煤矿安全生产知识(一).ppt

煤矿安全生产知识,城区安全生产技术培训中心郝广利,煤矿地质,,,,煤矿地质学概述地质学是研究地球，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。而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、确定煤的用途、煤的储量；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专业基础课。,煤矿地质和生产的关系,地质工作是煤炭开发的起点，并贯穿在煤炭勘探、煤矿建设、煤矿生产全过程。地质资料是矿井设计的主要依据。地质资料是指导煤矿正常生产不可缺少的根据。地质资料是与煤矿自然灾害作斗争的武器。煤矿地质工作是加强储量管理、煤炭资源合理开采、防止煤炭资源丢失起到非常重要的作用。,学习目的和内容,通过培训使学员掌握煤矿地质的基础知识，能够在实际工作中认清影响煤矿安全生产的地质因素，并知道有何影响，以便采取正确措施。学习内容主要包括1、煤的形成。2、煤层赋存状况。3、煤层顶底板4、地质构造,一煤的形成,一成煤的原始物质煤是由古代植物遗体变化形成的。主要证据1、在煤层及顶底板岩层有大量植物化石；2、用显微镜观察煤的薄片，可以看到煤中的木质细胞组织。低等植物（菌类、藻类）形成腐泥煤类。高等植物（木本植物）形成煤（也称腐植煤）。,,（二）煤的形成条件1、植物条件植物大量繁殖是形成煤的基本条件。2、气候条件温暖湿润的气候是形成形成煤的重要条件。3、自然地理条件适于大面积沼泽的自然地理环境。4、地壳运动条件（1）对自然地理环境起控制作用；（2）影响煤层厚度的变化；（3）形成多煤层沉积。在地壳发展的历程中，只有某个地区同时具备以上四个条件，彼此间又相互配合的较好持续时间较长，就能形成煤层多、厚度大、储量丰富的煤田。我国的主要成煤时期有古生代的石炭纪、二迭纪，中生代的三迭纪、侏罗纪，以及新生代的第三纪。,,三煤的形成过程植物死亡后，遗体堆积在低洼积水的沼泽中，经过复杂的腐泥化作用或泥炭化作用，形成了腐泥或泥炭。它们在地壳运动的影响下，被埋在地下深部，由于温度和压力的影响，腐泥转变成腐泥煤；泥炭转变成腐植煤。根据成煤作用时间、影响因素及结果的不同，成煤过程分为两个阶段1、泥炭化或腐泥化阶段（喜氧细菌和厌氧细菌作用）2、煤化阶段（温度和压力作用）（1）成岩阶段（2）变质阶段,低等植物,高等植物,,,腐泥,泥炭,,腐泥煤,,褐煤,,煤烟,,无烟煤,泥炭化或腐泥化作用,煤化作用,成岩作用,变质作用,,,,,,,,,,,,成煤作用及各阶段的产物,四煤系、煤田、煤层,1、煤系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。2、煤田大致在同一地质时代形成的、成因上有一定联系、分布面积广大、具有一定规律的含煤地带。3、煤层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、厚度极其变化是评价煤田经济价值的主要因素。认清煤层的赋存状态、顶底板岩石构成和地质构造情况对煤矿安全生产是极为重要的。,二煤层的赋存状态,（一）煤层的形态煤层的形态是指煤层赋存的空间几何形态。按其成层的连续程度及可采面积与不可采面积之比例，分为三类1、层状煤层呈连续层状，曾位稳定，厚度变化小、且有一定规律。,,,2、似层状煤层层位比较稳定，有一定的连续性，煤层厚度变化较大，无一定规律性。包括藕节状、窜珠状、瓜藤状等。3、非层状煤层层位极不稳定，连续性很差，分叉尖灭现象普遍，煤层厚度变化常常局部可采无规律可循。常见的有鸡窝状、扁豆状、透镜状。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（二）煤层结构煤层结构是指煤层中是否含有岩石夹层（又称夹矸）。煤层结构有两种1、简单结构煤层煤层中不含有稳定夹矸层。2、复杂结构煤层煤层中含有稳定夹矸层。,,,,,,,,,,,,,,,,,复杂结构煤层示意图,顶板,底板,夹矸,,,﹏﹏,,,,,（三）煤层厚度煤层厚度指煤层顶底板岩石之间的垂直距离，也称真厚度。1、煤层厚度示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,M,L,H,M,M＿＿＿真厚度,Ｌ＿＿＿＿水平厚度,Ｈ＿＿＿＿＿铅垂厚度,a倾角,MLsinaHcosa,,,,,a,（,,,,,,2、煤层厚度分类根据煤层结构可将煤层厚度分为总厚度、有益厚度、可采厚度三种。如图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0、1M,0、3M,0、4M,总厚度,,,0、5M,0、6M,0、4M,,,可采厚度,,,总厚度2、5M,0、2M,有益厚度1、7M,,可采厚度1、5M,,达到国家规定的最低可采厚度以上的煤层或煤分层厚度之和,,﹏﹏,﹏﹏﹏﹏,,3、煤层按厚度不同分类煤层厚度是选择采煤方法依据之一，根据厚度不同将煤层分为三个厚度级薄煤层≤1.30米中厚煤层1.30～3.5米厚煤层＞３.50米一般情况，薄及中厚煤层一次采全高，厚煤层采用分层开采，主要有分层同采、分层分采、综采放顶煤开采等。,三煤层的顶底板,位于煤层上覆后于煤层形成的岩层称为煤层的顶板，位于煤层下伏的先于煤层形成的岩层称为煤层的底板。煤层的顶底板岩石的性质、强度及含水性质，对采掘工作有直接影响。它是确定采掘工作面支护方式，选择顶板管理方法的重要依据。（一）顶板根据岩石性质、厚度及采煤过程中垮落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶、基本顶三种类型。,,,1、伪顶指直接位于煤层之上的岩层，薄而脆，及易垮落，多为炭质页岩或页岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不易维护。2、直接顶位于伪顶之上或煤层之上的一层或数层岩石，常为数米厚的泥质页岩、页岩、砂质页岩、粉砂岩、或细砂岩。它比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩需要进行人工放顶。,,3、基本顶又称老顶，位于直接顶之上（有时也可能紧帖在煤层之上）有一定厚度的坚硬岩石，一般为粗砂岩、砾岩、石灰岩。采空后能维持很大的悬露面积，长时间不垮落，仅发生缓慢下沉，当悬露面积到一定后垮落，造成工作面来压。二底板煤层底板分为直接底和基本底。1、直接底直接为于煤层之下的岩层称直接底。多为数十厘米厚，富含植物根化石的泥岩。由于这种岩石遇水膨胀，容易引起底鼓现象，造成运输线路或巷道支架的破坏2、基本底又称老底，位于直接底之下常为砂砾岩或石灰岩。。,,煤层顶底板示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,名称,柱状图,岩性,基本顶,砂岩或石灰岩,直接顶,页岩或粉砂岩,伪顶,煤层,直接底,老底,炭质页岩或页岩,半亮型,泥岩,石灰岩,,,,,,,,,,,,,,（三）煤层顶板分类１、易垮落松软顶板直接顶为厚层易垮落松软岩层，能随回柱垮落，并能充满采空区，工作面来压缓和。２、中等垮落的稳定顶板直接顶为松散岩层，厚度不大，能随回柱而垮落，但不能充满采空区，当工作面推进一段距离后，老顶也会垮落，工作面周期来压现象明显。３、难垮落的坚硬顶板煤层直接被老顶覆盖，不能随回柱而垮落，当老顶悬露到一定面积后垮落，使工作面周期来压剧烈，常常造成工作面条件恶化。,,４、极难垮落的坚硬顶板煤层之上覆盖了极坚硬的厚岩层，在采空区悬顶面积可达几千甚至几万平方米不垮落，一旦垮落会造成狂风、巨响，易造成大事故。５、塑性弯曲顶板直接顶是具有一定厚度塑性较大的坚硬岩石，回柱后不垮落，而随采空区面积增大而缓慢弯曲下沉，逐渐与底板接触。,四地质构造,由于地壳运动使岩层或岩体的原始产状和原始形态改变，形成了各式各样的构造形态称为地质构造。地壳运动单斜、褶皱、断层重力作用地下水作用侵蚀风化作用岩溶陷落柱、火山作用岩浆侵入体冰川作用,,,,,.,（一）单斜构造在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜的构造形态叫单斜构造。在较大范围内，它往往其他构造的一部分，如褶曲的一翼、或断层的一盘。１、煤（岩）层的产状要素倾斜煤（岩）层在地壳中的空间和产出状态，称为产状，煤（岩）层的产状是以其层面在空间的方位及其与水平面的关系来确定的，用走向、倾向和倾角三要素来表示。，（１）、走向倾斜煤（岩）层层面与水平面的交线称为走向线，走向线两端的延伸方向叫走向。它表示煤（岩）层在水平面上的延伸方向。（２）、倾向倾斜煤岩层层面上与走向线垂直的线叫倾向线，倾向线由高向低的水平投影所指的方向叫倾向。（３）、倾角煤岩层层面与水平面所夹的最大锐角叫倾角。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水平面,,岩层层面,,走向,倾向,倾角,a,,产状要素示意图,,地质罗盘测量,,２、煤层按倾角不同分类近水平煤层＜８缓倾斜煤层８～２５倾斜煤层２５～４５急倾斜煤层＞４５倾角大小反映煤岩层的倾斜程度，倾角越大，开采越困难，是选择采煤方法的依据之一。,,（二）褶皱构造当岩层在水平方向挤压力的长期作用下，所形成的各种弯曲变形，叫褶皱构造。褶皱构造是岩层塑性变形的产物，它保持了岩层的连续完整性。褶皱构造中岩层的一个弯曲叫褶曲，它是褶皱构造的基本单位。1、褶曲的基本形态（1）背斜是岩层向上的弯曲。背斜核心部位是老岩层，外侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现。外侧两翼岩层倾向相背。（2）向斜是岩层向下的弯曲。向斜核心部位是新岩层，外侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现。外侧两翼岩层倾向相背。,,,,,,,褶曲,褶曲,褶皱构造,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,新老新,,,背斜,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,老新老,,,向斜,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2、褶曲要素,,翼,,轴面,,轴,,枢纽,,,地表面,,顶角,,,,,,,,,,,,,,,翼角,,水平面,,岩层,,,褶曲各部位的名称,描述褶曲在空间的形态特征,核部、翼部、翼角、顶和槽、轴面、轴、枢纽,,３、褶曲的主要类型Ａ根据褶曲在横断面的特征（轴面产状）可分为,,,,,,,,,直立褶曲,倾斜褶曲,倒转褶曲,直立褶曲也称对称褶曲。轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。倾斜褶曲轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角明显不等。倒转褶曲轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，岩层层序一翼正常，另一翼倒转。,,Ｂ、根据褶曲在纵剖面特征（枢纽产状）可分为,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水平面,轴面,,,褶曲在水平面上延伸，枢纽近于水平，两翼的走向基本平行。,,褶曲在一定方向上倾伏至消失，枢纽倾伏，两翼走向不平行。,水平褶曲,倾伏褶曲,,,,４、褶曲构造与煤矿安全生产的关系（1）增大开采难度。（2）给顶板管理带来困难。由于褶曲轴部裂隙发育，岩层较为破碎，顶板不好管理，很容易发生冒顶事故；大型向斜轴部顶板压力常有增大现象，必须加强支护，否则容易发生垮塌、切面事故。（3）容易引起瓦斯事故。封闭的背斜轴部瓦斯涌出量大，向斜轴部是瓦斯突出的危险区。（4）容易引起水害。褶曲轴部裂隙是地下水的良好通道和储存场所。,（三）断裂构造岩层收力后产生变形，当作用力超过岩层的弹性变形时，岩层的连续性和完整性均遭到破坏，产生了断裂或沿断裂面岩块发生相对位移，这些构造统称断裂构造。断裂构造分为裂隙、簖层两种基本类型。1、裂隙岩层断裂后，断裂面两侧岩块未发生显著位移的断裂构造，称为裂隙（又称节理）。（1）类型按成因不同分为原生裂隙、构造裂隙、非构造裂隙。按裂隙产状和岩层产状关系分为走向裂隙、倾向裂隙、斜交裂隙。（2）裂隙与煤矿生产的关系A、炮眼方向应煤、岩层主要裂隙方向尽量垂直或斜交。否则，钻眼时易卡钎子；爆破时易沿裂隙面漏气，大大降低爆破效果。,,,B、采掘工作面应与煤层主要裂隙方向尽量垂直或斜交。否则，容易引起片帮、冒顶事故；突出危险矿井瓦斯不能向平巷散放，致使回采时瓦斯放散作用可能极其强烈。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,裂隙方向,工作面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,瓦斯,,,,,瓦斯,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,裂隙,铰接梁,立柱,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C、采煤工作面的支架应与顶板岩石主要裂隙方向垂直或斜交。,D、顶板岩石裂隙发育时，放顶距离应小一些。当煤层倾角小于15时，回柱放顶方向要根据主要裂隙方向确定，使顶板岩石顺着裂隙面以不大的块度冒落，保证安全。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3,3,3,2,1,2,1,1---12---23---3为正确回柱方向,456,,4顶板岩石主要裂隙方向,5新特种支架,6老特种支架,,工作面回柱方向示意图,,,E、裂隙破碎带是瓦斯、地下水的良好通道和储存场所，会造成淋水增大，瓦斯涌出量增大，必须注意预防水患和瓦斯事故。F、裂隙破碎带煤层破碎，顶板岩石破碎，必须加强支护，否则容易引起片帮、冒顶事故。2、断层岩层断裂后，断裂面两侧岩层发生了明显移动称为断层。（1）断层的要素A、断层面（或断层破碎带）B、断层线断层面与地面的交线，反映了断层的延伸方向，有时呈直线，有时呈曲线。C、断盘位于断层面上面的岩块叫上盘，位于断层面下面的岩块叫下盘。,,,D、交面线断层面与煤层底板的交线称为交面线。与上盘煤层底板的交线称上盘交面线，与下盘煤层底板的交线称下盘交面线。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,,,,7,1断层面倾向2断层面走向,3下盘（上升盘）4上盘（下降盘）,,5断层线6断层面,,7断层面倾角,,E、断距；断层两盘同一侧相对移动的距离。断距分为地层断距、铅直断距（也叫落差）、水平断距和斜断距。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,b,c,d,a地层断距,b水平断距,c落差,d斜断距,,（２）断层分类Ａ、按断层两盘相对位移的方向分类,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,正断层,逆断层,平移断层,,,,,上盘相对下降，下盘相对上升。,上盘相对上升，下盘相对下降。,两盘沿断层面做水平移动,,,,,,B、根据断层走向与岩层走向关系分类；,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,走向断层平行,,倾向断层垂直,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,斜交断层斜交,,,,,,,＋＋＋＋＋＋＋＋,＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,倾向断层,走向断层,斜,交,断,层,,（3）断层对煤矿安全生产的影响A、影响采区划分、工作面和巷道布置。工作面布置不规则，巷道掘进率明显增高，还常常会造成进尺，不仅带来损失，还会留下安全隐患。B、断层带岩石破碎，容易造成冒顶事故。工作面过断层时必须采取措施，加强支护。C、断层带岩石破碎，地表水和含水层中的水往往沿断层带流入井下，使井下涌水量增加，甚至引起突水事故。D、封闭的断层破碎带是瓦斯良好的积聚场所，是瓦斯突出的危险区。E、断层造成煤碳的损失。,,（四）岩溶陷落柱岩溶陷落柱就是指煤系地层中的环状陷落。它破坏了煤层的连续完整性。1、陷落柱的形成由于在煤系地层下部为可溶性石灰岩的地区，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰岩不断溶解破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在长期的上覆岩层的重力作用下，引起煤层及周围岩层塌陷，形成陷落柱。如我国华北石炭二叠纪煤系，形成于奥陶纪石灰岩古老侵蚀面上，应而陷落柱比较发育。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,。。,。。。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,陷落柱形成过程示意图,,2、陷落柱的特征（1）地貌上陷落区的形状一般为椭园或扁园形的陷落盆地。（2）陷落柱总的形态一般是上小下大的不规则园锥体。（3）陷落柱内的岩石碎块棱角显著，形状不规则，排列紊乱、大小混杂，为粘土充填粘结。（4）陷落柱与围岩的接触界面多呈不规则的锯齿状，界限明显。接触面的角度是上大下小，一般在50～85，75者最常见。接触处的围岩产桩基本正常，接触带的煤层及其顶底板一般无牵引现象。（5）接近陷落柱35米时岩层裂隙发育，煤层十分破碎，有时见到落差不大的正断层。（6）有的柱内干燥无水，有的有淋头水和小细流。（7）瓦斯涌出量增大，比正常地区一般高23倍。,,3、陷落柱对煤矿安全生产的影响（1）破坏可采煤层，减少煤炭储量。（2）降低采掘效率，提高生产成本。（3）容易造成冒顶事故。（4）可能引起突水事故。（5）发生瓦斯事故。,谢谢,