煤层等厚线图和煤质等值线图 。,2.,煤层的探测,1,）,煤层厚度的探测,(1),煤巷掘进中的探煤厚工作,在厚煤层及部分厚煤层中布置巷道时，当巷道不能揭露煤层全厚时，缓倾斜煤层必须用钻探配合溜煤眼和联络斜巷探测煤厚下图是河南焦作各矿要求每隔布置一个探煤点两点间煤厚变化超过时必须在补点控制,(,图,611),；,图,6-11,缓倾斜厚煤层沿顶掘进巷道探煤厚示意图,（包括回采和掘进两阶段工作中的煤厚探测）,图,6,12,急倾斜煤层利用煤门巷道探测煤厚示意图,在急倾斜煤层中用钻探配合煤门探测,(,图,612),。探煤厚点间距，应根据煤层的稳定程度而定。,钻孔,立面图,剖面图,急倾斜煤层利用煤门巷道探测煤厚示意图,在缓倾斜或倾斜的厚煤层分层开采工作面中，为了控制各个分层的回采高度，仅根据回采巷道中的煤厚探测点测定煤分层厚度是不够的，一般还要在上分层开采过程中，既测量 实际采高，又要随着工作面的推进，按一定间距探 测下分层煤厚，通常采用煤电钻探测：根据探煤厚 资料，绘制煤分层等厚线图，确定分层开采的厚度。,(2),回采工作面的探煤厚工作,图,6-13,利用钻探探测各分叉煤厚变化水平切面图,(1),煤层呈多层次的且较稳定的分叉，可采用沿主要稳定煤层掘煤巷，然后用井下钻探探测各分叉煤层,(,图,6,13),。,2,）煤层分叉尖灭的探测,暗井,钻孔,用暗井、钻孔探测煤层分叉,(,剖面图,),(2),煤层呈稳定程度不同的分叉，在主分叉层布置巷道，对 其它达可采厚度的次要分叉层，采用钻探、巷探各种手 段探明可采范围，并按照自上而下的顺序回采,(,图,614),图,6-14,湖南马田桐子山矿煤层分叉尖灭的探测图（剖面图）,3,）煤层底凸薄化的探测,(3),分叉煤层的分、合区线是根据井下钻探和巷道控制的 剖面及由反眼、平巷实见分合点连接而成。,(1),利用钻探控制巷道掘进前方的底凸位置（如图,6-15,）,图,6-15,某工作面切眼巷道用钻探探煤层底凸薄化范围示意图,(2),利用巷道穿过底凸部位，直接圈定煤层底板凸起的位置和煤层薄化范围。,(3),利用工作面上分层边采边探的断层观测资料，编制煤层顶板、底板标高等值线图，圈定煤层底凸薄化的位置和范围。 如图（,6-16,）是某矿开采缓倾斜煤层的底板等高线图从图中可看出煤层顶板平直稳定而底板凹凸不平，并在相应部位出现三个不规则的煤层变薄带。应及时调整采高确保生产顺利进行。,4,） 煤层河流冲蚀变薄带的探测,首先，应在巷道中仔细观察和素描冲蚀带的宽度、厚度、岩石成分、层理、砾石分布、煤层顶板冲蚀情况、冲蚀面特征、冲蚀处煤质变化等。将各巷道所见的冲蚀现象投绘在平面图上，进行对比分析，确定古河床的分布范围及对煤层破坏的情况，圈出古河冲蚀带范围（图,6-17,）。另外当冲蚀带范围利现有用巷道查不清楚时，可用探巷或从邻近煤层的巷道中布置钻孔探明冲蚀带宽度和煤层的开采范围。（图,6-18,）,（二）评定煤层稳定性的主要参数,在定量评定煤层厚度稳定性时分为两种情况：,1,、薄煤层以煤层,可采性指数,为主要指标，煤厚变异系数为辅助指标。,2,、中厚及厚煤层以,煤厚变异系数,为主要指标，煤层可采性指数为辅助指标。,据此定量划分煤层稳定程度类型（表,6-2,）,注,:,特厚煤层,8,米,极薄煤层,0.3,0.5,米,。,表,6-2,中，煤层可采性指数,K,m,是表示评定区可采煤层所占比例的参数，由式下式计算,:,式中,-,煤层可采性指标；,-,评定区内所有参加评定的见煤点数。,-,见煤点总数,n,中煤厚大于或等于最低可采标准的见煤点数。,n,n,表,6-2,中，煤厚变异系数 是反映评定区内煤层厚度变化偏离平均厚度的参数，由下式计算：,-,煤厚变异系数，,%,-,煤厚变化标准差，,-,每个见煤点的实测煤厚，,m,；,-,评定区内的平均煤厚，,m,；,-,参加评定的见煤点数。,m,i,S,n,式中,统计上述两项参数时，参加评定的点的资料来源要可靠。点的分布要均匀。对不可靠的点要去掉。否则影响判断的准确性。,例题：某区内共有见煤点,20,个，煤种均为长焰煤，薄煤层，倾角,20,度，其中大于等于,0.7,米厚的见煤点有,10,个，小于,0.7,米厚的见煤点有,10,个,平均煤厚,0 . 5,米。煤厚变化标准差,S=0 . 4,。,求,: 1.,可采性指数及变异系数。,2.,根据可采性指数及变异系数定量确定煤层的稳定性。以便对煤层的开采价值进行可行性研究。 （提示要参考,155,页表,5-10,）,=,10 / 20,=,0 .5,=0 . 4/0 . 5=80%,结论：该煤层主要指标,K,m,小于,0 . 6,，辅助指标大于,55%,，根据表,6-2,（,169,页）规定该煤层为极不稳定煤层不宜开采。,（三）煤层厚度变化的处理（掘进和回采两阶段处理方法）,1.,掘进中的处理方法（,3,种）,（,1,）,在煤巷掘进中如遇到煤层分叉尖来现象，要根据具体情况确定掘进方案，如已知上分层稳定可采，而下分层常变薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进，这样才不致钻入 “叉尖”而造成废巷。,如果是下分层稳定可采，上分层不稳定，则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤层全部可采，应先采上分层，再采下分层，以免因上分层被破坏而浪费煤炭资源。,(2),在采区上山掘进中，如遇煤层变薄带，应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过，还是停止掘进 ，或从其它地方另开巷道。一般在变薄带范围不大，并且确知工作面有煤可采时，掘进巷道采取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。,(,如右图,),图,6-19,巷道按原计划掘进穿过冲蚀无煤带示意图,(3),主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道可 按原计划施工，穿过变薄尖灭带，如图,6,19,所示。,1,、若变薄带或不可采区范围较小，则采用直接推过的办法,(,图,620),；,2,、若变薄带范围较大，可考虑采用绕过的办法,(621),；,2.,回采工作中的处理方法（四种）,采面绕过变薄带,采面直接推过变薄带,3,、大面积的不可采区应布置探巷，探清不可采范围，将工作面分成几块回采，,如图,6,22,，,先采、两块，然后合成一个工作面,进行回采。,4,、如果在布置采区和回采工作之前已经确定煤层变薄或尖灭可将这些部位作为采区或工作面的边界来处理。,不 可 采 区,采,区,边,界,1,、影响煤矿生产的主要地质因素主要有哪些？（自然因素,9,个方面）,2,、煤厚变化的原因有哪两种？,3,、煤厚变化对煤矿生产的影响主要表现在哪四个方面？,4,、熟记评定煤厚稳定性的主要指标和辅助指标参数计算公式并会利用公式计算及利用所得结果判定煤的稳定性。要求熟练掌握例题。,5,、回采工作中煤厚变化的处理方法有几种？根据图,6-20,、,6-21,、,6-22,加以说明。,(,四种方法,),本节重点：,第二节 地质构造 对煤矿生产的影响,矿井地质构造按其规模的大小和对生产的影响程度分为：,大型构造,是指决定井田总体形态和井田边界的大型褶曲和大型断层，它们在勘探阶段已经查明。,中型构造,是指井田范围内影响采区划分和采区巷道布置的次一级褶曲和断层，它们对煤矿生产影响极大，始终是矿井地质工作的研究重点。,小型构造,是指那些在巷道施工或煤层开采过程中遇到的小褶曲和小断层。这些褶曲和断层在勘探和生产准备阶段很难查清，但它们的出现会给采掘工作，特别是机械化开采增加困难，因此，研究小型构造也是目前矿井地质的一项重要任务。,综上所述,在煤矿生产中研究的重点是中、小型构造。,本次课内容主要研究褶曲构造对煤矿生产的影响它包括以下三个方面：,（一）褶曲构造对煤矿生产的影响,（二）煤矿生产中褶曲的研究,（三）褶曲的处理方法,重点：褶曲的处理方法,难点：褶曲的判断,一、褶曲构造,(,一,),褶曲对煤矿生产的影响,根据褶曲对煤矿生产的影响对褶曲进行分类,:,平缓褶曲,(,两翼夹角大于,120),开阔褶曲,(,两翼夹角,70,120),中常褶曲,(,两翼夹角,30,70),紧闭褶曲,(,两翼夹角小于,30),从煤矿生产角度按褶曲两翼夹角大小，即褶曲两翼紧闭程度把褶曲分为四类：,另一方面,按褶曲的规模分为大、中、小型三类，一般认为幅度在几十米以下，长度在,l km,以下的褶曲应属于中小型褶曲；一般认为幅度在几十米以上，长度在,l km,以上的褶曲应属于大型褶曲；,一 方面,大型褶曲应在勘探阶段已经查明，它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署，是,矿井设计考虑,的主要问题。,1.,大 型 褶 曲,2.,中 型 褶 曲,中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大，但对采区的布置关系密切，影响到,采区的大小和采区巷道的布置。,小型褶曲是指在回采面准备过程中，在巷道中揭露的幅度仅几米到十几米，长度为几米到几十米的褶曲。它影响,煤平巷的掘进方向，从而影响工作面长度,，给机械化回采、顶板管理带来一定困难。,小型褶曲还往往引起,煤厚发生变化，使生产条件复杂化。,小型褶曲特别发育时，甚至会,使煤层变为不可采,。,3,.,小 型 褶 曲,4.,紧 闭 褶 曲,如果褶曲两翼紧闭，两翼夹角较小，褶曲轴部地应力就较大，且往往次一级构造发育，通常作为开采边界考虑。例如某矿在较为紧闭的背斜轴和向斜轴之间设计了一个斜长,85m,的工作面,(,图,623),，并按设计开了运输石门、溜煤眼等工程，后发现向斜轴部有几个次一级小褶曲而无法开采，只好缩短工作面，重开溜煤眼和溜子道。,(,二,),煤矿生产中褶曲的研究,1,褶曲的判断（,3,种方法,）,岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复是识别褶曲的两大标志。如在石门巷道中岩层倾向相背或相向倾斜。,在煤层平巷中由于煤层走向的急剧变化而使平巷弯曲,(,图,6-24),表明有褶曲存在。,(1),根据岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复、巷道弯曲判断褶曲,根据巷道一帮岩层重复现象判断有褶曲存在,图,6,24,根据煤层平巷掘进方向确定褶曲存在示意图,图中,、,、,、,、,为煤层底板标高点。从巷道弯曲情况看褶曲为倾伏褶曲。,100,110,120,130,130,120,110,100,相关内容回顾：,褶曲根据纵剖面分类,倾伏褶曲立体图,(2),根据上部资料推断,对下部新开拓的煤层可利用上部已查明的资料下延推断褶曲轴的位置和方向。但在不对称褶曲中，不同煤层的褶曲轴在平面上的投影是不重合的，必须考虑轴面产状。结合煤层间距来推断轴的位置。在不协调褶曲中，上下层的褶曲形态可能有相当大的差别，应考虑各煤层顶底板岩石力学性质及褶曲各部位的应力状态，分析上下层褶曲的不协调变化，然后再根据这种变化规律去推断下部煤层褶曲轴位置。,(3),根据区域构造线方向推测,在新区资料较少的情况下,可由个别点褶曲轴资料，结合区域构造轴的方向来推断褶曲轴的方向。实例见下页图。,在五种可能出现的构造形式中根据区域构造线方向推测,2,褶曲的观测（,3,方面观测）,（,1,）、 对在巷道中能看到全貌的小褶曲，应系统观测褶曲轴位置、方向、产状。对中型褶曲，在一条巷道中不能观测到全貌时，应准确鉴定观测点处的煤岩层层位及其顶底面顺序，岩层产状，然后把观测资料投绘到平面图或剖面图上，在图上综合分析，确定褶曲轴。,（,2,）、 褶曲两翼的岩层产状，褶曲宽度和幅度，褶曲的延展变化及向深部的延深趋势。,（,3,）、 褶曲与断层、节理、煤厚变化的关系。在能看到煤层及顶底板的巷道中，要观察褶曲不同部位煤层厚度和结构的变化煤层和顶底板中的滑动面，断层与节理发育 情况等。这对了解褶曲与断层的相互关系，评价煤层顶 板稳定性，研究煤厚的变化规律都是重要资料。,3,查明褶曲的探测手段,对褶曲的探测，首先应尽可能地利用已揭露的各种资料，初步判断其类型、要素、分布范围。当有些部位的构造形态不大清楚时。最好采用将来能用于生产的探巷加以查明。对复杂构造，控制很少的褶曲，则应在井下邻近巷道用钻探查明 。,矿井生产的基本过程,：,运煤系统 ： 从采煤工作面,25,破落下的煤炭经区段运输巷,20,、采区运输上山,14,到采区煤仓,12,，在采区下部车场,10,内装车，经开采水平运输大巷、主要运输石门,4,，运到井底车场,3,，由主井,1,提升到地面。,煤矿开采概述：,一、井田：,由煤田划分给一个矿井开采的那一部分煤田谓之井田。根据目前开采技术水平，一般小型矿井井田走向长度不少于,1500,米；中型矿井不少于,4000,米；大型矿井不少于,7000,米。,二、矿山井巷名称,根据井巷的长轴线与水平面的关系，可分为直立巷道、水平巷道、倾斜巷道。,1,、直立巷道：,井巷的长轴线与水平面垂直，如立井、暗井等。,2,、水平巷道,：,井巷的长轴线与水平面平行，如平巷、平硐、石门等。,3,、溜煤眼：,位于采区内部，高度不大、直径较小的溜井称之为溜煤眼专门为溜放煤炭用的不与地面直接相通,。,4,、平巷与大巷：,与地面不直接相通的水平巷道，其长轴方向与煤层走向大致平行。平巷布置在煤层内的称为煤层平巷，布置在岩层中的称为岩石平巷。为开采水平服务的平巷常称为大巷，如运输大巷。直接为采煤工作面服务的煤层平巷，称为运输平巷或回风平巷。,5,、煤门与石门：,与地面不直接相通的水平巷道，其长轴方向与煤层走向直交或斜交的岩石平巷称石门。为开采水平服务的石门称主要石门，为采区服务的石门称采区石门：在厚煤层内与煤层走向直交或斜交的水平巷道称煤门。,6,、倾斜巷道：,巷道的长轴线与水平面有一定夹角的巷道，如斜井、上山、下山、斜巷等。,7,、采区上、下山：,服务于一个采区的倾斜巷道，也称采区上山或下山。上山用于开采其开采水平以上的煤层，下山用于开采其开采水平以下的煤层。,8,、巷道分类：,矿山井巷按其作用和服务的范围不同，可将矿山井巷分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道三种类型。,9,、开拓巷道：,一般说来，为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道，如井简、井底车场、主要石门运输大巷和回风大巷（或总回风道）主要风井，称为开拓巷道。开拓巷道是从地面到采区的通路，这些通路在一个较长时期内为全矿井或阶段服务，年限一般在,1030,年以上。,10,、准备巷道,：,为一个采区或数个区段服务的巷道，如采区上下山、采区车场、采区硐室称为准备巷道。准备巷道是在采区范围从已开掘好的开拓巷道起到达区段的通路。这些通路在一定时期内为全采区服务，服务年限一般在,3,5,年到以上。,11,、回采巷道：,仅为采煤工作面生产服务的巷道，如区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼,(,形成初始采场的巷道）回采巷道服务年限较短，一般在,0,.,5,1,年。,12,、三种巷道的意义：,开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产 系统奠定基础。准备巷道的作用在于准备新的采区，以便构成采区的生产系统。回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面并进行生产。开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相关的三个主要程序，解决好三者之间的关系，对于保证矿井正常生产运营具有重要意义。,(,三,),褶曲的处理,1,、大型褶曲,（,1,）褶曲轴线作为井田边界,有些大型向斜，由于轴部埋藏较深，开采困难，多作为井田边界，其两翼分别由两个或几个井田开采,有些大型宽缓背斜，两翼煤层距离较远，井下难以形统一的生产系统，可以褶曲轴为界，两翼分别由两个井田开采。,(,见下页图,),图,1,南桐矿附近构造示意图,1,主要可采煤层露头线,2,倾伏背斜,3,倾伏向斜,4,岩层产状,5,井田边界,庙顶背斜 平寺向斜 乌龟山背斜王家坝向斜八面山向斜鸦誉岩向斜猫岩向斜甘家坪向斜鲜家坪背斜,青年井田,南桐二井,南桐一井,直属一井,直属二井,图片,1,说明：,1,、南桐煤田中青年井田与南桐二井就以庙顶背斜（,1,）为界。,2,、直属一井与直属二井以鸦雀岩向斜（,6,）为界。,(2),大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法,并不是所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界，在有的井田内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构造，开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴部附近，两翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井，常把运输巷道布置在向斜轴部附近，用一条运输巷解决向斜两翼的运输问题。,如果利用立井或斜井开拓，井筒位置最好不要布置在向斜轴部附近，因为这种井筒布置须留较大的保护井筒煤柱，损失煤炭资源。大型向斜轴部的煤层顶板压力常有增大现象，必须加强支护，否则极易发生垮塌事故。在高沼气矿井中，若岩层透气性差，背斜轴部常是瓦斯突出危险区，应给于足够的重视。,(,看下图,),大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法实例,总回风巷,2.,中型褶曲,（,1,）以褶曲轴线作为采区中心两翼布置采区上山或下山,对开阔的平缓褶曲，以向斜轴作为采区中心，向两翼布 置回采工作面，采区走向长可达,1000m,以上,(,图,625),以中型向斜轴作为采区中心布置采区上山示意图 采区走向长可达,1200m,以上,（,2,） 以褶曲轴作为采区边界,在较紧闭的褶曲轴部，次一级构造往往发育，因此常以褶曲轴作为采区边界,(,图,626),（,3,）工作面直接推过褶曲轴,当褶曲较宽缓，而规模不太大时，可布置单翼采区，工作面直接推过褶曲轴部,(,图,627),。,3.,小型褶曲,（,1,）采面重开切眼生产,在小型褶曲发育地区，常见到煤层突然增厚或变薄，甚至不可采，使工作面无法通过，需要重新开掘切眼进行生产。,由于小褶曲的存在使靠近褶曲轴部煤层不可采,重开两个开切眼生产使原来设计的工作面变为三个小工作面,开切眼,（,2,）采面运输巷改造取直,煤矿要求运输巷在,60m,内不能有大的弯曲，弯曲过多无法使用，由于小褶曲存在，使煤平巷弯弯曲曲，为满足生产要求，巷道需要改造取直。（图,6-28),本节重点,:,1,、影响煤矿生产的地质构造主要有哪些？,2,、大型褶曲、中型、和小型褶曲分别对煤矿生产有哪些影响？,3,、紧闭褶曲对煤矿生产有哪些影响？,、在生产中如何处理大、中、小型褶曲？,本节主要内容：,1,、节理对煤矿生产的影响,2,、断层对煤矿生产的影响,3,、断层的研究,4,、断层的处理,二、断裂构造对煤矿生产的影响,难点：,1,、断层的判断,2,、煤层寻找,重点：,1,、断失翼煤层的寻找,2,、断层的处理,断裂构造包括：,（一）节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理（自学）,（二）断层对煤矿生产的影响,根据断层对煤矿生产影响不同将断层划分为：,特大型断层：落差大于,50m,大型断层,:,落差,50,20m,中型断层：落差,20,5m,小型断层：落差小于,5m,研究重点,考试重点死记硬背,断层对煤矿生产的影响主要表现在,7,个方面,1,、影响井田划分,（考虑运输、掘进、巷道维护、矿井水矿井瓦斯防治等方面因素）,2,、影响井田开拓方式,（煤层被分隔成不连续的块段产状变化复杂使井田开拓方式受到限制,),3,、影响采区和工作面布置,（中小型断层的存在给回采、运输、顶板管理、正常作业循环带来困难,),4,、影响安全生产,（断层带岩石破碎容易集结瓦斯导通水源引发事故）,5,、增加煤炭损失量,（断层带两侧留煤柱损失储量）,6,、增加巷道掘进量,（断层引起生产设计方案调整和布置巷道找煤）,7,、影响煤矿综合经济效益,（断层引起吨煤成本增加千吨掘进率降低煤炭损失量加大,),(,三,),煤矿生产中断层的研究,1,、断层揭露前的征兆（七种征兆不一定同时出现）,（,1,）煤层和顶底板岩石中裂隙显著增加，一般越靠近 断层越增加明显。,（,2,）煤层产状发生显著变化。这是由于断层两盘相互错 动，牵引附近煤岩层变形的结果（图,6-32,）。,图,6-32,某矿巷道在近断层处煤层产状变陡示意图,1,、,断层揭露前的征兆,2,、断层的观测,3,、断失煤层的寻找,（,3,）煤层厚度发生变化，煤层顶底板出现不平行现象（图,6-33,）。这是由于煤层较松软，或者顶底板岩石力学性质差异较大，在受到断层挤压和揉皱时，不同部位存在差异变形所致。,图,6-33,某矿工作面断层附近顶底板不平行,煤厚变化示意图,（,4,）,煤层结构发生变化，滑面增多，出现揉皱和破碎现象煤呈鳞片状、粉末状，常有小褶曲出现（图,6-34),图,6-34,某矿下山巷道遇断层前出现的揉皱和滑坡,(5),在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层与大断层的性质相同，是大断层的伴生小构造。（图,6-35,）,图,6-35,某矿大断层附近的伴生小断层,B,3,(6),在高沼气矿井，巷道中的瓦斯涌出量有明显变化的地段可能有断层存在。在断层附近瓦斯涌出量出现高峰值。,(,图,6,36 ),（,7,）充水性强的矿井，巷道接近断层时，常出现滴水、淋水以至涌水等现象，这是由于上部含水层或其它水体沿断层附近裂隙下渗所致。,图,636,某矿遇断层时瓦斯涌出量增大示意图,(d),煤层剖面图，,(6),瓦斯涌出量与断层距离关系图,2,、断层的观测（七个方面工作）,（,1,）确定断层位置,从已知测量点用皮尺丈量距断层距离把结果绘在巷道平面图或剖面图上。注意找准主要断层面的位置。因为落差较大的断层往往出现数个错断面情况复杂。,见图,6-37,图,6-37,在巷道平面和剖面图上加注数字记录断层示意图,a,平面图,b,剖面图,（,2,）观察断层面特征。,内容包括：断层面擦痕特征、断层破碎带的宽度及其变化，破碎带充填物特征（是断层角砾岩、糜棱岩、还是断层泥。充填物的成分、大小、排列及胶结情况。,（,134,页）,（,3,）观察断层的伴生派生构造,对断层附近的煤厚及产状变化、牵引现象、羽状解理、煤线等观察帮助确定断层性质和寻找煤层 。（,134,页）,是指断层两盘相对运动时所派生出来的与断层面斜交呈羽状排列的张节理和剪节理。张节理与断层面所成锐角尖端指向张节理所在盘运动方向；剪节理与断层面所成锐角尖端则指向对盘运动方向：,羽状节埋,羽状张解理,羽状剪解理,（,4,）确定断层性质及断层力学性质,在上述观察基础上结合矿井构造规律确定断层性质断层力学性质指断层面是压性面张性扭裂面。,（,5,）测量断层产状,可在断层面上用罗盘直接测量，还可从巷道两帮断层面同标高两点拉皮尺，用罗盘测皮尺方位，得到断层面走向。平巷中用罗盘测量断层在巷顶、底出露线的方位也是断层走向。断层面倾角可以直接测量真倾角，也可测量断层在巷道方向上的伪倾角，然后换算出真倾角。,（,6,）,确定断层的断距和落差见图,6-38,图,6-38,在巷道剖面图上加注数字记录断层，确定断距示意图,多数煤矿采用的落差概念系指铅直断距,(,断层两盘同一层面断失点之间的标高差,),。除测量落差之外，还要测量地层断距。当断距小于巷道高度时，可在井下实地测量落差和地层断距,(,图,638),。当断距较大时，根据断层两盘煤岩层层位对比并结合地层柱状图，可推算出地层断距,(,图,639),。,ho,地层断距,em,铅直断距,(,落 差,),3,、断失煤层的寻找,寻找方法主要有以下五种,:,1,）层位对比法,根据巷道揭露的断层两盘煤岩层层位，寻找断失煤层位置。见图,6-39,、图,6-41,断层对盘揭露一层白色砂岩标志层，其层 位距,4,号煤顶板,12,米，椐此推断煤在下方,12.9,米处。,A,、,B,两点虽都是煤巷，但煤岩特征不同，开采的不是同一层煤因此推断有断层存在。,图,6-41,利用煤岩特征确定确定断层示意图,1,半暗型煤,2,半亮型煤,3,砂质泥岩,4,推测断层,（,2,）伴生派生构造法,（,3,）规律类推法,断层附近常伴生一些小型或微型构造，如牵引褶曲,断层擦痕,伴生小断层,断层面上的煤线等,.,它们在成因上与断层有联系，在分布上与断层相伴随。它们既可作为断层存在的标志，又可作为判断断层性质、推测断失煤层位置的依据。,随着矿井地质资料的积累，对矿区出现的断层得出某些规律性的认识，并据此指导断失煤层的寻找。如焦作矿区,扎赉诺尔矿区从未有过逆断层。鸡西矿区则以正断层为主。少见逆断层和褶曲。,（,4,）作图分析法,充分利用各种矿图，包括矿井地质剖面图、水平地质切面图、煤层底板等高线图及煤层立面投影图。将新揭露的断层位置点投缓到图上，根据断层产状进行上下左右对比连接，如与已查明的某条断层产状近似一致特征相同，并能自然连接，就认为新断层是已知断层的延续，由此推断新断层的性质和规模。,见图,6-42,(a),剖面图,(b),水平切面图,(c),煤层等高线图,(d),煤层立面投影图,a,、,b-,已查明的断层点；,a,、,b,、,a,新揭露的断层点,图,6-42,作图分析法确定断层性质与断距示意图,图,6-43,利用巷探寻找断失煤层。,(a),煤层倾角较大时；,(b),煤层倾角较小时。,（,5,）生产勘探法,生产勘探的手段主要有钻探和巷探此外还有物探手段见图,6-43 .,钻探原则上采用井下钻探，可以选用水平、倾斜、铅直和扇形群孔等方式达到勘探目的。,利用井下钻探寻找断失煤层,（,a,）急倾斜煤层,.,（,b,）和（,c,）缓倾斜煤层,（四）断层的处理,矿井设计主要包括三个大的阶段,:,一是开拓,二是准备,三是回采,1,、,所谓开拓就是在矿区选定后设计井筒、 井底车场、主要石门和运输大巷。,2,、划分采区：在井田范围内划分水平在水平范围内沿煤层划分为采区。,3,、准备巷道：采区上下山、采区车场、硐室是准备巷道。,4,、回采巷道：区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼等。,概念解析,:,5,、上、下山掘进：确定开采水平以后，在开采水平以上的掘进就是上山掘进。在开采水平以下掘进就是下山掘进。,6,、回采阶段：上、下顺槽送完后开切眼形成工作面然后就准备回采。（区段运输平巷称为下顺槽。区段回风平巷称为上顺槽。）,7,、回采工作面：就是采煤工作面也叫掌子面。,大型、特大型断层处理,大断层是井田划分的主要依据之一。,煤田遭受构造破坏后，可能被大断层分为若干个断块，使完整的煤田变成四分五裂的状态。在井田划分时，要考虑这些大断层。否则，井田内存在着大断层，必然增加大量的岩石巷道，给掘进、运输和巷道维护都带来很多困难。在水文地质条件复杂的矿区，过大断层时，还容易造成突水的危险、所以我国许多矿区常以大断层作为井田边界。例如 峰峰矿区就是很好的实例，见图,645,。大型矿井和中型矿井，可以落差大于,100,米的断层作为井田边界，小型矿井可以落差大于,50,米的断层作为井田边界。如果矿井以断层为界，要在断层两侧各留,30,米隔离煤柱，这样就划出了矿井开拓的技术边界。,1,、开拓设计阶段对断层的处理,（,5,种情况,）,1,）井田边界和采区边界的确定,图,645,峰峰矿区的构造形态及井田划分示意图,鼓山背斜,地堑构造,划分采区时，也应以断层作为采区边界，但采区的走向长度应尽量与正常采区走向长度近似。一般当两条断层之间的煤层走向长度大于,800,1000m,时，可以这两条断层为界划为一个采区，用双翼上山方案进行开采,(,图,646a),；当断层落差大于,20m,，断层之间走向长度在,400,500m,时，以断层为界划分采区，用单翼上山方案开采,(,图,646b),双翼上山方案进行开采,单翼上山方案开采,中型断层的处理,中型断层的另外两种处理方法,过断层方案比较,另开上山,利用石门过断层,2,） 井筒位置的选择（,2,种情况）,（,1,）断层倾角较大时,立井井筒要布置在倾角较大的大断层下盘，距断层,30,50m,外的位置（图,6-47),以避免与煤层和含水层接近，若水量大压力大施工困难使井筒难以延伸。,图,6-47,根据断层特点选择井筒位置,(a),断层倾向,煤层倾向,相,反,，倾角大于,60,，立井距断层,30 m (b),断层,倾向,与煤层倾向相,同,，倾角大于,60,， 副井距断层,50m,断层,煤层,（）断层倾角较小时,对于小倾角的断层，立井井筒无法避开断层时，只能在井筒施工过程中采取必要的保安措施，选择煤层层数少的地点穿过断层，且井底车场的位置要避开断层带,(,图,6,48),。斜井井筒也要以同样的原则处理。,图,6,48,井筒选择在穿过煤层少的地区,井筒,运输大巷是长期使用的主要巷道，须布置在较坚硬的岩层中，尽量少改变方向。见图,6-49AB,组运输大巷接近中央石门时为避开灰岩改向。（防水患）,BC,组运输大巷遇断层也改向以避开煤层。（布置在坚硬岩层）,3,）运输大巷的布置,图,6-49,运输大巷遇断层的转弯情况,图,6-50,工作面划分时对断层的处理,被断层切割破坏的地区，要综合考虑断层的位置、落差、被切割块段的大小和形态，以及现有的生产系统等因素来划分开采块段，要尽可能地将较大断层留在各块段之间的煤柱当中。见图,6-50,。,将两条走向断层,F,1,、,F,2,留在运输巷的煤柱中,另以一条倾向断层作为回采边界。,4,）采区内块段划分,5,）井田开拓方式的确定,选择井田开拓方式时，要考虑各种地质因素的影响，其中断层占重要地位。在缓倾斜煤层中，用斜井开拓较好,(,图,651a),，但是如果煤层遭到断层破坏，产状发生变化，就应采用立井结合主要石门的开拓方式,(,图,651b),。,当煤层倾角较小，,且煤层连续,则一般采用斜井开拓,斜井,当煤层倾角较大，煤层遭到破坏不连续时则一般采用 立井开拓,立井,2,巷道掘进阶段对断层的处理,1),平巷过断层（,2,种方式）,穿过煤层顶板,(,或底板,),顺断层面掘进,当煤层平巷遇断层后，要求不改变巷道坡度而可改变巷道的方向过断层，其中有破顶板掘进和破底板掘进两种情况。选择时可根据有利施工，（顶底板岩性不一致时）距离短和少丢煤等因素考虑过断层方式。,上盘、下降盘,下盘、上升盘,上盘、下降盘,下盘、上升盘,平面图（俯视图）,（在上盘没过断层之前拐弯）,（过断层之后在断层下盘拐弯）,参看动画,穿过煤层顶板,(,或底板,),煤层平巷破顶板过断层,煤层平巷破底板过断层,（）,（）,当煤层平巷遇斜交正断层,(,回忆斜交正断层的概念,),，,如果断层带的压力不大并没有瓦斯及水的威胁时，可沿断层带掘进并进入另一盘煤层,(,图,653a),；如果断层带岩石破碎、压力大、又有瓦斯和水的威胁时，则不能紧靠断层面开掘巷道，而应使巷道穿过断层后，距断层面一定距离，平行断层走向开掘石门进入另一盘煤层,(,图,653b),。,顺断层面过断层（不丢煤）,平行断层面过断层丢煤较少,参看动画,顺断层面掘进的两种方式,2),倾斜巷道过断层,上山、下山等倾斜巷道遇断层后，可以根据生产的要求采取多种形式通过断层。,当断层落差较小时，根据断失盘是上升盘还是下降盘分别采用挑顶、挖底或挑顶、挖底相结合的方式通过断层。无论选择什么方式，都必须使改变后的巷道坡度变化不大，有利于运输。,a,断层倾向与煤层倾向一致时，采用破顶方式通过走向断层,b,断层倾向与煤层倾向相反时，采用挖底将断层台铲平方式通过走向断层,当断层落差较大时，为防止丢煤和少掘巷道，不可能采用上述办法，而必须改用石门,(,图,a),或反眼,(,图,b),、立眼,(,图,c,),等方式过断层进入另一盘煤层。,无论挑顶、挖底或挑顶、挖底相结合的方式通过断层,.,其实质是利用改变巷道坡度的方法。而平巷是用巷道拐弯的方法寻找一盘煤层。,图,6-54,在巷道中用改变巷道坡度或掘石门方法过断层示意图,（,A,）反向正断层,对于如何选择巷道类型，除考虑断层对煤层切割的特点外，还取决于生产的要求和用途。可根据巷道用途,(,运输巷或回风巷,),、断层面和煤层面产状,(,同向或反向,),、断层性质等采用改变巷道坡度或掘石门的办法通过断层,(,图,654),。,（,b,）同向逆断层,（,c,）同向正断层,（,d,）反向逆断层,3.,回采阶段对断层的处理,（种处理方法）,1),采用强行通过的方法,当断层落差较小，并满足下列情况之一者。可以采用强行通过断层的方法。,(1),在普采及炮采工作面内。断层落差小于煤厚时；,(2),在综采工作面，当断层两盘对接部分的煤厚大于液压支架的量小支撑高度时；,（,3,）在综采工作面内，当断层两盘对接部分的煤厚小于液压支架最小支撑高度，但煤层顶底板岩性较软。采煤机能切割时。,工作面强行通过断层,当断层落差大于煤厚时，对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法，即提前在断层另一盘重新开掘切眼。待工作面推进到断层处停止回采，工作面搬家到新切眼内继续开采（图,6-55,）。,图,6-55,采用重开切眼处理采面内的倾向断层和斜交断层,2),采用重开切眼的方法,3,）采用划小工作面的方法,当断层落差大于煤厚时，对于走向断层，可在断层两侧补掘中间平巷，把原来一个采面划分为两个采面分别回采。（图,6-56,）,1,、断层揭露前会出现哪些怔兆？,、断失煤层的寻找有哪五种方法,?,、 井筒位置的选择要考虑哪三种构造情况？,、运输大巷要布置在什么样的岩层中？如遇含水层或煤层运输大巷怎样处理？,、分析法寻找断失煤层的原理是什么？一般根据哪四种主要图件进行分析？,、层位比法寻找断失煤层的原理是什么？画图说明如何确定断层性质和确定地层断距。,、寻找断失煤层可根据哪些伴生和派生构造？,、煤平巷遇断层时寻找另一盘的煤层用什么方法？倾斜巷道遇断层时寻找是另一盘的煤层又是利用什么方法。这种方法有哪两种情况？,、结合图,6-55,、,6-56,说明回采阶段对到断层的处理方法。,1,、图,6-43,、（,a,）、（,b,）分别适用什么样的煤层产状？ 图,6-44,（,a,）、（,b,）和（,c,）适用什么样的煤层产状？,1,、阅读和理解图,6-23,到,6-56,图共,34,个图 。,1,、根据下列描述画出煤平巷掘进示意图：,（煤平巷用双实线岩巷用双实线内画叉表示）,（,1,）有一煤平巷自西向东掘进（在一条正断层的下盘内掘平巷），遇到一条正断层,F,1,后向煤层底板方向拐弯（指断层下盘底板）穿断层上盘顶板进入煤层。继续向西掘进一段距离后又遇一条正断层,F,2,煤平巷仍向煤层底板方向拐弯（指断层下盘底板）穿断层上盘顶板进入煤层继续掘煤平巷。,（,2,）煤层走向近东西,(WE),方位角,90 ,，倾向正南,(S,）,180,倾角,20 ,，断层走向近南北,180,，倾角,。,（,3,）断层,F,1,水平错开距离,40,米，断层,F,2,水平错开距离,60,米。比例尺：,1,：,2000,要求：按比例尺画巷道水平错开距离，并标出断层倾向。,F,!,F,2,（煤平巷用双实线岩巷用双实线内画叉表示）,（,1,）有一煤平巷自西向东掘进（在一条正断层的下盘内掘平巷），遇到一条正断层,F,1,后向煤层底板方向拐弯（指断层下盘底板）穿断层上盘顶板进入煤层。继续向西掘进一段距离后又遇一条正断层,F,2,煤平巷向煤层顶板方向拐弯（指断层上盘顶板）穿断层下盘底板进入煤层继续掘煤平巷。,（,2,）煤层走向近东西,(WE),方位角,90 ,，倾向正南,(S,）,180,倾角,20 ,，断层走向近南北,180,，倾角,。,（,3,）断层,F,1,水平错开距离,40,米，断层,F,2,水平错开距离,0,米。比例尺：,1,：,2000,要求：按比例尺画巷道水平错开距离，并标出断层倾向。,2,、根据下列情况画出巷道掘进示意图：,更多精品资请访问,更多品资源请访问,