煤矿地质学ppt课件.ppt

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第九章地质勘探第一节地质勘探的技术手段第二节煤田地质勘探第三节矿井地质勘探 第九章地质勘探煤田普查与勘探是一门关于寻找和探明煤矿床，对煤田进行地质研究，最终对其作出工业评价的学科。煤炭资源与其它资源不同，属于不可再生资源。在确实没有或很少有煤炭资源的地方，是不可能随意制造和改变的，在含煤地区只有通过普查、勘探实践，查明底下煤炭资源赋存的规律性，才能保证煤炭资源的顺利开发。全国各地煤矿床地质条件变化较大，地质工作探索性较强，工程揭露只能反映点上的情况，煤矿床的工业价值大小又是由许多因素决定的，因此，需要采用正确的研究方法，才能迅速查明煤矿床，并作出正确的工业评价。煤田普查与勘探发展概况 第一节地质勘探的技术手段一、地质填图（地质测量）1、地面地质测量其任务是通过对自然露头及人工露头等地质现象进行系统的地质观测，了解或查明工作区的区域地层、构造、含煤层位、煤层及其有益矿产等情况，同其它手段配合完成各阶段的任务。进行地质填图工作，首先要对工作区有关的资料进行收集、分析、研究，选择露头好，地层出露全，地质构造简单的地段进行野外踏勘，详细测制地层剖面，建立地层层序，了解煤层及标志层的大致情况，以便确定填图单位，最后完成地质填图。2、航空地质测量通过大比例尺航空地质测量，能了解或查明勘探区内地层、岩石、岩层产状、地质构造、煤层露头、勘探及开拓过程等，能满足普查、详查、精查各阶段的工作要求。 二、山地工程1、槽探：在表土层厚度小于3m的地段，垂直岩层走向或构造线方向开挖槽子，揭露地质现象，称为槽探。其规格一般为：底宽0.6～0.8m，两帮坡度75°～80°。探槽布置示意图2、井探：在表土层厚度大于3m，地层产状较平缓的地段，可挖掘直立的探井，揭露各种地质现象。根据探井深度不同，可分为浅探井（<10m）和深探井（>10m）。根据探井断面形状，可分为方井和圆井。探井可以沿走向布置，也可以沿倾向布置，但应布置在一条直线上，以取得连续的地质剖面资料。 探井布置示意图1--表土；2--含煤地层；3--探井3、巷探：为了揭露煤系和采集煤样，有时需要开挖各种巷道，如平峒、石门等。探巷布置示意图(a)--平巷；(b)--立井与石门；(c)--斜井山地工程的编录，要作出剖面图并写出文字说明 三、钻探工程根据钻孔钻进的情况不同，钻孔可分为直孔和斜孔：1、直孔：垂直向下钻进的钻孔。适用于地层倾角小于60°的地区。2、斜孔：以一定的方向（方位角）和倾斜角向下钻进的钻孔。它适用地层倾角大于60°的地段，斜孔的倾斜方向应尽量垂直于地层走向并与倾向相反，倾斜角度一般不小于70°～75°。钻孔的施工是由下列工序组成的：定孔、开孔会、施工、见煤预报、采取煤芯、测井、封孔。四、地球物理勘探它是利用不同岩性和矿体具有不同的物理性质（密度、电阻率、磁性、放射性）来寻找煤系和煤层以及推断地质构造。煤田地质勘探中应用的物探手段有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、电测井、放射性测井等。 第二节煤田地质勘探一、阶段划分及个阶段任务（一）阶段划分1、地质认识上的阶段性四个步骤：（1）搜集资料，编制设计；（2）勘探施工；（3）地质编录和综合研究；（4）编写地质报告。2、基本建设上的阶段性煤炭基本建设程序可分为三个阶段：1）远景规划：根据普查所提供的煤层、煤质、构造等地质资料，选择煤炭工业建设基地，初步划分矿区。2）矿区总体设计：根据详查提供的地质资料，解决矿区内所有矿井的统一布局，确定开发规划问题。3）矿井设计：根据精查提供的地质资料，解决一个矿井的开拓布署问题。 （二）各阶段任务与要求1、各阶段任务根据《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T0215-2002)，矿产勘查分为预查、普查、详查、勘探四个阶段：1）预查：依据区域地质和物化探结果、初步野外观测和少量工程验证，提出可供普查的矿化潜力较大的地区。有足够依据时可估算出预测的资源量。2）普查：在矿化潜力较大的地区，采用地质填图、取样工程和物化探方法，大致掌握矿体的形态、产状、质量等特征，了解矿床开采技术条件，最终提出是否有进一步详查的价值。3）详查：对普查圈出的详查区，通过大比例填图的各种勘探方法手段，基本查明矿床开采技术条件，做出是否有工业价值的评价。4）勘探：对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区，通过各种手段，详细查明矿体特征，详细查明矿体开采技术条件，为可行性研究和矿山建设设计提供依据。2、各阶段工作要求参见《煤、泥炭地质勘查规范》2002年版。 （三）各阶段之间的关系资源勘探一般应按四个阶段顺序进行，并提交相应的地质报告，各阶段野外施工要合理地组织过渡。根据资源条件和开发建设的需要，勘探程序可以简化。简化勘探程序的项目，不需要编制前一阶段的地质报告，但必须认真研究、整理前一阶段的勘探成果，编制后一阶段的勘探设计。如资源条件较好、煤层稳定的裸露地区，可以在预查的基础上，通过大比例尺地质填图，直接进入详查阶段。地质部门所提交的勘探地质报告，经地质、设计和生产部门汇审后，认为有些内容不能满足矿井设计或扩建设计的要求，需要补充一定的勘探工作量，即补充勘探。经过补充勘探所提交的地质报告，叫做勘探补充勘探地质报告。补充勘探不是独立的勘探阶段，是勘探阶段的延续。 二、勘探类型（一）勘探类型的划分1、按构造形态、断层及褶曲的发育程度、岩浆侵入等情况，构造复杂程度分为下列四类：第一类：简单构造：第二类：中等构造：第三类：复杂构造：第四类：极复杂构造：2、按煤层厚度、结构及煤层稳定程度分为四型：第一型：稳定煤层：第二型：较稳定煤层：第三型：不稳定煤层：第四型：极不稳定煤层： （二）各勘探工程基本线距要求1、构造复杂程度的钻探工程基本线距是：类探明的控制的简单500～10001000～2000中等250～500500～1000复杂250～5002、型探明的控制的简单500～10001000～2000中等250～500500～1000复杂375（三）选择基本线距时，应注意的问题：1、认真研究井田的构造复杂程度和煤层稳定类型，按其中勘探难度较大的一个因素选择线距。2、划分构造复杂程度的类型，原则上以井田为单位。 3、当一个井田有两种或两种以上的煤层稳定类型时应按厚度或储量占优势的煤层稳定类型选择线距。4、地面物探能控制构造，钻探工程基本线距应根据煤层稳定类型选择线距。5、在裸露或半裸露地区，选择线距时应充分考虑地质填图成果。6、以线形构造为主的地区，基本线距可根据构造特点适当放稀，但线上工程点的间距要加密。（四）勘探工程的布置系统布置系统：指工程布置的排列方式。1、布置原则：1）最有效、最经济地揭露地质体。2）能全面、系统地获得地质资料。3）运用“由点到线、由线到面”的手段进行勘探。2、勘探线：1)勘探线的布置尽可能与岩层走向或主要构造线方向垂直，其夹角不得小于75°。2）根据其用途不同，可划分如下： （1）主导剖面线：工程点密于一般剖面，能严密控制煤层和构造的勘探线。（2）基本勘探线：为配合主导剖面线控制全区地质情况而布置的一般勘探线。（3）辅助线：在基本勘探线之间，为查清局部地质问题而布置的短线。3）在找煤或普查阶段，要选择构造简单、含煤性好、交通便利的区域布置勘探线。4）勘探线的排列方向取决于勘探区的地质构造。如：地层走向变化不大，勘探线以一定的距离平行排列；对于盆地和穹隆、勘探线呈现放射状。3、勘探网由两组彼此正交或斜交的勘探线组成，勘探工程布置在两组勘探线的交点上。1）根据勘探网的形态，可分为：正方形网、长方形网和菱形网。2）应用条件：地层平缓或波状起伏的地区。 三、勘探程度和储量级别1、勘探程度：勘探区在不同阶段，在相应的工程基本线距控制的基础上，对各种地质问题以及开采技术条件的研究、查明程度。2、储量分类：储量分类的划分根据下列三个方面：1）地质可靠程度：预测的、推断的、控制的、探明的。与上述四个阶段对应。1、预测的：对具有矿化潜力较大地区经过预查得出的结果。2、推断的：按普查精度大致查明矿产的地质特征以及矿体的展布特征、品位、质量，也包括那些由地质可靠程度较高的基础储量或资源量外推的部分。3、控制的：按详查精度基本查明了矿床的地质特征、矿体形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿产资源数量估算所依据的数据较多，可信度较高。4、探明的：按勘探的精度详细查明了矿床的地质特征、矿体形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿产资源数量估算所依据的数据详尽，可信度较高。 2）可行性研究分为：（1）概略研究：指对矿床开发经济意义的概略评价。估算的经济储量只具有内蕴经济意义。（2）预可行性研究：指对矿床开发经济意义的初步评价。（3）可行性研究：指对矿床开发经济意义的详细评价。3）经济意义（1）经济的：在可行性研究和预可行性研究当时的市场条件下，技术上可行，经济上合理，环境等其它条件允许，即每年开采矿产品的平均价值足以满足投资回报的要求。（2）边际经济的：在可行性研究和预可行性研究当时，其开采是不经济的，但接近盈亏边界，只有在将来由于技术、经济、环境等条件改善或政府给予扶持的条件下可变成经济的。 （3）次边际经济的：在可行性研究和预可行性研究当时，开采是不经济的或技术上不可行，需大幅度提高矿产品价格或技术进步，使成本降低后方能变为经济的。（4）内蕴经济的：仅通过概略研究作了相应的投资机会评价，未做预可行性研究或可行性研究。无法区分经济的、边际经济的还是次边际经济的。（5）经济意义未定的：预查后预测的资源量，属于潜在的矿产资源，无法确定其经济意义。 四、矿产资源分类及编码1、分类依据：矿产资源经过矿产勘查所获得的不同地质可靠程度和经相应的可行性评价所获得的不同的经济意义，是矿产资源/储量分类的主要依据。据此，固体矿产资源/储量可分为储量、基础储量和资源量三大类16种类型。2、分类：（1）储量：指基础储量中的经济可采部分。在可行性研究和预可行性研究当时，经过了对经济、开采、选冶、环境、法律、市场、社会和政府等因素的研究及相应的修改，结果表明在当时是经济可采或已经开采的部分。用扣除了设计、采矿损失的可实际开采数量表叙，依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同，可分为可采储量和预可采储量。 （2）基础储量：是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（品位、质量、厚度、开采技术条件等），是经详查、勘探所探明的、控制的，并经过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设计、采矿损失的数量表述。（3）资源量：指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括经可行性研究、预可行性研究认为次边际经济的矿产资源，内蕴经济的矿产资源，经预查后预测的矿产资源。 3、编码：第1位：经济意义：1－经济的；2M－边际经济的；2S－次边际经济的，3－内蕴经济的。第2位：可行性评价阶段：1－可行性研究；2－预可行性研究；3－概略研究。第3位：地质可靠程度：1－探明的；2－控制的；3－推断的；4－预测的。变成可采储量的那部分基础储量，在其编码后加“b”，以区别于可采储量。 4、类型及编码储量有3种类型：（1）可采储量（111）：探明的经济基础储量的可采部分。（2）预可采储量（121）：探明的经济基础储量的可采部分。但只进行了预可行性研究，可行性评价结果的可信度一般。（3）预可采储量（122）：控制的经济基础储量的可采部分。经过了详查阶段工作程度的要求，预可行性研究结果表明开采是经济的。可行性评价结果的可信度一般。 基础储量有6种类型：（1）探明的（可研）经济基础储量（111b）：达到111的要求，差别：111b是用未扣除设计、采矿损失的数量表述。（2）探明的（预可研）经济基础储量（121b）：达到121的要求，差别：121b是用未扣除设计、采矿损失的数量表述。（3）控制的（预可研）经济基础储量（122b）：达到122的要求，差别：122b是用未扣除设计、采矿损失的数量表述。 （4）探明的（可研）边际经济基础储量（2M11）：达到勘探阶段工作要求的地段，可行性研究表明当时可采是不经济的，但接近盈亏边界。条件改善后才能变为经济的。（5）探明的（预可研）边际经济基础储量（2M21）：达到勘探阶段工作要求的地段，预可行性研究表明当时可采是不经济的，但接近盈亏边界。条件改善后才能变为经济的。（6）控制的边际经济基础储量（2M22）：达到详查阶段工作要求的地段，预可行性研究表明当时可采是不经济的，但接近盈亏边界。条件改善后才能变为经济的。 资源量有7种类型：（1）探明的（可研）次边际经济资源量（2S11）：达到勘探阶段工作要求的地段，可行性研究表明当时可采是不经济的，必须大幅度提高矿产品价格或大幅度降低成本后才能变为经济的。（2）探明的（预可研）次边际经济资源量（2S21）：达到勘探阶段工作要求的地段，预可行性研究表明当时可采是不经济的，必须大幅度提高矿产品价格或大幅度降低成本后才能变为经济的。 （3）控制的次边际经济资源量（2S22）：达到详查阶段工作要求的地段，预可行性研究表明当时可采是不经济的，必须大幅度提高矿产品价格或大幅度降低成本后才能变为经济的。（4）探明的内蕴经济资源量（331）：达到勘探阶段工作要求的地段，但未做可行性研究或预可行性研究，仅做了概略研究，经济意义属于经济的－次边际经济的范围。 （5）控制的内蕴经济资源量（332）：达到详查阶段工作要求的地段，地质可靠程度为控制的，仅做了概略研究，经济意义介于经济的－次边际经济的范围。（6）推断的内蕴经济资源量（333）：达到普查阶段工作要求的地段，地质可靠程度为推断的，仅做了概略研究，经济意义介于经济的－次边际经济的范围。（7）预测的资源量（334）？：依据地质研究、航空、遥感地球物理、地球化学或少量工程资料，确定具有矿化潜力的地区，属于潜在的矿产资源，有无经济意义尚未确定。 标准分类对比本标准查明矿产资源潜在矿产资源储量基础储量资源量预测的资源量可采储量预可采储量经济基础储量边际经济基础储量次边际经济资源量、内蕴经济资源量92年标准能利用储量尚难利用储量a亚类b亚类 四、储量计算储量计算是建立在充分研究和分析所有勘探地质质料，绘制了煤层底板等高线的基础上进行的。储量是地质勘探最终成果的集中表现，储量计算是否正确不仅影响地质勘探的质量，更重要的是影响矿井设计和开采的可靠性和国家投资的合理性。（一）储量计算的公式煤田勘探的每一阶段终了时，都要进行储量计算。煤炭储量是由煤层面积、厚度、比重相乘而得，其一般公式是：Q=S·M·d式中：Q—储量（万吨），S—面积（M2），M—厚度（M），d—比重（吨/立方米）。由上述公式可知，储量计算的是否正确，取决于面积、厚度和比重这些原始数据的可靠程度。 （二）面积的确定在计算面积以前，首先要圈定计算面积的范围，确定符合工业要求的煤层分布界线，然后再选择测定方法。1、各种边界线的确定1）能利用储量和暂不能利用储量边界线：凡煤层厚度、煤质符合工业要求的，由此而圈定的边界线—可采边界线，其中的储量可以利用，相反，储量暂不能利用。2）最低可采边界线：煤层最低可采厚度（包括其他工业要求）的各点连线。所谓圈定边界线，一般指的是圈定煤层最低可采边界线，也就是储量计算面积的界线。 2、面积的测定方法1）几何法测定面积：当面积形态比较简单，如正方形、三角形时，可按几何公式计算面积。图形复杂时此法就不准确了。2）用求积仪测定面积：最常用的方法，常使用定极求积仪。将求积仪的极点放在所测图形之外，求积仪的针尖移到边界线上任意一点作为起始点，在记数轮上读出读数n1，然后将针尖顺时针沿图形边界线描绘一圈，回到起始点，在记数轮上读出读数n2，面积为：S=P（n2—n1）P—求积仪第一常数利用求积仪圈定面积时，每块面积测定两次，其差值不得超过5%，采用两次测量的平均值。3、面积的计算方法面积测定之后，还要考虑煤层的倾角，煤层倾角小于15°时，可用测定的平面面积计算储量，倾角大于15°时需要换算面积： （1）煤层倾角15°--60°时：S=S1/cosαS1--水平投影面积，α—煤层倾角（2）煤层倾角大于60°时：S=S2/cosαS2—立面投影面积，α—煤层倾角（三）厚度的确定采用煤层的平均厚度，即在计算面积内各钻孔煤层厚度的平均值。M=（m1+m2+...+mn）/nm1、m2、...mn—各钻孔煤层厚度（四）比重的确定对化验值求其算术平均值。（五）储量计算方法A、地质块段法将全区的总面积按不同的地质条件（产状、煤厚、煤质）划分成若干块段，对每一块段分别求出煤炭储量,称之为地质块段法： 1、计算公式：1）块段储量：Q1=S1M1d1，Q2=S2M2d2，……Qn=SnMndn。2）总储量：Q=Q1+Q2+……+Qn2、应用条件：1）可用于任何勘探阶段；2）煤层产状水平、倾斜均可使用；3）倾斜煤层倾角变化最好均匀。3、优缺点：1）适用性比较广泛，有利于设计和生产部门使用。2）每一块段面积较大，勘探工程较多时，才能保证精度，否则有一定的误差。B、等高线法利用煤层底板等高线图，求出相邻等高线之间的储量。C、地质块段及等高线法按不同的地质条件，将煤层划分成若干块段，利用每一块段之间的煤层底板等高线，计算块段之内等高线之间的煤炭储量，然后将各储量相加。1、应用条件：1）勘探及生产矿井阶段均可适用；2）煤层产状水平、倾斜均可使用；3）煤层厚度有变化时也可使用。 2、优缺点：1）既按不同地质因素划分块段，又按不同水平计算储量，便于设计及生产部门使用。2）在一定程度上，反映了地质构造的面貌，是目前经常使用的方法。（六）储量计算误差1、地质误差：由地质研究程度和勘探程度不足而引起的误差。1）构造误差；2）煤层对比误差；3）边界线误差。2、技术误差：储量计算时，由于技术原因引起的误差。1）面积误差；2）厚度误差；3）比重误差。3、方法误差：计算方法选择不当而引起的误差。储量计算的准确与否，以地质误差为最大，所以地质构造研究程度的高低，对储量的影响是很大的，在资料审查过程中，重点是研究程度。 第三节矿井地质勘探一、建井地质勘探：1、井筒检查钻孔：1）布置原则：（1）竖井检查钻孔（2）斜井斜井检查钻孔布置在距井筒中心线10—25米的平行线上，一般不少于3个。2）获得的地质资料：（1）沿井筒中心线的完整地质剖面（2）煤岩层岩性、构造特征（3）水文资料、含水层、水位、水量2、层位控制钻孔 二、生产地质勘探1、采区准备过程中的生产地质勘探：1）新采区设计时，煤层赋存状况不清，需要布置一定的生产勘探钻孔，进一步控制煤厚、产状和变化。2）对煤层群中的构造复杂、煤层厚度变化大的薄煤层，通过钻孔不能肯定可采价值时，尽量使用风巷超前的方法开圈定可采块段。2、巷道掘进过程中的生产地质勘探1）煤层薄且变化大，又受地质构造破坏的地段，其可采边界的圈定，只靠邻近巷道打钻，往往不能解决问题，还需要用巷探进行追索。2）在巷道掘进中遇到断层，当断失方向、水平断距及延展情况不好确定时，一般在迎头布置放射状钻孔加以探测。3、工作面回采过程中的地质勘探1）分层回采工作面探厚；2）查明不稳定煤层的变薄带；3）查明工作面的中、小型断层。 三、矿井延伸、扩建地质勘探此勘探要解决的问题：1、了解未来开拓区的地质构造及煤层变化情况。2、把井田深部和两翼范围内的低级储量升为高级。3、探明井田过去设计中未包括的可采煤层或薄煤层，在高灰分煤层中圈定局部可采地段。4、进行专门水文地质工程，解决受地下水威胁而不能可采的煤层延伸地质勘探过程中，充分利用上部地质资料；扩建勘探中要考虑邻近的构造、煤层资料，这样可节省人力物力，有效地解决地质问题。 四、老区找煤1、调查老采区：应取得的资料：1）老采空区的开采时间、范围、航道布置等2）煤层厚度及变化、残存煤量3）地质、水文地质条件4）有无复采的可能性2、编制复采地质图对老采区的煤层分布图、剖面图及巷道图要进行严格核对，对地质情况不清地段进行勘探，确定找煤块段，编出复采地质图。3、复采的探采工作根据地质条件可用钻探或巷探等手段，查明过去的开采情况和残余煤量。 思考题：1、煤田普查与勘探阶段划分的依据？划分为哪些阶段？2、煤炭工业基本建设划分哪些阶段？3、煤、泥炭地质勘查各阶段的主要任务是什么？4、煤、泥炭地质勘查技术手段有那些？5、地质填图、勘探程度、储量类型的概念，储量类型详细划分依据？6、勘探类型的如何划分？7、储量的计算方法？8、勘探工程布置的原则？9、勘探网、主导剖面线、基本勘探线、辅助线的概念？10、储量计算有哪些误差，其中那种误差影响最大？11、矿井地质勘探包括哪些内容？ 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。