煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)學(xué)問(wèn)

一、煤礦埋藏特征

1、煤層的厚度

由于成煤環(huán)境和條件的不同以及地質(zhì)的影響，煤層厚度差異很大，有的煤層只有幾厘米厚，有

的可達(dá)幾十米或百余米.

煤層的厚度，是確定開(kāi)拓部署和選擇采煤方法的主要因素之一。我們我國(guó)依據(jù)開(kāi)采技術(shù)的特點(diǎn)，

將煤層按厚度不同分成：

(1)薄煤層：小于1.3m的媒層;

(2)中厚煤層：厚度在L3~3.5m的煤層；

(3)厚煤層：厚度大于3.5m的煤層。

在生產(chǎn)工作中，習(xí)慣將厚度大于6m的煤層稱特厚煤層。

從我們我國(guó)已探明的煤炭?jī)?chǔ)量和已開(kāi)采的煤層看，近水平煤層及薄煤層較少，而中厚煤層和厚

煤層較普遍。

2、煤層的頂、底板

煤層頂?shù)装迨侵该合档貙又形挥诿簩由舷驴隙?巨離內(nèi)的巖層。依據(jù)沉積挨次，先于煤生成的巖

石是煤層底板，后生成的是煤層頂板。在正常狀況下，煤層頂板位于煤層之上，而煤層底板位于煤

層之下。當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造破壞較猛烈時(shí)，有可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

依據(jù)頂板巖層相對(duì)于煤層的位置及開(kāi)采過(guò)程中巖層變形、跨落的難易程度，頂板可分為偽頂、

直接頂和基本頂3種類(lèi)型。

(1)偽頂：位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，其厚度一般在0.5m以下，多為炭質(zhì)頁(yè)巖

和泥質(zhì)頁(yè)巖等。

(2)直接頂：位于偽頂或直接位于煤層(無(wú)偽頂時(shí))之上，具有肯定的穩(wěn)定性，移架或回柱

后能自行跨落的巖層，多由砂質(zhì)巖等組成。

(3)基本頂：位于直接頂或煤層之上，其厚度及巖石強(qiáng)度較大，是堅(jiān)硬又難以跨落的巖層。

通常由粗砂巖、礫巖、石灰石等組成。在采煤過(guò)程中，基本頂是頂板管理的主要對(duì)象。

煤層底板可分為直接底和基木底.直接底位于煤層之下，厚度數(shù)十厘米至數(shù)米，多為泥巖、頁(yè)

巖或黏土巖。有的直接底遇水膨脹，簡(jiǎn)潔發(fā)生底鼓現(xiàn)象，致使巷道遭到破壞?；镜资俏挥谥苯拥?/p>

之下的較堅(jiān)硬巖層，常為厚層狀砂巖、礫巖或石灰?guī)r。

3、煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)

煤層是沉積生成的，一般呈層狀，但由于受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，有的煤層外形發(fā)生變化。一股可

分為3種類(lèi)型：

(1)層狀煤層，其層位有顯著的連續(xù)性，厚度變化有肯定的規(guī)律或厚度基本穩(wěn)定；

(2)似層狀煤層，其外形像耦節(jié)、串珠或瓜藤等，層位有肯定的連續(xù)性,厚度變化較大；

(3)非層狀煤層，外形像理窩或扁豆?fàn)?，層位連續(xù)性差，常有大范圍尖滅。我們我國(guó)西北、

華北、東北等地區(qū)的主要礦區(qū)煤層多為層狀煤層。江南各小型礦區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個(gè)體所經(jīng)營(yíng)的小煤礦相

當(dāng)多的煤層是非層狀煤層。層狀煤層比較便利，而非層狀煤層常給開(kāi)采帶來(lái)肯定難度。

煤層除在形態(tài)上有所不同以外，在構(gòu)造上也有很大差別，在有的煤層中,有時(shí)含有厚度較薄且

很不穩(wěn)定的巖層，這類(lèi)含在煤層內(nèi)的巖層稱作夾石或夾石(砰)層。依據(jù)煤層中有無(wú)穩(wěn)定的夾石層，

可將煤層分為兩類(lèi)，即簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)煤層和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層。簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)煤層一般不含夾石層，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤

層含夾石層者1一2層，多者可達(dá)幾層或十幾層。由于夾石層的存在，不僅使煤的灰分增高，而且

給開(kāi)采帶來(lái)肯定的難度。

4、煤層的產(chǎn)狀要素

煤層原始生成時(shí)呈水平狀態(tài)，但由于地殼運(yùn)動(dòng)的影響，煤層及巖層由水平狀態(tài)變成為傾斜或彎

曲狀態(tài)。描述煤層的儲(chǔ)存狀態(tài)和位置用產(chǎn)狀要素來(lái)表示。煤層產(chǎn)狀要素就是它的走向、傾向和傾角，

如圖4-1所示。這3個(gè)要素就能表示出煤層在空間的位置。

(1)走向。煤層層面與水平面的交線稱為走向線，走向線兩端所指的方向就是走向。

(2)傾向。在煤層層面上與走向線垂直向下延長(zhǎng)的直線叫做傾斜線，傾斜線的水平投影所指

的方向稱為傾向。

(3)傾角。煤層層面與水平面的夾角稱為傾角。傾角的大小反映煤層的傾斜程度，傾角變化

在0。-90。之間。煤層傾角越大，開(kāi)采難度越大。依據(jù)采煤技術(shù)特點(diǎn)，煤層傾角分為4類(lèi)：

近水平煤層<8°

緩傾斜煤層8°—25°

傾斜煤層25°—45°

急傾斜煤層>45°

5、煤礦地質(zhì)構(gòu)造及其平安生產(chǎn)的影響

巖（煤）形成初期，一般都是水平或近水平的，并在肯定范圍內(nèi)是連續(xù)完整的，后來(lái)受到地殼

運(yùn)動(dòng)的影響，使巖層的形態(tài)發(fā)生了變化,消失了傾斜、褶皺，有的還發(fā)生了斷裂或延斷裂面產(chǎn)生了

位移，使巖層失去了完整性。這種有地殼運(yùn)動(dòng)造成的巖石的空間形態(tài)（如褶曲、斷層等）稱為地質(zhì)

構(gòu)造。

地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)多種多樣，大致可分為單斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。

1）單斜構(gòu)造

巖（煤）層受地質(zhì)作用力的影響，產(chǎn)生向一個(gè)方向傾斜的形杰，這樣的構(gòu)造形態(tài)稱為單斜構(gòu)造。

單斜構(gòu)造往往是其他構(gòu)造形態(tài)的一部分，或是褶曲的一翼，或是斷層的一盤(pán)。

2）褶曲構(gòu)造

巖（煤）層在地殼運(yùn)動(dòng)中受水平方向擠壓力的作用，呈現(xiàn)波狀彎曲，但依舊保持其連續(xù)性和完

整性，這種構(gòu)造形態(tài)稱為褚曲構(gòu)造。巖（煤）層褚曲構(gòu)造中的每一個(gè)彎曲為一個(gè)基本單位，稱為褚

曲，如圖4-2所示。褶曲的基本形態(tài)有背斜和向斜兩種：巖（煤）層向上彎拱的褶曲稱為背斜；巖

（煤）層向下彎拱的褶曲稱為向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相連的，褶曲是

由于地殼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的水平擠壓形成的，因此，在褶曲兩翼必定存在一個(gè)壓應(yīng)力，當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)停止

后,由于任何物體都有一個(gè)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的趨勢(shì)，所以又產(chǎn)生了一個(gè)拉應(yīng)力，如圖4-3所示。因此,

在褶曲構(gòu)造帶勢(shì)必儲(chǔ)存一個(gè)應(yīng)力能，我們把它叫做構(gòu)造應(yīng)力。據(jù)測(cè)定，構(gòu)造應(yīng)力是原始應(yīng)力的20

倍，這就給頂板管理和平安生產(chǎn)帶來(lái)肯定的困難，尤其是在有沖擊地壓的煤層中困難就更大。

3)斷裂構(gòu)造

巖層受地質(zhì)作用力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂構(gòu)造。

斷裂面兩側(cè)的巖層沒(méi)有發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為裂隙或節(jié)理。

斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。其斷層要素如圖4-4所示。

(1)斷層面。巖層發(fā)生斷裂位移時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)的斷裂面。

(2)斷盤(pán)。斷層面兩側(cè)產(chǎn)生相對(duì)位移的巖體稱為斷盤(pán)。假如斷層面為傾斜時(shí)，通常將斷層面

以上的斷盤(pán)稱為上盤(pán)，斷層面以下的斷盤(pán)稱為下盤(pán)。

(3)斷距。斷層的兩盤(pán)相對(duì)位移的距離。斷距可分為垂直斷距(兩盤(pán)相對(duì)位移垂直距離)和

水平斷距(兩盤(pán)相對(duì)位移水平距離)，如圖4-5所示。

依據(jù)斷層兩盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，斷層可分為以下3種類(lèi)型，如圖4-6所示。

①正斷層：上盤(pán)相對(duì)下降，上盤(pán)相對(duì)提升；

②逆斷層：上盤(pán)相對(duì)提升，下盤(pán)相對(duì)下降；

③平移斷層：斷層兩盤(pán)巖塊沿?cái)鄬用孀鏊椒较蛳鄬?duì)移動(dòng)。

依據(jù)斷層走向與巖層的關(guān)系，斷層又分為：

①走向斷層：斷層走向與巖層走向平行或基本平行;

②傾斜斷層：斷層走向與巖層走向垂直或基本垂直；

③斜交斷層：斷層走向與巖層走向斜交。

依據(jù)斷層的組合形式不同，又可以有地塹、地壘、階梯構(gòu)造等斷層組。

斷層對(duì)煤礦平安生產(chǎn)影響較大。在斷層帶四周巖（煤）破裂，頂板失去完整性，極易發(fā)生冒頂

事故；斷層又是地下水的良好通道，可能使井下涌水量增加，縣至發(fā)生突水事故；此外斷層帶還可

能積聚大量瓦斯，從而引發(fā)瓦斯事故。

二、礦圖

在礦井設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)管理等工作中，需要測(cè)繪一系列的圖紙，這些圖稱為礦圖。

1、礦圖的種類(lèi)

礦圖的種類(lèi)很多，生產(chǎn)礦井必備的圖紙一般分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是礦井測(cè)量圖，另一類(lèi)是礦井地

質(zhì)圖。

礦井測(cè)量圖是依據(jù)地面和井下實(shí)際測(cè)量的資料繪制的。隨采掘狀況不斷變化，逐步測(cè)量并填繪

的。它主要反映礦井地面的地貌、地物狀況；井下采掘工作面及井上、下相對(duì)位置關(guān)系等狀況，

礦井地質(zhì)圖一般是在礦井測(cè)量圖的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)過(guò)程中收集的地質(zhì)資料和原有勘探資料，經(jīng)

過(guò)分析推斷繪制而成的。它主要反映全礦煤層的產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、地形地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤層空間

分布等狀況。

礦井的地質(zhì)圖和測(cè)量圖有著親密的聯(lián)系，假如沒(méi)有礦井測(cè)量圖，礦井地質(zhì)圖就難以繪制；反之,

礦井測(cè)量圖假如不依據(jù)礦井地質(zhì)圖填繪牢靠的地質(zhì)資料,就說(shuō)明不了煤層埋藏的真實(shí)狀況,從而降

低礦井測(cè)量圖的實(shí)際效用。

為滿意生產(chǎn)，保證平安，在礦井地質(zhì)圖和礦井測(cè)量圖的基礎(chǔ)上，還需要繪制很多圖紙。因此，

《規(guī)程》規(guī)定，一個(gè)礦井必備以下11種圖紙：

(1)礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)圖；

(2)井上、下對(duì)比圖；

(3)巷道布置圖;

(4)采掘工程平面圖；

(5)通風(fēng)系統(tǒng)圖；

(6)井下運(yùn)輸系統(tǒng)圖;

(7)平安監(jiān)測(cè)裝備布置圖；

(8)排水、防塵、防水注漿、壓風(fēng)、充填、抽放瓦斯等管路系統(tǒng)圖;

(9)井下通訊系統(tǒng)圖；

(10)井上、下配電系統(tǒng)圖和井下電氣設(shè)施布置圖；

(11)井下避災(zāi)路線圖。

2、常用礦圖的識(shí)讀

1)圖例和比例尺

礦圖是礦井地面和井下實(shí)際存在的反映，是依據(jù)測(cè)量成果，按肯定比例尺和我國(guó)統(tǒng)一的礦圖圖

例符號(hào)繪制成圖的。因此，無(wú)論繪制和應(yīng)用礦圖，都必需熟識(shí)礦圖圖例和比例尺。

(1)礦圖圖例。礦圖圖例如圖4-7所示。

(2)比例尺。在繪制礦圖時(shí)，不準(zhǔn)將實(shí)際物體大小描繪在圖紙上，必需按肯定倍數(shù)縮小后描

繪在圖紙上，這種按縮小尺寸與實(shí)際物體尺寸的比例關(guān)系數(shù)作成的尺子叫比例尺。

一般常用礦圖有統(tǒng)一規(guī)定的比例尺，如采掘工程平面圖是1:2000或1:1000,井下巷道斷

面圖和施工圖是面200或1:100,1:50等。

知道了圖紙的比例尺后，就可依據(jù)圖紙上某一段的長(zhǎng)度求出實(shí)際相應(yīng)的水平長(zhǎng)度，也可以將實(shí)

際的水平長(zhǎng)度換算成圖紙上相應(yīng)的長(zhǎng)度。例如在1：1000的圖上，量的兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度d為3.8cm,

那么實(shí)地水平距離D應(yīng)為38m,由于實(shí)地水平距離是圖紙上線段長(zhǎng)度的1000倍，相反，圖紙上線

段長(zhǎng)度是實(shí)地水平距離的1/1000。

2)確定直線方向和點(diǎn)的位置

(1)確定直線方向。在礦圖中，直線的方向是用方位角來(lái)表示的。

方位角是由標(biāo)準(zhǔn)方向線(指北線)北端，順時(shí)針量到該直線的夾角。

為了計(jì)算便利，常用方位角換算象限角。方位角用a表示，一般為0°----360。。圖4-8是直線

的方位角。用Ri,R2,R3,和Rv表示4個(gè)象限角。

(2)點(diǎn)的位置。表示地面一點(diǎn)的位置，常采納平面直角坐標(biāo)系,它是由兩條相互垂直的直線構(gòu)成

的。南北方向?yàn)榭v坐標(biāo)軸ox,東西方向?yàn)闄M坐標(biāo)軸。外兩軸的交點(diǎn)稱為坐標(biāo)原點(diǎn)。在平面xoy上,

一點(diǎn)的位置可以用該點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)軸的距離來(lái)表示,稱為該點(diǎn)的坐標(biāo)。圖4-9中，一號(hào)井井口在ox

軸方向的距離為1522m,用字母x表示，在。y軸方向上的距離為1635m,用字母y表示。這樣,

一號(hào)井井口的坐標(biāo)是：x=1522,y=1635e

對(duì)于任何一個(gè)測(cè)量區(qū)，都可以自行選擇坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，或者采納我國(guó)規(guī)定統(tǒng)一坐標(biāo)系。

(3)標(biāo)高。以選定某處海平面平均水位的水準(zhǔn)面作為計(jì)算凹凸的標(biāo)準(zhǔn)，一點(diǎn)到這個(gè)水準(zhǔn)面的垂直

距離叫該點(diǎn)的標(biāo)高。高于水準(zhǔn)面的是正數(shù)，低于水準(zhǔn)面的是負(fù)數(shù)。一號(hào)井井口高于水準(zhǔn)面189m,

標(biāo)高是+189m,用字母z表示,如圖4-10所示。

這樣，一號(hào)井的3個(gè)坐標(biāo)是：x=1522,y=1635,z=+189不但可以在礦圖上畫(huà)出來(lái)，還可以

用測(cè)量的方法在地面(或井下)定出該點(diǎn)位置。

3)煤層底板等高線圖

煤層底板等高線圖是把煤層底板與不同高程水平面的交線，垂直投影到平面上，反映煤層空間

形態(tài)和構(gòu)造變動(dòng)的重要地質(zhì)圖件。該圖是用于考慮曠井邊界、設(shè)計(jì)井口位置、選擇開(kāi)拓方案、劃分

開(kāi)采水平、布置采區(qū)和回采工作面、設(shè)計(jì)和指導(dǎo)各種巷道施工、預(yù)留地表和井下重要建筑物的平安

煤柱等重要依據(jù)。

在煤層底板等高線圖上，等高線的延長(zhǎng)方向就是煤層的走向，其延長(zhǎng)方向和等高線之間的'司距

變化，反映了煤層的產(chǎn)狀變化和地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，如圖4-11所示。煤層假如是單斜構(gòu)造，等高線表

現(xiàn)為一組標(biāo)高不等的平行直線，各等高線之間距離大致相等，等高線越疏表示煤層傾角越緩，等高

線越密表示煤層傾角越陡。褶皺構(gòu)造則表現(xiàn)為一組標(biāo)高不等的平行曲線。

斷層構(gòu)造在煤層底板等高線和采掘工程平面上是用斷層交面線，即段層面與煤層面交線的投影

來(lái)表示的，如圖4-12所示。圖上兩盤(pán)符號(hào)以點(diǎn)劃線表示上盤(pán)，叉劃線表示下盤(pán)。

圖4-12a為被正斷層斷開(kāi)的煤層，其底板等高線中斷，煤層底板等高線缺失的地方，即為無(wú)煤

帶。

圖4-12b,為被逆斷層錯(cuò)斷的煤層。被逆斷層錯(cuò)斷的煤層并不缺失，而是重復(fù)，使煤層底板等

高線發(fā)生交叉重疊現(xiàn)象，重疊部分的上盤(pán)等高線為實(shí)線，下盤(pán)貝!因被上盤(pán)掩蓋而以虛線表示。

4）采掘工程平面圖是直接依據(jù)地質(zhì)、測(cè)量和采礦資料繪制的。該圖能全面反映煤層賦存和主要

地質(zhì)構(gòu)造狀況，井下主要碉室、采掘巷道布置狀況，工程進(jìn)展?fàn)顩r和工作面相互關(guān)系,以及開(kāi)拓系

統(tǒng)和通風(fēng)運(yùn)輸系統(tǒng)等。它是礦圖中最基本、最主要的綜合性圖紙，如圖413所示。

采掘工程平面圖反映的范圍可大可小，可反映全礦井范圍，也可反映某個(gè)采區(qū)或某個(gè)回采工作

面。就煤層而言，它可集中反映單一煤層，也可反映煤層群中聯(lián)合布置的采掘工程。

采掘工程平面圖是將礦井從井筒、石門(mén)、井底車(chē)場(chǎng)、運(yùn)輸大巷、直至巷道進(jìn)入煤層構(gòu)成的采區(qū)

運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，以及沿煤層掘進(jìn)回采工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開(kāi)切眼所構(gòu)成的回采工作面

的運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等，用標(biāo)高投影的方法，將各種巷道投影到同一水平投影面上繪制而成，

采掘工程平面圖是一種綜合性圖件，它一方面反映了地質(zhì)狀況，另一方面礦井開(kāi)拓、開(kāi)采狀況。

地質(zhì)內(nèi)容包括煤層的賦存狀況、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)等，因此，在采掘工程平面圖上應(yīng)繪出煤層底板等高

線，各斷層的交面線，煤層的分化帶、氧化帶、變薄帶、沖蝕帶，火成巖吞蝕區(qū)，不行采區(qū)，無(wú)煤

區(qū)，井下火區(qū)，水淹區(qū)，采空區(qū)，見(jiàn)煤鉆孑用煤