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煤層地質(zhì)學(xué)范文第1篇

關(guān)鍵詞：煤礦地質(zhì)學(xué)；煤礦安全；礦物；巖石；地質(zhì)構(gòu)造；含煤巖系

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TD17 文章編號(hào)：1009-2374（2016）11-0145-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.11.071

煤礦地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支，是專門研究煤、煤層和含煤巖系的地質(zhì)特征及成因、分布規(guī)律的科學(xué)，主要內(nèi)容有礦物與巖石、地質(zhì)構(gòu)造、煤的形成和含煤巖系、煤田水文地質(zhì)。煤礦安全是研究煤礦安全生產(chǎn)的一門學(xué)科，內(nèi)容包括煤礦五大自然災(zāi)害防治：礦井瓦斯防治、礦塵防治、礦井火滅防治、礦井水防治、礦井頂板災(zāi)害防治等理論知識(shí)。下文重點(diǎn)論述煤礦地質(zhì)對(duì)礦井瓦斯、礦井水、頂板管理的影響。

1影響瓦斯含量的地質(zhì)因素

影響瓦斯含量的地質(zhì)因素有：（1）煤的變質(zhì)程度，褐煤沒有產(chǎn)生大量的瓦斯，也不利于保存，瓦斯含量少；長煙煤吸附能力低，最大吸附量為20～30m2/t；無煙煤吸附能力最強(qiáng)，最大吸附量達(dá)50～60m2/t。（2）圍巖和煤層的滲透性好，瓦斯溢出，瓦斯含量低；反之，瓦斯含量高。（3）地質(zhì)構(gòu)造，斷裂構(gòu)造，張性斷裂有利于瓦斯的排放，壓性斷裂不利于瓦斯的排放。褶皺構(gòu)造，頂板為致密并未暴露地表時(shí)，瓦斯含量背斜頂部增大，向斜槽部瓦斯含量減小。頂板為脆性巖石且裂隙較多時(shí)，瓦斯含量背斜頂部減小，向斜槽部增大。（4）地下水活動(dòng)，地下水的流動(dòng)有利于瓦斯的擴(kuò)散，水大瓦斯小，水小瓦斯大。煤（巖層）表面吸附水分子，減少對(duì)瓦斯的吸附。水分子占據(jù)了煤（巖層）的孔隙。（5）煤田暴露程度，煤系地層出露地表的程度越高，越利于瓦斯擴(kuò)散。（6）煤層埋藏深度，瓦斯風(fēng)化帶以下瓦斯含量、涌出量和瓦斯壓力隨深度增加。影響煤與瓦斯突出的地質(zhì)因素有：（1）煤層厚度，大于20cm煤層才會(huì)突出；煤層厚度增大，突出增大。（2）煤層埋藏深度，深度增加突出次數(shù)增多，突出強(qiáng)度增大，突出范圍擴(kuò)大。（3）地質(zhì)構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造帶控制突出范圍。（4）煤的力學(xué)性質(zhì)，軟分層突出可能性大。（5）圍巖性質(zhì)硬而且厚，突出危險(xiǎn)性增大。（6）其他地質(zhì)因素，巖漿侵入、煤的變質(zhì)程度高突出易發(fā)生，涌水量大突出危險(xiǎn)性要小等。

2礦井水文地質(zhì)對(duì)礦井水的影響

煤礦開采中，地下水或地表水進(jìn)入礦井的過程，稱為礦井充水。充水條件是水源和通道，是煤礦地質(zhì)研究的內(nèi)容。

2.1礦井的充水水源

大氣降水：（1）礦井涌水量隨季節(jié)的變化，旱季小，雨季大。涌水量的高峰期常滯后降水一段時(shí)間。（2）礦井涌水量的大小與地區(qū)有關(guān)。南方降雨多，礦井涌水量大；北方降雨少，礦井涌水量少。（3）隨著開采深度的增加，大氣降水對(duì)礦井涌水量的影響減少。地表水：（1）距地表水越近，涌水量越大；（2）地表水越大，且是常年性的，涌水量大；（3）季節(jié)性地表水由于是地下徑流，仍然對(duì)涌水量有影響。地下水按埋藏條件將地下水分為：（1）上層滯水：地表以下局部隔水層以上的水。范圍小，水量小，季節(jié)性，對(duì)開采影響不大；（2）潛水：地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上的水，對(duì)建井和露天煤礦影響較大；（3）承壓水：充滿兩個(gè)穩(wěn)定隔水層且有壓力的重力水。煤礦開采水時(shí)，如果遇到這樣的水源，就會(huì)有大量水涌入，會(huì)造成礦井淹緊，如我國華北石炭二疊紀(jì)煤系的頂板奧陶系石灰?guī)r水。按含水層性質(zhì)將地下水分為：（1）孔隙水：松散巖層中的水，對(duì)建井和露天煤礦影響較大；（2）裂隙水：巖層裂縫中的水，對(duì)煤礦生產(chǎn)影響較大；（3）巖溶水：石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖石中的水，對(duì)煤礦生產(chǎn)帶來影響。老空水是采空區(qū)和廢棄巷道由于長期停止排水積存的水，其特點(diǎn)是：（1）來勢兇猛，短時(shí)間水量很大，常伴有有毒有害氣體，帶來惡性事故；（2）老空水是酸性水，腐蝕金屬設(shè)備；（3）如果和其他水源無水力聯(lián)系，容易疏干，否則不易疏干。

2.2礦井充水的通道

孔隙：如礫石、粗砂巖松散，存在空隙。導(dǎo)通性好，透水性強(qiáng)。采掘遇到涌水量大。裂隙：包括風(fēng)化裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙。而最嚴(yán)重是構(gòu)造裂隙，包括節(jié)理和斷層。其中斷層破碎帶常是水源的通道和積水區(qū)，即可以導(dǎo)水也可以積水。溶隙：石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖石被水溶解，形成溶洞，互相導(dǎo)通。人為的充水通道：（1）封閉不良的鉆孔。導(dǎo)通地表水和煤層頂?shù)装搴畬铀?；?）采礦活動(dòng)采空區(qū)冒落產(chǎn)生的裂隙、煤層底板底鼓產(chǎn)生裂隙。導(dǎo)通地表水和煤層頂?shù)装搴畬铀唬?）礦井長期排水，形成水位陷落漏斗。向外擴(kuò)展，到達(dá)新的水源，使礦井涌水量增大。

3采煤工作面頂板管理

頂壓是地壓表現(xiàn)的主要形式，頂壓的大小主要取決于頂板巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。頂板事故分為掘進(jìn)工作面頂板事故和采煤工作面的頂板事故。在掘進(jìn)過程中，如遇到頂板破碎和壓力大，容易發(fā)生冒頂。當(dāng)遇到斷層，褶曲的軸部的頂板破碎易發(fā)生冒頂事故，這些都和巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，巖石強(qiáng)度低，受壓后易破碎。當(dāng)臨近斷層由于受地應(yīng)力的作用，頂板巖層破碎，出現(xiàn)斷層帶。背斜和向斜的軸部由于受地應(yīng)力的作用，頂板巖層破碎。掘進(jìn)工程中，由于空頂作業(yè)導(dǎo)致頂板冒落，破巖后未及時(shí)支護(hù)出的頂板，在頂板壓力的作用下就會(huì)冒落。采煤過程中，煤層頂板分為偽頂、直接頂、老頂，偽頂隨采隨落，直接頂在回柱或支架前移后垮落，應(yīng)為煤層采高的2～3倍，冒落后充滿采空區(qū)。否則基本頂處于懸空狀態(tài)，隨著懸空面積增大，基本頂來壓，發(fā)生基本頂冒落。厚層難垮落的頂板，回柱放頂或支架前移，直接頂不冒落，形成大懸頂。到了一定程度，大面積來壓，造成工作面垮面。采煤過程中由于煤層傾角過大，支架會(huì)下滑、傾斜，導(dǎo)致冒頂。另外，影響礦塵產(chǎn)生量的地質(zhì)因素主要有：（1）地質(zhì)構(gòu)造：地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重的地區(qū)，斷層、褶曲比較發(fā)育，煤巖較為破碎，礦塵的產(chǎn)生量大；（2）煤層賦存條件：同樣技術(shù)條件下，開采厚煤層比開采薄煤層的產(chǎn)塵量大，開采急傾斜煤層比開采緩傾斜煤層的產(chǎn)塵量多；（3）煤巖的物理性質(zhì)：節(jié)理發(fā)育、結(jié)構(gòu)疏松、水分低、脆性大的煤巖，開采時(shí)產(chǎn)塵量較大，反之則小。影響煤炭自燃的地質(zhì)因素主要有：（1）煤的化學(xué)成分；（2）煤的物理性質(zhì)；（3）煤層的地質(zhì)條件。綜上所述，煤礦地質(zhì)對(duì)煤礦安全有極大的影響，因此必須認(rèn)真細(xì)致做好煤礦地質(zhì)工作，研究影響煤礦安全生產(chǎn)的各種地質(zhì)因素，為煤礦安全生產(chǎn)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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煤層地質(zhì)學(xué)范文第2篇

引言

隨著世界原油不斷減少,世界常規(guī)能源供給形勢日益嚴(yán)峻,國際上逐漸把發(fā)展非常規(guī)能源作為新世紀(jì)能源發(fā)展的主要議題。煤層氣的開發(fā)具有熱值高、污染少、安全性高的特點(diǎn),完全可以成為石油和天然氣等常規(guī)能源的重要補(bǔ)充。[1]世界上很多國家逐漸開始重視煤層氣的勘探和開發(fā)試驗(yàn),并積極發(fā)展發(fā)達(dá)國家的地面鉆井開采技術(shù),在煤層氣資源的勘探、鉆井、采氣和地面集氣處理等技術(shù)領(lǐng)域均取得了重要進(jìn)展。我國埋深在2000米以內(nèi)的煤層中含煤層氣資源量達(dá)30萬億－35萬億立方米，是世界上第三大煤層氣儲(chǔ)量國，煤層氣開發(fā)前景非常可觀。然而，由于種種原因，我國煤層氣的開發(fā)和利用規(guī)模普遍偏小，所以合理加強(qiáng)煤層氣的綜合利用，對(duì)我國的資源建設(shè)有積極的作用。

1.煤層氣的成因

天然氣的成因各式各樣，Macd Donald(1983)研究了天然氣的形成模式，認(rèn)為最具代表性的模式有六種：（1）沉積巖有機(jī)質(zhì)的微生物降解；（2）沉積巖有機(jī)質(zhì)的熱降解；（3）原油的熱裂解；（4）煤的變質(zhì)作用；（5）巖漿巖的高溫反應(yīng)；（6）地幔原生甲烷的釋放。煤層氣是屬于第（4）種模式，是在煤的變質(zhì)作用過程中不斷生成的。煤在變質(zhì)作用中產(chǎn)生的甲烷分子被吸附在煤體的表面。吸附甲烷量的多少?zèng)Q定于壓力、溫度和煤質(zhì)。即在一定的溫度、壓力條件下，甲烷分子主要以單分子層狀態(tài)吸附于煤體的細(xì)微孔隙表面，并和微孔隙中的游離甲烷分子處于不斷交換的動(dòng)平衡狀態(tài)。由此可知，游離甲烷的多少，取決于煤的孔隙度、溫度和壓力。當(dāng)遇到外界條件發(fā)生變化(地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng))時(shí)，這種平衡就會(huì)被打破，若繼續(xù)沉降使煤熱演化繼續(xù)進(jìn)行，煤層含氣量增加；或地殼抬升,使煤的熱演化終止，甲烷不再產(chǎn)出；當(dāng)煤層抬升接近地表遭受風(fēng)化時(shí)，所有氣體將散失干凈。

2.煤層氣田的分類

縱觀國外已有煤層氣開發(fā)的生產(chǎn)實(shí)踐和我國國內(nèi)開發(fā)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以認(rèn)為不同成因的煤層氣田的開發(fā)，會(huì)存在一定的差別。分類劃分得當(dāng)對(duì)指導(dǎo)煤層氣地面開發(fā)選區(qū)和開發(fā)方式、方法的運(yùn)用均有一定的指導(dǎo)作用?，F(xiàn)參考煤田地質(zhì)學(xué)理論中煤變質(zhì)類型的分類，結(jié)合煤層氣的生成、賦存等條件，將煤層氣田初步劃分為三類二個(gè)亞類。

(1)深成成因的煤層氣田。

(2)巖漿熱成因的煤層氣田，可分為。

①區(qū)域熱力作用形成的煤層氣田。

②巖體接觸作用形成的煤層氣田。

(3)擠壓成因的煤層氣田。

3.國內(nèi)煤層氣開發(fā)利用的現(xiàn)狀

當(dāng)前，國際能源局勢趨緊，我國煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)很不合理，1999年煤炭約占68%，石油占23%，天然氣僅占2.6%，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平(24%)。為了實(shí)現(xiàn)能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，我國急需實(shí)施以優(yōu)質(zhì)能源為主的能源發(fā)展戰(zhàn)略，合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加天然氣在一次能源消費(fèi)中的比重。煤層氣有望成為接替煤炭、石油和天然氣等常規(guī)能源的新能源資源。目前全國瓦斯發(fā)電的總裝機(jī)容量為9萬千瓦，而規(guī)劃或正在實(shí)施的瓦斯發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量接近15萬千瓦。其中，山西晉城煤業(yè)集團(tuán)在建的煤層氣電廠計(jì)劃裝機(jī)達(dá)12萬千瓦，是世界上目前最大的煤層氣發(fā)電廠。

4.我國煤層氣區(qū)劃方案

根據(jù)實(shí)際資料和工作程度，按煤層氣大區(qū)、含氣區(qū)、含氣帶、氣田這四個(gè)級(jí)別進(jìn)行中國煤層氣資源分布區(qū)劃。

5.開采煤層氣的技術(shù)方法

5.1生產(chǎn)布局

煤層氣開發(fā)的生產(chǎn)布局與常規(guī)油氣有較大差異。當(dāng)煤層氣開發(fā)選區(qū)確定以后，在鉆井之前，就應(yīng)進(jìn)行地面設(shè)施的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布局。在確定井徑、地面設(shè)施與井筒的位置關(guān)系時(shí)，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、儲(chǔ)層特征、地形及環(huán)境條件等因素。―個(gè)煤層氣采區(qū)包括生產(chǎn)井、氣體集輸管路、氣水分離器、氣體壓縮器、氣體脫水器、流體監(jiān)測系統(tǒng)、水處理設(shè)施、公路、辦公及生活設(shè)施等。只有各部分密切配合，才會(huì)使得煤層氣生產(chǎn)順利進(jìn)行。

5.2 井筒結(jié)構(gòu)

煤層氣開發(fā)的成功始自井底，一般井筒應(yīng)鉆至最低產(chǎn)層之下，以產(chǎn)生一個(gè)口袋，使得產(chǎn)生氣體在排出地面之前，在此口袋內(nèi)匯集。煤層氣生產(chǎn)井的結(jié)構(gòu)是將油管置于套管之內(nèi)，這種構(gòu)型是由常規(guī)油氣生產(chǎn)井演化而來的。這種設(shè)計(jì)還可使氣、水在井筒中初步分離，從而減少地面氣、水分離器的數(shù)量，并可降低什筒內(nèi)流體的上返壓力；一般情況下，產(chǎn)出水通過內(nèi)徑為10 mm或20mm的油管泵送至地面，氣體則自油管與套管的環(huán)形間隙產(chǎn)出。除排水產(chǎn)氣外，井簡的設(shè)計(jì)還應(yīng)盡量降低固體物質(zhì)(如煤屑、細(xì)砂等)的排出量。井底口袋可用上收集固體碎屑，使其進(jìn)入水泵，使地面設(shè)備的數(shù)量降至最低。在泵的入口處，可安裝濾網(wǎng)，減少進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)中的碎屑物質(zhì)。另外，在操作過程中，緩慢改變井口壓力，也有利于套管與油管環(huán)形間隙的清潔，降低碎肩物質(zhì)的遷移。

5.3氣水地面集輸與處理

5.3.1地面氣水分離

在煤層氣生產(chǎn)井中，將油管置于套管之內(nèi)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)氣、水的初步分離，但在泵送至地表后，還需經(jīng)地面分離器進(jìn)一步分離，分離的氣和水分別進(jìn)入集氣管線和水處理系統(tǒng)，同時(shí)還應(yīng)除去流體中固體顆粒物(煤粉、細(xì)沙等)。

5.3.1.1 低壓分離

常用的分離器有常規(guī)兩相分離器，脫水器和在線水分分離器。兩相分離器為一個(gè)內(nèi)部裝有擋板的大容器，從井中排出的流體從兩側(cè)進(jìn)入分離器，分離出的氣體自頂部排出，當(dāng)容器中水位升至一定高度時(shí)，通過一個(gè)自動(dòng)閥門口底部流出 。該分離器的缺點(diǎn)是分離出的氣體仍含有較多水分，需進(jìn)―步純化，另外，在不增加上返壓力的情況下，井下泵不能將排出的水送全至各處系統(tǒng)。脫水器可有效地去除套管氣流中的水分，但不能收集水流中的氣體。在線水分分離器是頗為有效的二次分離器，可置于管線中兩相分離器之后。該裝置采用離心分離，使水分流至洼坑，氣體繼續(xù)沿管線流動(dòng)。使用該分離器可有效去除氣體中的水分，但不能處理大量水流和去除進(jìn)入氣體中的固體顆粒物。

5.3.1.2高壓分離

部分生產(chǎn)井需要兩次分離，第一步，高壓容器從流體中分離出氣體；第二步，低壓分離，從石油中分離出水。雖然一般采用重力分離設(shè)備，但煤屑過多會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響。需要針對(duì)不同情況采取相加措施。例如，常規(guī)的水霧分離器可被細(xì)微灰塵堵塞，可使用脈型或其它水霧分離器代替。為避免大塊煤堵塞底部閥門或其它接口，可使76mm閥門代替50mm閥門。中等煤屑通常處于氣飽和狀態(tài)，漂浮于分離器的氣、水界面上。分離器中分離的氣體通過一個(gè)藥盒型過濾裝置，以免在后來脫水、壓縮或進(jìn)入氣表時(shí)產(chǎn)生問題。氣體還需經(jīng)20―25µm濾網(wǎng)過濾．以免破壞水處理沒備。

5.3.2集輸系統(tǒng)

集輸系統(tǒng)的作用有二：一是利用最經(jīng)濟(jì)的方式將氣體從井門輸送至中央壓縮站；二是從環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益的角度，妥善處理排出水。在鋪設(shè)管線時(shí)應(yīng)充分考慮地形和地面沒施，輸氣管道不宜鋪設(shè)在低洼處，而輸水管盡量不要架設(shè)在高處。但如果無法避免這種情況，應(yīng)安漿氣壓緩解閥，以免水回流至井口。

5.4氣體處理與壓縮

進(jìn)入銷售管線的煤層氣，一方而應(yīng)符合管道氣的成分標(biāo)準(zhǔn)，另一方面應(yīng)具有足夠的壓力。因此，經(jīng)氣水分離器分離出的氣體，需經(jīng)進(jìn)一步處理和壓縮。

6.開采煤層氣需要注意哪些問題

6.1煤層氣開采中水的處理

水是煤層氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品，其凈化和處理費(fèi)用在日常操作中占相當(dāng)大的比重。合理設(shè)計(jì)水處理系統(tǒng)，是決定煤層氣開發(fā)成功與否的主要因素之一。水的處理方法和費(fèi)用上要取決于排水量和水質(zhì)特征，在設(shè)計(jì)水處理系統(tǒng)時(shí)．應(yīng)首先根據(jù)臨近生產(chǎn)井的排水情況或煤層滲透中及水文資料估算煤層的產(chǎn)水量，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)過程中不同階段排水量的變化。

6.1.1產(chǎn)出水雜質(zhì)分類

煤層產(chǎn)出水是一種含有溶解鹽、溶解氣體、非水液體和固體顆粒等雜質(zhì)的多相體系。其中雜質(zhì)可分為五類：（1）固體顆粒。（2）膠體。（3）分散油和浮油。（4）浮化油。（5）溶解物質(zhì)。

6.1.2水處理方式

在美國煤層氣生產(chǎn)中，最常用的產(chǎn)出水處理方式是排入地表水系和注入深井，其它方法包括土地灌溉、蒸發(fā)、水力壓裂時(shí)重新利用等，反滲透方法正處于試驗(yàn)階段。

7.總結(jié)

我國煤儲(chǔ)層的發(fā)育狀況、煤層的含氣特征、煤層的滲透性等,在地域上的分布是很不均衡的。煤層氣分布的不均衡性，加上區(qū)域經(jīng)濟(jì)因素，就造成了當(dāng)前我國煤層氣勘探開發(fā)工作在地域上的不平衡發(fā)展。因此，研究和總結(jié)我國煤層氣在區(qū)域分布方面的規(guī)律性，合理進(jìn)行煤層氣資源分布區(qū)劃，對(duì)于從宏觀上闡明資源分布特征，分析煤層氣勘探開發(fā)態(tài)勢，指導(dǎo)未來煤層氣勘探開發(fā)工作都將具有重要意義。

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煤層地質(zhì)學(xué)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】周口店；煤系煤層；變質(zhì)作用；后期開采

【中圖分類號(hào)】F407.21 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672—5158（2012）08—0204-02

1.北京周口店研究地區(qū)背景概述

北京周口店研究地區(qū)是北京西山煤田的一個(gè)重要的組成部分，所處周口店鎮(zhèn)內(nèi)，是舉世聞名的“北京猿人遺址”所在地，行政區(qū)劃屬北京市房山區(qū)管轄。

周口店地區(qū)環(huán)境具有特殊性，有深成巖漿熱變質(zhì)作用以及有動(dòng)力變質(zhì)作用，有著復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象。由于中國晚古生代含煤巖系多沉積于穩(wěn)定階段，除少數(shù)地區(qū)外，沉積幅度不大。華北晚古生代深成變質(zhì)煤一般不超過肥氣煤（Ro約0.9—1.2%）階段。石炭一二疊紀(jì)煤系煤層發(fā)生過多期變質(zhì)、變形，煤系煤層因溫標(biāo)礦物的形成為煤層變質(zhì)作用類型的確定及變質(zhì)條件的厘定提供了豐富的佐證，煤層及鄰層中變質(zhì)礦物和熱液脈體的變形特征的詳細(xì)觀察研究，為煤層變質(zhì)變形序列劃分及相互關(guān)系的確立奠定了可靠的基礎(chǔ)。

2.煤系煤層變質(zhì)特征

周口店地區(qū)的石炭二疊紀(jì)為煤系含煤層，自上而下分別為山西組黑煤，太原組大白煤、小白煤。周口店地區(qū)石炭一二疊紀(jì)煤變質(zhì)作用類型屬區(qū)域巖漿熱變質(zhì)，煤變質(zhì)程度之高，居華北石炭二疊紀(jì)煤層同類變質(zhì)作用之首，高于楊起教授確認(rèn)的峰峰高級(jí)無煙煤（屬于區(qū)域巖漿熱變質(zhì)成因）。

周口店地區(qū)的煤系普遍遭受過淺變質(zhì)作用，煤系變質(zhì)礦物及巖石的研究有助于確定煤層的變質(zhì)條件。本煤系主要變質(zhì)巖石類型有：硬綠泥石角巖、紅柱石角頁巖、變余砂礫巖等。

針對(duì)相應(yīng)的成分的進(jìn)行試驗(yàn)研究如下：

2.1 X衍射實(shí)驗(yàn)

周口店地區(qū)六個(gè)煤層樣品的X射線衍射分析譜圖列于下圖2—1。譜線的基本特征極端相似。（002）衍射峰及（1OL）衍射峰均表現(xiàn)得清晰突出，強(qiáng)度較大，可與西安煤勘分院研究的中國寒武紀(jì)石煤x衍射譜圖相類比。

2.2 顯微觀察

通過對(duì)周口店和太原煤樣薄片觀察（如圖2-2、2-3、2-4），對(duì)比分析周口店地區(qū)煤樣的溫標(biāo)礦物。

在周口店煤樣薄片中存在紅柱石等溫標(biāo)礦物，由溫標(biāo)礦物知其形成條件（主要是溫度）。推知周口店地區(qū)煤受到了強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用。

目前一致認(rèn)為，晚古生代煤系沉積以后，周口店地區(qū)發(fā)生過兩次構(gòu)造熱事件，一次是印支運(yùn)動(dòng)，一次是燕山運(yùn)動(dòng)。就煤變質(zhì)而言可分三階段：印支運(yùn)動(dòng)前的深成變質(zhì)作用、印支運(yùn)動(dòng)期及燕山運(yùn)動(dòng)期的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用。

3.實(shí)驗(yàn)小結(jié)及討論

地殼內(nèi)的巖石或礦石，由于所處地質(zhì)環(huán)境的變化，溫度和壓力的增高，其礦物成分、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理性質(zhì)和形態(tài)產(chǎn)狀等都可發(fā)生不同程度的變化，產(chǎn)生這種變化的地質(zhì)作用稱為變質(zhì)作用。由變質(zhì)作用形成的礦床稱為變成礦床，遭受變質(zhì)作用改造過的礦床叫受變質(zhì)礦床。

印支期深成區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用使煤層以變質(zhì)作用為主，變形作用次之。變質(zhì)反應(yīng)溫度達(dá)到420-430℃，煤層從長焰煤迅速跨越氣煤、肥煤、焦煤階段至低級(jí)無煙煤。變形作用以韌性形變?yōu)橹?，形成糜棱煤。古太平洋晚中生代向西長程俯沖在形成了早中生代的一系列巖漿帶之后，前緣到達(dá)包括房山巖體在內(nèi)的太行山一線，俯沖洋殼脫水導(dǎo)致上覆巖石圈地幔的部分熔融，幔源巖漿底侵或內(nèi)侵至下地殼，導(dǎo)致早中生代具有EMI特征的下地殼再次熔融，從而形成房山巖體這樣的中酸性雜巖體和略早的基性火山巖（如南大嶺組玄武巖）。

燕山期，煤層發(fā)生復(fù)區(qū)域巖漿熱變質(zhì)及韌性變形，煤級(jí)提高不大，但煤層的韌性變形作用持久而強(qiáng)烈，糜棱煤化作用廣泛發(fā)生，幾乎所有煤層都轉(zhuǎn)化為鱗片狀糜棱煤。燕山期主要表現(xiàn)在溫度高、埋藏深、圍壓大，構(gòu)造應(yīng)力也較大。當(dāng)時(shí)煤層變質(zhì)溫度在430-540℃之間，煤級(jí)進(jìn)一步提高至高級(jí)無煙煤。

4.對(duì)后期開采的影響

20世紀(jì)80年代以來，北京西山地區(qū)因煤炭開采而再度顯現(xiàn)的采空區(qū)地面塌陷災(zāi)害的頻繁發(fā)生，以減災(zāi)防災(zāi)為目的的專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查得以迅速展開。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查瓦斯含量等數(shù)據(jù)表明，變質(zhì)程度高的煤炭，由于生成的氣體含量大，煤層間的孔裂隙發(fā)達(dá)，總表面積增大導(dǎo)致了吸附量增大，瓦斯含量很高。經(jīng)過實(shí)地調(diào)查煤層頂?shù)讕r層的強(qiáng)度，煤層的底部是一套馬家溝組厚層灰?guī)r夾少量白云質(zhì)灰?guī)r地層，硬度大。同時(shí)，煤礦采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈的特殊結(jié)構(gòu)。由于大面積的采挖，打破礦區(qū)重力均衡作用，極易產(chǎn)生坍塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

建議政府主管部門和科研機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)各種災(zāi)害及災(zāi)害鏈成因研究的資助，將有助于進(jìn)一步采取從根本上治理和減輕災(zāi)害的綜合措施的完善，從而達(dá)到既能使礦產(chǎn)資源得到開發(fā)利用實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，又能減輕和防止地質(zhì)災(zāi)害，改善生態(tài)環(huán)境的目的。

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煤層地質(zhì)學(xué)范文第4篇

關(guān)鍵詞：巷道，應(yīng)力，地震波CT法，探測

1引言

工作面開采或者巷道掘進(jìn)過程中，在超前開采或掘進(jìn)位置，由于超前應(yīng)力作用，很容易造成應(yīng)力積聚。在應(yīng)力積聚的區(qū)域進(jìn)行開采活動(dòng)，易發(fā)生巷道損壞、易誘發(fā)沖擊地壓，對(duì)安全生產(chǎn)造成重大影響。[1-2]因此，對(duì)巷道超前應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和探測研究，對(duì)于保證巷道完整、降低煤礦地壓沖擊、確保開采安全有著重要意義。

2超前支承應(yīng)力探測

PASAT-M探測煤巖體內(nèi)部物理力學(xué)特性方法是基于地震波CT技術(shù)，以煤礦井下煤巖層本身作為主要研究對(duì)象，對(duì)地震波在穿過煤層和巖層時(shí)在時(shí)間和能量上的不同進(jìn)行分析，進(jìn)而得到煤巖體內(nèi)部的地震波分布圖像，根據(jù)圖像顯示反推出煤巖體內(nèi)部的構(gòu)造、應(yīng)力變化、煤層產(chǎn)狀的不同分布情況，為煤礦生產(chǎn)的安全措施、預(yù)防災(zāi)害方面提供重要的數(shù)據(jù)支持。[3]

大量的工程實(shí)踐表明：對(duì)于探測范圍內(nèi)的煤巖體，一般而言，波速相對(duì)較高的區(qū)域一般分布在致密完整的煤巖體處、應(yīng)力集中區(qū)以及煤層變薄區(qū)；波速較低區(qū)域主要分布在疏松破碎的煤巖體處、應(yīng)力松弛帶以及煤層增厚區(qū)。對(duì)整個(gè)探測煤巖體范圍而言，若內(nèi)部無異常區(qū)域，地震波的穿透速度是應(yīng)是相對(duì)均勻的。利用震動(dòng)波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和開采條件進(jìn)行一定的地質(zhì)學(xué)與力學(xué)分析，能夠準(zhǔn)確的分析出煤巖體在結(jié)構(gòu)和所承受的壓力方面在時(shí)間和空間上的變化過程。[4]

該技術(shù)的特點(diǎn)有：

（1）通過在煤巖體外部的非破壞性測量，即可獲得內(nèi)部特性分布的圖像，可提供真實(shí)的煤巖體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和物質(zhì)組成等信息，所測結(jié)果具有較高的真實(shí)性。

（2）探測結(jié)果數(shù)據(jù)量豐富全面，分辨率較高，這是傳統(tǒng)的“點(diǎn)”測量方法以及“線”測量方法所不能實(shí)現(xiàn)的。

（3）與電法、電磁法等探測方法相比，實(shí)用性、適應(yīng)性更強(qiáng)。

CT資料的處理與解釋以地震波的走時(shí)特性為基礎(chǔ)，縱波的傳播速度最快，不受其它類型波干擾，較易識(shí)別與處理，在分析過程中，縱波波速是最為重要的參考依據(jù)。

3工作面基本情況和探測結(jié)果

伊泰集團(tuán)陽灣溝礦6204 工作面位于該井田南部，形狀呈階梯狀，A 段長 86. 4 m，B 段長 126. 5 m，位于太原組上部，煤層厚度9-11m，平均厚度為10m。該煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均傾角在3°到5°，采用綜合機(jī)械化放頂煤開采，采高設(shè)計(jì)為3.0m，放煤平均高度7.0m。圖1到圖3為地震波CT在6204工作面探測的處理結(jié)果。

圖1中依次以冷色（綠色）到暖色（紅色）從小到大來代表地震波縱波速度值，探測區(qū)域內(nèi)最大縱波波速2360m/s，最小縱波波速1880m/s，平均波速2120m/s。圖2為異常區(qū)域提取圖，從該圖中可清晰分辨出兩個(gè)高速區(qū)域（黃紅色區(qū)域），波速值分布在2070～2360 m/s之間，這些異常區(qū)域可能為應(yīng)力集中區(qū)域或煤厚變薄區(qū)域。高速異常1位于工作面附近，距工作面約0～20m之間，靠近工作面一側(cè)異常幅值增加，根據(jù)現(xiàn)場勘查，煤層厚度、矸石等與其他區(qū)域變化不大，且沒有構(gòu)造，因此推測此處為應(yīng)力集中區(qū)；高速異常2位于輔運(yùn)順槽附近，距工作面約55～95m之間，異常幅值相對(duì)較弱，推測為煤層變薄區(qū)（如圖3）。

經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可知：

1）根據(jù)地震波波速CT異常狀況，推斷了工作面探測范圍內(nèi)2處地震波高速異常區(qū)，為工作面生產(chǎn)管理提供了依據(jù)。

2）高速異常1位于工作面附近，距工作面約0～20m之間，靠近工作面一側(cè)異常幅值增加，推測此處為應(yīng)力集中區(qū)；高速異常2位于輔運(yùn)順槽附近，距工作面約55～95m之間，異常幅值相對(duì)較弱，推測為煤層變薄區(qū)。

4結(jié)論。

伊泰集團(tuán)陽灣溝礦利用地震波CT技術(shù)對(duì)6204工作面進(jìn)行了成功的探測，推測出了應(yīng)力集中區(qū)以及煤層變薄區(qū)，在上述區(qū)域采取相應(yīng)的安全生產(chǎn)技術(shù)措施，有效的保證了巷道的完整性和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

PASAT-M探測煤巖體內(nèi)部物理力學(xué)特性方法即地震波CT法利用震動(dòng)波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和開采條件進(jìn)行一定的地質(zhì)學(xué)與力學(xué)分析，可準(zhǔn)確得到煤巖體結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)力狀態(tài)的時(shí)空變化信息。對(duì)超前應(yīng)力探測具有很好的效果。

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煤層地質(zhì)學(xué)范文第5篇

關(guān)鍵詞：構(gòu)造；圍巖；埋深；瓦斯；賦存

中圖分類號(hào)：TD163文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1890礦井地處新疆天山山脈，位于烏魯木齊市以南的艾維爾溝礦區(qū)的東部，礦井隸屬于寶鋼集團(tuán)八鋼公司新疆焦煤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。行政區(qū)劃隸屬新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)管轄。礦井含煤地層屬侏羅系地層。本礦井可采煤層均屬于八道灣組含煤地層。主采煤層為4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)煤層，隨著煤層埋深增加，瓦斯問題日益突出，影響礦井的正常開采，同時(shí)在礦井南北翼地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域瓦斯壓力更大，在1682水平運(yùn)輸石門測得4#煤層最大瓦斯壓力達(dá)到2．6 Mpa，5#煤層也出現(xiàn)瓦斯噴孔動(dòng)力現(xiàn)象。礦井在2013年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。因此，研究礦井瓦斯賦存與地質(zhì)因素的關(guān)系，對(duì)瓦斯的防治起著重要作用。

1、瓦斯賦存與煤層的埋深的關(guān)系

煤層埋藏深度的增加會(huì)使地應(yīng)力增加，進(jìn)而壓密壓實(shí)煤層和圍巖，使得煤層和圍巖的透氣性降低，同時(shí)瓦斯向地表的距離也增大，造成瓦斯排放困難，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯而不利于放散瓦斯方向發(fā)展。在煤層瓦斯風(fēng)化帶之下的煤層內(nèi)，煤層的瓦斯壓力、含量、和礦井瓦斯涌出量與煤層的埋深之間都存在正比例關(guān)系，即隨著煤層埋深的增加而增加。

1890煤礦各煤層瓦斯含量與煤層埋深關(guān)系圖見（圖1、圖2、圖3、圖4.）

圖11890煤礦礦4號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

圖21890煤礦礦5號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

圖31890煤礦礦6號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

圖41890煤礦礦7號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

2、瓦斯賦存與煤層圍巖的關(guān)系

煤層瓦斯的聚積或排放，受煤層圍巖巖性成分、粒度、孔隙度、裂隙等影響較大。當(dāng)煤層頂板為透氣系數(shù)較高的砂巖、礫巖和灰?guī)r時(shí)，則不利于瓦斯保存，煤層中瓦斯含量相對(duì)較小，壓力相對(duì)較低；反之，圍巖為完整致密的低透氣性巖層時(shí)，如砂質(zhì)泥巖或泥巖，孔隙度小，透氣性能差，瓦斯就容易保存，煤層中的瓦斯含量就相對(duì)較高，瓦斯含量相對(duì)較大。本礦井各主采煤層的圍巖狀況決定了瓦斯的賦存能力。

本井田內(nèi)4號(hào)頂板為頂板為灰白色石英礫巖，底板為灰色細(xì)砂巖。5號(hào)頂板為含礫粗砂巖，底板為黑灰色炭質(zhì)泥巖。6號(hào)煤層頂板為深灰色細(xì)砂巖，底板為暗灰色粉砂巖。7號(hào)煤層煤層頂?shù)装寰鶠闇\灰色細(xì)砂巖。從煤層的頂?shù)装鍘r性分析，煤層頂板以粗砂巖為主，底板以粉砂巖為主，。因此各煤層的頂?shù)装鍘r性均不利于瓦斯保存。

3、瓦斯賦存與水文地質(zhì)條件的關(guān)系

煤層中的不同的水文地質(zhì)條件可以造成不同的煤層瓦斯含量。充填在煤層中的裂隙水和孔隙水，不僅占據(jù)了瓦斯的賦存空間，還可以通過水對(duì)煤粒的吸附進(jìn)而減弱煤對(duì)瓦斯的吸附能力。瓦斯就被不斷循環(huán)的地下水帶走。因此，在一定的條件下，地下水豐富且強(qiáng)烈活動(dòng)的煤層中瓦斯含量較低，反之則瓦斯含量較高。

本井田內(nèi)，可分為三個(gè)含水層及一個(gè)隔水層。主要分為下侏羅統(tǒng)八道灣組含煤巖系含水層、中侏羅統(tǒng)西山窯組含水層以及第四系沖洪積松散巖類孔隙透水含水層和下侏羅系三工河組隔水層。井田中有艾維爾溝河通過，其對(duì)其深部的煤層有較強(qiáng)的充水作用，不利于瓦斯的保存。對(duì)河流以上的煤層，由于補(bǔ)水性弱，水文地質(zhì)對(duì)瓦斯的逸散影響不大。

4、瓦斯賦存與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

煤層瓦斯含量受到煤層的生成保存條件影響，不同地質(zhì)時(shí)生的地層隆起、剝蝕、沉積、凹陷或巖漿活動(dòng)，很大程度影響了煤化作用過程（瓦斯生成），也控制了瓦斯的保存或排放。

1890礦井在煤系地層沉積后經(jīng)歷了燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)的改造。燕山期，隨著天山的隆升，礦區(qū)整體抬升，遭受剝蝕，在此階段，隨著地層的不斷抬升，上覆地層的不斷減少，煤層埋藏深度在減少，對(duì)瓦斯的排放有利。喜馬拉雅期，受到印度板塊向北推擠的遠(yuǎn)程效應(yīng)，天山受到強(qiáng)烈擠壓，冰達(dá)坂-夏熱嘎斷裂及紅五月橋斷裂重新活動(dòng)，受其控制，礦井內(nèi)發(fā)育了一系列平行于近走向的逆沖，使下覆地層逆沖推覆至煤層之上。逆沖推覆斷層對(duì)瓦斯的賦存起到良好的封閉作用。但由于受到煤層埋藏深度的控制，埋藏淺、離露頭近的斷層對(duì)瓦斯賦存封閉作用不明顯，在深部區(qū)域斷層對(duì)瓦斯賦存的控制作用將更為明顯。如：在F4-1逆斷層附近15123回風(fēng)巷的瓦斯壓力達(dá)到1.02MPa，距該斷層100米處煤層瓦斯壓力為0.12 MPa。

井田總體構(gòu)造形態(tài)為向南西傾斜的單斜構(gòu)造。井田內(nèi)巖層和煤層傾角一般9～25°。但在井田的西部處于礦區(qū)的轉(zhuǎn)折部位，有一向斜構(gòu)造，走向?yàn)楸睎|向。褶皺構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響一般表現(xiàn)為向斜構(gòu)造比背斜構(gòu)造對(duì)瓦斯保存有利。主要是因?yàn)楸承陛S部長性斷裂要比向斜軸部發(fā)育，瓦斯容易從裂隙中排放。在本礦井中，也同樣遵循著這樣的規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中，在向斜軸部瓦斯涌出量要大于其兩翼，說明在向斜軸部瓦斯更高，在本礦向斜軸部瓦斯相對(duì)富集。如：在向斜軸部的16122回風(fēng)巷6#煤層瓦斯壓力達(dá)到0.66MPa，而在兩翼的南翼6#集中運(yùn)輸上山6#煤層瓦斯壓力僅為0.14MPa， 北翼6#中部上山6#煤層瓦斯壓力僅為0.08MPa。

4、結(jié)語

影響煤層瓦斯含量的因素多種多樣。但是地質(zhì)因素對(duì)煤層瓦斯含量的影響是至關(guān)重要的，同時(shí)也是多種多樣的。因此，研究地質(zhì)因素與瓦斯含量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者規(guī)律，對(duì)礦井瓦斯防治起著重要作用。

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