煤矿地质学 教案 李垚 熊晓英 年9月
煤 矿 地 质 学 教 案 李垚 熊晓英 2004 年 9 月
录 第一章地球 3 第一节地球概况 第二节地球的圈层构造. 第三节地球的物理性质 第四节地质作用概述 第二章地壳的物质组成 第一节地壳中的元素 第二节矿物 第三节岩石 第三章地史的基本知识 第一节岩层中的地史信息 第二节地层的划分与对比及地质年代表 第三节地壳演化简史 第四章地质构造 第一节岩层的产状 第二节褶皱构造. 第三节断裂构造 第五章煤与含煤岩系 第一节成煤作用 第二节煤的组成和性质 第三节煤的分类和用途 105 第四节含煤岩系和煤田 第六章影响煤矿生产的主要地质因素…… 121 第一节煤层厚度变化 第二节矿井地质构造 129 第三节岩浆侵入煤层.….. 137 第四节岩溶陷落柱 第五节影响煤矿生产的其它地质因素 147 第七章矿井水文地质及防治水. 163
1 目 录 第一章 地 球............................................................................ 3 第一节 地球概况............................................................................................3 第二节 地球的圈层构造.................................................................................7 第三节 地球的物理性质............................................................................... 11 第四节 地质作用概述................................................................................... 14 第二章 地壳的物质组成......................................................... 19 第一节 地壳中的元素................................................................................... 19 第二节 矿 物............................................................................................. 20 第三节 岩 石............................................................................................. 31 第三章 地史的基本知识......................................................... 49 第一节 岩层中的地史信息............................................................................ 49 第二节 地层的划分与对比及地质年代表....................................................... 60 第三节 地壳演化简史................................................................................... 68 第四章 地质构造 ................................................................... 75 第一节 岩层的产状.................................................................................... 75 第二节 褶皱构造...................................................................................... 79 第三节 断裂构造...................................................................................... 85 第五章 煤与含煤岩系............................................................. 93 第一节 成煤作用.......................................................................................... 94 第二节 煤的组成和性质............................................................................ 97 第三节 煤的分类和用途............................................................................. 105 第四节 含煤岩系和煤田..............................................................................111 第六章 影响煤矿生产的主要地质因素 ...............................121 第一节 煤层厚度变化................................................................................. 121 第二节 矿井地质构造................................................................................. 129 第三节 岩浆侵入煤层.................................................................................. 137 第四节 岩溶陷落柱.................................................................................... 140 第五节 影响煤矿生产的其它地质因素........................................................ 147 第七章 矿井水文地质及防治水..........................................163
第一节地下水的基本知识 163 第二节矿井充水条件 180 第三节矿井水防治 第八章地质信息的获取技术 205 第一节地质勘探技术手段 205 第二节煤矿地质信息技术. 第九章地质编录 218 第一节原始地质编录 218 第二节综合地质编录 第十章地质报告及地质说明书 238 第一节煤炭地质勘査阶段及地质报告 238 第二节煤矿地质勘查分类及地质说明书. 247 第十一章煤炭储量与矿井储量管理 254 第一节储量级别和储量分类 254 第二节储量计算 第三节矿井储量管理 267 第十二章煤矿环境地质与环境保护 276 第一节煤矿生产活动与环境地质 276 第二节煤矿环境工程地质灾害. 277 第三节煤矿环境污染因素及特点…… 第四节煤矿环境污染防治简介
2 第一节 地下水的基本知识.......................................................................... 163 第二节 矿井充水条件................................................................................. 180 第三节 矿井水防治.................................................................................... 191 第八章 地质信息的获取技术..............................................205 第一节 地质勘探技术手段.......................................................................... 205 第二节 煤矿地质信息技术.......................................................................... 210 第九章 地 质 编 录.............................................................218 第一节 原始地质编录................................................................................. 218 第二节 综合地质编录................................................................................. 233 第十章 地质报告及地质说明书............................................238 第一节 煤炭地质勘查阶段及地质报告........................................................ 238 第二节 煤矿地质勘查分类及地质说明书..................................................... 247 第十一章 煤炭储量与矿井储量管理 .................................254 第一节 储量级别和储量分类...................................................................... 254 第二节 储量计算........................................................................................ 260 第三节 矿井储量管理................................................................................. 267 第十二章 煤矿环境地质与环境保护 .................................276 第一节 煤矿生产活动与环境地质............................................................... 276 第二节 煤矿环境工程地质灾害................................................................... 277 第三节 煤矿环境污染因素及特点.............................................................. 278 第四节 煤矿环境污染防治简介................................................................... 281
第一章地球 产是人类赖以生存和发展的重要资源,各种矿产都存在于地壳之中,它们是地壳物质 运动和演变的产物。这些运动和演变不是孤立地进行,而是与地球内外的物质运动,以及与其 它星体特别是太阳有密切关系。因此在学习煤矿地质有关内容以前,应了解有关地球的知 识 第一节地球概况 、宇宙和地球 地球处于广袤无垠的宇宙之中,是太阳系的一个行星,而太阳系又是银河系的一个星系, 宇宙则是由许许多多像银河系甚至更庞大的星系团组成。因此,了解地球之前应首先了解宇 宙和天体 (一)宇宙和天体 宇宙是无限发展的物质世界,在空间上是无边无际的,在时间上是无始无终的。宇宙 空间包罗万象,大至天体、星系、总星系、小至星际物质、分子、原子,凡一切客观存在 皆包涵于宇宙之中 宇宙空间充满着形形色色的物质,它们处于不断运动和变化之中。随着科学技术的发 展,人类对宇宙的认识范围不断扩大,目前我们所能观测到的宇宙范围称为总星系,半径 约100亿光年。总星系内的星体并不是均匀分布的,一群群的恒星组成漩涡状、椭圆状 透镜状以及其它不规则形状,称为星系。总星系中约有十几亿个星系,一个星系中约有十 几亿至上千亿颗恒星。太阳所在的星系叫银河系 =)银河系 银河系,俗称“天河”,是一个巨型旋涡状星系,正面呈旋涡形,侧面呈扁平形。银 河系大约包含1500多亿颗恒星,除此以外,还有星云等星际物质和各种射线。银河系的直 径约10万光年,是太阳系直径的8000万倍,中心厚度约15000光年,边沿厚度约3000-600 光年。太阳距银河系中心约27700光年。银河系的主要成员是恒星。恒星是由巨大质量 炽热气体组成的能自己发光发热的球状天体。维持恒星辐射的能来自氢的热核反应。夜空 中所见的点点繁星绝大多数是恒星 太阳在银河系中是一颗中等恒星。恒星的大小、质量、密度、发光强度、表面温度等 有着很大的差异。银河系中有些恒星体积比月球还小,亮度只是太阳亮度的几十万分之一, 密度却比太阳大几十万倍:有些恒星体积比太阳大100亿倍,亮度也比太阳大几十万倍, 而密度却只有太阳的几亿分之一;有的恒星表面温度高达几万度,而有的恒星表面温度只 有几千度。 银河系,除了恒星之外还有行星、卫星、流星、彗星和星云等天体。天体之间的广阔
3 第一章 地 球 矿产是人类赖以生存和发展的重要资源,各种矿产都存在于地壳之中,它们是地壳物质 运动和演变的产物。这些运动和演变不是孤立地进行,而是与地球内外的物质运动,以及与其 它星体特别是太阳有密切关系。因此,在学习煤矿地质有关内容以前,应了解有关地球的知 识 。 第一节 地球概况 一、宇宙和地球 地球处于广袤无垠的宇宙之中，是太阳系的一个行星，而太阳系又是银河系的一个星系， 宇宙则是由许许多多像银河系甚至更庞大的星系团组成。因此，了解地球之前应首先了解宇 宙和天体。 (一)宇宙和天体 宇宙是无限发展的物质世界，在空间上是无边无际的，在时间上是无始无终的。宇宙 空间包罗万象，大至天体、星系、总星系、小至星际物质、分子、原子，凡一切客观存在 皆包涵于宇宙之中。 宇宙空间充满着形形色色的物质，它们处于不断运动和变化之中。随着科学技术的发 展，人类对宇宙的认识范围不断扩大，目前我们所能观测到的宇宙范围称为总星系，半径 约 100 亿光年。总星系内的星体并不是均匀分布的，一群群的恒星组成漩涡状、椭圆状、 透镜状以及其它不规则形状，称为星系。总星系中约有十几亿个星系，一个星系中约有十 几亿至上千亿颗恒星。太阳所在的星系叫银河系。 (二)银河系 银河系，俗称“天河”，是一个巨型旋涡状星系，正面呈旋涡形，侧面呈扁平形。银 河系大约包含 1500 多亿颗恒星，除此以外，还有星云等星际物质和各种射线。银河系的直 径约10万光年，是 太阳系直径的8000万倍，中心厚度约15000光年，边沿厚度约3000~6000 光年。太阳距银河系中心约 27700 光年。 银河系的主要成员是恒星。恒星是由巨大质量的 炽热气体组成的能自己发光发热的球状天体。维持恒星辐射的能来自氢的热核反应。夜空 中所见的点点繁星绝大多数是恒星。 太阳在银河系中是一颗中等恒星。恒星的大小、质量、密度、发光强度、表面温度等 有着很大的差异。银河系中有些恒星体积比月球还小，亮度只是太阳亮度的几十万分之一， 密度却比太阳大几十万倍；有些恒星体积比太阳大 100 亿倍，亮度也比太阳大几十万倍， 而密度却只有太阳的几亿分之一；有的恒星表面温度高达几万度，而有的恒星表面温度只 有几千度。 银河系，除了恒星之外还有行星、卫星、流星、彗星和星云等天体。天体之间的广阔
空间并非虚空无物,而是充满着星际物质。它是由星际尘埃(直径03-3m)和星际气体(主 要有Ca、Na、K、T、Fe、H等元素)组成,密度很小,只有地面大气的万亿亿分之一。星 际物质能吸收可见光和Ⅹ射线,但不吸收红外线和无线电波。宇宙射线是来自宇宙的高 能粒子,主要是质子(氢原子核),占射线的87%:其次为α粒子(氦原子核),占12%;还 有少量其它原子核、电子和高能粒子(如Ⅹ射线、γ射线等)。宇宙射线的能量一般小于 l0eⅤ。宇宙射线的带电粒子传播到地球时与大气层的原子相互碰撞使能量大大削弱,减 至约100eV,并使大气电离产生新的粒子。 ∈三)太阳系 太阳系是银河系的一个普通成员。太阳系有九大行星和已编表的1800多个小行星, 分别围绕太阳公转,并绕轴自转。太阳是太阳系的中心天体,它的质量巨大,能发出强烈 的光和热。围绕太阳旋转的是一个天体体系(图1-1),除了行星外还有34个卫星,已观测 过的约1000个彗星和数百个流星群,以及散布期间的星际物质。此外,还有许多小行星 彗星、陨星等小天体。太阳系目前以冥王星轨道为边界,直径为11.8×10°Km。在太阳系 的九大行星中以木星最大,水星最小 地球的形状和大小 关于地球的形状和大小,人们的认识经历了一个由圆球体到二轴椭球体,到三轴椭球 体,又到梨状体的不断深化的过程。很长时间以来,地球一直被认为是球状体,当最早使 用较精确的三角测量法对地球的形状进行研究时,发现通过极点的半径与赤道半径相差 2Ikm,认识到地球不是一个理想的球体,而是沿旋转轴被压扁。后来,牛顿从理论上证明, 在引力作用下,地球沿旋转轴方向受挤压力作用,使其具有椭球或旋转球体的形状。牛顿 的这一理论和计算,后来被世界各国完成的经线或纬线弧的测量所证实;同时这些测量还 表明,地球不仅沿两极方向被压扁,而且沿赤道也有某种程度的被压扁,最大和最小赤道 半径长度相差213m,也就是说,地球不是两轴的,而是三轴的椭球体。根据卫星轨道分 析发现,地球也并非是标准的旋转椭球体,而是一个梨状体,北极凸出约10m,南极凹进 约30m,中纬度在北半球凹进,在南半球凸出(图1-2) 图1-2大地水准面(实线)与旋转椭球面(虚线)的关系示意图 实际的地球表面崎岖不平,为了便于测算,以平均海面通过大陆延伸所形成的封闭曲 面作为参考面,此参考面称为大地水准面。地球的形状和大小通常就是指大地水准面的形 状和大小。大地水准面是一个等位面,其上的重力方向处处都与该表面垂直,这样就可以
4 空间并非虚空无物，而是充满着星际物质。它是由星际尘埃(直径 0.3-3μm)和星际气体(主 要有 Ca、Na、K、Ti、Fe、H 等元素)组成，密度很小，只有地面大气的万亿亿分之一。星 际物质能吸收可见光和 X 射线，但不吸收红外线和无线电波。 宇宙射线是来自宇宙的高 能粒子，主要是质子(氢原子核)，占射线的 87％；其次为α粒子(氦原子核)，占 12％；还 有少量其它原子核、电子和高能粒子(如 X 射线、γ射线等)。宇宙射线的能量一般小于 1017eV。宇宙射线的带电粒子传播到地球时与大气层的原子相互碰撞使能量大大削弱，减 至约 1010eV，并使大气电离产生新的粒子。 (三)太阳系 太阳系是银河系的一个普通成员。太阳系有九大行星和已编表的 1800 多个小行星， 分别围绕太阳公转，并绕轴自转。太阳是太阳系的中心天体，它的质量巨大，能发出强烈 的光和热。围绕太阳旋转的是一个天体体系(图 1-1)，除了行星外还有 34 个卫星，已观测 过的约 1000 个彗星和数百个流星群，以及散布期间的星际物质。此外，还有许多小行星、 彗星、 陨星等小天体。太阳系目前以冥王星轨道为边界，直径为 11.8×109Km。在太阳系 的九大行星中以木星最大，水星最小。 图 1-1 太阳系组成示意图 二、地球的形状和大小 关于地球的形状和大小，人们的认识经历了一个由圆球体到二轴椭球体，到三轴椭球 体，又到梨状体的不断深化的过程。很长时间以来，地球一直被认为是球状体，当最早使 用较精确的三角测量法对地球的形状进行研究时，发现通过极点的半径与赤道半径相差 21km，认识到地球不是一个理想的球体，而是沿旋转轴被压扁。后来，牛顿从理论上证明， 在引力作用下，地球沿旋转轴方向受挤压力作用，使其具有椭球或旋转球体的形状。牛顿 的这一理论和计算，后来被世界各国完成的经线或纬线弧的测量所证实；同时这些测量还 表明，地球不仅沿两极方向被压扁，而且沿赤道也有某种程度的被压扁，最大和最小赤道 半径长度相差 213m，也就是说，地球不是两轴的，而是三轴的椭球体。根据卫星轨道分 析发现，地球也并非是标准的旋转椭球体，而是一个梨状体，北极凸出约 10m，南极凹进 约 30m，中纬度在北半球凹进，在南半球凸出(图 1-2)。 图 1-2 大地水准面(实线)与旋转椭球面(虚线)的关系示意图 实际的地球表面崎岖不平，为了便于测算，以平均海面通过大陆延伸所形成的封闭曲 面作为参考面，此参考面称为大地水准面。地球的形状和大小通常就是指大地水准面的形 状和大小。大地水准面是一个等位面，其上的重力方向处处都与该表面垂直，这样就可以