煤矿生产技术教案

皖北煤电集团教育培训中心教案纸（首页）课次：第次课课时学时备课时间专业工种掘进工课程名称煤矿生产技术教学目的和要求：通过本课程的学习，使学员对煤矿地质基本知识、矿井开拓知识等全面了解。教学重点：地质构造的判断、井田开拓知识教学难点：井田开拓知识授课形式和方法：讲授教具：多媒体授课时间：200年月日星期教学过程及内容提要：皖北煤电集团公司教育培训中心教案纸（第-2-页）煤矿生产技术第一节煤矿地质基本知识一、煤层埋藏特征煤层的赋存特征主要指煤层的厚度、倾角、层数、层间距离及顶底板岩性等，这些特征与煤矿开采工作最为密切。而其中煤层的厚度和倾角是确定开采方法的最主要因素。由于受成煤时期的地质条件和地壳运动的影响，不同地层的煤层的形态、结构、厚度差别是很大的。(一)煤层的形态煤在地下通常是呈层状埋藏的，但也有似层状和非层状煤层。层状煤层有显著的连续性，厚度变化有一定的规律；似层状煤层，形状象藕节、串珠或瓜藤，层位有一定的连续性，厚度变化较大；非层状煤层，形状象鸡窝或扁豆等，层位连续性不明显，常有大范围尖灭。煤层的形态直接影响开采方法和工艺的选择。(二)煤层的结构煤层的结构是指煤层中有无夹石层。不含夹石或夹石很少的煤层称为简单结构煤层；含有夹石较多的煤层称为复杂结构煤层。复杂结构煤层中所含夹石层层数不一，少则一至数层，多则十几层，甚至可达几十层。夹石层的厚度可以从几厘米到几十厘米。常见夹石层有炭质泥岩、泥质岩、粉砂岩，有时也能见到油页岩、砂岩及薄层石灰岩等。夹石层一般称为夹矸，它可使煤的灰分和含矸率增加，并给采掘工作造成困难。(三)煤层的厚度煤层的厚度，是指煤层顶底板之间的垂直距离。煤层厚度差异很大，有的煤层只有几厘米厚，而有的煤层厚度可达几十米甚至百余米。煤层厚度是确定采煤方法的最基本因素。在复杂结构的煤层中，煤层厚度可分为总厚度和有益厚度。总厚度是包括夹矸在内的全厚，有益厚度是除去夹矸的纯煤厚度。在实际工作中，根据开采技术特点，将煤层厚度分为3类：薄煤层——厚度小于1.3m；中厚煤层——厚度1.3～3.5m；厚煤层——厚度3.5m以上。生产工作中，有时习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。(四)煤层的产状煤层的产状是指其在地壳中的产出状态，包括它们的赋存状态和所在空间的位置。煤层与其他沉积岩一样，在开始形成时，它们的赋存状态大都是水平或大致水平的；由于地层受到各种地质作用，破坏了原来的状态，由水平状态变成倾斜状态、弯曲状态。为了说明倾斜煤层的空间位置和分布，就要用产状要素来表示。产状要素包括煤层的走向、倾向和倾角，如图2—1所示。(1)走向。煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线两端所指的方向就是煤层的走向。走向表示倾斜煤层沿水平线伸展的方向。(2)倾向。在煤层层面上与走向线垂直直线叫做倾斜线，倾斜线由高向低的水平投影所指的方向称为倾向。(3)倾角。煤层层面与水平面之间的夹角叫做倾角。倾角大小反映煤层的倾斜皖北煤电集团公司教育培训中心教案纸（第-3-页）程度-倾角的变化在0°---90°之间，煤层倾角越大，开采难度就越大。根据采煤技术的特点，煤层按倾角大小不同，分为4类：近水平煤层——倾角小于8°；缓倾斜煤层——倾角80～25°；倾斜煤层——倾角25°～45°；急倾斜煤层——倾角大于45°。要想合理布置巷道，就必须掌握岩层和煤层的产状要素。同时，煤层倾角的大小也是决定采煤方法的重要依据。(五)煤层的顶底板煤层顶底板岩性和厚度是矿井巷道布置和顶板管理的依据。煤层顶底板岩层一般是由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、粘土岩或石灰岩等组成。由于岩性和厚度等不同，在回采过程中破裂、冒落的情况也不一样。根据顶板岩层变形和垮落的难易程度，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和老顶。煤层的底板可分为直接底和老底。1．顶板(1)伪顶。伪顶是指紧贴在煤层之上、极易垮落的薄岩层。其厚度一般在0．5m以下，常由炭质页岩、泥质页岩等硬度较低的岩层所组成。伪顶在回采时随落煤而同时垮落。(2)直接顶。直接顶位于伪顶或煤层(无伪顶时)之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，通常能够随回柱放顶在采空区及时垮落。(3)老顶。老顶一般指位于直接顶之上(有时也直接位于煤层之上)厚而坚硬的岩层。常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等岩层所组成。老顶能在采空区维持很大的悬露面积后才折断垮落。多数煤层同时具有伪顶、直接顶和老顶，但有的煤层只有直接顶和老顶，而没有伪顶，也有的煤层没有伪顶、直接顶，煤层上面直接就是老顶。2．底板(1)直接底。直接底是指直接位于煤层之下厚度较小(约0.2～0.4m)的岩层。常由泥岩、页岩、粘土岩等组成。直接底为粘土岩时，遇水、风容易膨胀发生底臌，支架容易插入，在倾角大的工作面由于底板容易滑落，往往引起工作面支架倾倒而发生冒顶。(2)老底。老底位于直接底之下，一般由砂岩或石灰岩等坚固岩层所组成。有的煤层下面没有直接底，紧贴着老底。二、地质构造及其对巷道掘进的影响由于煤炭资源的形成和分布是由各种地质因素控制的，因此煤田或多或少都要受到地质因素的影响。其中断层、褶曲、煤层厚度的变化及矿井水的影响较为普遍。这些地质因素的影响，使同一煤田的每个煤层的厚度、倾角都发生了变化，使其完整性受到了破坏。地质构造通常包括褶皱、断层和节理。断层和节理统称为断裂构造。(一)褶皱构造1．褶皱的形成煤层在生成初期，一般是呈水平状态的，由于地壳变动的结果，使煤层和它周围的岩层发生变形和变位。当岩层受到水平方向的挤压力或由地心缓慢上升的皖北煤电集团公司教育培训中心教案纸（第-4-页）压力，岩层被挤压成弯曲状，但也没有失去原有的连续性，这种构造形态叫褶皱构造。褶皱构造中，岩层每一个弯曲的部分，就叫做褶曲。褶曲的形态有背斜和向斜两种。岩层层面向上凸起的弯曲叫背斜，岩层层面向下凹的弯曲叫向斜。但要注意背斜和向斜不完全以岩层的高低位置来判断，而是以弯曲的核部和两翼的新老岩层的位置来判断的。当一个向斜(或背斜)构造的范围较大时，它的一翼又可叫做单斜构造，不少矿井开采的煤层就是一个单斜构造。2．褶皱对巷道掘进的影响(1)大型向斜的轴部顶板压力常有增大的现象，必须加强支护，否则容易发生冒顶事故，给顶板管理带来很大困难。(2)有瓦斯突出的矿井，向斜轴部是瓦斯突出的危险区。由于向斜轴部顶板压力大，再加上强大的瓦斯压力，向斜轴部极容易发生瓦斯突出。(二)断裂构造煤(岩)层受地壳运动产生的地应力作用发生断裂，就失去了连续性和完整性，出现断裂面，形成断裂构造。如果断裂面两侧的煤(岩)层没有发生显著的位置错动，称为节理或裂隙；如果发生了显著的位置错动，即称为断层。1．断层1)断层要素及分类。断层的性质及其在空间的位置和形态，可用断层要素来表示，它包括：断层面、断层线、断盘及断距等。(1)断层面：岩层被断层切断时，两部分岩体总是沿着破裂面发生相对位移的，断裂后产生相对位移的破裂面称为断层面。断层面有的是较规则的平面，大多数则是由破碎岩石构成的所谓断层破碎带。(2)断层线：断层面与水平面的交线。(3)断盘：断层面两侧的岩体称为断盘。位于断层面上方的岩体称为上盘，断层面下方的岩体称为下盘。上盘相对下降，下盘相对上升的断层，叫正断层；上盘相对上升，下盘相对下降的断层，叫逆断层；如果两盘岩块沿断层面作水平移动，叫平移断层。在井下采掘过程中断层往往成群出现，由于它们不同的组合而成为地堑、地垒、阶梯状断层等。(4)断距：断层上盘沿断层面相对位移的距离叫断距。常用断距有垂直断距(又叫落差)和水平断距。2)断层出现的征兆。(1)煤层的走向与倾斜发生较大的变化。(2)煤层顶、底板出现严重凹凸不平，顶、底板岩石裂隙增多，而且越接近断层裂隙越多。(3)煤层厚度发生显著变化，煤层松软，光泽变暗，滑动面和摩擦痕增加。(4)破碎带有滴水或涌水出现，瓦斯涌出量增大。3)断失煤层的寻找方法。(1)断层擦痕处痕迹细而深，移动方向宽而浅；用手摸时，感觉顺向光滑，逆向粗糙刺手。(2)牵引现象。牵引是断层滑动面附近岩层变弯变薄，可以据其观察断盘移动方向。(3)导脉。在断层夹缝里出现厚度几厘米的碎煤，叫导脉，也叫煤线。根据煤皖北煤电集团公司教育培训中心教案纸（第-5-页）线分布可以分析断层错动的方向。(4)小断层类比法。主要断层附近有一系列小断层，观察小断层的动向，与主要断层是一致的，由此可判断出主要断层。(5)对比分析法。分析邻近巷道或采区中已查明的断层，比较其状况是否一致，在图纸上是否连接，从而判断断层方向。(6)煤岩层的层位对比法。根据断层两侧的煤岩层，确定断层的性质，寻找断失的煤岩层。2．裂隙根据裂隙形成的原因，裂隙可分为如下3类：(1)原生裂隙。在沉积作用阶段，主要由于沉积物脱水收缩而形成，一般肉眼不容易发现。煤层中都有原生裂隙。(2)构造裂隙。受构造变动作用力所形成。在煤层中和围岩中常见，且与原生裂隙斜交。在断层附近，常有与断层面平行或斜交的裂隙发育。(3)压力裂隙。由矿山压力作用而产生，又叫地压裂隙。压力裂隙平行于工作面而略向采空区倾斜，与其他裂隙斜交。压力裂隙与埋藏深度关系密切，深度越大，裂隙分布越广泛。3．断裂构造对巷道掘进的影响(1)煤(岩)层受断层、裂隙的影响，岩石破碎，压力增大，容易造成冒顶、片帮。(2)在煤巷掘进中如遇断层，煤层就失去连续性甚至断失。为了寻找断失的煤层就需要掘进一些探巷或停产打探眼，这会造成一些废巷及盲巷；形成瓦斯库，增加掘进量和安全管理的复杂性。(3)断层破碎带和向、背斜结构能聚积大量瓦斯，裂隙则是释放瓦斯的通道。巷道通过这些地区时，瓦斯涌出量会突然增加，不仅会出现瓦斯超限、停产，而且可能发生瓦斯爆炸事故。在瓦斯突出矿井，揭露突出煤层或在突出煤层中掘进时，由于构造破碎带的煤岩强度低，在瓦斯压力和地压的共同作用下，可能发生煤与瓦斯突出事故，应采取防突措施。(4)在背斜轴部、张性破碎带及裂隙发育的岩层中，往往是地下水的富水区。断层沟通地表和各含水层，使巷道涌水量增加，甚至会造成突水事故；导水断层的存在，可能使防水闸、墙完全失效；掘进工作面淋水加大，积水增多，恶化作业条件；有的岩石，如凝灰岩、粘土岩，遇水膨胀而底臌，更增加支护和维修的困难。因此，在巷道掘进施工前，要查明地质构造的情况，采取相应对策；在施工中慎重对待，防止顶板、瓦斯及水灾事故的发生。三、陷落柱与岩浆岩侵人体(一)陷落柱1．陷落柱的形成在煤层的下部如果分布有厚度很大的奥陶纪石灰岩，被水溶解并发育成溶洞时，就会引起上部岩层和煤层的塌陷垮落，形成陷落柱，使局部煤层消失。陷落柱一般是上小、下大，平面上呈圆形或椭圆形，直径大的可达几十至几百米。柱内都是由一些不规则的大大小小的破碎岩块组成，有时可见有煤的碎块。陷落柱边缘很陡，一般为50°～85°。陷落柱附近的煤层和顶、底板岩层裂隙发育，有时有出水现象。陷落柱的发育与分布，主要受地质构造和水文地质条件的影响。陷落柱发育地皖北煤电集团公司教育培训中心教案纸（第-6-页）带，多是或曾是地下水强径流带，常沿断裂尤其是不同断裂的交叉处发育。2．陷落柱对巷道掘进的影响在陷落柱发育的矿区，煤层遭到破坏，煤炭储量减少，会造成井巷服务年限缩短或提前报废的严重后果。主要开拓巷道遇到无水陷落柱时，为避免巷道拐弯，便于运输和通风，一般情况下按原计划施工，直接穿过陷落柱，因此，给巷道支护和顶板管理增加了困难，同时也增加了巷道的维修费用。特别在水文地质条件复杂的矿区，陷落柱可能成为采掘场所与地下水的通道，给生产和人员人身安全带来严重威胁，甚至造成突水淹井事故。(二)岩浆岩侵入体1．岩浆岩侵入体的形成由于岩浆的侵入，可使煤层遭到破坏、被吞蚀或者使煤发生强烈变质，甚至变成天然焦。在煤矿井下常见的有岩墙和岩床等小型侵入岩体。岩墙：形状如墙，是地下岩浆沿着断层或裂隙上冲，形成的垂直或斜交煤层比较陡立的板状侵入体，平面呈条带状分布，宽度由几十厘米至几米，长度不一，可达几十米至几千米。岩墙往往成组出现，彼此方向大致相同，并与主要断裂走向一致。岩床：岩浆沿着煤层层面方向侵入的层状侵入体。岩浆在煤层中常沿节理或裂隙延伸、穿