07级采矿、通风地质课重点1.doc

煤矿地质学是运用地质学的基本理论，研究和解决与煤矿设计、建设、生产有关地质问 题的一门地质学的分支学科。 煤矿地质学是随着煤炭资源的开发而发展起来的，它主要研究煤矿建设、生产过程中的 各类地质问题，总起来有以下三方面的内容 1地质基础理论部分，包括地球概况、地质作用、地壳的物质组成矿物、岩石、地质构造、古生物和地史等有关的基本知识。它们是研究任何地质学的分支学科都必须掌握的，在奠定了地质学的理论基础后，方能对煤矿地质学进行系统而深入的研究。 2影响煤矿开发的地质因素，包括煤的形成、煤的物质组成和性质、煤的分类和用途；煤层的形态、结构、厚度和储量；煤层顶底板、地质构造、岩浆侵入体、岩溶陷落柱、水文地质、工程地质，以及水、火、瓦斯、煤尘等矿害。 3获取煤矿地质资料及处理生产地质问题的方法包括煤炭资源地质勘探、煤矿建井时期的地质工作和生产阶段的地质工作。重点是井巷地质编录、对影响煤矿生产地质因素的判断与处理、煤矿常用地质图件的编制、识读和应用，以及储量计算和储量管理等。 促使地壳的物质成分、内部构造和地表形态等方面发生变化的作用，称地质作用。引起地质作用的动力，称地质营力或地质动力。 依据地质作用的能源不同，地质作用分为两大类；一类是由地球内部的能简称内能所产生的地质内动力引起的，称为内力地质作用，另一类是由地球外部的能简称外能所产生的地质外动力引起的，称为外力地质作用。 矿物是在地质作用下，由一种元素或由一种以上元素化合在一起形成的具有一定化学成分、物理性质和形态特征的自然物质。它们是化学元素在地壳中存在的形式，也是组成岩石和矿石的物质基础。 矿物的光学性质 指矿物对光的吸收、折射和反射所产生的各种性质。其中，包括颜色、条痕、光泽和透明度等。 矿物的力学性质 矿物受打击、刻划、研磨等外力作用所表现出来的各种物理性质，称为力学性质。主要包括硬度、解理、断口、弹性等。 肉眼鉴定矿物的一般步骤是首先观察矿物的形态特征，然后找出矿物的新鲜面，观察矿物的光学性质、力学性质及其它物理性质；当有必要时，最后再利用简单试剂，测试矿物的化学性质。 1．石英 SiO2 晶体呈六方柱状及双锥状，柱面上具有相互平行的横条纹参见图33。常为粒状、块状集合体，有时可见其晶簇。无色，含气泡时呈乳白色，含杂质时可为紫、烟黑等多种颜色，透明至半透明；晶面具玻璃光泽，断口为油脂光泽。硬度7；无解理；贝壳状断口。比重2.5～2.8。无色透明者称水晶。 石英是制造玻璃、陶瓷原料，水晶用于光学仪器、无线电和国防工业。 隐晶质的SiO2，称为玉髓。非晶质胶态的SiO2，称为蛋白石SiO2nH2O。 2．正长石 K[A1Si3O8] 晶体常为厚板状或短柱状图310。呈肉红或淡黄色；玻璃光泽，半透明。硬度6；比重2.56～2.58，具两组解理，一组完全，一组中等，交角90，故名正长石，容易风化成高岭石或铝土矿。 主要用作陶瓷及玻璃工业原料，也是农业钾肥的原料。 18．黄铁矿 FeS2 晶体常为立方体或五角十二面体；立方体的晶面上具有与棱平行的晶面条纹，相邻晶面上的条纹相互垂直参见图33，有时呈致密块状、粒状或结核状集合体。浅铜黄色；条痕为绿黑色；金属光泽；不透明。硬度6～6.5；无解理；参差状断口；性脆。比重4.9～5.2。 黄铁矿是制造硫酸、硫磺的原料。 19．石墨 C 完整晶体极少；常呈鳞片状、块状与土状集合体。铁黑至钢灰色；条痕黑灰色；半金属光泽。硬度l～2；一向完全解理；薄片具挠性。比重2.09～2.23。有滑感，易污手。 可用于制作坩埚、电极、铅笔芯、润滑剂及原子工业的中子减速剂等。 在地质作用下形成的一种或一种以上矿物的集合体，称为岩石。 岩浆岩是由侵入地壳内的岩浆及喷出地表的熔浆冷凝后形成的岩石。 浆侵入地壳或喷出地表的过程中，不同深度有着不同的温度和压力条件，从而形成了具有不同特征的岩石。根据生成环境的不同，将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。岩浆深成侵入冷凝形成的岩石，称为深成岩；岩浆浅成侵入形成的岩石，称为浅成岩。岩浆喷出地表后熔浆冷凝形成的岩石，称为喷出岩。 岩浆岩的结构和构造 岩浆在地表或地下不同深度冷凝时，由于物理、化学条件如温度、压力等不同，岩浆冷凝速度快慢不等，从而造成岩浆岩结构、构造的多样性。一定的结构、构造反映了一定的生成环境，因此研究岩浆岩的结构和构造，有助于了解岩浆岩的形成环境，同时也是进行岩石鉴定、分类命名的重要依据。 1岩浆岩的结构 指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及矿物之间组合方式等，反映出岩石在构成上的特征。肉眼观察时，常见的结构有以下几种 1等粒结构，指岩石中的矿物均为晶体全晶质，而且主要矿物颗粒大小近于一致。这种结构常为深成岩所具有。有时浅成岩也可具有等粒结构，但晶粒较细。 2斑状结构，如果岩石中较大的矿物晶体称为斑晶分布在细小的矿物颗粒称为基质当中，这样的结构称为斑状结构。它是浅成岩和部分喷出岩所具有的结构。 3隐晶质结构，指岩石中的矿物晶体极细小于0.2mm，一般用肉眼或放大镜不能辨认矿物的颗粒，仅借助显微镜才能鉴别。岩石外观呈致密状，因此又称致密结构。这种结构为喷出岩所具有。 4玻璃质结构，又称非晶质结构。它是指组成岩石的成分全部为非晶质体，即玻璃质。岩石具有玻璃光泽和贝壳状断口。此种结构为喷出岩所特有。 2岩浆岩的构造 系指岩浆岩中矿物的排列方式或充填方式所反映出来的岩石特征。肉眼观察时，常见的构造有以下几种 1块状构造。岩石中矿物颗粒均匀分布，无定向排列，称为块状构造。这是岩浆岩特别是侵入岩最常见的一种构造。 2流纹构造。因熔浆流动，使不同颜色或不同成分的条纹和拉长的气孔等呈定向排列而形成的构造。流纹构造仅出现在喷出岩中。 3气孔构造。岩浆喷出地表后，压力减小，温度降低，岩浆中的气体大量逸出，但由于熔浆表层迅速冷却凝固，阻止了一部分气体继续逸散，被保留下来，因而在岩石中产生许多大小不等呈圆形或椭圆形的气孔，称为气孔构造。这种构造为喷出岩所具有。 4杏仁构造。系喷出岩中的气孔被后来的次生矿物如方解石、蛋白石等充填，由于充填物与岩石的颜色截然不同，宛如杏仁，称为杏仁构造。 沉积岩是先期形成的各种岩石岩浆岩、变质岩、沉积岩的风化和剥蚀产物、火山喷发的固体碎屑物质及生物的遗体和碎片等，在原地或经搬运后沉积下来，通过固结成岩作用所形成的岩石。 沉积岩 沉积岩是先期形成的各种岩石岩浆岩、变质岩、沉积岩的风化和剥蚀产物、火山喷发的固体碎屑物质及生物的遗体和碎片等，在原地或经搬运后沉积下来，通过固结成岩作用所形成的岩石。沉积岩都是外力地质作用的产物，由于沉积物的物质来源不同、沉积环境不同，因而形成了具有不同特征的多种沉积岩。 沉积岩的结构 沉积岩的结构是指组成岩石的矿物颗粒大小、形状及颗粒间相互组合关系。它主要取决于沉积岩的成因。可分为以下四种 1碎屑结构 指碎屑物质被胶结物胶结起来的一种结构。具有这种结构的岩石，其成分可分为两部分，一部分是碎屑颗粒，包括矿物碎屑和岩石碎屑；另一部分是粘连碎屑颗粒的胶结物。按照碎屑颗粒大小，碎屑结构分为如下三种 砾质结构 碎屑粒径大于2mm者占50％以上。 砂质结构 碎屑粒径等于或小于2mm至大干0.1mm者占50％以上。 粉砂质结构 碎屑粒径等于或小于0.1mm至0.01mm者占50％以上。 碎屑颗粒的形态、分选性和胶结形式，也是碎屑结构的重要特征。 碎屑颗粒的形态，主要指其圆度滚圆度。通常将颗粒的圆度分为四级图317棱角尖锐、未经磨损的棱角状；棱角不太突出、已有磨损的次棱角状；棱角圆润、有明显磨损的次圆状；棱角全部磨损、颗粒外形圆滑的滚圆状。 碎屑颗粒的分选性系指碎屑颗粒大小的相对均匀程度。肉眼观察时，通常把分选性分为三级同一粒度碎屑含量达75％以上时，称分选性好，同一粒度含量为50～70％时，称分选性中等；相同粒度的含量不足50％时，为分选性差。 胶结形式，系指碎屑颗粒之间的粘连关系和特征，主要有三种类型图318基底胶结，胶结物含量较多，碎屑颗粒互不接触，彼此相分离地散布在胶结物之中，此种胶结最坚实；孔隙胶结，胶结物充填在碎屑颗粒之间，含量较少，颗粒常互相接触，胶结的坚实程度比基底胶结差；接触胶结，胶结物含量少，只在颗粒的接触处才有胶结物存在，胶结不坚实，岩石孔隙多、透水性强。 此外，还有一种火山碎屑结构，它是火山碎屑物质被胶结起来所形成的结构。按碎屑颗粒大小分为下列三种 集块结构 直径大于100mm的火山碎屑物占50％以上。 火山角砾结构 直径为等于或小于100mm至2mm的火山碎屑物占50％以上。 凝灰结构 直径小于2mm的火山碎屑物占50％以上。 2泥质结构 由颗粒直径大多小于0.0lmm的细小碎屑和粘土矿物组成的一种结构。具有此种结构的岩石，外观细腻、均一致密。 3化学结构 为化学岩及生物化学岩所具有的结构。包括结晶结构、鲕状结构和豆状结构等．结晶结构是主要由晶体矿物组成的沉积岩所具有的结构。凡直径不大于2mm的圆球状鲕粒被同成分的物质胶结起来所形成的沉积岩，其结构称为鲕状结构图319；颗粒直径为2～5mm的，则称为豆状结构图320。鲕粒是矿物集合体的一种形式，它是在矿物质过饱和而又经常动荡的浅水环境下，矿物质围绕某一碎屑质点滚动形成。 4生物结构 岩石大部或全部由生物遗体组成，其结构称为生物结构。在具有这种结构的沉积岩中，常见到大量保存完好或破碎的介壳化石，如生物灰岩。 组成地壳的各类岩石，凡是呈层状分布的，统称为岩层，包括沉积岩、层状岩浆岩，以及由它们变质而成的变质岩。其中，沉积岩占绝大部分。通常，沉积岩形成时的原始状态，大都是水平的或近似水平的，并在一定范围内连续完整图41。岩层形成后，在地壳运动影响下，发生变位和变形，其原始状况受到不同程度的改变，这称之为地质构造变动。发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态，称做地质构造。地质构造分为四种基本类型有的岩层只发生了轻微变形，基本呈水平状态一般倾角不大于5，称为水平构造图42；常见的是单斜构造、褶皱构造、断裂构造。地质构造在层状岩石中表现最明显，但在块状岩体中也有存在。 岩层的产状要素 岩石在空间的产出状态称为产状。倾斜岩层的产状，可由岩层面的走向、倾向和倾角反映出来，该三者称为岩层的产状要素（图44）。 1．走向 倾斜岩层的层面与水平面的交线，称为走向线图44中的ACB。走向线是一条水平线。走向线两端的延伸方向，称为岩层的走向。它表示倾斜岩层在水平面上的延展方向。 2．倾向 在岩层面上，垂直于走向线沿层面倾斜向下所引的直线，称为岩层的倾斜线，又称真倾斜线图44中的CD。倾斜线在水平面上的投影线所指岩层下倾一侧的方向，称为岩层的倾向，又称真倾向图44中CD΄。倾斜线只有一条，倾向也只有一个，并与走向相差90。它反映了岩层的倾斜方向。 在岩层面上，斜交走向线沿层面倾斜向下所引的任一条直线，均为视倾斜线。它们在水平面上的投影线所指岩层下倾一侧的方向，称视倾向或假倾向。视倾斜线有无数条，视倾向也有无数个。 3．倾角 倾斜线和它在水平面上投影线的夹角，称为岩层的倾角。又称真倾角图44的∠α。它是岩层面与水平面所夹的最大锐角，反映了岩层的倾斜程度．视倾斜线和其在水平面上投影线的夹角，称为视倾角或假伪倾角。对于一个岩层，真倾角只有一个，视倾角可有无数个，而且任何一个视倾角均小于真倾角。 褶曲的基本形态 褶曲的形状千姿百态，但基本形态只有两种背斜和向斜。 1．背斜 背斜是岩层向上凸起的弯曲；两翼岩层相背倾斜；中心部分为老岩层，两侧依次对称分布较新岩层\。 2．向斜 向斜是岩层下凹的弯曲；两翼岩层相向倾斜；中心部分为新岩层，两侧依次对称分布较老岩层。 褶曲要素 褶曲要素是指褶曲的各个组成部分及决定其形态特征的几何要素。通过它可以确切地表达一个褶曲的空间形态特征。褶曲要素主要包括下列几种图411 1核 又称核部，是指褶曲的中心部分。背斜核部岩层相对于其两侧岩层最老，向斜核部岩层相对于其两侧岩层最新。 2翼 又称翼部，是指核部两侧的岩层。背斜翼部岩层较核部新，向斜翼部岩层较核部老。相邻背斜和向斜之间，有一个为两者所共有的翼。 3翼角 指两翼岩层的倾角．翼角越小，褶曲愈宽缓，翼角越大，褶曲愈紧闭。 4转折端 指褶曲从一翼转到另一翼的过渡部分。 5顶和槽 在褶曲的横剖面中，同一岩层面上背斜的最高点称顶；向斜的最低点称槽。同一岩层面上各顶点的连线称为脊线；各槽点的连线称为槽线。 6轴面 系指将褶曲沿纵向平分为两部分的一个假想面。轴面实际上并不存在，只具有几何意义。它可以是平面，也可以是曲面。产状有直立的、倾斜的和水平的。 7轴和轴迹 轴面与水平面的交线，称为褶曲的轴，又称轴线。轴是轴面的走向线，其长度代表褶曲的延伸长度，它的方向称轴向，表示了褶曲的延展方向。轴面与地表面的交线称为轴迹。它受地形起伏影响，只能大致反映褶曲的延展方向，仅在轴面直立或地面平坦的情况下，才与轴线方向一致。 8枢纽 是指褶曲中同一岩层面与轴面的交线。褶曲的每一岩层面上均有一条枢纽，它是同一岩层面由一翼到另一翼的分界线。其产状可是水平的、倾斜的、波状起伏的和直立的。 观察研究褶曲，首先要正确地识别它，然后确定各种褶曲要素及其产状，了解褶曲的形态特征、规模和分布规律等。 岩层受力后发生变形．当作用力达到或超过岩层的强度极限时，岩层的连续完整性受到破坏，在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂。岩层断裂后，其破裂面两侧的岩块无显著位移的称节理，有显著位移的称断层。它们统称为断裂构造。 节理的力学性质分类 按构造节理形成时受力性质的不同，可分为张节理和剪节理。 1张节理 系指岩石受张应力作用产生的节理．它具有张开的裂口，节理面粗糙不平，延伸不远．当张节理通过砾岩时，常绕砾石而过。张节理常发生于脆性岩层中，并多为石英、方解石等充填。与背斜伴生的张节理有两组一组平行于背斜轴向，称纵张节理；另一组垂直于背斜轴向，称横张节理。在褶曲转折端处节理特别发育，并与岩层面垂直。 2剪节理 又称扭节理，它是岩层受剪应力作用形成的节理。其特征是常有两组相互交叉同时出现，组成X共轭节理系节理延伸较远，裂口紧闭；节理面光滑平直，有时面上可见小擦痕；剪节理通过砾岩时，常切穿砾石。 断层的分类 1．根据断层两盘相对位移方向分类 1正断层 上盘相对下降、下盘相对上升的断层为正断层图425a。正断层的断层面倾角较大，一般在45以上，以60～70常见；断层破碎带较明显，角砾岩的角砾棱角显著；附近的岩层很少有挤压、揉皱等现象。 2逆断层 上盘相对上升、下盘相对下降的断层，称逆断层图425b。根据断层面倾角不同，逆断层又分为以下三种 1冲断层，为断层面倾角大于45的逆断层。 2逆掩断层，为断层面倾角在30～45之间的逆断层。 3辗掩断层，为断层面倾角小于30的逆断层。 3平移断层 两盘沿断层面走向作水平相对位移的断层，称为平移断层，又称平推断层图425c。其断层面一般较平直，倾角较陡，甚至直立。 2．根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类 1走向断层 断层走向与岩层走向平行或基本平行图426a。 2倾向断层 断层走向与岩层走向垂直或基本垂直图426b。 3斜交断层 断层走向与岩层走向明显斜交图426c。 此外，当断层走向与褶曲轴向平行、垂直或斜交时，分别称为纵断层、横断层和斜断层。 在实际工作中，为综合地反映一个断层的特点，常将上述各种断层分类结合起来，如倾向正断层、斜交平移断层、走向逆断层等。 断层的识别标志 断层的识别标志是判定断层存在的依据。断层的识别标志很多，有直接的和间接的，归纳起来有下列几方面 1擦痕和阶步 擦痕是断层面上的一种相互平行、细而密的条纹状浅沟图430，其一端粗而深，另一端细而浅，由粗深端向细浅端手摸之有光滑感，反映了断层面对盘的运动方向；相反方向则有粗糙感。阶步是断层面上出现的与擦痕方向垂直的小陡坎。 2构造岩 指断层破碎带内的碎屑物质经重新胶结后而形成的岩石。 1断层角砾岩。断层面附近两侧的岩石，由于两盘错动、挤压，破碎成大小不等带棱角的角砾，它们被胶结后形成断层角砾岩。如果研磨得很细，碎屑颗粒直径小于０.02mm，则称断层泥。通常，正断层的角砾岩中角砾棱角明显，分布杂乱，无定向排列图431；逆断层的角砾岩中角砾常具有一定程度的磨圆。且一般均定向排列图432；平移断层角砾岩与逆断层角砾岩特征相似，唯其角砾大小均匀些。 2糜棱岩。在强烈挤压作用下，岩石被研磨成微细的颗粒，仅能在显微镜下辨认，常呈鳞片状、透镜状，具明显的定向排列，它们紧密粘结在一起形成致密坚硬的糜棱岩。 2．地层的重复与缺失 3．岩层不连续现象 倾斜岩层被倾向断层或斜交断层切割时，平面上表现为岩层的错开，剖面上表现为岩层的升降。在层面延展方向上，不同时代地层、不同岩性岩层相接触，造成岩层分布上的不连续 4．褶曲突然变宽变窄 5．断层的派生构造 6，地貌及水文特征 地层是在整个地质时期，由老到新逐次形成的，因而便有可能将地层按它们形成的先后次序进行分段，划分成若干个不同级别的分层单位，即地层单位。这种工作称为地层划分。地层划分的依据有两类以地层的形成时间主要依据所划分的地层单位，叫做年代地层单位，由大到小依次为宇、界、系、统、阶、时间带，大单位对小单位是包容关系，即通常一个大单位包含若干个小单位，以岩性为主要依据划分的地层单位，称为岩石地层单位，由大到小依次为群、组、段、层。前者是国际性的，后者为地方性的。 地层之间的接触关系系有下列三种 1．整合接触 整合接触是指上、下两套地层产状彼此平行，两者连续沉积．没有时间间断图53。 2．平行不整合接触 平行不整合接触，又称假整合接触。其特点是上、下两套地层产状相互平行，但不是连续沉积，曾发生过沉积间断；两套地层的时代不连续，岩性和所含化石内容明显不同，其间具有侵蚀面图54。 3．角度不整合接触 角度不整合接触又称斜交不整合或称不整合接触。其特点是上、下两套地层以一角度斜交，两者时代不连续，岩性和化石内容显著不同，其间有明显的凹凸不平剥蚀面图55。 煤的形成条件 煤由植物遗体转化而来，但并非所有的植物遗体均能转变成煤。除了植物条件外，还必须有相应的气候、自然地理和地壳运动条件的配合。这些条件共同构成了控制成煤的因素，而且在它们相互配合较好、持续时间较长的时期和地区，才会形成丰富的煤炭资源。 1．植物条件 植物是成煤的原始物质，其大量繁殖生长是形成煤的基本条件。往往地史上植物大繁盛的时代，就是重要的聚煤时期。 植物的大量生长繁殖是在地球形成数十亿年以后，我国的几个主要成煤时代，即石炭二叠纪、三叠侏罗纪、第三纪，分别与孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛时期相对应。 2．自然地理条件 形成煤的另一个条件是适宜于大面积沼泽化的自然地理环境。沼泽是常年积水的洼地，通常积水较浅，而又含有较多的有机质，适于高等植物的繁植生长，同时植物遗体堆积后，又能为积水覆盖，免遭风化，使其得以保存下来转化为泥炭，最终形成煤。容易沼泽化的地理环境，在内陆有山间盆地、宽广河谷的河漫滩及湖泊等，它们演化成内陆沼泽；在近海地区有滨海的广阔平原、河口三角洲、泻湖、海湾等，它们发展成近海沼泽。不同沼泽环境所形成的煤，其特点不同。当沼泽有泥炭堆积时，则成为泥炭沼泽。 3．气候条件 气候条件主要是指空气的温度和湿度。在温暖潮湿的气候条件下，最适于植物大量繁殖生长，同时这种气候还有利于沼泽的发育。因此，潮湿和温暖的气候是成煤最有利的条件。 4．地壳运动条件 地壳持续缓慢地沉降是形成煤的不可缺少条件，且成煤所需要的沼泽环境也是在地壳不断下降过程中产生并得以延续的。当地壳沉降速度与植物遗体堆积速度近于一致时，使得沼泽长期保持不深的积水，既适于植物繁殖生长和遗体的堆积，又利于泥炭的形成和保存，此时最有利于煤的形成。这种平衡状态持续越久，聚煤则越丰富。 煤的化学组成 煤的化学组成相当复杂，大致可分为有机质和无机质两大类。其中，有机质为主体，也是加工、利用的对象；无机质包括矿物杂质和水分，绝大多数是煤中有害成分，对煤的加工和利用产生不良影响。 一煤的元素组成 煤是由有机物质和无机物质组成的混合物。有机质是煤的主要组成部分，它们主要由碳、氢、氧组成占有机质的95％以上，还有氮、硫，以及极少量的磷和其它元素。 1．碳 碳是煤中含量最多的元素，也是有机质的主要成分。煤燃烧时碳是产生热量的重要元素，1kg纯碳完全燃烧能放出34080.6kJ的热量。腐泥煤的含碳量一般为70％～80％；腐植煤的碳含量随变质程度的加深而增高，如泥炭的碳含量为50％～60％，褐煤为60％～77％，烟煤为74％～92％，无烟煤为90％～98％。 2．氢 氢是煤中有机质的重要成分，也是煤燃烧产生热量的元素。通常，1kg氢完全燃烧时能产生143138.3kJ的热量，约为碳的4.2倍。腐泥煤的氢含量较腐植煤高，一般在6％以上，有时可达11％；腐植煤氢含量一般为0.8％～6.5％，且随变质程度的增高而减少。 3．氧 煤中氧的含量变化很大，并随变质程度增高而降低。如，泥炭中氧含量为30％～40％，褐煤的氧含量高达15％～30％，烟煤为1％～16％，无烟煤更少，一般小于3％。 4．氮 氮在煤中含量较少，一般为0.3％～2.5％，且随变质程度增高略有降低。褐煤中氮含量为1％～2.5％，烟煤为0.7％～1.8％，无烟煤为0.3％～1.5％。 5．硫 硫是煤中有害物质。它在煤中的存在形式可分为有机硫和无机硫两大类，两者总称为全硫S。有机硫主要来自成煤植物本身，并与有机质紧密结合，分布均匀，难以消除。无机硫存在于煤中矿物质内，包括硫化物硫绝大部分以黄铁矿FeS2存在和硫酸盐硫主要是石膏CaSO4▪2H2O中的硫两类。 6．磷 磷也是煤中有害的成分。它大部分存在于无机矿物质中，仅含有微量的有机磷。我国煤的含磷量一般为0.001％一0.1％，最高不超过1％。干燥煤样磷用Pd表示。 7．其它元素 煤中尚含有砷，氯等有害成分，以及锗Ge、锂Li、铍Be、镓Ga、钒V、铀U等有益元素。这些有益元素有时能达到工业品位，是十分重要的资源。 宏观煤岩成分 煤的宏观煤岩成分是指用肉眼或放大镜能够区别和辨认的组成煤的基本单元，它们与组成岩石的矿物相当。腐植煤的宏观煤岩成分包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种。其中，镜煤和丝炭是由均一物质组成；亮煤和暗煤由复杂成分组成。 1．丝炭 丝炭外观似木炭，颜色暗黑，具明显的纤维状结构和丝绢光泽；疏松多孔，性脆易碎，容易染手。丝炭含氢量低而含碳量高，没有粘结性。此外，由于丝炭孔隙度大，吸氧性强，故易发生氧化和自燃。丝炭在煤层中多呈透镜体出现，厚度一般1～2mm至几毫米，有时也能形成断续的薄层。 2．镜煤 镜煤多呈乌黑色，光泽强，是煤中颜色最深、光泽最强的成分，其质地均一，具贝壳状断口，内生裂隙非常发育，性脆，易碎裂成带棱角的小块。镜煤的挥发分产率和含氢量高，粘结性强。镜煤在煤层中常呈条带状或透镜状出现，多数厚几毫米至1～2cm。 3．亮煤 亮煤呈黑色，光泽较强，稍次于镜煤；内生裂隙发育，较脆易碎，有时具贝壳状断口，相对密度比重较小。粘结性较好。亮煤在煤层中含量较多，常呈较厚的分层或透镜体出现。 4．暗煤 暗煤颜色比其它煤岩成分浅，呈灰黑色，光泽暗淡致密坚硬，韧性较强，断口粗糙，内生裂隙不发育，相对密度比重较大。暗煤一般质量较差，粘结性低，富含矿物质。暗煤常以较厚的分层出现于煤层中或单独构成煤层。 矿井瓦斯是指在煤矿生产过程中，由煤层及其围岩释放出来的有害气体。瓦斯既威胁矿井安全生产，同时也是一种辅助能源。为减少或避免瓦斯事故的发生，确保煤矿安全生产，并为瓦斯的开发、利用提供依据，必须了解瓦斯的有关情况。 1．瓦斯的成分和性质 瓦斯是由多种成分组成的混合气体，包括甲烷CH4、二氧化碳CO2、氮N2、二氧化硫SO2、硫化氢H2S、一氧化碳CO和重烃C2H6、C3H8、C4H10等。其中，甲烷为主要成分，所以习惯上称的瓦斯即指甲烷，又称沼气。瓦斯为无色、无味、无臭的可燃气体，比重0.544，难溶于水，易扩散，渗透性强。 2．瓦斯在煤层内的赋存状态 瓦斯在煤层或岩层中有两种存在状态，即游离状态和吸附状态图610。 1游离状态自由状态瓦斯 瓦斯以自由的气体状态存在于煤体和围岩的孔隙、裂隙或空洞中。其存在量的大小，取决于煤层及围岩内的自由空间多少即孔隙度，以及外界的温度和压力。 2吸着状态瓦斯 它又分为吸附瓦斯和吸收瓦斯两种状态。 吸附瓦斯 瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面，形成一层薄膜。这种吸附是靠气体分子与固体颗粒之间的分子引力完成的。吸附量的大小，决定于煤对瓦斯的吸附能力，而吸附能力又取决于煤的孔隙率、变质程度，以及外界的温度和压力。煤内瓦斯80～90％以上以吸附状态存在。 吸收瓦斯 瓦斯分子进入煤层内部，与煤分子紧密地结合成固溶体，这与气体被液体所溶解的现象相似。 瓦斯在煤体内存在的状态不是静止不变，而是处于动平衡中。当外界压力降低或温度升高时，吸附瓦斯可以变为游离瓦斯。这种现象称为瓦斯的解吸现象。 煤层的顶、底板 在正常的沉积序列中，位于煤层上部一段距离内的岩层，称为煤层的顶板，位于煤层之下一段距离内的岩层，称为煤层底板。煤层顶底板岩石的性质、节理发育程度、强度、含水性、可塑性等，直接关系到煤矿的采掘生产，是确定巷道支护方式、顶板管理方法的重要依据，同时还影响到机械化采煤设备的选型。 1．顶板 根据岩层相对于煤层的位置及垮落性能的不同，顶板可分为伪顶、直接顶和老顶三种图613。 1伪顶 指直接覆盖于煤层之上易垮落的较薄岩层。多为炭质泥岩或泥岩，厚度由几厘米至几十厘米。在采煤过程中，往往随落煤而同时垮落。 2直接顶 指位于伪顶之上的岩层，常为数米厚的粉砂岩、泥岩或细砂岩等。直接顶较伪顶稳定，在采煤过程中，经常是煤层采过一段时间后自行垮落，有时需要进行人工放顶。 3老顶 系位于直接顶上方厚而坚硬的岩层，通常为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩。煤层采过后可悬露较长时间不垮落，只发生缓慢的变形。 2．底板 煤层底板，可分为直接底、老底两种。 1直接底 指直接位于煤层之下的岩层。厚数十厘米，多为富含植物根部化石的泥岩。有些直接底遇水膨胀，可发生底鼓现象，造成运输线路和巷道支架的破坏。在急倾斜煤层的开采中，直接底还可能出现偏塌现象。 2老底 指位于直接底之下的岩层。较直接底坚固，常为砂岩、粉砂岩或石灰岩。 由于煤层顶、底板形成时期的沉积环境及其演变状况不同，以及河流冲蚀作用的影响等，造成不同地区及不同煤层顶、底板性质及发育程度的差异。有的煤层顶、底板发育完全，几种类型的顶、底板都存在，有的煤层则缺某种类型的顶板或底板。此外，由于岩浆活动，使个别地区煤层顶、底板可能为岩浆岩或火山碎屑岩。 煤层的形态 煤层的形态是指煤层的空间展布特征。根据煤层成层的连续性、厚度变化大小及可采情况，将煤层形态分为层状、似层状和不规则状三类图615。 1．层状煤层 煤层呈连续层状，层位稳定．厚度变化不大，且有一定规律。在一个井田范围内全部或大部可采。 2．似层状煤层 煤层基本连续，层位比较稳定，厚度变化较大且无一定规律。煤层的可采面积可大于不可采面积如藕节状煤层或小于不可采面积如串珠状煤层。 3．不规则状煤层 煤层层位不稳定，基本不连续，厚度变化大且无规律可循。煤层的可采面积大多小于不可采面积。常见的有鸡窝状煤层、扁豆状煤层和透镜状煤层等 矿井充水条件 矿井充水是指煤矿井下巷道进水。在矿井建设和生产过程中流入矿井水量的多少，一方面决定于矿井充水水源，另一方面受控于矿井充水水源流入矿井巷道的途径充水通道。 1．矿井充水的水源 矿井充水的水源主要有以下五种 1大气降水 大气降水的主要形式是雨和雪，降水的多少决定于当地的气候。大气降水除了被蒸发和随地表水流流走以外，其余部分补充地下水，有的可沿着岩石的孔隙、裂隙渗入或流入矿井。 2地表水 位于矿井附近或直接分布在矿井采掘巷道上方的地表水，包括海洋、河流、湖泊、水库、池沼等地表水体中的水可直接通过岩石的孔隙、裂隙、岩溶等流入矿井，或以间接的方式补给地下水流入矿井。 3含水层水 赋存于含水层中的地下水，称为含水层水。含水层水接受大气降水和地表水的补给，是矿井最常见和最主要的充水水源。含水层水的水量由含水层本身的水量静储量、补给含水层的水量动储量两个部分组成。 4断层水 聚集在断层面及其破碎带中的地下水，称为断层水。一般情况下断层内存在的水量不大，但当断层沟通地表水和地下水水体时的动储量可对矿井造成巨大威胁。 5老窑积水 聚集或贮存于古代和近期采空区及废弃巷道中的水，通称为老窑积水。老窑积水恰似地下水库，当井下煤柱强度小于老窑积水的静水压力，或由于不慎揭露老窑积水时，可造成严重的透水事故。 除上述五种矿井充水水源之外，矿井本身或其邻近矿井排出的矿坑水，又可通过各种途径补给地下水或流入矿井，造成矿井水源的循环。 矿井充水通道 各种充水水源流入矿井的通道有多种多样，主要有如下几种 1岩石的孔隙与岩层的裂隙 第四纪疏松未胶结成岩的岩石中的孔隙和粗碎屑岩中的孔隙，以及岩层中的裂隙，可成为矿井充水通道。 岩石孔隙的透水性能，与孔隙度的关系不大，主要决定于孔隙的大小和连通情况。 岩层中的裂隙包括风化裂隙、原生裂隙成岩裂隙，以及构造裂隙、压力裂隙，是矿井充水的主要通道。裂隙本身是地下水的聚集场所，其静储量一般不大，如果裂隙沟通其它矿井充水水源，特别是与地表水发生水力联系，当巷道揭露时可造成矿井突然涌水。 2断层 它是矿井充水的主要通道之一。但并不是所有断层都能成为矿井充水的通道，只有当断层与地表水或地下水的水体沟通，或者地下水压力很大而破坏隔水层时，才会引起由于断层成为矿井充水通道所造成的矿井突水。实践证明，断层成为矿井充水通道，与断层的透水性有直接关系。一般情况是逆断层的透水性差，正断层的透水性强。如果在矿井中存在多条断层相互切割时，断层的交叉切割处是最容易发生矿井突水事故的位置。 3岩溶洞隙 可溶性岩石溶蚀而形成的洞隙，可以是细小的溶孔直到巨大的溶洞，它们可彼此连通形成单独的管道，甚至形成格架似的岩溶体，当巷道靠近或揭露时，易造成矿井突水事故。 4人为因素产生的矿井充水通道 主要有以下三种 1未封闭或封闭不良的钻孔。勘探钻孔未封闭或封闭质量差时，就会沟通煤系及其上覆地层中的含水层，有时还可能与断层水或地表水沟通，当井下巷道或采煤工作面揭露或接近此种钻孔时，地下水甚至地表水都可以通过钻孔涌入巷道，引起水患事故。 2矿井长期排水。随着矿井采掘巷遭的延伸和矿井长期排水的结果，形成了以井筒为中心的降落漏斗。矿区地面常发生沉降、开裂，甚至塌陷等现象，造成地表水的倒灌、下渗和地下水流入巷道。 3采矿活动产生的塌陷和裂隙，以及采掘过程中破坏了煤层底板隔水层的完整性，可形成地表水和地下水涌入矿井的通道。 井田地形地质图的比例尺，一般为15000或11000；露天矿采用12000。其主要内容如下 1地理坐标方格网、指北线、图名、图签及图例。 2地形等高线及地面建筑、河流、公路、铁路、桥梁、车站、三角点、高压线等地物。 3钻孔、探槽、探井、探巷、生产矿井、老窑等及其编号和标高，以及勘探线、物探测线及其编号。 4地层分界线、煤层、重要标专层和其它有益矿产露头线、构造线断层线、褶曲轴迹、有代表性的地层产状，以及岩浆岩的分布范围等。 5井田边界线、滑坡范围界线、区内最高洪水位线及煤层采空区界线等。 用途 井田地形地质图反映了地表出露的地质情况，并据其可推断地下的地质条件，它是井田勘探及矿产井设计、建设和生产不可缺少的基本图件之一。设计部门用此图来选择运输、供水、供电线路，确定井口、工业广场、地面建筑和建筑石料场等位置，制定农田保护措施和安排地面防水措施，以及寻找水源等；生产部门以该图为底图，编制井上、下对照图，用来考虑地下开采对地表的影响，防止建筑物布置在煤层上方造成压煤现象；地质部门用来部署生产勘探和其它地质工作，以及编制其它综合地质图件等。 地形地质图的识读 对井田地形地质图的识读，首先要了解图的比例尺、图例和指北方向。读图的内容包括两大部分一是地形、地物；二是地质内容。对于前者，可依据地形等高线的形态和标高值识别地形高低起伏等特征，通过相应的图例符号可识别各种地物。地质内容的读图方法如下 1．井田范围内地表出露地层的时代、分布及产状 依据地层年代符号及色谱，识别不同时代的地层及其分布；地层界线，实测者以细实线表示，推断者以短虚线表示；基岩与第四系分界线以点线表示。地层产状以专门符号表示，常见的倾斜地层产状符号，其长边为走向，短边为倾向，角度为倾角。 2．煤层和标专层露头的分布及出露状态 煤层露头线，实测的以实线加煤层偏号来表示，推断的以长虚线加煤层编号表示。煤层编号的表示有两种，如第六号煤层可记作Y6或M6。标志层，实测的以实线加编号表示．推测的由短虚线加编号表示。其编号如第三标志层，记作K3。 3．岩浆岩出露的位置、范围和岩性 通常，以相应的图例花纹、颜色和代号识别岩浆岩的岩性。 常见岩浆岩的花纹、色谱及代号参见相关规程。 4．地质构造及其分布 识别各种地质构造及其分布，是地形地质图读图的重点内容。一般是根据地层的分布、产状