煤厚影响煤矿生产地质因素的研究在这些任务中煤层厚度变化和构造变动的调查研究,对所有矿井都具有普遍意义.doc

第一篇 影响煤矿生产地质因素的研究
查明影响煤矿正常生产和建设的各种地质因素是矿井地质工作的一项首要任务．在这 些任务中煤层厚度变化和构造变动的调查研究，对所有矿井都具有普遍意义。而岩浆侵入、岩溶陷落、瓦斯突出、围岩膨胀等因素，对于某些矿井来说也非常重要。随着开采深度的不断加大，地温和地压也越来越成为突出的问题。本篇将分章讨论这些因素的影响，特点和观测方法。但是，有些因素或是由于不具有普遍意义，或是由于资料不多、研究不够，因而只能稍加提及，或作简略的叙述。
第一章 煤层厚度变化
煤层是煤矿开采工作的对象。煤层厚度不同，开采方法也不同，煤层厚度发生变化，必然要影响矿井的采掘上作。所以，煤层厚度变化是影响煤矿生产的重要地质因素之一。煤层厚度变化对煤矿生产的影响，归纳起来有以下几个方面：
1．影响采掘部署；焦作煤矿开采的厚煤层，煤厚4．0～7．0米，分层回采，由于局部 地段煤层出现底凸薄化或河流冲蚀破坏，煤层变薄为0～2．0米，直接影响了分层回采的层数、采高的确定和分层巷道的布置。开采薄煤层的四川永荣煤矿十井东翼采区原设计六个工作面，后因区内出现古河流冲蚀带，只能布置三个工作面，影响了生产的正常接替．
2．影响计划生产；浙江长广煤矿王村井开采的c煤层，呈藕节状变化，据三个采区资料验算，由巷道圈定的煤量仅为勘探储量的62．5％，实际采出的煤量只有48．4％．由于勘探储量不落实，造成了生产计划安排上的困难。
3．掘进率增高：湖南金竹山煤矿2151工作面在回栗过程中，为探明煤厚变化和过薄煤带重开切眼，使巷道较原设计增加53％。根据南方一些矿井的统计，煤厚变化大，掘进率也相对较高，万吨煤掘进率一般在200～300米左右。
4．回采率降低 煤厚变化常造成工作面的面积损失和厚度损失，如无法采出的局部增厚的顶煤或底煤，局部出现的分叉煤层及薄煤带边缘的可采块段等。北京某矿开采的三号煤层，煤厚变化从0．7米到13．4米，结构复杂，回采率只能达到48％，须经两次复采，才能达到国家规定。
为了多快好省地发展煤炭工业，保证国家原煤生产任务及各项经济技术指标的全面完 成，生产矿井对煤层厚度变化的研究极为重视，提出了以下几项任务：
1．对由井巷及钻孔揭露的一切煤层，包括可采的，局部可采的或不可采的煤层，都要进行观测，以获得系统全面的煤层资料。
2．探查影响采区设计、巷道掘进及工作面回采的煤厚变化，圈定薄煤带的可采边界、厚煤段的分层界线，分叉煤层的分合区界线、以及非层状煤体的采掘范围等，使之能正确设计，合理采掘，提高原煤采出率。
3．研究煤层厚度变化的地质特征及其成因，进行开拓新区的煤厚预测或煤量估算，保证矿井生产的正常接替。
4．最终审定勘探程度不足的，或新发现的煤层的工业价值及开采条件，使煤炭资源得以充分利用。
第一节 煤层的观测
煤层的观测是生产矿井一项日常性的地质工作，主要在于取得煤层结构、厚度、煤质、顶底板岩石性质以及与工作面生产劳动条件有关的各项资料。
一、煤层的分类
生产部门根据煤层的赋有条件及开采上的一些特点，经常采用的分类是：
1．按煤层的厚度分为五类：煤层厚度由0．3～0．5米为极薄煤层，0．5～1．3米为薄煤层，1．3～3．5米为中厚煤层，3．5～8．0米为厚煤层：大于8．0米为特厚煤层。

2．按煤层的结构(煤层中有无夹石)分为两类：简单结构煤层——没有夹石层的煤层，复杂结构煤层——夹有一至数层夹石层的煤层，有的特厚煤层中夹石多这几十到百余层。

3．按煤层的稳定性，即根据煤层厚度在井田范围内的变化幅度，煤层结构和煤质等因素对生产影响的程度分为四类：稳定煤层——煤层厚度在井田范围内均大于最低可采标 准，厚度变化也有一定的规律，较稳定煤层——煤层厚度有一定的变化，但在井田范围内大部分可采，仅局部为不可采，不稳定煤层——煤层厚度变化大，在井田范围内经常出现煤层的分叉、尖灭，增厚、变薄等现象，有相当面积的不可采区，极不稳定煤层——煤层厚度变化极大，常呈鸡窝状的透镜体，井田范围内断断续续地分布，仅局部可采。

4．按煤层的形态分为三类：层状煤层——煤层厚度稳定，无明显变化呈层状，似层状煤层——包括藕节状煤层，其可采面积大于不可采面积，串珠状煤层，其可采面积与不可采面积大致相近，可采部分煤体的分布尚密集；瓜藤状煤层，其可采面积小于不可采面积，可采部分煤体的分布较稀散，非层状煤层——包括鸡窝状煤层，其可采煤体的规模较大，一般具有开采价值，扁豆状煤层，其可采煤体的规模较小，一般无单独开采的价值。

5．按煤层的产状分为四类：煤层倾角小于5o的为近水平煤层，5o～25o的为缓倾斜煤 层，25o～45o的为倾斜煤层，大于45o的为急倾斜煤层，习惯上把倾角大于60o的急倾斜煤层称为立槽煤。
二、煤层的观测内容
1．煤层结构：要查明煤层的各个分层和夹石层，观测夹石层的层数、厚度、岩性及 其与煤层的接触关系。对于煤层中的结核、包裹体也要注意观测。
2．煤层厚度；要实测煤层的总厚度和各分层厚度，要注意观测煤层厚度变化及其地质特征。
3．煤层顶底板：要观测煤层顶底板的岩石性质、厚度、与煤层的接触关系，顶板裂隙的发育程度，以及岩石的稳固性、可塑性、膨胀性等。
4．煤层煤质：一般只观察煤的颜色、光泽，裂隙、硬度与脆度等物理性质，煤的结构与构造等特征；根据需要也可进行煤岩分层描述，鉴定煤岩类型，或采取煤样，化验测定煤的化学组成与工艺性质等。
5．煤层含水性：要了解煤层的含水性，一般分干燥(无水)，潮(滴水)，湿(淋水)，含水(涌水)等四种情况。
6、煤层产状：要测定煤层的走向、倾向、倾角，以及其他构造变动所显示的形迹。
三、煤层的观测方法
井下的煤层观测工作通常是结合井巷与钻孔的地质编录一起进行的，只是在解决煤层厚度变化的某一方面问题时，才专门组织煤层的观测调查。这里仅以观测方法简述以下几点
1、用井巷观测基线测制煤层剖面，或以一定间距的煤层柱状、迎头素描及顶(底)板标高来控制煤层结构与构造形态，并测出各个变化点的煤层产状．
2、利用井巷与钻孔的揭露来测量煤层厚度，一般要测出煤层真厚度，只是在受到观测条件限制时，才测量煤层假厚度再进行换算对于煤层增厚、变薄，分叉、尖灭、断失、褶皱等厚度变化的位置及影响范围应在井下绘制平面草图，并作反映变化特征的细部素描。
3．煤层观测点的布置应按实际情况来定。结构复杂，厚度不稳定，有可能影响正常采掘的煤层，要以10～20米的点距控制，结构简单，厚度也较稳定，对采掘无太大影响的煤层，一般以30米，50米，100米的点距控制。
4、以沉积岩的一般观察方法来鉴定煤层顶，底板。根据井巷支护及采场管理的需要，有时要进行顶，底板岩石物理力学性质的试验和顶板裂隙的测量统计。
5．煤岩分层描述的观察点力求是一个新鲜的连续剖面。对于层位稳定，厚度大于2厘米的夹石层，必须单独分出根据煤层的光亮强度和结构特征划分各分层的煤岩类型，分层的厚度取决于煤层厚度和研究目的。有特殊意义的标志层或煤岩类型也要单独分层；
6．在上述特征观测基础上，对一条巷道或一个工作面都要作煤层的总体描述，并附煤层观测点材料平面图。
四、煤层资料的整理
从井下观测收集的各种煤层资料，要进行系统的室内整理，除了清绘原始底图，登录资料台账等工作外，根据需要尚应填绘各种综合性的图件。
编制煤层综合图件的工作，主要是在采掘工程平面图上填绘煤层观测点，有顶、底板岩性的煤层小柱状，附有煤质化验简表，以及其他说明煤层和顶底板变化的资料。综合图要能反映全矿井各个可采煤层总的变化特点，另外还可根据生产部门对煤层研究的某一方面需要，编制诸如煤厚等值线图，煤质等值线图等专门图件。
经过整理的原始资料，要妥善保存，不得任意更改或销毁，使用后要建卡存档。
第二节 煤层厚度的测量
煤层厚度是指煤层顶，底板岩层之间的垂直距离。煤层厚度的测量即为生产矿井的探煤厚工作。探煤厚的任务是要获得采区和工作面内确切的煤层厚度资料，以便合理组织采掘工作。在开采厚煤层的矿井或采区，探煤厚工作极为重要，常设有专人或专职的探煤小组。
一，掘进煤层巷道的探煤厚工作
1、在能够揭露煤层全部厚度的薄煤层及中厚煤层的巷道中，可用皮尺或钢卷尺垂直煤层顶，底板的层面直接测量煤层真厚度。
2．在只能揭露煤层厚度一部分的厚煤层及部分中厚煤层的巷道中，必须用钻探或巷探来探测煤层的全部厚度。
探煤钻一般是采用轻便小型钻机或电煤钻与接杆钎子，探煤巷则是利用生产上必掘的暗井、反眼、煤门、横贯等巷道。
图1-4为缓倾斜煤层沿顶掘进的分层巷道中，用电煤钻探测下分层煤层厚度，西段则为沿底掘进的分层巷道中用联络巷及反眼进行的分段丈量．
图1-5为急倾斜煤层的水平分层巷道中，以煤门为主所进行的煤层厚度测量，在一些分层巷道中则用电煤钻接杆探测。
掘进巷道中煤厚点布置间距要立足于能够真实反映煤厚变化，一般要求每隔10～20米布置一个探煤点．如果两点间煤厚变化超过0．5米时，须在中间补点控制。
二、回采工作面的探煤厚工作
在缓倾斜或倾斜的厚煤层分层开采的工作面中，为了正确控制各个分层的回采厚度，仅据回采巷道中的煤厚点是不够的，一般还要在上分层的开采过程中，既测量实际采高，
又随着工作面的推进，按一定的探煤间距探测下分层煤厚。如图1-6为淮南谢二矿C13煤层工作面的探煤工作，图1-7为北京王子村矿3451工作面对极不稳定煤层的探煤工作。
工作面探煤点的间距：由于工作面的探煤厚工作往往是每隔一周或一旬结合产量验收，丈量采高的同时进行的，所以探煤点沿走向的间距一般为15米左右。探煤点沿倾向的间距则视煤厚变化的情况而定，通常为5—10米。前后两次的探煤点，应沿倾斜交叉布置，利于在平面上有效的控制煤厚变化。
工作面探煤厚的方式：一种是回采第一分层时，就一次探到煤层的底板，控制全部厚度。其优点是能及时掌握煤厚变化，便于调整下部分层的回采厚度，缺点是一次探煤工作量太大，有时会影响生产， 另一种是回采一个分层时，探测下一分层的厚度，按顺序进行。其好处是探煤进度比较快，不足的是探煤次数增多，且对底部分层的回采厚度不易控制，有可能出现分层不恰当，或底分层因不够采高面丢失。在煤厚变化不大的矿井通常采用分层探测的方式。
三，探煤厚的资料整理
煤厚资料应是分煤层，分水平，以采区或工作面为单位建立煤厚台帐，并在各煤层巷道图上填绘探煤厚度资料(图1·8)，绘制煤层剖面；也有在相应的采区或工作面图上绘出全层的，分层的煤厚等值线图（1—6)，以供生产部门参考。
四、探煤厚的注意事项
1．探煤钎子应垂直煤层顶、底板层面钻进，便于测得煤层真厚度。
2．用电煤钻向下探煤时，要经常提拉钎杆，清除煤粉，察看返出的顶、底板岩粉，并防止卡钻。
3．探复杂结构煤层时，要根据夹石层与顶底板的岩石硬度不同，岩石性质(成分，颜色等)差异来判别它们的位置及煤与矸石的厚度。
4．测量下探煤厚的深度时，每钻进一米钎杆，要扣去10公分，以减少钻进过程中因返出煤、岩粉所需时间而造成的煤厚计算上的误差。
5．工作面探煤厚的时间，应安排在铺设分层假顶和放顶之前。
第三节 煤层厚度变化的探测
煤层厚度变化有各种各样的原因，也呈现多种多样的形式。生产部门为了采掘工程的合理布置和可采煤量的正确计算，要求随着井巷施工和工作面回采，测量煤厚，探查煤厚变化范围和规模，及时采取技术措施，以减少其对采掘的影响，防止资源损失。
为了有效的进行煤厚变化的探测工作，要求尽可能正确的鉴定各种变化的地质特征，判别各种不同的地质成因，按照生产的要求，测定煤层分叉、尖灭、增厚、变薄的开采技术界线。为此试将各种成因的煤厚变化地质特征作一简要归纳，列成表1-1以供参考。
以下分别对几种常见的煤厚变化探测方法作一介绍。
一、煤层分叉尖灭的探测
煤层分叉的形式虽然很多，但据分叉层的稳定情况，大致分为二种：一种是煤层分叉后，各分层的分布比较稳定。如山东枣庄矿区十四煤层，在东部为一层，从枣庄以西至陶庄则分为三层。这样的分叉煤层，一般在勘探阶段就能基本查明，到生产阶段主要是进一步控制和确定可采分叉层的分布和分合区的界线。另一种是煤层分叉后，只有一层保持稳定，即所谓主分叉层，其他各个分层，延续不长，很快尖灭。如河北下花园矿二煤层，在 井田中部有一支沿顶分叉层，延长几十米尖灭，在离都有—支沿底分叉层，仅延长十余米即央灭。这样的分叉煤层，勘探阶段不易查明，甚至出现层位对比上的错误，在生产阶段必须探明，以控制可采分叉层。分叉煤层的探测方法是?
1、煤层呈多层次的，比较稳定的分叉，在急倾斜矿井中，可用井下钻探和阶段石门来探测。如北京木城涧矿(图1-9)，以所在开拓水平，沿主要大巷，以一定间距，用水平钻或掘进阶段石门，或两者结合来控制本水平各个可采的或局部可采的分叉煤层，根据分叉，尖灭、合层的分布情况，确定回采顺序并布置采E。
2，煤层呈短距离的不稳定分叉，一般是根据主分层布置巷道，其他达到可采厚度的次要分叉层，可用钻孔或探巷圈出(图1-10)，然后按自上而下的顺序进行回采。由于此种分叉煤层顶、底板岩性往往变化很大，各煤分层的特征也不一定明显，在采掘过程中容易出现掘进主分层巷道时误入次要分层前叉尖而造成无效进尺，或掘进后误采沿底的分叉层而破坏主采层，或只沿主采层掘进、回采而丢失沿顶分叉的可采层等，须引起注意。河北兴隆煤矿某煤层沿底板出现多次短距离分叉，该煤层顶板为黑色粉砂岩，比较稳定，底板则不稳定，时而为粘土岩，时而为细砂岩，也出现有砂砾岩。所以沿煤巷道掘进时，要紧挨煤层顶板，才能防止误入分叉的“尖子煤”而造成废巷。
3．分叉煤层分合区线的圈定。为对分叉煤层合理分层分区来布置巷道和选择采煤方法，必须根据分区分采的要求，圈出分合区界线。图1-11为开滦唐山矿九水平22～23石门间的采区，区内八，九煤层的分合区线是根据井下钻孔与巷道控制的剖面、反眼和平巷的实见点来测定分叉点连接而成。煤层分合区线确定后，给工作面布置带来很大方便。
二，煤层底凸薄化的探测
所谓煤层底凸薄化，是指泥炭堆积时，沼泽基底不平面引起的煤层变薄或尖灭的厚度变化。当然也有煤厚的增加，但是通常注意的是煤层底板凸起造成的煤层薄化现象。对于这种煤厚变化，主要圈定煤层变薄的与不可采的区段，以调整薄煤层的工作面布置及厚煤层的回采分层。
泥炭沼泽所处的古地理位置，一般可以进行区域性的推断，而具体到沼泽基底的古地形特征则很难作出规律性的预测，所以也只能在采掘过程中探测圈定。常用的探测方法是：
1，利用钻探控制巷道掘进前方的底凸位置，图1—12为焦作朱村矿2121工作面切眼掘进时，遇到底板凸起，煤层变薄，使用轻便钻机探测薄化范围及穿过底凸部位所需的掘进
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