1-煤田地质基础知识 - 图文

第一章 煤田地质基础知识

地质工作是煤矿生产的先锋，地质资料（主要指煤层和岩层的埋藏情况）是矿井设计与日常生产的重要依据。没有可靠的地质资料，矿井设计与生产就会陷入盲目状态。煤矿地质工作包括煤田地质勘探和矿井地质工作，前者指找煤开始和最终获得一定精度的地质资料，以满足矿井设计的需要；后者指在建井和生产过程中进一步查清地质情况，直接为生产服务。

第一节 煤层埋藏特征与煤层分类

一、概述 (一)煤的形成

虽然我国采煤和用煤的历史可以追溯到上千年前，但人们一直不清楚煤是怎样形成的。随着科学技术的发展，尤其是发明了显微镜以后，人们终于揭开了这个千年之谜：煤是由植物转变而来的。

植物是成煤的原始物质，它分为低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”（因其灰分即矿物质含量高，外观似黑色岩石而得名）；由高等植物形成的煤称为腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占绝大多数，目前开采的也主要是腐植煤。

煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、物理化学作用转变而成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段（图1-1）：第一阶段，泥炭化阶段；第二阶段，煤化阶段。

在泥炭化阶段，低等植物及浮游生物遗体经腐泥化作用形成腐泥，高等植物遗体经泥炭化作用形成泥炭；在煤化阶段，腐泥转变为腐泥煤，泥炭经煤成岩作用转变为褐煤，褐煤经煤变质作用转变为烟煤和无烟煤等。褐煤、烟煤、无烟煤均属腐植煤类。

图1-1 成煤作用阶段划分

(二)煤的分类

我国煤炭资源丰富，煤种齐全。按煤的煤化程度和工艺性能，可将煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，其煤化程度逐渐升高。其中烟煤又可分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤以及贫煤，越往后煤化程度越高。

二、煤层埋藏特征 (一)煤田和储量 1．煤田

在同一地史发展过程中，由炭质物的沉积并连续发育而造成的大面积含煤地带，称为煤田。煤田的范围、储量大小不一，小型煤田的面积不大，储量只有几百到几千万吨；大型煤田的面积有数千或数万平方公里，储量可达几亿到几百亿吨。

2．煤的储量

煤的储量是指地下埋藏着具有工业开采价值的煤炭资源的数量，可用分级和分类来表示其价值，见表1-1。

表1-1 煤炭储量分类表

根据煤田内不同块段的勘探程度，将储量分为A、B、C、D四级。A、B级称为高级储量；C、D级称为低级储量。级别越高，表示地质情况勘查得越详细，煤炭的数量和质量了解得越可靠。

（1）地质储量。由地质勘探在一定范围和计算深度内，所获得的总储量，称为地质储量（一个矿井范围内的地质储量，习惯上称矿井总储量）。

（2）平衡表外储量。指由于煤炭灰分高、厚度小、水文地质条件复杂等，在目前技术条件下暂时不能开采的储量，也称尚难利用储量。

（3）平衡表内储量。指符合当前开采技术经济条件，可以开采和利用的储量，也称能利用储量。

（4）工业储量。指平衡表内比较清楚的A、B、C三级储量的总和，是矿井设计和投资的依据。

（5）远景储量。指平衡表内的D级储量。由于勘探程度不高，有待进一步勘探，提高储量级别后，才能直接利用。它是矿井远景规划的依据。

（6）可采储量。指工业储量中可以采出的那一部分储量。

（7）设计损失量。指为了煤矿生产安全和技术上的需要，按设计规定遗留在井下的那一部分储量，例如：井筒保护煤柱；断层、河流、边界（井田和采区边界）、巷道等的保护煤柱。

（二）煤层埋藏特征

煤像其它沉积岩层一样，一般呈层状分布，但也有呈鸡窝状、扁豆状或其它似层状。不同的煤层其结构、厚度及稳定性等有所不同。

1. 煤层结构

根据煤层中有无稳定的岩石夹层（夹矸），将煤层分为两种结构类型。

（1）简单结构煤层 煤层中不含稳定的呈层状的岩石夹层，但含有呈透镜体或结核分布的矿物质（图1-2）。一般厚度较小的煤层往往结构简单，说明煤层形成时沼泽中植物遗体堆积是连续的。

图1-2 煤层结构示意图

（2）复杂结构煤层 煤层中常夹有稳定的呈层状的岩石夹层，少者1～2层，多者十几层（图1-2）。岩石夹层的岩性最常见的有碳质泥岩、碳质粉砂岩。岩石夹层的厚度一般从几厘米到数十厘米不等。

煤层中如有较多的或较厚的岩石夹层，往往不利于机组采煤，同时也影响煤质，增加煤的含矸率。但有的岩石夹层是优质的陶瓷原料或耐火材料等，其经济价值甚至高于煤层本身。

2．煤层厚度

煤层的顶板与底板之间的垂直距离叫煤层厚度。对复杂结构的煤层，则有总厚度和有益厚度之分。总厚度是指煤层顶面至底面之间全部煤分层与岩石夹层之和；有益厚度是指煤层顶面至底面之间各煤分层之和。根据我国有关部门的规定，一般地区煤层地下开采的最低可采厚度标准，见表1-2；露天开采最低可采厚度为0.5m；缺煤地区的地下开采最低可采厚度分别比相应标准降低0.1m即可。

表1-2 一般地区煤层最低可采厚度标准（地下开采）

3．煤层的层数及层间距

各煤田中的煤层数目不同，少的只有一层或几层；多的可达十几层到几十层。相邻两煤层之间的距离可由几十厘米到数百米。通常称为煤层的层间距。

4．煤层埋藏深度

煤层埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可达2km，目前我国煤矿的开采深度已达千米以上。随着开采深度的增加，矿山压力、井下温度、涌水量与瓦斯涌出量等，都将增大。

5．煤层顶底板 （1）顶板

顶板指位于煤层上方一定距离的岩层。根据顶板岩层岩性、厚度以及采煤时顶板变形特征和垮落难易程度，将顶板分为伪顶，直接顶、基本顶三种（图1-3）。

伪顶是指直接覆盖在煤层之上的薄层岩层。岩性多为碳质页岩或碳质泥岩，厚度不大，一般为几厘米至几十厘米。它极易垮塌，常随采随落，所以它都混杂在原煤里，增加了煤的含矸率。

直接顶位于伪顶之上。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度为1m～2m左右。它不像伪顶那样容易垮塌，但采煤回校后一般能自行垮落，有的经人工放顶后也较易垮落。直接顶垮落后都充填在采空区内。

基本顶又称“老顶”。位于直接顶之上。岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度较大，强度也大。基本顶—般采煤后长时期内不易自行垮塌，只发生缓慢下沉。

值得注意的是，并不是每个煤层都可分出上述三种顶板。有的煤层可能没有伪顶，有的煤层可能伪顶、直接顶都没有，煤层之上直接覆盖基本顶，如山东肥城矿区的8号煤层之上直接为石灰岩基本顶。

（2）底板

底板指位于煤层下方一定距离的岩层。底板分为直接底和老底两种（图1-3）。 直接底指煤层之下与煤层直接接触的岩层。岩性以碳质泥岩最为常见，厚度不大，常为几十厘米。

老底指位于直接底之下的岩层。其岩性多为粉砂料或砂岩，厚度较大。有的煤矿往往将一些永久性巷道布置在老底中，这样有利于巷道的维护。

三、煤层分类

煤层倾角、厚度及其稳定性对采矿技术影响很大，所以在采矿工作中常将煤层据此加以分类。

1. 按煤层倾角分类

2. 按煤层厚度分类