煤礦地質學是地質學的一個分支,是專門研究煤、煤層和含煤巖系的地質特征及成因、分布規律的科學,主要內容有礦物與巖石、地質構造、煤的形成和含煤巖系、煤田水文地質。煤礦安全是研究煤礦安全生產的一門學科,內容包括煤礦五大自然災害防治:礦井瓦斯防治、礦塵防治、礦井火滅防治、礦井水防治、礦井頂板災害防治等理論知識。下文重點論述煤礦地質對礦井瓦斯、礦井水、頂板管理的影響。
1影響瓦斯含量的地質因素
影響瓦斯含量的地質因素有:(1)煤的變質程度,褐煤沒有產生大量的瓦斯,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,最大吸附量達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)地質構造,斷裂構造,張性斷裂有利于瓦斯的排放,壓性斷裂不利于瓦斯的排放。褶皺構造,頂板為致密并未暴露地表時,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,瓦斯含量背斜頂部減小,向斜槽部增大。(4)地下水活動,地下水的流動有利于瓦斯的擴散,水大瓦斯小,水小瓦斯大。煤(巖層)表面吸附水分子,減少對瓦斯的吸附。水分子占據了煤(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,越利于瓦斯擴散。(6)煤層埋藏深度,瓦斯風化帶以下瓦斯含量、涌出量和瓦斯壓力隨深度增加。影響煤與瓦斯突出的地質因素有:(1)煤層厚度,大于20cm煤層才會突出;煤層厚度增大,突出增大。(2)煤層埋藏深度,深度增加突出次數增多,突出強度增大,突出范圍擴大。(3)地質構造,地質構造帶控制突出范圍。(4)煤的力學性質,軟分層突出可能性大。(5)圍巖性質硬而且厚,突出危險性增大。(6)其他地質因素,巖漿侵入、煤的變質程度高突出易發生,涌水量大突出危險性要小等。
2礦井水文地質對礦井水的影響
煤礦開采中,地下水或地表水進入礦井的過程,稱為礦井充水。充水條件是水源和通道,是煤礦地質研究的內容。
2.1礦井的充水水源
大氣降水:(1)礦井涌水量隨季節的變化,旱季小,雨季大。涌水量的高峰期常滯后降水一段時間。(2)礦井涌水量的大小與地區有關。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)季節性地表水由于是地下徑流,仍然對涌水量有影響。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,季節性,對開采影響不大;(2)潛水:地表以下,第一個穩定隔水層以上的水,對建井和露天煤礦影響較大;(3)承壓水:充滿兩個穩定隔水層且有壓力的重力水。煤礦開采水時,如果遇到這樣的水源,就會有大量水涌入,會造成礦井淹緊,如我國華北石炭二疊紀煤系的頂板奧陶系石灰巖水。按含水層性質將地下水分為:(1)孔隙水:松散巖層中的水,對建井和露天煤礦影響較大;(2)裂隙水:巖層裂縫中的水,對煤礦生產影響較大;(3)巖溶水:石灰巖、白云巖等可溶性巖石中的水,對煤礦生產帶來影響。老空水是采空區和廢棄巷道由于長期停止排水積存的水,其特點是:(1)來勢兇猛,短時間水量很大,常伴有有毒有害氣體,帶來惡性事故;(2)老空水是酸性水,腐蝕金屬設備;(3)如果和其他水源無水力聯系,容易疏干,否則不易疏干。
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