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煤矿地质学 绪 论 一、煤矿地质学概述 地质学 地质学主要是研究地壳的科学。具体地讲，它是研究地壳的构造、物质组成、发展变化、以及矿产的形成和分布规律等内容的科学。 现今地质学又分为许多有着一定联系、而又具有各自不同特点的学科，归纳起来可分为 静力地质学 主要研究地壳的物质组成，包括结晶学、矿物学、岩石学。 动力地质学 主要是研究改变地壳地貌、地壳组成和构造变动的因素，包括构造地质学、大地构造学、新构造运动学、地貌学和地质力学等。 历史地质学 主要研究地壳发展和生物演化的历史及其演变规律，包括古生物学、地史学等。 矿产地质学 主要研究矿产的形成及其分布规律，它包括矿床学、水文地质学、矿山地质学、石油地质学、煤田地质学。 此外还有地质学与其它学科相结合而产生的新学科，如地球化学、地球物理、数学地质和遥感地质。 煤矿地质 煤矿地质就是利用地质基础知识，研究煤的生成、煤的赋存状态、确定煤的资源储量及煤的用途，研究分析和解决影响矿井建设与采煤的地质因素，达到指导采掘工程的正常进行而发展起来的一门生产实践性较强的学科。 二、煤矿地质学的特点及研究方法 煤矿地质学是运用地质理论，解决煤矿地质问题的应用地质学，它与煤矿建设、开拓、开采紧密结合，是具有实践性很强的学科。 研究方法遵循“实践认识实践”的认识过程来进行研究。一方面要进行大量的直接观察和实验，获得详尽的实际资料；另一方面将获得的大量资料不断加以“归纳、分析研究、判断、推理”，将感性知识上升到理性知识，然后再将得到的理性知识去指导实践，并在实践中加以验证、补充与修改，使之更加符合客观实际。因此，地质工作者需要采取观察、实验、归纳、总结、去粗取精，去伪存真、由表及里的建立一套完整的地质工作方法。 三、煤矿地质与煤矿建井、地下开采、露天开采及煤矿测量的关系 煤矿地质资料是煤矿建井、地下采煤、露天采煤的设计依据。煤矿地质工作不仅是新井建设，矿井持续生产、老矿挖潜、以及解决水、火、瓦斯、冒顶等矿井灾害问题的重要手段，同时又是指导煤矿安全正常生产不可缺少的重要依据。没有可靠的地质资料不可能做出正确的矿井设计，没有正确的地质工作就不能正确地进行建井与回采。由此可见，矿井地质工作在煤矿建井、煤矿生产过程中占有重要位置。 煤矿地质工作是为露采、建井、地采服务的，同时又指导建井和采煤。它始终贯穿在露天剥离、建井、开拓、回采，直至矿井报废的全过程。如果掘凿一对竖井，由于地质资料错误致使井筒不能按期移交生产，或达不到设计目的；对地质资料了解不清，直接影响采煤方法的选择和采煤机械化的进行；如果资源储量估算不准确，将影响矿井服务年限和生产的正常接续；如果对水文地质条件、瓦斯的赋存、围岩压力，地质构造，地热等了解不清，将会带来严重的矿井灾害。 煤矿地质与矿山测量必须密切配合，才能很好的为采矿服务。如确定开采范围、测定井口位置，标定钻孔位置，指导巷道掘进方向等必须与煤矿测量共同进行。 第一部分 矿物与岩石 一、矿物 1、矿物的概念 矿物是在地质作用下，有一种元素或两种以上元素组合在一起，具有一定的外部形态、物理性质和比较固定的化学成分的自然物质。它使组成地壳岩石的基础。通常，自然物质多以固态存在于地壳中，少数呈液态（如石油、水银）和气态（如天然气）。自然界中，有一种元素组成的单质矿物，如自然金Au，铜Cu、石墨C等，也有两种以上的元素化合而形成的矿物，如石英SIO2，方解石caco3等。 2、矿物的肉眼鉴定方法 通常，对矿物肉眼鉴定的主要依据是矿物的形态、物理性质和化学性质等。 （1）矿物的形态 矿物的形态是指矿物的单体及集合体的形态。 1）矿物单体的形态 结晶习性 矿物晶体在形成过程中，往往生成某一习见形态的趋势。根据矿物晶体在三维空间发育成的不同，可分为以下三类。 ①一向延伸呈柱状、针状。如六方柱状的石英。 ②二向延伸呈板状、片状、鳞片状。如片状云母、板状石膏等。 ③三向等长呈粒状。如立方体的黄铁矿。 晶面特征 主要指晶面条纹。如立方体的黄铁矿晶面上条纹互相垂直，水晶的柱面上有平行的横纹。 2）矿物集合体的形态 矿物集合体的形态取决于个体形态和集合方式。 常见的集合体的形态有针状、柱状、纤维状、板状等。 （2）矿物的物理性质 矿物的物理性取决于矿物的内部构造和化学成分。 1颜色 颜色是矿物对光线中红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种波长的光波吸收的结果。 由于矿物对各种波长的光波吸收不同，则呈现的颜色也就不同。取不吸 收的可呈现黑色，基本不吸收的呈现白色，质吸收其中某些色光则呈现混合色。根据成因不同，颜色可分为以下三种 ①自色 指矿物本身固有的颜色。它是由矿物化学成分中含有的色素离子所引起的。 自色比较固定，具有重要的鉴定意义。产生自色的另一个原因，使矿物晶体的结构构造引起的。 ②他色 是指混入矿物中的带色杂质或气泡等所引起的颜色，它与矿物本身的内部构造和成分无关。他色随杂质成分的不同而发生变化。因而他物鉴定意义。 ③假色 它是矿物表面的氧化薄膜或内部裂隙等原因而引起光线发生干涉所呈现的颜色。它与矿物本身的内部构造无关。 2）条痕 条痕是指矿物在无釉瓷板上刻划后所留下的粉末颜色，是矿物成分的反应。条痕色比矿物的颜色要固定，它可以消除假色，减弱他色，显示自色。条痕对不透明或深色矿物具有重要的鉴定意义。 3）透明度 透明度是指矿物透光能力的大小，也就是光线透过矿物的程度。 ①透明 ②半透明 ③不透明 4）光泽 是指矿物表面对光的反射能力。分以下四种 ①金属光泽 ②半金属光泽 ③金刚光泽 ④玻璃光泽 以上四种光泽是矿物在平坦的晶面、解理面或磨光面上所反射的光泽。当矿物表面不平坦或呈集合体时，主要有以下六种光泽 ①油脂光泽 ②树脂光泽 ③蜡状光泽 ④土状光泽 ⑤丝绢光泽 ⑥珍珠光泽 5）解理与断口 矿物晶体在外力作用下沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。这样光滑的平面称为解里面。矿物受力后不沿一定方向裂开，而破裂成凹凸不平的面，称断口。 解理分为 一向解理 二向解理 三向解理 按解理出现的难易，解理面的大小和平整程度，将解理分以下五级 ①极完全解理 ②完全解理 ③中等解理 ④不完全解理 ⑤极不完全解理 6）硬度 硬度是指矿物抵抗外力刻划、压入或研磨的能力。通常把矿物的硬度分为十级。每级用一种矿物作标准，这是中矿物称为矿物硬度计，也叫摩尔矿物硬度计。 矿物硬度计 7）比重 根据比重将矿物分三类 ①轻矿物 比重小于2.5。 盐矿、石膏等。 ②中等比重矿物 比重小于2.54。 方解石、长石、石英等。 ③重矿物 比重大于4。 黄铁矿、褐铁矿等。 8）其它性质 ①磁性 ②弹性 ③导电性 ④压电性 （3）矿物的化学性质 二、岩石 一种或一种以上矿物组成的集合体，称为岩石。 根据岩石的成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。 1、岩浆岩 岩浆岩石油熔融状态的岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表冷凝而形成的岩石。 岩浆岩分为侵入岩和喷出岩两类。 侵入岩又分为深成岩和浅成岩两类。 根据sio2含量的多少，又将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性盐。 2、沉积岩 沉积岩是由早期形成的岩浆岩、沉积岩、变质岩经过风化、剥蚀、搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成新的岩石。 （1）沉积岩的一般特征 1）沉积岩的构造 沉积岩的构造是指其各个组成部分的空间分布，以及它们之间的相互排列关系。沉积岩的电性构造标志是层理构造，其次是层面构造。 层理是指岩石的成分、颜色、结构沿垂直方向变化而表现出来的层状构造。他是沉积岩最重要的构造特征。 层理的组成单位有小到大分为细层、层系、层系组、岩层。层的分界面，成为层面。 根据岩层中层理的形态，可分为以下三种类型 ①水平层理 ②波状层理 ③斜层理和交错层理 此外还有层面构造波痕、雨痕、泥裂、印足和虫迹。 2）沉积岩的结构 沉积岩的结构是指组成岩石矿物颗粒大小、形状及颗粒间的相互组合关系。根据沉积岩的成因，其结构可分为以下四种 ①碎屑结构 它是指碎屑物质颗 粒被胶结物胶结起来的一种结构。分为类、砾质结构、砂质结构和粉砂质结构。组成这种结构的岩石，其组成可分为两个部分一部分是碎屑颗粒，另一部分是胶结物，胶结物主要包括泥质的、钙质的、硅质的和铁质的。 ②泥质结构 ③鲕状结构和豆状结构 ④生物结构 3）颜色 颜色是沉积岩的一个重要特征，在煤矿常作为识别地层，对比岩层标志之一。 4）化石 5）结核 结核是指岩石中一种在成分上、结构上与周围岩石有明显区别的矿物集合体。 6）包裹体 是指有棱角、或大小混杂的松软岩石碎块夹杂在其它岩石中，这种岩石碎块称为包裹体。 （2）沉积岩的分类 按成因和物质成分的不同，沉积岩可分为三大类碎屑岩类，粘土岩类和化学岩及生物化学岩类。 在对砂岩进行鉴定时，要描述其颜色、矿物成分、颗粒大小、滚圆度、分选性、胶结物的成分、层理、包裹体、结核及化石的种类及保存程度。 3、变质岩 地壳上已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于高温、高压和外来物质的渗入，而引起其化学成分，结构及构造的改变，形成新的岩石，成为变质岩。 第二部分 地史学的基本知识 一、地质年代单位及年代地层单位的概念 划分地质年代和地层系统，对研究地壳的矿物、岩石和生物界等演化具有重要的理论意义，并对找和勘查矿产资源，矿山开采均具有重要意义。 地质学把地壳的历史划分为宙、代、纪、世、期、时六个地质年代单位。 地层一般是指某一时代形成的一套成层岩石，就称那个时代的地层。因此地层是有时间概念和新老空间关系的。而岩层是没有时间概念的。 将地层划分不同级别的单位，称为地层单位。已形成地层时间为主要划分依据的地层单位，称为年代地层单位。年代地层单位与地质年代单位相对应，从大到小依次为宇、界、系、统、阶、时间带六个等级。 二、地层的接触关系 由于地壳运动，使地表隆起的地区发生剥蚀作用，后又变成凹陷地区，进行沉积作用，形成新的岩层。新老岩层之间的接触关系分为整合、假整合和不整合三种。 1、整合 2、假整合（平行不整合） 3、不整合（角度不整合） 第三部分 地质构造 一、地质构造的概念 原始形成的沉积岩层，其产状一般是水平，并在一定分布范围内连续完整。但是在野外见到的沉积岩层，是以受地壳运动的影响而发生了倾斜、褶皱，有的还发生了断裂，火焰断裂面产生了位移。这种由地壳运动而造成的岩层或岩体的原始产状和原始形态的改变，称为地质构造变动。发生构造变动的岩层或岩体，形成了各式各样的构造形态（如褶皱、裂隙、断层），称为地质构造。 二、单斜构造 在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜，这种构造形态称为单斜构造。 1、岩层的产状要素 岩层在地壳中的空间位置和产出状态，称为岩层的产状。岩层的产状，是以岩层层面在空间的方位与水平面的关系来确定的。通常是用岩层的走向、倾向和倾角等产状三要素来表示。 1走向 倾斜岩层的层面与水平面的交线，称为走向线。走向线上各点的高程都相等。走向线两端延伸的方向，称为岩层的走向。走向就是表示倾斜岩层在水平面上的延伸方向。 当岩层是个平面时，其走向线为一条直线，各点走向不变；当岩层为曲面时，其走向线为一条曲线，各点走向不同。 （2）倾向 岩层层面上垂直于走向线，并沿岩层层面倾斜向下引出的直线，叫真倾斜线。真倾斜线在水平面上的投影线所指岩层向下倾斜的方向，就是岩层的倾向。 （3）倾角 真倾斜线与其在水平面上的投影线的夹角，叫倾角。 2、地质罗盘及使用 地质罗盘的主要部件是磁针和倾斜仪。 磁针静止时所指的方向为磁南和磁北，常与地地理上的南北不一致，它们之间有一个偏离角，这个叫称为磁偏角。 三、褶皱构造 当岩层在水平方向积压力的长期作用下，发生塑性变形而形成的波状弯曲。这种构造形态称为褶皱构造。褶皱构造中岩层的一个弯曲，称为褶曲。褶曲是褶皱构造的基本单位。 1、褶曲的基本形态 褶曲的基本形态分为背斜和向斜。 2、褶曲要素 褶曲的基本组成部分及相互关系的几何要素，如核部、翼部、轴面、轴、枢纽等统称为褶曲要素。图2。 四、断裂构造 岩层受力后产生变形，当作用力达到或超过岩层的强度极限是时，岩层的连续完整性遭到破坏，则在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂，沿断裂面两侧岩块未发生显著位移或发生显著相对位移的，这些构造统称为断裂构造。 断裂构造分为裂隙和断层两种。 1、裂隙 又称节理，岩层断裂后，两侧岩层未发生显著位移的断裂构造，称为断裂。 裂隙的分类原生裂隙和此生裂隙。此生裂隙又包括构造裂隙和构造裂隙。构造裂隙又包括张裂隙和剪裂隙。 裂隙与煤矿生产的关系 （1）裂隙于钻眼、爆破的关系 岩石裂隙发育时，炮眼不能沿主要裂隙面布置，否则会卡钎子，在使用一字形钎头时更需要注意；爆破时，容易沿裂隙面漏气，降低爆破效率。因此炮眼布置引进两垂直主要裂隙面。在裂隙发育的煤层中爆破时，炮眼间距可大些。 （2）利用裂隙提高回采率 工作面推进方向与裂隙发育方向一致时，落煤容易，推进速度快，回采率高。 （3）裂隙于采煤工作面的支护和顶板管理的关系 煤层顶板裂隙发育时，不能用顶柱、锚杆支护，应采用棚子及锚网或锚喷等支护。且支架要加密，棚子的顶梁不要平行主要裂隙方向。 在煤层顶板裂隙发育情况下采用长壁采煤方法时，放顶距离要小些。当煤层倾角小于15时，回顶、放顶方向需根据顶板岩层的主要裂隙方向来定，应使顶板岩石顺裂隙面以不大的块度冒落，保证回柱放顶工作的安全。 （4）裂隙与矿井水的关系 裂隙破碎带使地下水的良好通道，因此在裂隙破碎带发育的区域，矿井涌水量会增大，有时可能出现水患，在生产中要引起重视，采取措施，确保安全生产。 五、断层 岩层受地应力的作用而发生变形，当应力超过岩层的强度极限时，岩层发生断裂，在力的作用下，两侧岩块沿断裂面发生显著相对位移的断裂构造，称为断层。 1、断层要素 （1）断层面 （2）断层线 （3）断盘 （4）断距（落差） 2、断层的分类 （1）根据断层两盘相对移动的方向分 ①正断层 ②逆断层 ③平推断层 （2）根据断层走向与岩层的走向关系分 ①走向断层 ②倾向断层 ③斜交断层 （3）断层的组合形式 ①地堑和地垒 ②叠瓦状构造 ③阶梯状构造 3、井下遇断层的征兆（标志） （1）、煤岩层产状发生显著变化。断层附近的煤、岩层产状，由于受到断层两盘相对运动的影响，往往发生剧烈的变化。 （2）、煤层厚度发生变化，煤层顶、底板出现不平行现象。 （3）、近断层处常出现牵引褶曲、煤层揉皱和破碎现象。 （4）、接近断层时，煤层和顶、底板岩层中裂隙显著增加，并且常常具有一定的规律性。 （5）、在大断层附近常伴生一系列小断层，包括平行小断层、羽状节理等。 （6）、瓦斯大的矿井，巷道接近断层时，瓦斯涌出量往往有明显变化。 （7）、在充水性强的矿井，接近断层时，往往出现滴水、淋水甚至涌水现象。 4、井下寻找断失煤层的方法 当掘进巷道遇断层时，就应查明断层的性质、规模，并指出继续掘进的方向，寻找断失的煤层。 （1）、煤、岩层层位对比法寻找断失煤根据巷道已揭露的断层另一盘煤、岩层层位，结合断层的产状，来判断断层的性质和落差。 （2）、根据伴生、派生的小构造及断层面上的特征寻找断失煤这些小构造既可以作为断层存在的征兆和标志，又可作为判断层性质、推断断失翼煤层的依据。这些小构造有 ① 牵引褶曲靠近断层附近的煤层和岩层，由于受断层影响，常发生弯曲，称之为牵引褶曲。这种褶曲的尖端只是这相对盘运动方向。 ② 羽状断裂分布在主断层的一侧或两侧，与主断层斜交呈羽状的小型断裂，羽状断裂如果是正断层，则它与主断层所夹的锐角的尖端指示着小断层所在盘的相对运动方向。羽状断裂如果是逆断层，则它与主断层所夹的锐角的尖端指示着小断层相对盘运动方向。 ③ 平行小断层在主断层附近有时伴生一组平行小断层，这些小断层往往与主断层性质相同，根据小断层的性质可以判断主断层的性质。 ④ 断层带和断层面的特征断层带内常有破碎的煤屑，沿断层带呈煤线分布，沿着煤线分布方向可以找到断失煤层。 断层面上的擦痕阶步擦痕是两盘岩石被破碎的岩屑和岩粉在断层面上刻划的结果，擦痕有时表现为一端粗而深，一段细而浅。由粗而深向细而浅端指示对盘运动方向。用手指顺擦痕轻轻抚摸，常常可以感到顺一个方向比较光滑，而相反方向比较粗糙，感觉光滑的方向指示对盘运动方向。 （3）根据规律类推法寻找断失煤通过勘探、建井、生产实际揭露大量的地质资料积累，对本井田的断层得出规律性的认识，在遇断层后，可判断断层的性质，就可以判断断失煤层的错动方向。 （4）、作图分析法将新揭露的断层产状要素填绘到剖面图、水平切面或煤层底板等高线图上，通过分析对比更能直观地判断新揭露的断层的性质和落差。 （5）、生产勘探法如果遇到断层，通过观测和综合分析仍不能判断断层的性质和落差，或已知断层性质而不知落差，可采用巷探、井下钻探和物探的方法查明断层。 5、井下巷道和回采工作面遇断层处理方法 平巷过断层平巷过断层又分为斜穿煤层顶、底板和顺断层面掘进两种方式。 （1）、斜穿煤层顶、底板过断层煤巷遇断层后可以不改变巷道坡度而改变巷道的方向通过断层，当煤层平巷在断层上盘需要破顶改向，穿过断层。当煤层平巷穿过断层后，在断层下盘需要破底改向进入煤层。 （2）、顺断层面过断层有些同倾向斜交的正断层，如果断层带的岩石压力不大、而又无瓦斯、水等威胁时，可沿断层掘进而进入另一翼煤层。但是，如果断层附近岩石破碎、压力大，又有水、瓦斯等威胁时，则需要穿过断层后，距断层面留有一定宽度的安全煤柱，掘石门进入另一翼煤层。 斜巷过断层的处理方法 斜巷过断层上山、下山等倾斜巷道遇到断层后，可以根据生产的需要采取多种形式过断层。 （1）、当断层落差较小时，根据断失盘是上升盘或下降盼来采取挑顶、卧底或挑顶卧底相结合的方式通过。 （2）、当断层落差较大时，为了防止丢煤和少掘巷道，就不可能采用上述方法，而必须改用石门、反眼、立眼等方式进入另一翼煤层。 6、断层对煤矿生产的影响 （1）、影响矿井或采区边界，在划分矿井或采区边界时，如有落差较大的断层存在，将大断层作为它们的边界。 （2）、影响井筒位置的选择为了井筒的建设施工和使用安全，在设计中，立井井筒和井底车场都要避开较大断层。 （3）、影响运输大巷的选择井下运输大巷是生产上长期使用的巷道，要布置在较坚硬的岩层中，而且要尽量少改变方向，如果前方遇断层，必须处理好巷道改向问题。 （4）、影响采区的划分为了避免断层对回采的影响，提高矿井回采率，尽可能将较大断层作为采区边界。 7、地质构造对煤矿生产有哪些影响 （1）、影响井型规模和井田划分构造破坏严重的地区不能建大型矿井，而大型褶曲轴部和大断层又往往是划分井田的自然边界。 （2）、影响开拓布置断层和褶皱队水平划分、运输大巷的布置、采区划分与巷道布置都有较大影响，构造复杂，巷道系统复杂。 （3）、影响掘进率构造复杂，工作面布置往往不正规，需多送巷道甚至出现无效巷道，使掘进率增大。 （4）、影响工作面正常生产回采工作面出现断层，会给生产条件造成复杂，影响正规循环，接续紧张，甚至造成生产中断。 （5）、影响回采率构造复杂区域，需要留设断层煤柱，造成面积损失，矿井回采率降低。 （6）、影响安全生产对于涌水量较大和具有瓦斯突出的矿井，断层可以导通含水层，造成淹井，构造破碎带已引起瓦斯积聚，易发生瓦斯突出，地质构造直接破坏煤层顶板，岩石破碎，易发生冒顶事故。 六、岩浆岩侵入体 岩浆岩倾入体在含煤地层内主要有以下两种产状 （1）岩墙 （2）岩床 第四部分 煤、煤层、煤系和煤田 一、煤 1、成煤的原始物质 2、煤的形成条件 （1）植物条件 （2）气候条件 （3）自然地理条件 （4）地壳运动条件 3、煤的形成过程 （1）泥炭化及腐泥化阶段 泥炭化阶段 腐泥化阶段 （2）煤化阶段 成岩作用 变质作用 4、煤的工业指标 （1）水分（M） 煤中的水分是有害物质。水在煤中存在状态有两种外在水分和内在水分。 全水分（Mt） （2）灰分（Ad） 煤完全燃烧后剩下的灰渣。主要成分有氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）和氧化铁（Fe2O3）。 （3）挥发分（Vdaf） 在隔绝空气的条件下，将煤置于900℃的温度下加热7分钟，煤中的有机物质和矿物质发生热分解，分解出来的气态物质称为挥发分。 （4）发热量（Q） 单位重量的煤完全燃烧时放出的热量。 弹筒发热量Qb,ad 高位发热量Qgr,ad 低位发热量Qnet,ad 恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af d干燥基 ad空气干燥基 daf干燥无灰基 net低位 gr高位 ar收到基 （5）硫分（St） （6）磷含量（Pt） 5、煤的物理性质 煤的物理性质指煤的宏观特征。它包括颜色、条痕、光泽、硬度、比重、脆性、断口、裂隙、导电性等。 6、宏观煤岩成分和煤岩类型 （1）宏观煤岩成分 ①丝炭 是一种简单的煤岩成分，形似木炭，丝绢光泽，暗黑色，性脆易碎，乌手。 ②镜煤 呈黑色，具玻璃光泽，贝壳断口，质纯，性脆易碎，光亮如镜。 ③亮煤 为黑色，玻璃光泽，灰分含量低，性脆易碎。 ④暗煤 光泽暗淡，灰分高，比重和硬度较大。 （2）宏观煤岩类型 ①光亮型煤主要由镜煤和亮煤组成。 ②半亮型煤 主要由亮煤组成。 ③半暗型煤 主要由暗煤和亮煤组成。 ④暗淡型煤 主要由暗煤组成。 7、我国煤炭工业分类 根据干燥无灰基挥发分（Vdaf）、角质层最大厚度（Y）值、恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af和透光率PM等指标，我国煤炭工业将煤炭资源共分为十个大类和二十四个小类。 二、煤层 1、煤层概念 煤层是指顶、底板岩石之间所夹的一套煤及其矸石层。 煤层是煤系的主要组成部分，煤层层数、厚度及其变化是评价煤田经济价值的主要因素。 2、煤层顶、底板 （1）顶板 煤层上覆的岩层。 根据岩性、厚度及采煤过程中的跨落难易程度，顶板分为伪顶、直接顶和老顶。 （2）底板 位于煤层之下的岩层。分为直接底和老底两种。 3、煤层结构 煤层结构是指煤层中是否含有夹石层。分为简单结构和复杂结构和极复杂结构三种。 4、煤层的形态 煤层赋存的空间几何形态。分为层状煤层、似层状煤层和不规则状煤层三种形态。 5、煤层的厚度 （1）厚度分类 ①总厚度 ②有益厚度 ③可采厚度 ④最低可采厚度 （2）煤层厚度等级 ①薄煤层 ≤1.3m ②中厚煤层 1.3m3.5 m ③厚煤层 ＞3.5 m 6、井下煤层观测点的观测描述内容 （1）、当巷道揭露煤层全厚时，每个观测点应观测煤层厚度、各煤分层厚度，夹石层厚度、岩性和坚硬程度；当巷道不能揭露煤层全厚时，应按相关规定的间距探测煤层全厚。 （2）、在层位难以判断，煤层对比困难时，还应仔细观测煤分层的宏观煤岩成分和类型；煤的光泽、颜色、断口、软硬程度、脆韧性、结构构造和内生裂隙的发育情况；煤中所含结核于包裹体的成分、形状、大小、坚硬程度及其分布特征等。 （3）、煤层的含水性。一般分干燥（无水）、潮（滴水）、湿（淋水）、含水（涌水）四种情况。 （4）、煤层的产状要素。要观测煤层的走向、倾向、倾角，以及其他构造所显示的形迹。 （5）、煤层的顶底板特征，其中包括伪顶、直接顶、老顶和伪底、直接底的岩石名称，分层厚度，岩性特征，裂隙发育情况及其与煤层的接触关系等。必要时，应采取岩样进行物理力学实验。 三、煤系 煤系又称含煤建造。它是指在一定地质时期内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。 四、煤田 煤田是在同一地质历史发展过程中，所形成的具有连续发育的的含煤岩系分布的广大区域，虽经后期构造破坏或侵蚀冲刷而有分割，但基本是连成一片或有规律的分布。 我国煤田可划分为六个大区即华北石炭二叠纪聚煤区、华南二叠纪聚煤区、西北侏罗纪聚煤区、东北侏罗纪和第三纪聚煤区、西藏滇西聚煤区、台湾中生代第三纪聚煤区。 第五部分 矿井水文地质 一、一般概念 1、岩石的透水性及给水度 岩石本身的透水能力，称岩石的透水性。 岩石的透水性用渗透系数（K）表示，单位m/d。 渗透系数是指在单位时间内，水利坡度为1时，水在岩石中渗透的距离。 根据渗透系数的大小，将岩石的透水性分为三类 （1）透水性岩石 K＞10m/d或110m/d （2）半透水岩石 K值在10.01m/d （3）不透水岩石 ＜0.01m/d 给水度 在自由状态下，因重力作用，水从岩石中流出的能力。 2、水在岩石中的存在形式 （1）气态水 （2）结合水（薄膜水） （3）毛细水 （4）重力水 （5）固态水 二、地下水的分类 1、地下水按埋藏条件分 （1）饱气带水（上层滞水） （2）潜水 （3）承压水 2、地下水按含水层的性质分 （1）孔隙水 （2）裂隙水 （3）岩溶水 三、矿井涌水量的计算方法 （1）、水文地质比拟法根据与新建矿井相邻或水文地质条件相似的已开采的生产矿井水文地质资料，预测新矿井涌水量的方法。 ①含水系数法含水系数（Kc）是以某一时期矿井排水量Q1与同期矿井煤炭产量（P1）的比值， 即Kc Q1/P1。 这样用Kc就可以预测条件相似新矿井涌水量， 即Q2 KcP2。 式中Q2为设计新矿井涌水量，P2为新矿井设计能力。 ②单位涌水量法 矿井涌水量有时与水位降深、开采面积大致成直线线性关系，因此可按下式求出生产矿井的单位涌水量 qQ1/（F1S1）。中q生产矿井单位涌水量，Q1生产矿井总涌水量，F1 生产矿井开采面积，S1生产矿井水位降深，利用q可预测新矿井涌水量。 Q2q1 F2S2或 Q2 F2/F1 1/m S2/S1 1/n 式中Q2、F2、S2分别为新井、新区或新水平的矿井涌水量、开采面积、水位降深，m、n为待求系数。 （2）、解析法主要采用“大井法”，即把矿井整个想到系统看成一个“大井”，用裘布依公式计算矿井涌水量 Q1.366K（H2-h2）/lgR-lgr（对于潜水）或 Q2.73KMS/lgR-lgr（对承压水水） 四、矿井充水因素 1、矿井水害有几种类型 矿井的水害类型主要有 ①地表水 ②冲积层水 ③岩溶水 ④煤层顶、底板含水层水； ⑤老塘、老空、采空区和废弃的井巷积水 ⑥断层水 ⑦灌浆水 ⑧封闭不良的钻孔水。 2、矿水的防治方法 为了预防发生水害事故，对矿井水的防治一般采取以下几种措施 （1）、地面防排水包括堵塞通道，修建沟渠、堤坝，河流改道等。 （2）、探放水在生产矿井范围内，常常有许多充水的小窑老空、充水断层和强含水层。但采掘工作面接近这些水体时，就要坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”探放水原则。 （3）、疏放排水采用泄水巷，放水钻孔，直通孔，降压钻孔等方式疏放煤层顶、底板含水层等水体。 ①顶板水的疏放一般采用泄水巷，放水钻孔，直通孔进行疏放。 ②底板水的疏放一般采用泄水巷，降压钻孔进行疏放。 （4）、留设防水煤柱在受水害威胁的地段，预留一定宽度和一定高度的煤柱，使工作面与水体保持一定的安全距离。 （5）、构筑水闸门和水闸墙水闸门和水闸墙是用来预防井下突然涌水，威胁矿井安全而设置的堵水设施。 （6）、注浆堵水对于采掘前方的导水裂隙发育区或导水断层附近采用预注浆的方式封闭导水通道。 3、采掘工作面确定探水线进行探水 采掘工作面有下列情况之一，必须确定探水线进行探水 （1）、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。 （2）、接近含水层、导水断层、岩溶和导水陷落柱时。 （3）、打开隔离煤柱放水时。 （4）、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。 （5）、接近有出水可能的钻孔时。 （6）、接近有水的灌浆区时。 （7）、接近其他可能出水的地区时。 第六部分 矿井资源储量及其管理 一、一般概念 1、煤炭资源储量 指具有工业价值，可供开采利用的地下煤炭资源数量总和。 2、现行煤炭资源储量分类 依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同，煤炭资源储量分为储量、基础储量和资源量三类。 （1）基础储量 是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包括品位、质量、厚度、开采技术条件等）。是精详查、勘探所控制的、探明的并通过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设计、采矿损失的数量表示。有6种类型。 111b、121b、122b、2M11、2M21、2M22。 （2）储量 是指基础储量中经济可采部分。依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同，储量又分为可采储量和预可采储量。有3种类型。 111、121、122。 （3）资源量 是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括可行性研究和预可行性研究证实位次边际经济的矿产资源以及经过勘查而未进行可行性研究或预可行性研究的内蕴经济的矿产资源；以及经过预查后预测的矿产资源。有7种类型。 2S11、2S21、2S22；331、332、333、334 3、传统煤炭资源储量分类 可采储量 工业储量p; 设计损失量 能利用储量 远景储量 地质储量 暂不能利用储量 4、矿产资源地质勘查工作阶段的划分 矿产地质勘查工作共分四个阶段 预查、普查、详查、勘探四个阶段。 （1）预查 依据区域地质或物化探异常研究结果、初步野外观测、极少量工程验证结果、与地质特征相似已知矿床类比、预测，提出可供普查的矿化潜力较大的地区。有足够依据时刻估算出预测的资源量，属于潜在矿产资源。 （2）普查 是对可供普查的矿化潜力较大地区、物化异常区，采用露头检查、地质填图、数量有限的采样工程及物化探方法，大致查明普查区内地质、构造概况；大致掌握矿体的形态、产状、质量特征；大致了解矿床开采技术条件；矿产的加工选冶性能。最终提出是否有进一步详查的价值，或圈出详查区范围。 （3）详查 是对普查圈出的详查区通过大比例尺地质填图及各种勘查方法和手段，比普查阶段密的系统取样，基本查明地质、构造、产状、大小和矿石质量，基本确定矿体的连续性，基本查明矿床开采技术条件，对矿石的加工选冶性能进行类比或实验室流程实验研究，做出是否具有工业价值的评价。必要时，圈出勘探范围，并可供与可行性研究、矿山总体规划和作矿山项目建议书使用。对直接提供开发利用的矿区，其加工选冶性能试验程度，应达到可供矿山建设设计的要求。 （4）勘探 是对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区，通过加密各种采样工程，其间剧足以肯定矿体的连续性，详细查明矿床地质特征，确定矿体的形态、产状、大小、空间位置和矿石质量特征，详细查明矿体开采技术条件，对矿产的加工选冶性能试验流程实验或实验室扩大连续实验，为可行性研究或矿山设计提供依据。 5、地质可靠程度 地质可靠程度反映了矿产勘查阶段工作成果的不同精度，分为探明的、控制的、推断的和预测的四种。 6、构造复杂程度、煤层稳定程度类型划分及钻探工程基本线距 构造复杂程度划分为四种类型 （1）简单构造 （2）中等构造 （3）复杂构造 （4）极复杂构造 构造复杂程度类型钻探工程基本线距表 煤层稳定程度划分为四种类型 （1）稳定煤层 （2）较稳定煤层 （3）不稳定煤层 （4）极不稳定煤层 煤层稳定程度程度类型钻探工程基本线距表 二、煤炭资源储量估算 1、资源储量估算的工业指标 （1）煤层厚度 （2）最高灰分Ad （3）最高硫分St,d （4）最低发热量Qnet,d 煤炭资源储量估算指标 2、煤炭资源储量估算边界的确定 （1）自然边界 煤层露头线、断层线、河流、井田边界、等。 （2）工业边界 最低可采厚度线等 （3）人为边界 勘探线、标高、工业广场、煤柱线等 3、煤炭资源储量估算参数 （1）面积 （2）煤层倾角 当煤层倾角小于15度时，可以利用煤层的伪厚度和水平投影面积估算资源储量；当煤层倾角大于15度时，则必须以煤层的真厚度和斜面积进行估算。 （3）煤层厚度 （4）视密度 4、煤炭资源储量估算方法 （1）、算术平均法在井田边界范围内，把计算块断当作简单的几何体，即面积是规则的几何形状，厚度就是井田边界内所有见煤点的平均厚度。 计算公式QFhD Q估算块断的资源储量t。 F块断的斜面积m2。 h块断见煤点平均厚度（m）。 D煤层的平均视密度t/m3。 （2）、地质块断法 根据地质研究程度，资源储量类别，煤层产状条件及煤质分布、生产设计要求和井巷工程及地质勘查资料等因素，把井田或矿区分成若干个块断，测定各个块断的水平投影面积，按块断平均煤厚，平均倾角和平均视密度估算各个块断的资源储量。当煤层倾角大于60度时应在煤层立面投影图或立面展开图上估算资源储量。 （3）、煤层底板等高线法 煤层底板等高线水平投影图上估算资源储量时，用等高线法，即以相邻等高线划分成计算单元，相邻等高线之间的煤层斜面积，再以相邻等高线之间的各见煤点平均煤厚及视密度即可估算相邻等高线之间的资源储量。 （4）、多边形法 在资源储量估算区内各见煤点之间连线，自各连线的中点做垂线，它们相交而构成该见煤点周围的多边形。测定多边形面积，采用该见煤点获得的煤厚、视密度、煤层倾角资料，即可估算多边形所圈定的资源储量。 （5）、断面法 利用相邻的断面所构成的煤体体积，煤层视密度估算相邻断面之间资源储量。此方法多适用于露天煤矿资源储量估算。 三、三量管理 1、三量的概念 三量是指在生产矿井中资源储量范围内的开拓煤量、准备煤量和回采煤量。 （1）开拓煤量 开拓煤量是指已完成开采所必须的主井、副井、风井、井底车场、主要石门（或中央石门）、采区石门、集中运输大巷、集中下山或采区下山、主要溜煤眼和必要的总回风大巷等开拓、掘进工程所圈定的煤量。 （2）准备煤量 准备煤量是指在开拓煤量范围内已完成所必需的采区运输巷道、采区回风巷道及采区上山等掘进工程所圈定的煤量。 （3）回采煤量 回采煤量是指在准备煤量范围内为采区上山、中间巷道（回采工作面运输巷道、回风巷道）和回采工作面切眼所圈定的煤量。 2、三量的可采期与计算 （1）三量的可采期 开拓煤量的可采期限为35年以上。 准备煤量的可采期限为1年以上。 回采煤量的可采期限为46个月以上。 （2）生产矿井三量可采期的计算 开拓煤量的可采期（年）期末开拓煤量/当年计划产量。 准备煤量可采期（月）期末准备煤量/当年平均月计划产量。 回采煤量可采期（月）期末回采煤量/当年平均月计划回采煤量。 3、回采率标准与计算 （1）我国回采率标准 ①采区回采率 薄煤层不低于85；中厚煤层不低于80；或煤层不低于75。 ②工作面回采率 薄煤层不低于97；中厚煤层不低于95；或煤层不低于93。 （2）回采率计算 采取回采率（）（采区采出的煤量/采区资源储量）100 第七部分