1第一章 煤礦地質知識(1).ppt

1、1,第一章 煤礦地質基本知識,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用 應該明確的兩個問題： 地殼是煤及各種礦產資源形成的地方，礦產資源的形成與地殼的物質運動及演變有密切關系。 地球表面生物的生長、發(fā)育及死亡的整個過程不斷地改變著地球表面各種元素和礦物的分布，使某些元素離散或集中形成有價值的礦產。（生物遺體變?yōu)槊汉褪偷龋?這兩個方面都是地殼物質在地質作用下運動和演變的結果，因此，研究地殼的物質組成以及在地質作用下的地殼物質運動，是掌握礦床形成和埋藏規(guī)律的基礎。,2,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,一、地殼的組成與巖石 地殼是地球的固體外殼。其全球地殼平均厚度為16km，大陸地殼平均約33km；大洋地殼較薄

2、，平均約7km。 巖石是一些礦物顆粒的集合體。 礦物是地殼中的一種或多種元素在各種地質作用下形成的自然產物。 常見礦物:石英、正長石、白云母、橄欖石、蒙脫石、方解石、白云石、褐鐵礦、石膏、滑石、石墨等。 巖石的分類： 1、巖漿巖 巖漿巖是三大類巖石的主體，占地殼巖石體積的64.7%。巖漿是來自地殼深部或地幔中的具有高溫、高壓的硅酸鹽熔融體。巖漿沿巖石裂縫或薄弱帶上升，侵入到地殼表層或噴出地表，便冷凝固結成堅硬的巖漿巖。如花崗巖；玄武巖等。 2、沉積巖 沉積巖是在地殼表層環(huán)境中形成的巖石。主要是由暴露于地表的巖石,經受外力地質作用，即先經風化和剝蝕，搬運，沉積，再經受緊壓、脫水、膠結，變成堅硬的

3、巖石，如頁巖、砂巖、石灰?guī)r等。 沉積巖分布最廣，它覆蓋的面積約占地表總面積的75%。 3、變質巖 變質巖是由各種不同的原有巖石,受到溫度、壓力及化學活性流體的作用，使原巖改變其成分、結構和構造而變成新的巖石，如石灰?guī)r變質成大理巖等。 煤是一種沉積巖。在煤礦生產中遇到的也幾乎全是沉積巖。,3,二、地質作用,內力地質作用,外力地質作用,地殼運動 巖漿活動 變質作用 地震作用,風化和剝蝕 搬運和沉積 固結成巖,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,(按能源及作用場所分） 地質作用,4,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,1.內力地質作用由地球內部能量引起的地殼物質成分、內部構造、地 表形態(tài)變化的地質作用。 1)地

4、殼運動即地球內部動力引起的地殼變形和變位。 地殼運動對煤礦床的形成及賦存條件有著重要影響。 地殼沿地球半徑方向運動時，表現(xiàn)為地殼的緩慢上升或下降（海陸變遷），稱為升降運動。地球物質沿地球切線方向運動時，呈水平運動。表現(xiàn)為激烈的造山運動。 2)巖漿活動是地下的巖漿沿地殼的裂縫上升，侵入地殼或噴出地表，在上升過程與圍巖相互作用，不斷改變自身的成分和狀態(tài)直至冷凝的全部過程。 巖漿噴出地表火山作用 巖漿未達地表巖漿侵入活動,珠穆朗瑪峰，位于中國和尼泊爾兩國邊界、海拔米，是喜馬拉雅山主峰，也是世界第一高峰。珠穆朗瑪在藏族神話中被認為是五位仙女中的第三女神。她是萬山之尊、地球之巔。,秦嶺,5,夏威夷冒納咯

5、火山,意大利埃特納火山,6,中國西昆侖山阿什庫勒火山,夏威夷普烏哈魯魯噴發(fā)形成的巖漿河,火山口底部，可以見到紅色的巖漿,裂隙式火山,7,3)變質作用地殼深部的巖石在高溫高壓和化學性質活潑的流體作用下，巖石的結構、構造及化學成分產生變化，形成新的巖石的作用。 4)地震作用地震是地殼的快速顫動，是巖石能量積累突然釋放的結果。 在上述地質作用中，最活躍的、起主導作用的是地殼運動。,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,8,神戶大地震破壞 (高速公路倒塌),美國加州聖安德烈斯斷層,9,2外力地質作用主要是由地球以外的太陽輻射能、日月引力能等引起的地質作用。它能使地表形態(tài)發(fā)生變化和地殼表層化學元素產生遷移、分散

6、和富集。按作用方式分為： 1) 風化和剝蝕,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,風化和剝蝕往往是彼此促進的，巖石遭受風化變得松軟就易于剝蝕，剝蝕后暴露上來新鮮的巖石重新又受到風化。,10,風化作用的類型 機械風化作用 巖石和礦物發(fā)生機械破碎而不改變其化學成分的風化作用，稱為機械風化作用。 它是由于溫度變化及巖石空隙中水和鹽分的物態(tài)變化引起的，作用方式主要有： 1. 巖石的熱脹冷縮 2. 巖石空隙中水和鹽分的物態(tài)的變化,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,11,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,化學風化作用空氣中的氧和水溶液不僅使巖石和礦物化學成分發(fā)生變化，而且使一部分被溶液帶走，或使穩(wěn)定的礦物變?yōu)椴环€(wěn)定的礦物

7、，這種對巖石的破壞作用稱為化學風化作用。 1. 氧化作用 氧氣與各種礦物混合，產生新的礦物。 黃鐵礦FeS2(+)氧化成褐鐵礦Fe2O3.H2O(3+)，由銅黃色變?yōu)楹旨t色，顏色變深，結構變疏松。在地表稱鐵帽，地下連著礦床。 2. 溶解作用 任何礦物都溶于水，只是溶解度有大有小。 CaCO3+CO2+H2O-Ca(HCO3)2 方解石 (重碳酸鈣) 3. 水解作用 水和礦物相結合的一種化學反應。正長石+H2O-高嶺石+。. 4. 水合作用 有些礦物吸引一定數(shù)量的水。石膏+H2O-硬石膏,12,生物風化作用 生物的生命活動過程和尸體腐爛分解過程對巖石的破壞作用有機械和化學兩種方式： 1. 生物的

8、機械風化作用 植物根對巖石的破壞，蚯蚓等鉆洞，人類活動如挖洞、采礦等對巖石進行破碎。 2. 生物的化學風化作用 生物死亡后，腐爛分解形成一種腐植質(膠狀的物質)，是一種有機酸，對巖石起腐蝕作用. 地殼表層巖石經機械破碎，化學風化后形成的松散物，再經過生物的化學風化作用，增加了有機物質-腐殖質，這種具有腐殖質、礦物質、水和空氣的松散物質叫做土壤。,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,13,葉狀剝落 (果洲群島),塊狀崩解 (石澳),蜂窩狀風化 (長洲人頭石）,蜂窩風化 (長洲),塊狀崩解(石澳),蜂窩狀風化(長洲),第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,14,2）搬運和沉積 最主要的沉積區(qū)是內陸胡泊、沼澤和海

9、洋。 3）固結成巖指松散的沉積物逐步變成堅硬的沉積巖的過程 從上可見，破壞巖石 改變地貌 生成新巖石 是外力地質作用的整個過程。,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,15,3、關系（內力與外力地質作用） 外力地質作用在很大程度上受地殼運動的制約。風化剝蝕過程主要在地殼上升隆起的地區(qū)進行，而其進行的強度也與地殼上升隆起的幅度速度有關。 沉積、固結成巖過程主要在地殼下降沉陷地區(qū)形成，沉積物的物質成分，厚度和分布范圍等，都受著地殼沉降的幅度和速度的限制。,第一節(jié) 地殼的組成與地質作用,16,地質構造： 在地殼運動中，煤和巖層改變了原始埋藏狀態(tài)所產生的變形或變位的產物稱為地質構造。 一、單斜構造 在一定的范

10、圍內，煤或巖層大致向一個方向傾斜的構造形態(tài)。 巖層的產狀要素： 走向、傾向、傾角 走向： 巖層層面與水平面交線的延伸方向。 傾角： 層面與水平面之間的二面角。 傾角變化在0-90之間。 煤層按傾角分為三類： 緩傾斜煤層 25 產量占70%（全國） 傾斜煤層 25 -45 急傾斜煤層 45 傾向： 巖層面上與走向線垂直向下的傾斜線的水平投影所指的方向。,第二節(jié) 地質構造,17,二、褶皺構造 褶皺： 巖層受水平力的作用被擠壓成彎彎曲曲，但保持了巖層的連續(xù)性和完整性的構造形態(tài)。也可以定義為：巖石中面狀構造（層理、劈理、斷層面等）的彎曲。又稱褶曲 。 背斜： 巖層層面凸起的褶曲 向斜： 巖層層面凹下的

11、褶曲,第二節(jié) 地質構造,褶皺要素,18,三 、斷裂構造： 巖層受力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構造形態(tài)。 裂隙：斷裂面兩側的巖層沒有發(fā)生明顯位移。 斷層：斷裂面兩側的巖層發(fā)生了明顯位移的斷裂構造。 斷層要素： 斷層面、斷盤和斷距。 （1） 斷層面： 巖層發(fā)生斷裂位移時，相對滑動的斷裂面。其空間位置 可用產狀要素來描述。 （2） 斷層線： 斷層面與地面（水平面）的交線。它反映了斷層的延伸方向（斷層的走向）。 （3）斷盤： 斷層面兩側的巖體。 （上盤、下盤） （4）斷距： 斷層的兩盤相對位移的距離。 斷距可分為： 垂直斷距（相對位移的垂直距離）（落差）（ab） 演示 水平斷距（相對位移的水平

12、距離） （bc）,第二節(jié) 地質構造,19,根據(jù)斷層兩盤相對運動的方向, 可分為: 正斷層：斷層形成后，上盤相對下降，下盤相對上升的斷層 逆斷層 ：上盤上升，下盤相對下降的斷層 平推斷層: 斷層兩盤沿水平方向相對移動。 根據(jù)斷層走向與巖層走向的相對關系，斷層可分為： 走向斷層： 走向一致或近于一 致。 傾向斷層： 走向與傾向一致或 近于一致。 斜交斷層： 斷層走向與巖層走 向斜交。,第二節(jié) 地質構造,20,四、巖溶塌陷及巖漿侵入 當煤層下部分布有可溶性的石灰?guī)r、白云巖，并且發(fā)生巖溶時，巖溶可引起上覆煤層和巖石跨落形成陷落，從而破壞了煤層的完整性。 巖漿侵入煤層時，使煤層的穩(wěn)定性和連續(xù)性遭到破壞。

13、,第二節(jié) 地質構造,21,一、煤的形成 煤由植物遺體堆積埋藏后經成煤作用轉變而成。據(jù)研究，幾乎所有的植物遺體，只要具備了成煤的條件，都可以轉化成煤。不過，低等植物遺體所形成的煤，分布范圍小，厚度薄，很少被人利用。那些分布廣、規(guī)模大、利用廣泛的煤，都是高等植物的遺體（主要是古代的蕨類、松柏類以及一些被子植物的遺體）形成的。 成煤作用可劃分為兩大階段： 第一階段是在地表常溫、常壓下，由堆積在停滯水體中的植物遺體經泥炭化作用或腐泥化作用，轉變成泥炭或腐泥的過程，稱泥炭化（或腐泥化）作用階段。這一階段以生物化學降解作用為主。 第二階段是泥炭或腐泥被埋藏后，由于沉積盆地基底沉 降至地下深部，經成巖作用轉

14、變成褐煤，當溫度和壓力 再逐漸增高經變質作用轉變成煙煤和無煙煤。由泥炭或腐泥轉變成褐煤，以至無煙煤的全過程，稱煤化作用。這一階段以物理化學變化為主。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,22,煤的巖石組成和成因類型取決于泥炭或腐泥形成時的成煤植物種類、堆積環(huán)境和堆積方式。 煤的物理、化學和工藝性質卻在很大程度上取決于煤化作用階段的有機質熱演化程度，即煤級。 古植物、古氣候、古地理和古構造條件，是影響成煤作用發(fā)生和強度的重要因素。成煤植物群落不同，決定了煤的成因類型。 石炭紀開始，富含木質纖維組織的陸生高等植物大量繁殖、堆積形成的煤大多為腐殖煤； 富含蛋白質、脂肪的低等菌藻類為主形成的煤為腐泥煤； 高等

15、和低等植物混合形成的煤為腐殖腐泥煤。腐泥煤、 腐殖腐泥煤在自然界分布量少，常呈薄層或透鏡體夾于腐殖煤的煤層中。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,23,泥炭歷來被認為是溫暖潮濕氣候條件下的產物。根據(jù)近代研究表明，在氣候條件中濕度所起的作用比溫度更重要。 因為現(xiàn)代無論在溫暖的低緯度和寒冷的高緯度 (5070)，只要是降水量大于蒸發(fā)量的地區(qū)，都有較厚的泥炭層堆積，干旱條件顯然不利于成煤。 有利于成煤作用的地理環(huán)境是沼澤。沼澤分布在濱海平原、海灣瀉湖、內陸大湖、三角洲平原、河流沖積平原和沖積扇前等環(huán)境。 成煤作用有利的構造背景是古構造穩(wěn)定期。地殼緩慢沉降，容易在地表形成積水洼地。造山運動和地殼上升階段，均

16、不利于泥炭的堆積和保存。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,24,蘆葦河流樹木濕地,蘆葦沼澤,稻田濕地,25,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,成煤過程劃分示意圖,26,上述可見，要形成有開采價值的煤層，必須具備下列條件： 1、植物條件：我國的三大聚煤時期（晚古生代的石炭二迭紀、中生代的侏羅紀和新生代的第三紀），分別是植物界的孢子植物，裸子植物和被子植物繁殖的極盛時代。 2、氣候條件：溫暖潮濕。 3、地理環(huán)境：大面積沼澤化的自然地理條件。濱海平原、海灣瀉湖、河漫灘、河口三角洲等。 4、地殼運動：泥炭層的積聚要求地殼緩慢下沉，下沉速度最好為與植物遺體堆積的速度大致平衡，這種狀態(tài)持續(xù)的時間越久，形成的泥炭層越

17、厚。泥炭層形成以后，地殼下降較快，有利于泥炭的保存和轉變成煤。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,27,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,二、煤系和煤田 煤系是含有煤層的一組沉積巖層（也叫含煤地層）。 煤系一般是按其形成的時代來命名的，如華北的石炭二迭紀煤系，東北的侏羅紀煤系，華南的晚二迭紀煤系。 煤田在地質歷史發(fā)展過程中，同一地質時期形成并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)稱為煤田。,28,三、煤的性質及工業(yè)分類,由于成煤的原始物質,成煤環(huán)境及所受的變質作用不同,煤的種類很多,其物理性質和化學組成也有差別。性質不同的煤用途也不一樣。 （一）煤的性質 1、 物理性質 包括光澤、顏色、條痕、硬度、脆度、比重和容重

18、、導電性等，見表1-3。 2、化學組成 煤是由有機物和無機物混合組成的。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,29,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,30,（二）煤的工業(yè)分類 1、常用的煤質指標：水分（W）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）、發(fā)熱量（Q）、膠質層厚度（Y）、含矸率。 2、 工業(yè)分類 表1-4,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,31,四、煤層特征,由于成煤時期的原始條件和受地殼運動的影響不同，埋藏在地下的煤層的賦存狀態(tài)、頂?shù)装鍘r性及含水性、煤層的含瓦斯性及自燃傾向、以及受地質構造影響的程度等都有明顯的差別，而這些都與采礦工作密切相關，因此，有必要對其進行研究。 (一)煤層賦存狀態(tài) 1、煤層厚度 厚煤層 煤層

19、厚度 3.5m 約占產量40% 中厚煤層 1.3-3.5m 40% 薄煤層 1.3m 20%,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,32,2、煤層的穩(wěn)定性 根據(jù)煤層厚度變化情況及對開采的影響，將煤層分為四類： 穩(wěn)定性煤層：井田范圍內厚度均大于最低開采標準，厚度的變化也有一定標準。 較穩(wěn)定煤層：厚度變化較大，但在井田范圍內大多可開采，僅局部不可采。 不穩(wěn)定煤層: 厚度變化很大，常有增厚、變薄、分岔或尖滅現(xiàn)象，井田范圍內經常出現(xiàn)不可采區(qū)。如圖1-8所示。 極不穩(wěn)定性煤層：煤層常呈雞窩狀，串珠狀，斷斷續(xù)續(xù)分布，井田范圍內僅局部可采。如圖1-9所示。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,33,3、煤層結構 根據(jù)煤層中有

20、無較穩(wěn)定的夾石層，將煤層分為兩類： 簡單結構煤層：沒有層狀出現(xiàn)的比較穩(wěn)定的夾石層。 復雜結構煤層：煤層中常含有較穩(wěn)定的夾石層。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,34,（二）煤層頂板與底板,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,35,(1) 頂板 頂板是指位于煤層上方一定距離內的巖層。根據(jù)頂板巖層巖性 、厚度和位置 ，采煤時頂板變形特征和跨落難易程度，將頂板分為偽頂、直接頂、老頂三種。 偽頂：偽頂指直接覆蓋在煤層之上的薄層巖層。巖性多為炭質頁巖或炭質泥巖，厚度一般為幾厘米至幾十厘米。 直接頂：直接頂位于偽頂之上或直接位于煤層之上的巖層。巖性多為粉砂巖或泥巖，厚度為12m左右。 老頂：老頂位于直接頂之上或直接位

21、于煤層之上的巖層。巖性多為砂巖或石灰?guī)r，一般厚度較大，強度也大。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,36,(2) 底板 底板是指位于煤層下方一定距離內的巖層。對生產影響最大的煤層底板一般為偽底和直接底。 偽底：指煤層之下與煤層直接接觸的巖層。它往往是當初沼澤中生長植物的土壤，富含根須化石。巖性以炭質泥巖為主，厚度不大，常為幾十厘米。 直接底：位于偽底之下的巖層。巖性多為粉砂巖或砂巖，厚度較大。,第三節(jié) 煤的形成與煤層特征,37,一、煤田地質勘探的目的與任務 煤田地質勘探是運用地質科學和技術方法來分析、研究、探測煤層，查明地層、地質構造、煤層及開采技術條件等因素，正確評價礦床的經濟意義，劃分出各種不同

22、類型的資源量和儲量。其目的是為礦山設計、建設和生產提供可靠的地質資料，保證煤層資源經濟、合理、安全開發(fā)。,第四節(jié) 煤田地質勘探與礦井儲量,38,二、煤田地質勘探階段 一般對客觀地質規(guī)律的認識都是逐步深入的，由低級到高級，由點到面，而且礦山基本建設也是分階段的。因此，地質勘查也是分階段的。 1、普查階段 普查階段指在選定的普查區(qū)內采用露頭檢查、地質填圖、較少的探礦工程及物探方法，大致查明煤層資源的勘查工作。 2、詳查階段 詳查（礦區(qū)詳查）階段指在普查圈出的詳查范圍內，通過大比例尺地質填圖及各種勘查方法和手段，采用比普查階段更密的探礦工程，基本查明煤層資源的勘查工作。 3、精查階段 勘探（井田精查）階段指在已知具有工業(yè)價值礦床或礦區(qū)總體規(guī)劃劃定的勘查（精查）區(qū)，通過加密各種勘查工程，詳細查明煤層資源的勘查工作。,第四節(jié) 煤田地質勘探與礦井儲量,39,三、煤田地質勘探方法 1、遙感地質調查 主要是通過探測目標物的電磁輻射來獲取目標物的信息。有攝影遙感等遙感技術手段。 2、地質填圖 把煤系地層、煤層產狀和構造等測繪在地形圖上，繪制成地質圖。 3、坑探工程 在覆蓋層較薄的地區(qū)，用人工方法為地質測量揭露巖層、煤層、礦體及地質構造等地質現(xiàn)象，或為了采集礦樣所設計的一些坑探、鉆探工程，主要有探槽、探井和探巷（硐）等。 4、鉆探工程 利用鉆機向地下鉆孔，利用空心鉆頭和鉆桿來獲取巖、煤芯