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1、煤矿安全生产管理人员安全资格培训教材,葛均刚2010年6月,第四章 煤矿地质安全,河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿,提纲,第一节、地质构造与含煤地层第二节、影响煤矿生产的地质因素第三节、矿井水文地质与防治水第四节、煤矿图件基础,第一节、地质构造与含煤地层,一、含煤岩系：指一套含有煤层并且在成因上有联系的沉积岩系。也指含煤地层、含煤建造。煤层煤层是沉积岩中炭质成分的可燃性岩层。根据煤层的厚度可分为三类薄煤层煤层厚度在1.3m以下。中厚煤层煤层厚度为1.33.5m。厚煤层煤层厚度在3.5m以上。顶底板煤层顶底板岩石分类：顶板：伪顶-直接覆盖在煤层之上极易垮塌的薄层岩层，常随采随落，厚度不大，岩性
2、多为炭质泥岩。 直接顶能随回柱放顶垮落的岩层。岩性为粉砂岩和泥岩 基本顶（老顶）岩性抗弯刚度大，较难垮落的岩层或岩层组合。底板：直接底煤层之下与煤层直接接触的岩层。 基本底（老底）位于直接底之下的岩层。,第一节、地质构造与含煤地层,二、矿物与岩石、矿物矿物是天然产出,具有一定的化学成分和有序的原子排列,通常由无机作用所形成的均匀固体。、岩石岩石是天然产出的集合体，具有一定的结构、构造特征是地质作用的产物 。岩石按其成因可分为三大类：岩浆再、沉积岩和变质岩、常见的沉积岩碎屑岩：由机饭沉积和火山喷发出的各种碎屑物沉积下来后经压固、胶结而形 成的岩石。根据物质来源不同可分为火山碎屑岩和正常沉积碎屑岩
3、两类 粘土岩：由50以上颗粒直径小于0.01mm的粘土矿物组成的岩石。 化学岩及生物化学岩：母岩风化产物中的溶解物呈胶体溶液或真溶液状态被搬运到湖泊或海盆地中以化学方式沉淀而形成的岩石。,第一节、地质构造与含煤地层,三、地质构造 在地壳运动过程中，岩层改变了原始的埋藏状态，产生一定的变形或变位，形成新的结构统称为地质构造。自然界中地质构造的基本表现形式有褶皱构造和断裂构造两种 。、单斜构造单斜构造是指一系列岩层大致向同一个方向倾斜的构造形态。煤(岩)层产状通常用煤(岩)层的走向、倾向和倾角来表示,第一节、地质构造与含煤地层,、褶皱构造岩层受到水平力的挤压而发生波状弯曲但仍保持岩层的连续性和完整
4、性的构造形态称作褶皱构造 。褶皱构造中每一弯曲为褶曲。褶曲是褶皱构造的基本单位，它分为向斜和背斜两种形态。 背斜：岩层在剖面上表现为层面突起的弯曲；在水平切面图上表现为核部是老岩层两翼是新岩层。向斜：岩层在剖面图上表现为层面下凹的弯曲；在水平切面图上表现为核部是新地层两翼是老岩层。,、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称为断裂构造。断裂后，断面两侧岩层没有发生显著位移，称为节理（裂隙）。如发生明显错断则为断层，断层就是岩层沿断裂面发生显着位移的断裂构造。断层要素：断层面、断层线、交面线、断盘和断距等 断层的分类：根据上下盘相对位移分为：正断层、逆断层 、平移断层根据断层
5、走向与岩层走向的关系分为：走向断层、倾向断层、斜交断层,第一节、地质构造与含煤地层,断层的标志与断失翼寻找:,断层的标志与断失翼寻找:,断层的标志与断失翼寻找:,提纲,第一节、地质构造与含煤地层第二节、影响煤矿生产的地质因素第三节、矿井水文地质与防治水第四节、煤矿图件基础,第二节、影响煤矿生产的地质因素,一、煤层厚度变化对安全生产的影响、煤层厚度变化对煤矿生产的影响1、影响采掘部暑 ：2、影响计划生产： 3、增高掘进率：4、降低回采率：、煤层厚度变化的处理1、掘进中的处理方法：两层煤跟主层煤掘进；薄煤层跟顶破底掘进；无煤另开巷道2、采煤工作中的处理方法 ：小变薄区直接推面；大变薄区开探巷、跳面
6、或缩面,第二节、影响煤矿生产的地质因素,二、地质构造对安全生产的影响、褶曲大型褶曲影响井田划分和矿井开拓方式中型褶曲影响采区划分和布置小型褶曲影响掘进型和工作面长度 褶曲的处理：1、以大褶曲的轴线作为井田边界；井简最好不要布置在向斜轴部附近 。 2、中型褶曲的轴线通常作为采区中心布置采区上(下)山，也可以作为采区的边界对于宽缓褶曲，工作面还可以直接推过去。3、小型褶曲发育的地区，煤层会突然增厚或变薄，甚至不可采，使工作面无法通过，需要重新开掘切眼进行生产。,第二节、影响煤矿生产的地质因素,、断裂构造1、节理(裂隙)对煤矿生产的影响及处理 容易卡钎子，爆破效果差炮眼方向应尽量垂直节理面布置。容易
7、发生冒顶事故工作面布置与主要节理组方向有一定交角或垂直。易片帮回采面煤壁尽量与主要节理组方向有一定交角瓦斯的良好通道工作面采前要进行瓦斯抽放 2、断层对煤矿生产的影响及处理 按规模分类：H50m为特大断层；H= 5020 m为大型断层 ；H=205m为中型断层；H5m为小断层影响井田划分影响开拓方式影响采区和工作面布置增加煤炭损失量影响安全生产增加巷道掘进量影响煤矿综合效益,第二节、影响煤矿生产的地质因素,2、断层的处理 开拓阶段：落差大于50 m的特大型断层可作为井田边界；留设防水煤柱；中型断层作为采区边界；立井井简布置在倾角较大的大断层下盘；井底车场的位置要避开断层带 。 掘进阶段：当煤层
8、平巷遇断层后要保持巷道坡度，采用改变巷道方向过断层；上(下)山等倾斜巷道遇到断层后，采用改变巷道坡度或掘石门,第二节、影响煤矿生产的地质因素,回采阶段：采用强行通过的方法 ；重开切眼跳面的方法 ；改造工作面缩面或延面。,第二节、影响煤矿生产的地质因素,三、岩浆岩对安全生产的影响、对煤层生产的影响减少煤炭储量，缩短矿井服务年限；使煤质变差，灰分增高，挥发分显著降低，粘结性遭到破坏；破坏煤层的连续性，给巷道掘进、采面回采带来困难，影响采面合理布置。、岩浆岩侵入煤层的处理 掘进时直接穿过；改变方向；停止掘进回采时直接推过继续回采；重开切眼；改造工作面可分成上、下两个小工作面回采。,第二节、影响煤矿生
9、产的地质因素,四、陷落柱对安全生产的影响、陷落柱对煤矿生产的影响 使可采煤层遭到不同程度的破坏减少煤炭储量；影响正规开采影响采掘施工；是矿井水和矿井瓦斯的良好通道，影响煤矿生产安全。 、陷落柱的处理设计时留设防水煤柱；掘进时可直接穿过；也可绕过；采煤时先探明情况，然后决定处理。,第二节、影响煤矿生产的地质因素,五、影响煤矿生产的其它地质因素、矿井瓦斯、地温、矿山压力,提纲,第一节、地质构造与含煤地层第二节、影响煤矿生产的地质因素第三节、矿井水文地质与防治水第四节、煤矿图件基础,第三节、矿井水文地质与防治水,一、地下水的概念与分类、地下水的概念地下水是指埋藏在地表以下，储存在岩石空隙中的水。、地
10、下水的分类按地下水的埋藏条件分类：地表水、潜水、承压水潜水埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由水面的重力水称为潜水 承压水充演于上、下两稳定隔水层之间的含水层中的重力水称为承压水 按含水层孔隙性质分类 ：孔隙水、裂隙水、岩溶水储存予琉松岩层孔隙中的水称为孔隙水 埋藏于基岩裂隙中的地下水称为裂隙水。埋藏于溶洞、裂隙中的重力水称为喀斯特水，亦称为岩溶水,第三节、矿井水文地质与防治水,二、矿井充水条件、矿井充水水源大气降水；地表水；地下水；老空水、矿井充水通道构造断裂带；冒落裂隙带；含水层露头区；煤层底板采动破坏带；封闭不良钻孔；导水陷落柱；地表塌陷,矿井充水通道分类,充水通道,天然通道,
11、人工通道,导水裂隙,导水断层,陷 落 柱,岩溶塌洞,顶板三带,底板三带,防水煤岩柱,不良钻孔,点状通道,线状通道,面状通道,第三节、矿井水文地质与防治水,三、矿井水灾防治与处理、做好矿井水文地质工作、地面防治水1、在矿区外围修筑防洪泄水渠道，在采空区外围挖沟排(截)洪2、在河流(含冲沟、小溪、渠道)的漏水、渗水段铺底，修人工河床、渡槽或河流部分地段改道等3、填堵渠道(指对岩溶地面塌陷及采空区塌陷的处理)4、建闸设站，排除塌陷区积水或防止河水倒灌、煤矿井下防治水1、合理进行开拓与开采 ；2、留设防水煤柱 ；3、井下疏干排水；4、井下探放水 ；5、井下截水与堵水；6、含水层改造与隔水层加固；7、设
12、置防水闸门及防水闸墙,留设防水煤柱煤矿安全规程第259条 相邻矿井的分界处，必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防水煤柱。防水煤柱的尺寸，应根据相邻矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质、开采方法以及岩层移动规律等因素，在矿井设计中规定。严禁在各种防隔水煤柱中采掘。第265条 井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱时，必须查出其确切位置，并按规定留设防水煤（岩）柱。,井下疏干排水 A、利用钻孔疏排地下水 B、利用巷道疏排地下水煤矿安全规程第270条 承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值小于实际水头值时，开采前必须采取
13、下列措施，由企业主要负责人审批：（一）采取疏水降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能承受的安全水头值以下，并制订安全措施。（二）承压含水层不具备疏水降压条件时，必须采取建筑防水闸门、注浆加固底板、留设防水煤柱、增加抗灾强排能力等防水措施。,井下排水煤矿安全规程第278条 主要排水设备应符合下列要求：（一）水泵：必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂
14、的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。（二）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。（三）配电设备：应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。,井下排水煤矿安全规程第280条 主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于10
15、00m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：2（Q+3000）式中 V-主要水仓的有效容量，m3；Q-矿井每小时正常涌水量，m3。但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。水仓进口处应设置箅子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。,井下排水煤矿安全规程第281条 水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水
16、泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。第282条 对基岩段富水性较强的深井，应在井筒中部设置相应排水能力的转水站。第283条 井筒开凿到底后，井底附近必须设置具有一定能力的临时排水设施，保证临时变电所、临时水仓形成之前的施工安全。第284条 在建矿井在永久排水系统形成之前，各施工区必须设置临时排水系统，并保证有足够的排水能力。,井下探放水（1）探水的目的探水是指在煤矿生产过程中采用超前勘探方法（钻探、物探），查明采掘工作面煤层顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目
17、的是为有效的防治矿井水害做好必要的准备。（2）探放水的原则有疑必探、先探后掘 公司探防水原则“有掘必探、先探后掘。”,煤矿安全规程第286条 采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水：A、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。B、接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。C、打开隔离煤柱放水时。D、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。E、接近有出水可能的钻孔时。F、接近有水的灌浆区时。G、接近其他可能出水地区时。经探水确认无突水危险后，方可前进。,（3）探放水的措施A、加强靠近探水地点的支护打好坚固的立柱和拦板，以防高压水冲垮煤壁和支架。B、认真检查
18、排水系统，保持完好状态，准备好适当坡度和断面的排水沟及相当容积的缓冲水仓，加大排水能力。C、确定主要探水孔的位置，由测量人员进行标定，负责探水人员必须亲临现场。D、探水地点要经常检查有无有害气体，发现有害气体逸出时，要及时采取通风措施。E、探水地点要安设专用电话，使其能够及时与矿调度室和中央泵房联系。F、在探水时，制订安全退路，并使其畅通无阻；同时要与相邻工作地点保持信号联系，以便万一出水，好马上通知受水害威胁地点的人员安全撤离。G、水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。特别危险的地段，还应选择坚固的地点修筑临时水闸门和躲避
19、洞。H、打钻时，要时刻注意观察钻孔情况。钻进时，发现钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异常现象时，必须停钻检查，如钻孔内水压很大，应马上将钻杆固定，一定不要移动或拔钻杆，钻机后面不要站人，以免高压水将钻杆顶出伤人或造成透水事故。,井下截水与堵水（1）井下截水的主要措施有修筑水闸墙和水闸门。，煤矿安全规程第273条 水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，必须在井底车场周围设置防水闸门。在其他有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门后，方可掘进。（2）注浆堵水就是将水泥浆或化学浆通过管道压入岩层间隙，浆液在间隙中经过扩散、凝结、硬化，起到加固岩层和堵隔水源的作用。,第三节、矿井水文地质与
20、防治水,、透水事故的应急措施1、透水事故预兆一般预兆：（1）煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹；（2）工作面气温降低，或出现雾气及硫化氢气味；（3）有时可闻到水的“嘶嘶”声；（4）矿压增大，发生片帮冒顶及底臌。工作面底板灰岩含水层突水预兆：（1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可达500mm以上；（2）工作面底板产生裂隙，并逐渐增大；（3）沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清；（4）底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并有“嘶嘶” 或刺耳
21、水声；（5）底板发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈黄色。,第三节、矿井水文地质与防治水,冲积层水的突水预兆：（1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂；（2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出；（3）顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。2、透水事故的应急措施现场人员除立即报告矿调度室；行动原则：判断事故的地点和灾害程度 尽可能就地取材，堵住出水点 避开压力水头，迅速撒退安全地点 。 抢救措施：清点人员立即通知泵房人员排水查明水情检查维护所有排水设施和输电线
22、路 检查防水闸门是否灵活、严密、并派专人看守做好准备，待命关闭 采取上述应急措施仍不能阻挡淹井时，煤矿井下人员应向高处撤退迅速向安全出口转移安全上井 。,第三节、矿井水文地质与防治水,四、水灾事故案例1984年6月2日开滦范各庄矿2171采面的陷落柱突水最为凶猛，高峰期11个小时的平均涌水量为2053m3/min，在突水20小时后，相距2315m的奥灰观测孔水位下降96.68m，21小时后全矿被淹，透水量之大为世界罕见，并株连邻矿吕家坨和林西矿，这次水害事故造成五个矿煤炭减产1141.7万t，治水直接损失4.95亿元和11名职工遇难。,提纲,第一节、地质构造与含煤地层第二节、影响煤矿生产的地质
23、因素第三节、矿井水文地质与防治水第四节、煤矿图件基础,第四节、煤矿图件基础,一、地形地质图、地形图反映地球表面高低起伏形状的图纸就是地形图。一般用地形等高线来反映地貌。 地形等高线图：地面上高程相等的点的连线，或水平面与地表面相交得到的交线称为等高线该等高线在水平面上的投影就是地形等高线图。 、地形地质图 地形地质图是综合反映地层、构造和地表情况以及勘探工程布置情况的图件。它是以地形图作为底图，经过野外地质填图后编制而成的，一般附有地层综合柱状图及地质剖面图。,第四节、煤矿图件基础,一、地形地质图,第四节、煤矿图件基础,二、煤层底板等高线图煤层底板与具有一定高程的水平面相交，所得到的交线就是煤层底板等高线。把它用标高投影的方法投影到水平面上所得到的图形就是煤层底板等商线图。 、根据煤层底板等高线图确定煤层产状、地质构造在煤层底板等高线图上的表现,第四节、煤矿图件基础,二、煤层底板等高线图,第四节、煤矿图件基础,三、矿图的内容及要求、井上下对照图、采掘工程平面图、通风系统图、井下避灾路线图、供电系统图和井下电器设备布置图、主要巷道平面布置图、水文地质图,谢谢！,
