采煤概论教案
第一章 煤矿地质知识
第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念
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。 一、地质作用 1. 内力地质作用
由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，它包括地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等。 2. 外力地质作用
它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：风化和剥蚀、搬运和沉积 、固结成岩 。 二、地壳的物质组成
组成地壳的岩石种类繁多，按照生成原因，可以将岩石划为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类别。
沉积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等本身就是沉积岩。 三、地史的概念
地壳的发展历史简称地史。在45亿年以前形成的地球，在漫长的岁月里，其地壳在不停地运动，地球上的生物也在不断地发展演化。研究表明，地球上的任何一种矿物、岩石，任何地貌和构造形态以及任何一种动植物，都是地壳发展演化的产物。
通常根据地壳运动及古生物的发展，将地壳发展历史的主要阶段及其顺序，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。
第二节 煤的形成及煤系 一、煤的形成
煤层的形成受古植物、古气候、古地理及古构造等条件的控制。 我国最主要的三个聚煤时期为：石炭二迭纪、侏罗纪和第三纪。
古植物从死亡、堆积到转化为煤的演化过程，称为成煤作用。分为泥炭化阶段 和煤化阶段 。 二、煤系的概念
煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。
第三节 煤的性质及工业分类 1．煤的物理性质
光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等。
2．煤的化学组成：有机质和无机质，主要元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。 二、煤的工业分类 1．常用的煤质指标
评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分A、挥发分V、胶质层厚度Y、
发热量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。 2．煤的工业分类
我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y(mm)为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤 。
第四节 煤层的埋藏特征 一、煤层赋存状态 1）煤层的厚度
薄煤层 煤层厚度从最小可采厚度至1.3m 中厚煤层 煤层厚度1.3m至3.5m 厚煤层 煤层厚度3.5m以上 2）煤层的稳定性
稳定煤层、较稳定煤层、不稳定的煤层、极不稳定煤层 。 3）煤层的倾角
缓斜煤层 0°～25° 倾斜煤层 25°～45° 急斜煤层 45°～90°
通常又把8°以下的煤层称为近水平煤层。 二、影响开采工作的其他因素 1）煤的自燃倾向性
煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。 2）煤和岩层的含瓦斯性
瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，应当在技术上采取特殊措施。 3）矿井的充水程度
矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。严重时还可能威胁矿井安全。
第五节 煤田地质勘探及矿井储量 一、煤田地质勘探的任务
了解矿井资源/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。 二、煤田地质勘探工作的阶段划分
煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查三个阶段依次进行。
三、矿井储量
矿井储量分为：矿井地质资源量 、矿井工业储量 、矿井设计储量 、矿井设计可采储量 。
第二章 煤矿地质图
第一节 地质图件绘制的特点
一、坐标系统
1）平面直角坐标
2）高程 ：绝对高程和相对高程 二、方位角及象限角
方位角是从子午线的北端开始沿顺时针方向计算，它的范围从0°到360° 。
象限角以地面上某一点为中心，用通过这一点的子午线和纬线把大地划成四个象限。象限角的读法是以北或南开头，以东或西结尾，它的范围从0°到90° 三、投影图
平面图：采用水平投射绘制而成的各种地质及工程图件，又称作水平投影图。 剖面图：根据工程和设计的需要，假想把煤层和岩层沿某个方向切开，把切开面所见到的内部结构向侧面投影成图。 四、标高投影
在水平投影图上，把投影物各点的标高值标注在各投影点位置的旁侧，用来说明各个点高于或低于水平面的数值，这就叫标高投影。
第二节 地形图
反映地球表面高低起伏形状的图纸称为地形图。地形图中一般用地形等高线反映地貌。 一、等高线
等高线是地面上高程相同的若干点联接而成的曲线，或者说是水平面与地表面相截的交线。将高程不同的等高线投影到平面上，则得到等高线图。
等高线具有下列特点：
（1）等高线是连续的闭合曲线，如果不在图内闭合，就一定要在图外闭合。所有等高线在一般情况下，不能相交或重合。
（2）等高线上任一点向相邻等高线可以作很多线段，投影到水平面后，其中最短的一条线段称为最大倾斜线。等高线与最大倾斜线成直交。
（3）等高线稠密表示陡坡，等高线稀疏表示缓坡，等高线间距均匀表示坡度一致。
二、等高线图上各种地形的表示方式 三、根据等高线图作地形剖面图
1）根据工程需要在地形图上画出剖面位置线AB。
2）将AB线与等高线相交的各点编号，注明各点标高。 3）在图的下方或另用一张纸绘地形剖面图。在这张纸上先做一条水平直线，以地形等高线图上所做剖面位置的最低标高为此水平线的标高，此处为10m。
4）根据等高线图的比例尺和等高距做出平行于该直线的水平线，并注明标高。
5）过等高线图上各交点，向剖面图上的水平线作垂直引线，根据各点的标高在剖面图上确定各点的位置，并编号1′、2′、3′……。
6）用圆滑的曲线连接这些实际位置点，即绘成地形剖面图。
第三节 煤层等高线图
一、煤层顶底板等高线图
煤层层面与具有一定高程的水平面相交所得到的交线，就是煤层层面上的等高线。把煤层层面上的等高线用标高投影的方法投影到水准面上，得到的图形就是煤层等高线图。
煤层层面有上下之分，上层面是煤层与顶板的交面，下层面是煤层与底板的交面。上层面等高线图叫做煤层顶板等高线图，下层面等高线图又称为煤层底板等高线图。煤层顶、底板等高线图都是煤矿常用图纸，尤其底板等高线图运用最为普遍。
煤层顶底板等高线图是反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件，是煤矿设计，生产、储量计算的基础。图2-19为某矿煤层底板等高线图。
煤层顶底板等高线图的比例尺，根据生产需要和地质条件确定，常用的比例尺是1∶5000、l∶2000、l∶1000。等高距的大小取决于图纸的比例尺和煤层倾角，常用的等高距是100m，50m、20m。 二、根据煤层底板等高线确定煤层产状
煤层底板等高线的延展方向就是煤层的走向，过等高线上任一点向标高值较小的等高线作垂线，该垂线方向就是煤层的倾向。
煤层倾角可在煤层底板等高线图上用作图法或计算求得，如图2-11所示，其步骤如下：
在任意两等高线之间作垂线AB，AB即为两等高线之间的平距l。过B作AB的垂线BC，并取BC等于两等高线之高差h，联接AC，则角CAB即为煤层倾角。或用下式计算煤层倾角：
h
tga? l
三、各类地质构造在煤层底板等高线图上的表现 1．褶曲构造
煤层底板平整，倾角均匀，走向稳定时，煤层底板等高线表现为间距大致相 等的一组直线。煤层走向发生变化时，表现为煤层底板等高线弯曲。
煤层倾角的变化则表现为煤层底板等高线的水平距离发生变化。等高线平距越大，则煤层倾角越平缓，等高线的平距越小，则煤层倾角就越陡，如图2-12所示。
煤层褶曲表现为煤层底板等高线发生弯曲，若等高线凸出方向，是标高升高方向则褶曲为向斜，若等高线凸出方向是标高降低方向，褶曲为背斜，如图2-13所示。
煤层底板等高线为封闭曲线时，等高线标高由边缘向中央逐渐增加则为穹隆
构造，相反标高逐渐降低则为盆地构造，如图2-14。
煤层发生翻转的褶曲通常叫做倒转，倒转部分又称反山，这时煤层的底板等高线表现为标高顺序错乱，等高线出现交叉，如图2-15所示。
2．断层
在煤层等高线图上，断层是用断层面与煤层层面的交线的水平投影来表示，一般叫做断层交线或交面线。因为断层有上下两盘，所以一条断层有两条交面线，上盘交面线用符号—·—表示，下盘交面线用符号——表示。断层使煤层底板等高线失去连续性，一般情况下，正断层表现为等高线中断缺失，中断缺失部分为无煤带，逆断层表现为煤层等高线重叠，重叠部分为煤层上下两盘重复区，如图2-16
第四节 煤矿常用的其他地质图件
每一种地质图件往往只能反映矿井地质现象的一个侧面，而几种地质图件配合起来就能比较全面地反映矿井地质及构造的全貌。煤矿常用的主要地质图件除前面已讲过的地形图，煤层顶底板等高线图、还有地质地形图、煤系综合柱状图，地质剖面图，水平切面图等。
一、地质地形图
地质地形图实际上是地形图和地质图重叠绘制在一起的地质图件，它既反映了图区地表的地形特征和地物分布位置，又反映了图区煤、岩的露头分布及地质构造。地质地形图的主要内容是地形等高线、地物分布及各种地质界线。
二、煤系综合柱状图
以统一的图例及简短的文字来说明井田内煤层层数、煤层厚度，层间距离、标志层特征，煤层顶底板岩性及含水层等主要内容的地质图件。它可以作为煤层对比的依据，有利于矿井生产期间对地质构造的判别。
三、煤岩对比图
在一个煤田内，煤层往往不止一层，而是几层，多至数十层。为了正确判断煤层层位和构造，通常利用标志层，古生物化石、层间距和煤层本身特征等来对煤系进行研究，找出判定煤层的可靠依据，通常称为煤层对比。概括煤岩对比成果的图纸称为煤层对比图。
四、地质剖面图
剖面图是假设将大地切开，反映切开面上的煤层或岩层的厚度、层间距、倾角和地质构造特征等，以及沿剖面方向的地形起伏等。剖面图比较形象直观，在生产中使用广泛。剖面的位置可根据需要选取。
五、水平地质切面图
水平地质切面图是假设沿某一标高的水平方向将地层切开，反映水平切开面上的煤、岩分布及地质构造特征和巷道与煤层相对关系的图件。水平切面图在煤层倾角较大和开采煤层群的矿井使用较广泛。
第五节 读图方法
1）看图名。不论什么地质图首先应该看图名。图名可以说明地质图件所在地区及图纸的种类，从而对图纸能反映些什么地质现象有清楚的概念。进而看图纸的比例尺，了解图纸上尺寸与实际尺寸的关系及图纸反映的地质现象的精度。
2）判明方位。一般图纸常用箭头指示北方。如果图上没有标明方向，则图纸上的经纬线应是上北下南，左西右东。