煤矿生产技术.ppt
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1、煤矿生产技术,禹州市矿山职工培训中心韩志伟,煤矿生产技术,学习,好学者有如春天的小草 不见其长 而日有所增 -,第一篇煤矿地质,第一章岩石与岩层 第二章地质构造 第三章煤系地层与地质勘探,第一章岩石与岩层,第一节地壳的物质组成 第二节地史基本知识,第一章岩石与岩层,煤矿开采要求在安全生产的条件下,以最佳经济效益、先进的科学手段、符合国家规定的回采方法将埋藏在地下的煤层开采出来,为各用煤部门提供所需的煤炭产品。掌握煤层的埋藏特征、煤的性质以及了解煤的形成及其和各种地质作用的关系,是达到上述开采要求的最重要的条件之一。 煤矿地质工作不仅是矿井设计和生产管理的重要依据,也是矿区规划、矿井建设、老井挖
2、潜依据和矿井灾害作斗争的主要依据。因此,煤矿地质的有关内容,是从事煤矿工作必须具备的基本知识。,第一节地壳的物质组成,地壳由各种岩石组成。 一种或多种矿物组成岩石。 矿物则是由一种或多种元素在地质作用下组合在一起的、形成具有一定外部形态、物理性质和比较巩固的化学成分的自然物质。 矿物是组成地壳岩石的物质基础。,一、矿物,自然界中矿物种类繁多,有由一种元素组成的单质矿物,如自然金、铜、石墨等;也有由一种以上元素化和形成的矿物,如石英、方解石等。 目前已发现的矿物约有3000种,但组成煤系地层内常见岩石中的矿物仅有20余种,这些组成岩石的矿物被称为造岩矿物。常见的造岩矿物有:石英、长石、黑云母、白
3、云母、方解石、辉石、角闪石、铝矾土、褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿等。,二、岩石,矿物在自然界中很少单独存在,常常彼此结合或共生为复杂的集合体。岩石就是矿物的集合体。组成地壳的岩石种类很多,按其成因,岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。,1、岩浆岩,地壳内部高温状态的熔融岩浆,沿地壳薄弱地带,侵入地壳或喷出地表逐渐冷却、凝固而形成的岩石称为岩浆岩。,2、沉积岩,沉积岩是出露于地表的岩石,在外力地质作用下被风化、剥蚀,经搬运、沉积最后固结形成新的岩石。 沉积岩在地球表面分布最广,地表约75%的面积被沉积岩所覆盖。许多矿产,如煤、油页岩、岩盐等都是沉积岩。据统计,目前全世界每年开采的矿产资源75%来自
4、沉积岩。 具有成层构造、层理、层面构造和含有古生物化石、结核等,是沉积岩的重要特征。,3、变质岩,已经形成的各种岩石,在地壳中受到高温、高压以及化学性质活泼的气体和液体的影响,使岩石的物理、化学性质发生变化而形成新的岩石,称为变质岩。 常见的变质岩又由石灰岩变质而成的大理岩、由石英砂岩变质而成的石英岩、以及由花岗岩变质而成的片麻岩等。,第二节地史基本知识,地史学是研究地球历史的科学。它主要是研究地壳在时间和空间上发生、发展的历史。 为了便于研究,通常根据地壳运动及古生物发展,将地球的历史从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期。为了反映较短的时间间隔内地壳的变化,将每一
5、个代划分为若干纪,每个纪又分为若干世。代、纪、世是国际统一的地质时代单位。 在各个地质时代内都有相应的沉积岩层形成。各个地质时代内所形成的地层相应地称为界、系、统,它是国际统一的地质时代单位。,第二章地质构造,原始形成的沉积岩层,其产状一般是水平或近似水平,并在一定分布范围内连续完整。野外见到的沉积岩层,是已受地壳运动的影响而发生倾斜、褶皱,有的还发生了断裂,或沿断层面产生了位移。 这种由地壳运动而造成的岩层和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和岩体,形成了各式各样的构造形态(如褶皱裂隙、断层等)称为地质构造。 根据成因,地质构造变动可分为以下两种: 1、构
6、造变动-由于地壳运动使岩层发生的变动。如单斜构造、褶皱构造、断裂构造等。 2、非构造变动-由于重力作用、地下水作用、发汗作用、冰川作用等,使岩层或岩体发生的局部变动。(如山崩、地滑等)。,第一节单斜构造,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。 单斜构造的产状(岩层在地壳中的空间位置和产出状态)是以岩层层面在空间的方位及其与水平面的关系来确定的。通常,是用岩层的走向、倾向及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。走向线上各点的高度都相等。走向线两端的延伸方向,称为岩层的走向。 走向是表示倾斜岩层在水平面上的延伸方向。 当岩层是
7、个平面时,其走向线为一条直线,各点走向不变;当层面为曲面时,其走向线为一条曲线,各点走向发生变化。,2、倾向,在层面上垂直于走向线,沿层面倾斜向下所引的直线叫倾斜线,又叫真倾斜线。真倾斜线在水平面上的投影所指岩(煤)层向下倾斜的方向,就是岩(煤)层的倾向,又称真倾向。 在岩(煤)层面上,斜交岩(煤)层走向所引的任一条直线均为視倾斜线,它在水平面上投影线的方向叫视倾向或假倾向,3、倾角,真倾斜线与其在水平面上投影线的夹角称为岩(煤)层的倾角,又称为真倾角。即倾斜岩(煤)层面与水平面的夹角。 視倾斜线与其在水平面上投影线的夹角,称为視倾角或假倾角。 任何方向上的视倾角都小于该层面上的真倾角。,第二
8、节褶皱构造,岩(煤)层在地质作用力(水平方向挤压力)的影响下,产生变形而形成波状弯曲且未失去连续性的构造形态,称为褶皱。 褶皱中岩(煤)层的一个弯曲,称为褶曲。它是褶皱构造的基本单位。 褶曲的基本组成部分及其相互关系的几何要素称为褶曲要素,如核部、翼部、轴面、轴、枢纽等。 褶曲要素实际上是褶曲各部位的名称。,一、褶曲的基本形态,褶曲的基本形态可分为背斜和向斜两种。 1、背斜-是岩层向上弯拱的褶曲,核心部位是老岩层,两侧是新岩层,新岩层呈对称重复出现,两翼岩层倾向相背。 2、向斜-是岩层向下弯曲,核心部位是新岩层,两侧是老岩层,老岩层呈对称重复出现,两翼岩层倾向相向。,二、褶曲构造与煤矿生产的关
9、系,1、大型褶曲-是矿井设计考虑的问题。是井田划分和矿井开拓系统布置的重要依据之一。 2、中型褶曲-往往是大型褶曲构造的次一级伴生构造。是采区布置考虑的主要依据。 3、小型褶曲-可以使煤层厚度产生变化、使煤层产状经常发生变化、可以使工作面长度经常变化。,第三节断裂构造,岩石受力后产生变形,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,这些构造统称断裂构造。 根据岩层断裂后沿断裂面两侧岩块有无明显位移,可将断裂构造分为裂隙、断层两种基本内型。,一、裂隙,又称节理。岩层断裂后,两侧岩快未发生
10、显著位移的断裂构造,称为裂隙。,(一)裂隙的成因分类,1、原生裂隙-是指沉积岩在形成过程中,沉积物脱水和压缩后所产生的裂隙。它们都局限在个别岩层中。 2、次生裂隙-是指岩层形成以后生成的裂隙。根据力的来源及作用性质不同,又分为非构造裂隙和构造裂隙两种。,次生裂隙,1、非构造裂隙-由外力地质作用或人为因素形成的裂隙(如风化、滑坡、爆破造成的裂隙)等。这种裂隙一般规模不大,分布也不规则。 2、构造裂隙-它是由构造运动使岩石噪声低盈利作用而形成的裂隙。这种裂隙的形成和分布有一定的规律性,并与褶曲、断层等地质构造有密切的关系。,(二)裂隙与煤矿生产的关系,1、裂隙与钻眼的关系; 2、利用裂隙提高回采率
11、; 3、裂隙与采煤工作面的支护和顶板关系; 4、裂隙与掘进、回采工作面布置的关系; 5、裂隙与矿井水的关系。,二、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,在力的继续作用下,两侧岩块沿断层面发生显著相对位移的断裂构造,称为断层。,(一)断层要素,为了描述断层的性质和空间的形态,给断层的各个部位分别给以一定的名称。这些断层的基本组成部分,称为断层要素。包括: 1、断层面-当断层断开时,两侧岩块沿断裂面发生相对位移,此断裂面称为断层面;当位移不沿一个面而沿一个破碎带发生时,这个带称为断层破碎带。 2、断层线-断层面在地表的出露线称为断层线。也就是断层面与地面的交
12、线。断层线的方向反映了断层沿伸方向。 3、断盘-断层面两侧相对位移的岩块,称为断盘。,(二)断距,断层两盘同一层面相对位移的距离,称为断距。 断距可反映断层规模大小,目前,地质界使用的名称较多,这里只介绍真断距。它可分为底层断距、铅直断层断距(又叫落差)、水平地层断距和斜断距。 岩块上某点,在发生位移后错开为两点,次两点分别位于断层面的两个盘上。这两点间相对滑动的实际距离,称为真断距或总断距。,(三)断层的分类,1、根据断层两盘相对位移的方向分类 1)正断层 2)逆断层。根据断层面的倾角,又将逆断层分为冲断层、逆掩断层、辗掩断层。 3)平移断层 2、根据断层走向与岩层走向关系分类 1)走向断层
13、断层走向与岩层走向平行与基本平行 2)倾向断层-断层走向与岩层走向垂直 3)斜交断层-断层走向与岩层走向斜交 3、断层的组合形式-地堑与地垒、叠瓦状构造、阶梯状构造。,(四)断层存在的标志,1、岩(煤)层不连续 2、岩(煤)层缺失与重复 3、地貌上的特征-山脊突然错开,形成悬崖陡壁、岩层的破碎带,容易被流水充蚀而形成冲沟,有时破碎带出现泉水涌出等现象。 4、断层面(断层破碎带)的构造特征 1)断层擦痕 2)牵引现象 3)断层角砾岩和断层泥,(五)寻找断失煤层的方法,当掘进巷道遇到断层时,就应查明断层的性质、规模,并指出掘进的方向,寻找断失的煤层。因此,在断层处要详细地观测与记录地质构造变动的一
14、切现象。然后根据这些地质特征,并结合附近巷道的有关资料,分析研究推断煤层的错动方向,进行断失煤层的寻找。 1、小断层类比法、2、经验类比法、3、对比分析法 4、岩层层位对比法、5、断层标志法、6、生产勘探法。,(六)断层与煤矿生产的关系,断层不仅使煤层产生相对位移,并使煤层的埋藏条件变的更为复杂。断层在各地区分布一般较广,其形态和类型繁多,规模大小不一,对煤矿设计及生产都带来极大的影响。因此,多数煤矿的地质工作主要是研究断层问题。 断层大小对井田设计、煤矿生产的影响均不相同。因此,断层可分为: 1、大型断层-落差大于50米; 2、中型断层-落差为2050米; 3、小型断层-落差小于20米的。,
15、1、大型断层,大型断层在详查勘探工作结束时已查明。 1)大型断层是井田划分的主要依据; 2)大型断层影响井田开拓方式的选择。,2、中型断层,中型断层在精查勘探工作结束时应已查明。煤矿设计时,常利用中型断层作为采区边界。 1)利用倾向断层划分采区边界; 2)利用走向断层划分水平边界。,3、小型断层,当采区内有小型断层存在时,也会给回采和掘进工作带来很多困难。因此,煤矿地质工作不可忽视它,应尽量减少小断层对生产的不利影响。 1)利用走向断层划分工作面; 2)利用斜交断层划分工作面。,4、断层对煤矿生产中其他方面的影响,1)断层影响安全生产-断层破碎带是水流的通道、岩石破碎,降低了岩石的强度,容易引
16、起垮塌冒顶。 2)断层造成煤柱损失; 3)断层影响掘进工作。,第三章煤系地层与地质勘探,第一节煤、煤系、煤系地层 第二节煤田地质勘探及井田储量 第三节矿井水文地质,第一节煤、煤系、煤系地层,一、煤的形成 二、煤的化学成分和工艺性质 三、煤的工业分类及综合利用 四、煤系 五、煤层的埋藏特征,一、煤的形成,开采煤炭的过程中,经常发现在煤层及顶、底板岩石中保留有较完好的植物化石。研究证明,煤是由植物遗体在合适的条件下,经过复杂的生物、化学作用转变而成的。煤的形成分为两个阶段; 1、泥炭化阶段; 2、煤化阶段。 形成现在具有开采价值的煤层。需要具备四个条件; 1、要有温度潮湿利于植物大量生长的气候条件
17、; 2、要有大量植物的生长与死亡; 3、要有大面积沼泽化的自然地理条件; 4、要有地壳运动的良好配合。 我国主要的三点成每期-石炭二叠纪、侏罗纪和第三纪就较好地具备了上述条件,形成了许多大的煤田。,二、煤的化学成分和工艺性质,煤是重要的工业原料。它的用途很广泛,除作燃料用外,还是主要的化工原料。为了合理的利用煤炭资源,必须对煤的化学成分及其性质进行研究,以便综合利用。,(一)煤的元素组成,煤主要是由碳C、氢H、氧O、氨N、硫S、磷P等元素构成的有机质,以及一些矿物杂质、水分、等无机质组成。其中,有机质主要是由碳、氢、氧组成,它们占有机质的95%以上。此外,还有氮、硫、少量的磷及金属元素等。,(
18、二)煤的工业指标,为了有计划地勘探、设计建设矿井、合理地开发利用祖国的地下资源,要求对煤进行工业评价。通过工业分析测定煤中的水分、灰分、挥发份等煤质指标数值,标定煤质牌号和质量优劣,确定煤的工业价值和综合利用途径。对生产矿井来说,煤的工业分析指标数值是检验企业生产管理及产品质量的标志,也是计价标准。,1、水分,煤中的水分是一种有害物质。水分含量多,能加速煤的分化、破碎,甚至造成自然发火;同时,又增加运输负荷,影响装卸速度。作为燃料用煤,水分可降低煤的发热量。 根据水在煤中的存在状态,可分为外在水分和内在水分两种。 其中内在水分含量与煤的变质程度有关,变质程度低的煤中水分含量高,变质程度高的煤中
19、水分含量低。,2、灰分,煤完全燃烧后剩下的灰渣称为灰分。它的主要成分有氧化铝、氧化钙、氧化硅、氧化镁、氧化铁及稀有元素的氧化物等。 灰分有两种:内在灰分和外在灰分。 内在灰分是指存在于成煤原始物资中的无机物,以及由河水带入沼泽中与植物遗体一起沉积的无机矿物质的总和。煤在洗选过程中,很难将内在灰分选掉; 外在灰分是指在采煤、运输过程中混入煤中的顶底板岩石碎块,通过洗选可以除掉。 灰分是评价煤质的重要指标,根据工业用煤的要求: 灰分小于10%的程特低灰煤;灰分大于10-15%的为低灰煤;灰分大于15-25%为中灰煤;灰分大于25-40%的为富灰煤;灰分大于40%的为高灰煤。 根据全国矿产储量委员会
20、1986年颁发的煤炭资源地质勘探规范中规定,矿井生产的原煤灰分应小于40%。,3、挥发分,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发生热分解,分解出来的气态物质称为挥发分。其组成成分主要由氢、氧、氮、甲烷、乙烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。 低变质的煤挥发分含量比高变质煤高,褐煤的可燃基挥发分大于40%,烟煤大于10-37%、无烟煤为0-10%。 挥发分是鉴定煤质的重要指标,是工业分类的主要依据。,4、焦渣,在测定挥发分过程中,残留在坩埚中的固体物质,称为焦渣。它是由煤中的有机物质分解后的残余物和煤中没有除掉的灰分等组成。 焦渣的形态和特征是鉴定煤的结焦性能
21、好坏的依据。焦渣的形状和特征与煤中有机质性质有关,还与煤的变质程度有关。 肥煤、焦煤粘结性好,焦渣呈膨胀或强膨胀粘结,作炼焦用煤。其它煤属于不粘结或弱粘结。,(三)煤的工艺性质,煤是重要的燃料,也是冶金、化学工业的重要原料。随着国民经济的发展,煤炭综合利用的大力开展,就更需要研究煤的工艺性质,判定它是否符合各种加工工业的要求,选择最合理的利用途径,正确地作出工业评价。 1、发热量-是指单位重量的煤完全燃烧时发出的热量,常用焦耳/克或千焦耳/克表示。发热量的大小与煤中的灰分、水分有关,但主要是取决于煤中的碳、氢可燃元素的含量。 2、焦质层厚度-煤样加热到一定温度后,连续测得焦质体最大厚度。煤的粘
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