煤矿地质基础学1.doc

煤矿地质基础
1.       什么是地质学？地质学是研究什么的？
2.       煤是怎么形成的？
3.       煤的性质，煤的分类。等等一些基本的地质学基础问题…
一、地质学研究的内容和方法。
地质学研究的内容：
1、研究地球形成和发展演变史。
2、研究地球的物质组成及成矿规律。
3、研究地球物质组成的地质作用。等等
地质学研究的方法：
对一片区域经过长期日积月累而获得大量的资料（文字，数据，样本，样品）及信息。通过归纳整理计算分析然后形成一定的理论并建立起来一定的模式用于指导寻找新的矿产资源及生产过程。
二，地质学的实际意义。
1、 寻找开发和利用自然资源。
2、 保护和改善自然环境。
3、 预报和减轻自然灾害。
三、煤矿地质知识：
埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。因此，了解地壳物质运动的规律，认识煤炭资源的形成与各种地质作用的关系，了解煤层的性质及其埋藏特征，是从事采矿工作必须具备的基本知识
四、地质学与煤矿的联系……………….矿山地质。
矿山地质学是专门研究矿山地质的一门应用学科。任何矿山，从设计，建设开始，直到投入生产，最后到关闭，都离不开矿山地质工作。因为地质工作是基础，是“采矿工作的眼睛”。其作用主要如下：
1， 地质勘探为矿山提供可靠的矿山资源、储量。
2， 为采掘生产工程的设计，布置和施工提供正确的地质依据。
3， 预防地质灾害、保证矿山正常生产。
4， “挖潜增源”，扩大矿山远景储量…….等等
五、地质作用
地球在不停的转动，组成地壳的物质也在不停地运动着。在漫长的地质年代中，由于自然动力引起地壳物质组成、内部构造和地表形态变化与发展的作用称为地质作用。
地质作用按进行的场所及能源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用。
内力地质作用：1，地壳运动。
2，岩浆活动
3，变质作用
4，地震作用
外力地质作用：1，风化和剥蚀
2，搬运和沉积
3固结成岩
六、煤的形成：
1、 成煤的原始物质：
煤是由古代植物遗体演化而形成的。在煤层附近的顶、底板岩层中，常常可以看到植物的根茎叶等化石，将煤放在显微镜下观察，也可以看到织物结构。
2，成煤的过程：
古植物从死亡、堆积到转化为煤要经过一系列的演化过程，这一过程称为成煤作用。
成煤作用大致可分为泥炭化和煤化两个阶段。
第一个阶段————泥炭化阶段：……..植物遗体变为泥炭……
第二个阶段————煤化阶段：………泥炭变为褐煤……..褐煤变为烟煤，无烟煤………
3， 成煤条件。
1），古植物条件-----成煤时期是有大量植物繁殖的时代
2），古气候条件-----温暖 潮湿
3），古地理环境-----大片沼泽地带
4），古构造条件-----地壳缓慢下沉
七、煤的性质
1、煤的物理性质：
煤的物理性质包括光泽，颜色，条痕，硬度，脆度，密度和容重，导电性等。
煤的物理性质与煤中所含杂质有关，成分相同的煤的物理性质是随变质程度而改变的。
如：褐煤---无光泽暗淡，沥青光泽-----褐色，黑褐色--------2.0-2.5
无烟煤---似金属光泽-----灰黑色，钢灰色----3.5-4.0
2，煤的化学组成：
煤的化学组成主要是有机质和无机质两大类。绝大多数是煤中的有害成分，对加工利用不利。
有机质(煤的主要组成部分)-----碳C，氢H，氧O，氮N，硫S，磷P。
无机质------无机矿物质和水。
八、煤的分类：（工业分类）
我国的煤炭分为14大种：
无烟煤（WY）
贫煤（PM）
贫瘦煤（PS）
瘦煤（SM）
焦煤（JM）
肥煤（FM）
1/3焦煤（1/3JM）
气肥煤（QF）
气煤（QM）
1/2中粘煤（1/2ZN）
弱粘煤（RN）
不粘煤（BN）
长焰煤（CY）
褐煤（HM）
非工业用煤分类：
泥炭 （含碳量50%—60%），褐煤60--75，烟煤75--90，无烟煤90--98。
九、煤层的埋藏特征：
1、煤层的厚度（井下采煤）
薄煤层：最小可采厚度-----13米
中厚煤层：1.3M——3.5M
厚煤层：大于3.5M
2、煤的储量：
地质储量：能利用储量————工业储量：可采储量
设计损失量

远景储量
尚难利用储量
3、 煤层稳定性：一般煤层厚度或多或少总是变化的，根据煤层厚度的变化情况及对开采的影响，将煤层分为：
（1）稳定煤层：
（2）较稳定煤层：
（3）不稳定煤层：
（4）极不稳定煤层：
十，地质构造。
在地壳运动的作用下，煤和岩层改变了原始埋藏状态，所产生的变型或变位的行迹称为地质构造。
地质构造的形态多种多样，概括起来可分为单斜构造、褶曲构造和断裂构造。
1.1、 单斜构造。
在一定的范围内，煤或岩层大致向一个方向倾斜的构造形态称为单斜构造。
单斜构造往往是其他构造形态的一部分。
岩层的空间位置及特征通常用产状要素来描述。产状要素有走向、倾向和倾角。
走向：
倾向：
倾角：
1.2倾角变化在0·——90·之间，一般情况下，煤层倾角越大开采越困难。根据开采技术的特点，煤层按倾角可分为：
缓倾斜煤层：﹠=8·—25·
倾斜煤层：﹠=25·—45·
急倾斜煤层：﹠＞45·
通常又把﹠＜5·—8·以下的煤层称作近水平煤层。
2.岩层受水平力的作用被挤压成弯弯曲曲，但保持了岩层的连续性和完整性的构造形态叫褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲叫褶曲。背斜，向斜。

3、 断裂构造：岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。
断裂构造分为：裂隙或节理
断层
十一，煤田地质勘探：
煤田地质勘探的任务是了解矿井煤炭储量，井田地质条件，煤层赋存条件，水文地质条件，开采技术条件，煤种煤质等矿井的资源条件。
1、 地质测量法
2、 探掘工程法
3、 钻探工程法
4、 地球物理勘探法
第七章 矿井地质
补充 煤矿巷道知识
第一节 地质工作概述
一、目的与任务
研究勘探、开拓的资料→保证矿井生产的正常进行；
扩大储量、延长矿井的寿命，保证煤炭资源的合理开采；
编制采面地质说明书；
研究回采过程中的地质问题；
对煤质和储量加强管理；
长期积累、研究矿井的地质资料、找出问题和处理方式；
二、矿井原始地质编录
经常性和及时性；
准确性和全面性；
系统性和统一性；
突出重点性
三、矿井生产中的“三量管理”
三量：
煤矿采掘生产的准备工作，包括水平开拓、采区准备和回采工作面的切割等三个阶段。根据上述三个阶段的井巷工程的性质和用途，定为开拓巷道、准备巷道和回采巷道；由三类巷道圈定的可采储量分别称为：开拓煤量、准备煤量和回采煤量，简称“三量”。
开拓煤量：
为开拓巷道所圈定的煤量。指完成开采所必须的：主井、副井、风井、井底车场、主要石门、集中运输大巷或运输大巷、集中下山或采区下山、主要溜煤眼和必要的总回风巷等开拓、掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。可采期一般中型矿井为3—5年。
准备煤量：
为准备巷道所圈定的煤量。指在开拓煤量范围内完成开采所必须的采区运输巷道、采区回风巷道及采区上山等掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。可采期一般为1年。
回采煤量：
为在准备煤量的范围内，为采区上山、中间巷道和回采工作面切割眼，安装设备即可正式进行回采的煤量。可采期一般为4—6个月。
四、储量损失与回采率：
回采率计算：回采率=（储量-损失量）/储量×100%

第二节 主要矿井地质工作
主要工作:
新开拓区（水平延深）的地质工作；
采区掘进的地质工作；
工作面掘进的地质工作；
工作面回采的地质工作；
矿井收尾的地质工作；

矿井生产勘探工作:
未开拓区地质构造及煤厚变化；
了解未开拓区的地质构造及煤厚变化；
井田深部或两翼范围内低级储量升级；
探明井田内设计中未包括的可采薄煤层、高灰分的煤层中圈出局部可采地段；
进行专门的水文地质勘探工程，“解放”受水威胁的煤层。

矿井生产勘探工作：
为直接解决生产的具体问题勘探工作：
采掘施工超前放瓦斯和水，探岩体分布和对煤层的破坏范围；确定岩溶陷入柱位置；
探煤厚变化、确定煤层的氧化和风化带；
当巷道遇断层时，寻找断失煤层；
圈定煤层的可采边界等。
第三节 影响煤矿生产的地质因素
普遍性地质因素：地质构造；煤层厚度变化；煤层顶底板条件
局部性地质因素：岩浆侵入体；喀斯特陷落柱；矿井水；矿井瓦斯；地压；地热
一 煤层厚度的变化
（一）煤层厚度变化的原因
1.原生变化
煤层形成以前，由于地壳运动、沉积环境变迁等地质因素影响而引起煤层形态和厚度的变化。
原生变化包括：地壳不均衡沉降（P161 图6-1）
泥炭沼泽古地形影响（基底不平）（P161 图6-2）
河流同生冲蚀（P162 图6-3）
海水同生冲蚀 （P162 图6-4）
2.后生变化
煤层形成以后，因河流冲蚀、构造运动、岩浆侵入、喀斯特陷落等地质因素影响而引起煤层形态和厚度的变化。
后生变化包括：河流冲蚀（P162 图6-5）
构造运动（P162 图6-6）
岩浆侵入（P162 图6-7）
喀斯特陷落（P162 图6-8）
（二）煤层厚度变化对煤矿生产的影响
1、影响采掘部署和计划生产
2、影响掘进率，使掘进率增高
3、降低回采率
4、瓦斯突出矿井，影响安全生产
（三）煤层厚度变化的观测与探测
1、观测内容：在各见煤点观测煤厚、媒质结构、煤岩煤质、产状、煤层含水性、煤层顶底板。
2、观测方法
（1）观测点的布置：
结构简单稳定煤层，以50-100米点距控制
结构复杂多变煤层，以10-20米点距控制
（2）观测方法：
A、煤层全厚观测及素描：产状、伪厚、真厚、断层、褶曲、分叉、尖灭及裂隙统计等；
B、煤层连续剖面测制：以一定间距测绘煤层柱状、迎头素描、结构和构造形态、煤层产状、厚度、顶底板标高及裂隙统计等；
C、煤岩分层描述：划分煤岩类型及夹石层，作出柱状图；
D、制图：上述各种资料全部应在采掘工程平面图上进行填绘，还应编制煤层等厚线图等。
3、煤层探测
（1）煤厚探测
煤巷掘进：缓倾斜煤层：钻探+溜煤眼、钻探+联络斜巷
急倾斜煤层：钻探+煤门
回采工作面 煤电钻探测
（2）煤层分叉尖灭的探测
A、煤层呈多层次稳定分叉 沿主煤层掘进+井下钻探探分层
B、煤层呈稳定程度不同的分叉 主分叉布巷道+钻探+巷探
（3）煤层底凸薄化的探测——圈定不可采范围
A、井下轻便钻机探测
B、井道实际穿过的底凸部位
C、观测工作面的顶、底板情况 （编制顶底板标高等值线图）
（4）古河流冲蚀变薄带
A、巷道观测素描，并在平面图上展布
B、井下巷探、钻探，并充分利用勘探期建井期资料
C、编制煤层等厚线图、顶板岩性分布图
（四）评定煤层稳定性的主要参数
据《矿井地质规程》（1984年5月）指出，在定量评价煤厚稳定时：
薄煤层—以可采掘指数为主要指标，煤厚变异系数为辅助指标；
中厚、厚煤层—以煤厚变异系数为主要指标，可采性指数为辅助指标。
定量划分煤层稳定程度类型

煤层可采性指数 Km
Km= n′/ n
其中：n ——评定区内所有参加评定的见煤点数
n′——见煤点总数n 中煤厚大于或等于最低可采厚度的见煤点数。

煤厚变异系数V（%）
V=s/m*100%
其中：s——煤厚变化标准差；
mi——见煤点厚度（米）；
m——评定区内平均煤厚（米）；
n——参加评定的见煤点数。
（五）煤层厚度变化的处理
1、掘进
①出现分叉、尖灭现象，应确定稳定可采的分煤层，若为：
上分层——靠顶板掘进
下分层——靠底班掘进
②上山掘进
变薄带范围小，则挑顶式破底直接穿过去
③运输大巷掘进
按原计划直接施工。
2、回采
变薄带范围小，可直接推过去；
变薄带范围大，巷探摸清规律可分块开采。
二 矿井地质构造
（一）褶曲构造
1、褶曲对煤矿生产的影响
类型的划分：A、按褶曲规模分为大、中、小型；
B、按煤矿生产要求则分为四类，主要以褶曲两翼夹角的大小（两翼紧闭程度）划分类型：
（1）大型褶曲 影响井田划分和矿井设计
（2）中型褶曲 影响采区和采区巷道的布置
（3）小型褶曲 影响煤巷及工作面的布置
（4）紧闭褶曲 影响工作面布置

2、煤矿生产中褶曲的研究
1）褶曲的判断
岩层产状规则变化
岩层层序对称重复
煤层平巷出现弯曲
判断褶曲轴（上下煤层对比、区域构造线）
2）褶曲的观测
（1）巷道描述：褶曲轴位置、方向、产状，并绘制平面图式剖面图。
（2）两翼产状：褶曲宽度和幅度、延展变化。
（3）褶曲于断层、节理、煤厚变化的关系。

3、褶曲的处理
1）大型褶曲
（1）以轴线作为井田边界。
（2）井田内背斜轴可布置总回风巷，向斜轴作为运输大巷。
（3）向斜轴部煤层厚度大，顶板压力大，不宜布置井筒，背斜轴部要注意瓦斯突出的预防。
2）中型褶曲
（1）轴线作为采区中心的上山或下山。
（2）褶曲轴作为采区边界。
（3）宽缓褶曲，可单翼开采，直接推过轴部。
3）小型褶曲
（1）煤层变化大时，需重开切眼生产
（2）影响运输（60米内无大弯），需改造取直。
（二）断裂构造
1、节理对煤矿生产的影响
1）节理发育，容易卡钻，影响钻眼煤破效果。
2）影响开采效率（顺节理开采效率高）。
3）影响顶板控制方法（不能用顶柱，而要用顶梁且与节理发育方向有一夹角）。
4）影响工作面布置（工作面与主节理方向要有一夹角）。
5）节理时瓦斯、地下水的良好通道。
2、断层对煤矿生产的影响
1）影响井田划分和开拓方式。
2）影响采区和工作面布置。
3）影响安全生产（破碎带、瓦斯聚集、地下水通道）。
4）增加煤炭损失量（断层煤柱）。
5）增加巷道掘进量
6）影响煤矿综合经济效益（见表6-3 p176）
3、煤矿生产中断层的研究
1）断层揭露前的征兆
（1）裂隙增加
（2）产状变化
（3）煤厚变化
（4）煤层结构发生变化，粉末鳞片状现象增多
（5）大断层附近常见有小断层伴生出现
（6）瓦斯涌出量增大
（7）出现滴水、淋水、涌水现象
2）断层的观测
（1）确定断层位置，并绘在平面图、剖面图上
（2）观察断层面特征：产状、擦痕、破碎带、充填物等
（3）观察断层伴生构造：牵引现象、羽生节理等
（4）确定断层性质
（5）测量断层面产状
（6）确定断层断距、落差，可实测或推断
（7）素描
3）寻找断失煤层
（1）层位对比法（注意不同煤层被错接在一起）
（2）伴生派生构造判断法，推测断失煤层位置
（3）规律类推法（正断层，还是逆断层）
（4）作图分析法，利用各种矿图进行分析对比
（5）生产勘探法（钻探、巷探、物探）
4、 断层的处理
１）开拓设计阶段对断层的处理
(1) 井田边界、采区边界的确定。
(2) 井筒应尽可能避开断层。
(3) 合理布置运输大巷。
(4) 尽可能将断层作为回采边界、节约资源。
(5) 井田开拓方式的选择，缓倾斜煤层被断层断开后要用立井开采。
２）巷道掘进阶段对断层的处理
(1) 平巷过断层　改变巷道方向寻找断失煤层,应根据断层性质、煤层倾向确定掘进方向（破顶式或顺断层面推进）
(2) 倾斜巷道过断层，应根据断层具体情况而定
3）回采阶段对断层的处理
(1)当断层落差小，在以下情况下可强行通过
a、普采、炮采工作面，落差小于煤厚；
b、综采工作面，断层两盘对接煤厚大于液压支架的最小支撑高度；
c、综采工作面，断层两盘对接煤厚小于液压支架的最小支撑高度且底板岩性较软，采煤机能切割；
(2) 重开切眼
遇到倾向式斜交断层时，落差大于煤厚可重开切眼
(3) 划小工作面
落差大于煤厚的走向断层，可根据具体情况采用合采或分采的办法
三 岩浆侵入煤层
（一）岩浆侵入对煤层生产的影响
1、对煤质的影响
（1）岩墙 影响两侧煤层
岩床 影响范围大
（2）侵入体大小
（3）基性侵入岩比酸性侵入岩影响大（辉绿岩、闪长岩、石英斑岩）
（4）热力变质带（由近至远为天然焦、高变质煤、低变质煤、正常煤）
2、对生产的影响
（1）减少煤炭储量；
（2）降低煤质：灰分增高、挥发分降低、粘结性破坏；
（3）破坏煤层连续性，影响掘进、回采
（二）岩浆侵入煤层的观测与研究
1、对岩浆侵入体的观测
观测、素描的内容
（1侵入体颜色、矿物成分、结构、构造、岩石类型；
（2）侵入体产状；
（3）侵入体与断裂关系；
（4）煤层受影响情况：接触关系、天然焦宽度、煤变质程度等。
2、探测岩浆侵入体
（1）巷探、钻探
（2）编制侵入体平面图、剖面图
（3） 采取煤样，了解煤变质规律
（4）利用地震、钻探资料研究侵入体分布规律（山东物探测量队）
3、对岩浆侵入体资料的综合研究
综合各种资料，提出侵入体分布图、煤层煤质预测图
（ 三）岩浆侵入体煤层的处理
岩墙：视岩墙规模大小而决定是否重开切眼还是分采
岩床：视岩床规模大小而决定是否直接推进还是注销
四 喀斯特陷落柱
（一）陷落柱成因
1、喀斯特洞穴发育的地质条件
（1）煤系或其下部存在可溶性岩层；
（2）煤系中断裂构造发育；
（3）地下水源丰富，且含酸根；
（4）地下水动力条件好，排泄口流畅，水循环强烈；
2、喀斯特洞穴塌陷机理
1）重力塌陷——上覆岩层重力所致
2）真空吸蚀塌陷
密封的溶洞因地下水排泄及局部地壳升降等原因，使其底部由承压转为无压或负压，因此不断下降的水产生强烈的抽吸作用，使盖层陷落。同时溶洞内外的压差效应，也使外部大气压对盖层产生冲压作用。
3）物理化学综合作用
（1）岩层内出现物质重结晶作用；
（2）地下水冲蚀和溶蚀作用
成煤过程中有机质分解产物（H2O,CO2,CH4）的化学作用。
1、基本形态
1）平面形态
以圆形、椭圆形、长条或不规则形
2）剖面形态
坚硬岩石的地层：柱体上小下大，夹角60°～ 80°。
松散或松软岩层：柱体上大下小，夹角40°～ 50° 。
3）陷落柱高度
根据地质条件不同，一般为几十米～二百米，也有高达数百米，直至地表。
4）陷落柱中心轴
柱体各平面中心点的连线——中心轴线；
中心轴线多数不是直立的；
中心轴线——可预测下部煤层中陷落柱的位置。
陷落柱出露特征
1）地表出露特征
（1）盆状凹陷：被第四系覆盖
（2）丘状凸起：上覆地层呈碎块状隆起堆积
（3）柱状破碎带：出露于沟谷、公路两侧
（4）特殊地貌上的形态黄土覆盖区）：蜂窝状圆形陷坑、弧形裂缝、滑坡
2）陷落柱井下特征
（1）柱面特征 不规则状：坚硬岩石呈突出状；松软岩石呈凹陷状
（2）柱体特征：多为较新地层碎块或第四系松散沉积物充填；柱内岩块岩性混杂，分选差、棱角分明，若被胶结，则为地史时期陷落柱；若松散，则为现代所形成。
（3）陷落柱内沉淀物：红色铁质、白色钙质、高岭土沉淀物、泥质沉积物等。
3、喀斯特陷落柱分布特点
平面分布上具有明显的分区性和分带性：
分区性——矿区各井田水文地质条件不同所致。
分带性——与构造断裂带密切相关。
（三）陷落柱的观测和研究
1、陷落柱出现预兆
1）产状变化：塌陷牵引作用所致。
2）裂隙增多：裂隙走向平行柱面切线方向，裂隙面向陷落柱中心倾斜。
3）小断层增多：多为向陷落柱中心倾斜的正断层。
4）煤质氧化：光泽变暗，水分增多，强度降低。
5）涌水量增大：陷落柱穿过含水层起了通道作用。
2、井下陷落柱的观测
注意与断层带、冲刷带的区别。
1）煤岩层特征
倾角增大，煤质松软，光泽变暗，出现水锈，裂隙呈弧形。
2）柱面特征
高角度凹凸不平的倾斜面，面上有煤粉、水锈、岩屑、软泥，柱面与巷底交线呈弧形。
3）柱体内特征
观测岩性、形状、大小、堆积方式。
4）利用已有资料，结合观测特征，判断陷落柱的形状、大小等。
3、陷落柱的探测
1）钻探（回采工作面内探测）
2）物探（无线电波透视法）
3）巷探（小断面巷探）
（四）陷落柱对生产的影响及处理
1、陷落柱对生产的影响
1）破坏可采煤层，减少煤层可采储量；
2）影响正规开采，使工作面无法布置；
3）增加巷道掘进率，降低回采率；
4）影响安全（矿井水、瓦斯的通道）。
2、陷落柱的处理方法
1）设计时将陷落柱留在煤柱中。
2）主要巷道掘进时，在保证安全的前提下，直接穿过陷落柱，回风巷则应绕行。
3）回采工作面遇上陷落柱，可视具体情况（陷落柱大小、位置等）而定。
五 矿井瓦斯
（一）瓦斯的形成与分带
1、瓦斯在煤层内的赋存状态
1）游离状态
以自由气体分子状态在煤层空隙中运动。游离瓦斯的数量取决于煤层、围岩孔隙率的大小、温度、压力、压缩系数。
2）吸附状态
约占煤中瓦斯的70~95%，又分为两种：
1）吸着瓦斯：瓦斯分子被吸着在煤岩体的孔隙内表面，形成薄膜。
2）吸收瓦斯：瓦斯气体分子进入气体内部，瓦斯分子与煤分子结合成固溶体。
3）动态平衡
压力降低或温度升高，吸附瓦斯可变为游离瓦斯（解吸）；
压力增高或温度降低，部分游离瓦斯变成吸附状态（吸附）。
2、瓦斯的形成
与成煤过程有关，三种形成方式：
1）生物化学作用形成
成煤第一阶段：有机质缺氧，分解出甲烷、沥青煤等，但不易保存。
2）煤变质作用形成
泥炭在上覆岩层高压高温的影响下，炭含量增加，并生成甲烷，多保
存在煤层中。形成一吨煤可产出1000m3的甲烷、CO2等气体。
3）油型气来源
煤系中含有砂岩含油层，瓦斯从含油层进入煤系中。
3、瓦斯分带：自上而下分为四个带：
① 氮气——二氧化碳带，CO2＞20%；
② 氮气带，N2＞80%、CH4＜20%；
③ 氮气——甲烷带，CH4为20~80%、N2为80~20%；
④ 甲烷带，CH4＞80%、N2＜20%
瓦斯风化带下界的确定：
① 煤体中所含瓦斯成分≤80%；
② 煤层瓦斯压力 0.15~0.2MPa；
③ 相同条件（温度，压力）下，与上述煤层瓦斯压力相当的瓦斯
含量为： 气煤：1.5~2.0m3/t；
粘结煤：2.0~2.5 m3/t；
瘦煤：2.5~3.0 m3/t；
贫煤：3.0~4.0 m3/t；
无烟煤：5.0~7.0 m3/t
④矿井相对瓦斯涌出量大于2 m3/t。
（二）煤层瓦斯含量的影响因素及预测
1、影响瓦斯含量的地质因素
1）煤的变质程度：随着变质程度的升高，煤层吸附瓦斯能力加强。
2）围岩与煤层渗透性在压力影响下，煤层瓦斯运移与排放与围岩和煤层的渗透性相关。
3）地质构造：断层、褶曲对瓦斯含量因其性质不同而产生不同影响。
4）地下水：地下水活动区瓦斯含量降低。
5）煤田暴露程度
暴露式煤田，瓦斯排放容易；
隐伏式煤田，不利于瓦斯排放。
6）煤田埋藏深度：瓦斯含量随埋深增大而增加。
几个基本概念：
瓦斯梯度：矿井瓦斯相对涌出量每增加1m3/t时所增加的深度。
瓦斯含量梯度：同一矿井瓦斯含量每增加1m3/t时所增加的深度。
瓦斯压力梯度：矿井瓦斯压力每增加0.1MPa时所增加的深度。
2、煤层瓦斯含量的测定
1）直接测定 密闭式岩芯采取器或集气式岩芯采取器或半自动测井仪（钻进时用）
2）间接测定
采取未经氧化的新鲜煤样，送实验室测定瓦斯吸附数据，再根据井下实测瓦斯压力计算而定——室内容量法。
3、瓦斯含量预测图
1）内容：瓦斯取样点、取样点煤层实际瓦斯含量、瓦斯风化带界线、瓦斯含量等值线等。
2）编图要求：
以煤层底板等高线图作为底图，并分不同煤层编制。
编图资料：化验资料（瓦斯成分及其百分比）、煤层瓦斯含量
（三）矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级
1、矿井瓦斯涌出现象
1）普通涌出：缓慢逸出
2）特殊涌出：突出、喷出
2、矿井瓦斯涌出量
1）绝对瓦斯涌出量——矿井在单位时间内涌出的瓦斯量（m3/d或m3/min）。
2）相对瓦斯涌出量——正常情况下，平均每生产1吨煤所涌出的瓦斯量（m3/t）。
3、瓦斯矿井等级
1）低瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量在10 m3/t以下
2）高瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量在10 m3/t以上
3）煤（岩）与瓦斯突出矿井：采掘过程中发生过煤（岩）与瓦斯突出矿井
（四）防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作
1、煤（岩）与瓦斯突出的地质因素分析
1）煤层埋藏深度：随地层静压力增大，瓦斯突出强度增大。
2）地质构造和地应力：褶皱带、倾角变化转折点、断层附近。
3）煤层厚度变化：中厚以上煤层瓦斯含量大。
4）煤的物理力学性质：
有突出危险的煤层具有以下特点：
煤层弹性应变超过全部应变的70%；
煤中孔隙多；
煤层及围岩透气性低（渗透率低）；
煤质疏松，易破碎；
煤显微结构中有大量空洞，由毛细管相连通。
5）煤变质程度：变质程度高者突出可能性大。
6）地下水活动：涌水量大的矿井突出危险性小。
2、防治煤（岩与瓦斯突出的地质工作
1）作好突出点的地质编录
2）编制突出点分布图
3）收集瓦斯地质预报资料
4）分析瓦斯突出与地质条件的关系
5）编制瓦斯突出预测图（分区预测）
六 煤层顶底板
（一）煤层顶底板对煤矿生产的影响
1、影响回采工作面的连续推进：断层使煤层与顶底板接触。
2、顶底板的破坏导致突水事故：顶底板含有含水层。
3、影响支护密度、支护形式及支护性能：顶底板岩性不同，支护性能不同。
（二）煤层顶底板条件的研究
1、研究方法
1）编制煤层顶板岩性分布图、顶板岩性结合柱状分区图。
2）分析研究井田地质构造展布规律及对顶底板条件的影响。
3）定量研究顶底板物理力学性质。
4）收集开采中各类顶板矿压显现及稳定状况的资料。
5）编制顶板条件类型预测图，顶板地质险情分析图。
1）直接顶分类
依据直接顶初次垮落平均步距，参考顶板岩性和节理（裂隙）发育情况、分层厚度及岩石单向抗压强度等，划分为四类（1996年）。
为直接顶初次垮落步距——指垮落高度超过0.5米，沿工作面方向垮落长度超过工作面长度的1/2时，工作面煤壁到切眼煤壁之间的距离。
若已采多个工作面则求其算术平均值。（参见P205，表6—5）
2）基本顶（老顶）分类
按老顶来压显现强度将基本顶划分为4级（1996年）（参见P205，表6—6）
表内的分级指标P，是老顶初次来压平均当量
P=241.3ln（Lf）-15.5N+52.6h
其中：P——基本顶（老顶）初次来压当量（kN/m2）；
Lf——老顶初次来压步距（m）；
ln——自然对数；
N——直接顶充填系数；
hm——煤层采高（m）。
3）伪顶分类
按伪顶自然垮落厚度分为5类。（P206，表6—8）
4）煤层底板分类
按采煤工作面底板的压入特性（岩性松软程度）划分为5类。（P206，表6—9）
七 地温与矿山压力
（一）地 温
井下温度超过26℃，将出现矿井热害问题。
1、引起矿井地温异常的因素
1）大地构造位置：地壳活动区、岩浆活动、多地震，热流值大，地温梯度大，地温高；地壳稳定区则相反。
2）岩石导热性：矿区煤系多为导热性差、传热慢岩石（泥岩、页岩、煤），地温常出现高异常。
3）矿区基底起伏与褶皱构造
基底隆起区比相邻沉陷区地温高，地温梯度大；
背斜部位比相邻向斜部位地温高，地温梯度大。
4）深大断裂
深大断裂接近或通达上地幔，是深部炽热物质上升的通道。
5）地下水
地下水活动区：带走岩石热量，形成低温异常区。
大型自流盆地：地下水长期停滞，循环弱，水岩热交换达到平衡，形成中常温度区。
深循环热水上升区：浅层或地表水与深部热水循环交替，成为承压高温热水，形成高温异常区。
6）局部热源影响：岩浆侵入体的余热、放射性元素的衰变热、硫化矿床的氧化热等。
7）人为影响：井下机电设备产生热量，通风强度不够等。
2、矿井地热预测图件： 煤层底板等温线图
（二）矿山压力
1、矿山压力及其成因
1）矿山压力：因采掘工程影响，在采空区围岩内形成的一种促使围岩向采空区运动的力。
2）成因：上覆岩层的重力作用、地质构造残余应力的水平作用。
2、影响矿山压力的地质因素
1）煤、岩层的物理力学性质
2）地质构造
3）水文地质条件
4）瓦斯
瓦斯地质研究
包括：查明有突出危险区的地质情况，提供可能与突出有关的地质资料，编制瓦斯地质测报图件。
具体工作内容有：
矿区地质构造研究: 矿井构造直接关系到煤矿的生产和安全，是引起煤层瓦斯突出的主导因素。深入研究构造发育规律、空间组合特征，构造演化机理及其构造应力场演化，特别近代构造应力场的分布；各种断层封闭特性 ;找出应力集中区作为测报工作的重点地区；
对圈定出的可能储积瓦斯构造，进一步判明与矿井开拓工程的关系，并标定出可能发生突出点的位置。
研究煤层厚度变化特征，分析变化原因，煤体特征，确定变化带位置。
调查鉴定煤层的各分层煤岩和物理特征，确定煤结构的破坏类型，得出可能发生突出的松软分层厚度的最小值（始突厚度），并在煤层等厚线图上标出始突厚度等值线。
测定和统计煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，圈出煤层原始瓦斯压力等压线。
研究水灾地质情况，分析水、瓦斯、构造三者之间的关系，判明地下水活动对突出煤层的影响。
调查煤层顶、底板岩石力学性质、成层厚度结构和构造以及遭受地质构造破坏的特征，以便了解其对瓦斯储存与释放的控制作用。
编制煤和瓦斯突出预测图。以煤层底板等高线图为底图，填绘上述各种与突出有关的瓦斯地质资料，并把采掘过程中已发生的突出（包括突出的时间、地点、类型、煤（岩）量、瓦斯量）以及各类巷道等内容标定在图上；也可把突出点填绘到有关采掘工程平面图和地质图上，编出突出点分布图，并以此为底图填绘上述瓦斯地质资料。
五查：
查区内陷落往发育、分布的规律性；
查陷落柱周围煤、岩层中裂隙发育情况及充填物性质；
查煤层遭氧化的情况；
查陷落柱附近的水和瓦斯的变化；
查陷落柱周围的小断裂的发育情况。
五看：
看陷落柱与围岩的接触往面；
看陷落柱内充填物的性质和特征；
看陷落柱周围煤、岩层的产状变化；
看陷落柱内岩块的大小、排列和时代；
看陷落柱与煤层底板的交面线。
五定：
定巷道揭露陷落柱的部位；
定陷落柱的形状；
定陷落柱的规模大小；
定穿透陷落柱的距离；
定处理陷落柱的措施