爱华网7）比重
根据比重将矿物分三类：
①轻矿物 比重小于2.5。 盐矿、石膏等。
②中等比重矿物比重小于2.5—4。 方解石、长石、石英等。
③重矿物比重大于4。 黄铁矿、褐铁矿等。
8）其它性质
①磁性
②弹性
③导电性
④压电性
（3）矿物的化学性质
二、岩石
一种或一种以上矿物组成的集合体，称为岩石。
根据岩石的成因，岩石可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。
1．岩浆岩
岩浆岩石油熔融状态的岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表冷凝而形成的岩石。
岩浆岩分为侵入岩和喷出岩两类。
侵入岩又分为深成岩和浅成岩两类。
根据sio2含量的多少，又将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性盐。
2．沉积岩
沉积岩是由早期形成的岩浆岩、沉积岩、变质岩经过风化、剥蚀、搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成新的岩石。
（1）沉积岩的一般特征
1）沉积岩的构造
沉积岩的构造是指其各个组成部分的空间分布，以及它们之间的相互排列关系。沉积岩的电性构造标志是层理构造，其次是层面构造。
层理是指岩石的成分、颜色、结构沿垂直方向变化而表现出来的层状构造。他是沉积岩最重要的构造特征。
层理的组成单位有小到大分为：细层、层系、层系组、岩层。层的分界面，成为层面。
根据岩层中层理的形态，可分为以下三种类型：
①水平层理
②波状层理
③斜层理和交错层理
此外还有层面构造：波痕、雨痕、泥裂、印足和虫迹。
2）沉积岩的结构
沉积岩的结构是指组成岩石矿物颗粒大小、形状及颗粒间的相互组合关系。根据沉积岩的成因，其结构可分为以下四种：
①碎屑结构
它是指碎屑物质颗粒被胶结物胶结起来的一种结构。分为类、砾质结构、砂质结构和粉砂质结构。组成这种结构的岩石，其组成可分为两个部分：一部分是碎屑颗粒，另一部分是胶结物，胶结物主要包括：泥质的、钙质的、硅质的和铁质的。
②泥质结构
③鲕状结构和豆状结构
④生物结构
3）颜色
颜色是沉积岩的一个重要特征，在煤矿常作为识别地层，对比岩层标志之一。
4）化石
5）结核
结核是指岩石中一种在成分上、结构上与周围岩石有明显区别的矿物集合体。
6）包裹体
是指有棱角、或大小混杂的松软岩石碎块夹杂在其它岩石中，这种岩石碎块称为包裹体。
（2）沉积岩的分类
按成因和物质成分的不同，沉积岩可分为三大类：碎屑岩类，粘土岩类和化学岩及生物化学岩类。
在对砂岩进行鉴定时，要描述其颜色、矿物成分、颗粒大小、滚圆度、分选性、胶结物的成分、层理、包裹体、结核及化石的种类及保存程度。
3、变质岩
地壳上已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于高温、高压和外来物质的渗入，而引起其化学成分，结构及构造的改变，形成新的岩石，成为变质岩。
第二部分 地史学的基本知识
一、地质年代单位及年代地层单位的概念
划分地质年代和地层系统，对研究地壳的矿物、岩石和生物界等演化具有重要的理论意义，并对找和勘查矿产资源，矿山开采均具有重要意义。
地质学把地壳的历史划分为宙、代、纪、世、期、时六个地质年代单位。
地层一般是指某一时代形成的一套成层岩石，就称那个时代的地层。因此地层是有时间概念和新老空间关系的。而岩层是没有时间概念的。
将地层划分不同级别的单位，称为地层单位。已形成地层时间为主要划分依据的地层单位，称为年代地层单位。年代地层单位与地质年代单位相对应，从大到小依次为宇、界、系、统、阶、时间带六个等级。
二、地层的接触关系
由于地壳运动，使地表隆起的地区发生剥蚀作用，后又变成凹陷地区，进行沉积作用，形成新的岩层。新老岩层之间的接触关系分为整合、假整合和不整合三种。
1.整合
2.假整合（平行不整合）
3.不整合（角度不整合）
第三部分 地质构造
一、地质构造的概念
原始形成的沉积岩层，其产状一般是水平，并在一定分布范围内连续完整。但是在野外见到的沉积岩层，是以受地壳运动的影响而发生了倾斜、褶皱，有的还发生了断裂，火焰断裂面产生了位移。这种由地壳运动而造成的岩层或岩体的原始产状和原始形态的改变，称为地质构造变动。发生构造变动的岩层或岩体，形成了各式各样的构造形态（如褶皱、裂隙、断层），称为地质构造。
二、单斜构造
在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜，这种构造形态称为单斜构造。
1.岩层的产状要素
岩层在地壳中的空间位置和产出状态，称为岩层的产状。岩层的产状，是以岩层层面在空间的方位与水平面的关系来确定的。通常是用岩层的走向、倾向和倾角等产状三要素来表示。
(1)走向
倾斜岩层的层面与水平面的交线，称为走向线。走向线上各点的高程都相等。走向线两端延伸的方向，称为岩层的走向。走向就是表示倾斜岩层在水平面上的延伸方向。
当岩层是个平面时，其走向线为一条直线，各点走向不变；当岩层为曲面时，其走向线为一条曲线，各点走向不同。
（2）倾向
岩层层面上垂直于走向线，并沿岩层层面倾斜向下引出的直线，叫真倾斜线。真倾斜线在水平面上的投影线所指岩层向下倾斜的方向，就是岩层的倾向。
（3）倾角
真倾斜线与其在水平面上的投影线的夹角，叫倾角。
2.地质罗盘及使用
地质罗盘的主要部件是磁针和倾斜仪。
磁针静止时所指的方向为磁南和磁北，常与地地理上的南北不一致，它们之间有一个偏离角，这个叫称为磁偏角。
三、褶皱构造
当岩层在水平方向积压力的长期作用下，发生塑性变形而形成的波状弯曲。这种构造形态称为褶皱构造。褶皱构造中岩层的一个弯曲，称为褶曲。褶曲是褶皱构造的基本单位。
1.褶曲的基本形态
褶曲的基本形态分为背斜和向斜。
2.褶曲要素
褶曲的基本组成部分及相互关系的几何要素，如核部、翼部、轴面、轴、枢纽等统称为褶曲要素。图2。
四、断裂构造
岩层受力后产生变形，当作用力达到或超过岩层的强度极限是时，岩层的连续完整性遭到破坏，则在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂，沿断裂面两侧岩块未发生显著位移或发生显著相对位移的，这些构造统称为断裂构造。
断裂构造分为裂隙和断层两种。
1.裂隙
又称节理，岩层断裂后，两侧岩层未发生显著位移的断裂构造，称为断裂。
裂隙的分类：原生裂隙和此生裂隙。此生裂隙又包括非构造裂隙和构造裂隙。构造裂隙又包括张裂隙和剪裂隙。
裂隙与煤矿生产的关系
（1）裂隙于钻眼、爆破的关系
岩石裂隙发育时，炮眼不能沿主要裂隙面布置，否则会卡钎子，在使用一字形钎头时更需要注意；爆破时，容易沿裂隙面漏气，降低爆破效率。因此炮眼布置引进两垂直主要裂隙面。在裂隙发育的煤层中爆破时，炮眼间距可大些。
（2）利用裂隙提高回采率
工作面推进方向与裂隙发育方向一致时，落煤容易，推进速度快，回采率高。
（3）裂隙于采煤工作面的支护和顶板管理的关系
煤层顶板裂隙发育时，不能用顶柱、锚杆支护，应采用棚子及锚网或锚喷等支护。且支架要加密，棚子的顶梁不要平行主要裂隙方向。
在煤层顶板裂隙发育情况下采用长壁采煤方法时，放顶距离要小些。当煤层倾角小于15°时，回顶、放顶方向需根据顶板岩层的主要裂隙方向来定，应使顶板岩石顺裂隙面以不大的块度冒落，保证回柱放顶工作的安全。
（4）裂隙与矿井水的关系
裂隙破碎带使地下水的良好通道，因此在裂隙破碎带发育的区域，矿井涌水量会增大，有时可能出现水患，在生产中要引起重视，采取措施，确保安全生产。
五、断层
岩层受地应力的作用而发生变形，当应力超过岩层的强度极限时，岩层发生断裂，在力的作用下，两侧岩块沿断裂面发生显著相对位移的断裂构造，称为断层。
1.断层要素
（1）断层面
（2）断层线
（3）断盘
（4）断距（落差）
2.断层的分类
（1）根据断层两盘相对移动的方向分：
①正断层
②逆断层
③平推断层
（2）根据断层走向与岩层的走向关系分：
①走向断层
②倾向断层
③斜交断层
（3）断层的组合形式
①地堑和地垒
②叠瓦状构造
③阶梯状构造
3.井下遇断层的征兆（标志）
（1）煤岩层产状发生显著变化。断层附近的煤、岩层产状，由于受到断层两盘相对运动的影响，往往发生剧烈的变化。
（2）煤层厚度发生变化，煤层顶、底板出现不平行现象。
（3）近断层处常出现牵引褶曲、煤层揉皱和破碎现象。
（4）接近断层时，煤层和顶、底板岩层中裂隙显著增加，并且常常具有一定的规律性。
（5）在大断层附近常伴生一系列小断层，包括平行小断层、羽状节理等。
（6）瓦斯大的矿井，巷道接近断层时，瓦斯涌出量往往有明显变化。
（7）在充水性强的矿井，接近断层时，往往出现滴水、淋水甚至涌水现象。
4.井下寻找断失煤层的方法
当掘进巷道遇断层时，就应查明断层的性质、规模，并指出继续掘进的方向，寻找断失的煤层。
（1）煤、岩层层位对比法寻找断失煤：根据巷道已揭露的断层另一盘煤、岩层层位，结合断层的产状，来判断断层的性质和落差。
（2）根据伴生、派生的小构造及断层面上的特征寻找断失煤：这些小构造既可以作为断层存在的征兆和标志，又可作为判断层性质、推断断失翼煤层的依据。这些小构造有：
①牵引褶曲：靠近断层附近的煤层和岩层，由于受断层影响，常发生弯曲，称之为牵引褶曲。这种褶曲的尖端只是这相对盘运动方向。
②羽状断裂：分布在主断层的一侧或两侧，与主断层斜交呈羽状的小型断裂，羽状断裂如果是正断层，则它与主断层所夹的锐角的尖端指示着小断层所在盘的相对运动方向。羽状断裂如果是逆断层，则它与主断层所夹的锐角的尖端指示着小断层相对盘运动方向。
③平行小断层：在主断层附近有时伴生一组平行小断层，这些小断层往往与主断层性质相同，根据小断层的性质可以判断主断层的性质。
④ 断层带和断层面的特征：断层带内常有破碎的煤屑，沿断层带呈煤线分布，沿着煤线分布方向可以找到断失煤层。
断层面上的擦痕阶步：擦痕是两盘岩石被破碎的岩屑和岩粉在断层面上刻划的结果，擦痕有时表现为一端粗而深，一段细而浅。由粗而深向细而浅端指示对盘运动方向。用手指顺擦痕轻轻抚摸，常常可以感到顺一个方向比较光滑，而相反方向比较粗糙，感觉光滑的方向指示对盘运动方向。
（3）根据规律类推法寻找断失煤：通过勘探、建井、生产实际揭露大量的地质资料积累，对本井田的断层得出规律性的认识，在遇断层后，可判断断层的性质，就可以判断断失煤层的错动方向。
（4）作图分析法：将新揭露的断层产状要素填绘到剖面图、水平切面或煤层底板等高线图上，通过分析对比更能直观地判断新揭露的断层的性质和落差。
（5）生产勘探法：如果遇到断层，通过观测和综合分析仍不能判断断层的性质和落差，或已知断层性质而不知落差，可采用巷探、井下钻探和物探的方法查明断层。
5.井下巷道和回采工作面遇断层处理方法
平巷过断层：平巷过断层又分为斜穿煤层顶、底板和顺断层面掘进两种方式。
（1）斜穿煤层顶、底板过断层：煤巷遇断层后可以不改变巷道坡度而改变巷道的方向通过断层，当煤层平巷在断层上盘需要破顶改向，穿过断层。当煤层平巷穿过断层后，在断层下盘需要破底改向进入煤层。
（2）顺断层面过断层：有些同倾向斜交的正断层，如果断层带的岩石压力不大、而又无瓦斯、水等威胁时，可沿断层掘进而进入另一翼煤层。但是，如果断层附近岩石破碎、压力大，又有水、瓦斯等威胁时，则需要穿过断层后，距断层面留有一定宽度的安全煤柱，掘石门进入另一翼煤层。
斜巷过断层的处理方法
斜巷过断层：上山、下山等倾斜巷道遇到断层后，可以根据生产的需要采取多种形式过断层。
（1）当断层落差较小时，根据断失盘是上升盘或下降盼来采取挑顶、卧底或挑顶卧底相结合的方式通过。
（2）当断层落差较大时，为了防止丢煤和少掘巷道，就不可能采用上述方法，而必须改用石门、反眼、立眼等方式进入另一翼煤层。
6.断层对煤矿生产的影响
（1）影响矿井或采区边界，在划分矿井或采区边界时，如有落差较大的断层存在，将大断层作为它们的边界。
（2）影响井筒位置的选择：为了井筒的建设施工和使用安全，在设计中，立井井筒和井底车场都要避开较大断层。
（3）影响运输大巷的选择：井下运输大巷是生产上长期使用的巷道，要布置在较坚硬的岩层中，而且要尽量少改变方向，如果前方遇断层，必须处理好巷道改向问题。
（4）影响采区的划分：为了避免断层对回采的影响，提高矿井回采率，尽可能将较大断层作为采区边界。
7.地质构造对煤矿生产有哪些影响？
（1）影响井型规模和井田划分：构造破坏严重的地区不能建大型矿井，而大型褶曲轴部和大断层又往往是划分井田的自然边界。
（2）影响开拓布置：断层和褶皱队水平划分、运输大巷的布置、采区划分与巷道布置都有较大影响，构造复杂，巷道系统复杂。
（3）影响掘进率：构造复杂，工作面布置往往不正规，需多送巷道甚至出现无效巷道，使掘进率增大。
（4）影响工作面正常生产：回采工作面出现断层，会给生产条件造成复杂，影响正规循环，接续紧张，甚至造成生产中断。
（5）影响回采率：构造复杂区域，需要留设断层煤柱，造成面积损失，矿井回采率降低。
（6）影响安全生产：对于涌水量较大和具有瓦斯突出的矿井，断层可以导通含水层，造成淹井，构造破碎带已引起瓦斯积聚，易发生瓦斯突出，地质构造直接破坏煤层顶板，岩石破碎，易发生冒顶事故。
六、岩浆岩侵入体
岩浆岩倾入体在含煤地层内主要有以下两种产状：
（1）岩墙
（2）岩床
第四部分 煤、煤层、煤系和煤田
一、煤
1.成煤的原始物质
2.煤的形成条件
（1）植物条件
（2）气候条件
（3）自然地理条件
（4）地壳运动条件
3.煤的形成过程
（1）泥炭化及腐泥化阶段
泥炭化阶段
腐泥化阶段
（2）煤化阶段
成岩作用
变质作用
4.煤的工业指标
（1）水分（M）
煤中的水分是有害物质。水在煤中存在状态有两种：外在水分和内在水分。
全水分（Mt）
（2）灰分（Ad）
煤完全燃烧后剩下的灰渣。主要成分有：氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）和氧化铁（Fe2O3）。
（3）挥发分（Vdaf）
在隔绝空气的条件下，将煤置于900℃的温度下加热7分钟，煤中的有机物质和矿物质发生热分解，分解出来的气态物质称为挥发分。
（4）发热量（Q）
单位重量的煤完全燃烧时放出的热量。
弹筒发热量Qb,ad
高位发热量Qgr,ad
低位发热量Qnet,ad
恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af
d—干燥基
ad—空气干燥基
daf—干燥无灰基
net—低位
gr—高位
ar—收到基
（5）硫分（St）
（6）磷含量（Pt）
5.煤的物理性质
煤的物理性质指煤的宏观特征。它包括：颜色、条痕、光泽、硬度、比重、脆性、断口、裂隙、导电性等。
6.宏观煤岩成分和煤岩类型
（1）宏观煤岩成分
①丝炭
是一种简单的煤岩成分，形似木炭，丝绢光泽，暗黑色，性脆易碎，乌手。
②镜煤
呈黑色，具玻璃光泽，贝壳断口，质纯，性脆易碎，光亮如镜。
③亮煤
为黑色，玻璃光泽，灰分含量低，性脆易碎。
④暗煤
光泽暗淡，灰分高，比重和硬度较大。
（2）宏观煤岩类型
①光亮型煤
主要由镜煤和亮煤组成。
②半亮型煤
主要由亮煤组成。
③半暗型煤
主要由暗煤和亮煤组成。
④暗淡型煤
主要由暗煤组成。
7.我国煤炭工业分类
根据干燥无灰基挥发分（Vdaf）、角质层最大厚度（Y）值、恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af和透光率PM等指标，我国煤炭工业将煤炭资源共分为十个大类和二十四个小类。
二、煤层
1.煤层概念
煤层是指顶、底板岩石之间所夹的一套煤及其矸石层。
煤层是煤系的主要组成部分，煤层层数、厚度及其变化是评价煤田经济价值的主要因素。
2.煤层顶、底板
（1）顶板
煤层上覆的岩层。
根据岩性、厚度及采煤过程中的跨落难易程度，顶板分为：伪顶、直接顶和老顶。
（2）底板
位于煤层之下的岩层。分为直接底和老底两种。
3.煤层结构
煤层结构是指煤层中是否含有夹石层。分为简单结构和复杂结构和极复杂结构三种。
4.煤层的形态
煤层赋存的空间几何形态。分为层状煤层、似层状煤层和不规则状煤层三种形态。
5、煤层的厚度
（1）厚度分类
①总厚度
②有益厚度
③可采厚度
④最低可采厚度
（2）煤层厚度等级
①薄煤层≤1.3m
②中厚煤层 1.3m~3.5 m
③厚煤层＞3.5 m
6.井下煤层观测点的观测描述内容
（1）当巷道揭露煤层全厚时，每个观测点应观测煤层厚度、各煤分层厚度，夹石层厚度、岩性和坚硬程度；当巷道不能揭露煤层全厚时，应按相关规定的间距探测煤层全厚。
（2）在层位难以判断，煤层对比困难时，还应仔细观测煤分层的宏观煤岩成分和类型；煤的光泽、颜色、断口、软硬程度、脆韧性、结构构造和内生裂隙的发育情况；煤中所含结核于包裹体的成分、形状、大小、坚硬程度及其分布特征等。
（3）煤层的含水性。一般分干燥（无水）、潮（滴水）、湿（淋水）、含水（涌水）四种情况。
（4）煤层的产状要素。要观测煤层的走向、倾向、倾角，以及其他构造所显示的形迹。
（5）煤层的顶底板特征，其中包括：伪顶、直接顶、老顶和伪底、直接底的岩石名称，分层厚度，岩性特征，裂隙发育情况及其与煤层的接触关系等。必要时，应采取岩样进行物理力学实验。
三、煤系
煤系又称含煤建造。它是指在一定地质时期内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。
四、煤田
煤田是在同一地质历史发展过程中，所形成的具有连续发育的的含煤岩系分布的广大区域，虽经后期构造破坏或侵蚀冲刷而有分割，但基本是连成一片或有规律的分布。
我国煤田可划分为六个大区即华北石炭二叠纪聚煤区、华南二叠纪聚煤区、西北侏罗纪聚煤区、东北侏罗纪和第三纪聚煤区、西藏滇西聚煤区、台湾中生代第三纪聚煤区。
第五部分 矿井水文地质
一、一般概念
1.岩石的透水性及给水度
岩石本身的透水能力，称岩石的透水性。
岩石的透水性用渗透系数（K）表示，单位m/d。
渗透系数是指在单位时间内，水利坡度为1时，水在岩石中渗透的距离。
根据渗透系数的大小，将岩石的透水性分为三类：
（1）透水性岩石 K＞10m/d或1—10m/d
（2）半透水岩石 K值在1—0.01m/d
（3）不透水岩石＜0.01m/d
给水度
在自由状态下，因重力作用，水从岩石中流出的能力。
2.水在岩石中的存在形式
（1）气态水
（2）结合水（薄膜水）
（3）毛细水
（4）重力水
（5）固态水
二、地下水的分类
1.地下水按埋藏条件分
（1）饱气带水（上层滞水）
（2）潜水
（3）承压水
2.地下水按含水层的性质分
（1）孔隙水
（2）裂隙水
（3）岩溶水
三、矿井涌水量的计算方法
（1）水文地质比拟法：根据与新建矿井相邻或水文地质条件相似的已开采的生产矿井水文地质资料，预测新矿井涌水量的方法。
①含水系数法：
含水系数（Kc）是以某一时期矿井排水量Q1与同期矿井煤炭产量（P1）的比值，即Kc=Q1/P1。
这样用Kc就可以预测条件相似新矿井涌水量，即Q2= Kc×P2。
式中Q2为设计新矿井涌水量，P2为新矿井设计能力。
②单位涌水量法：
矿井涌水量有时与水位降深、开采面积大致成直线线性关系，因此可按下式求出生产矿井的单位涌水量
q=Q1/（F1×S1）。
式中：q生产矿井单位涌水量，Q1生产矿井总涌水量，F1 生产矿井开采面积，S1生产矿井水位降深，利用q可预测新矿井涌水量。
Q2=q1× F2×S2或Q2= (F2/F1)1/m× (S2/S1)1/n
式中Q2、F2、S2分别为新井、新区或新水平的矿井涌水量、开采面积、水位降深，m、n为待求系数。
（2）、解析法：主要采用“大井法”，即把矿井整个想到系统看成一个“大井”，用裘布依公式计算矿井涌水量
Q=1.366K（H2-h2）/(lgR-lgr)（对于潜水）或
Q=2.73KMS/(lgR-lgr)（对承压水水）
四、矿井充水因素
1.矿井水害有几种类型
矿井的水害类型主要有：
①地表水
②冲积层水
③岩溶水
④煤层顶、底板含水层水；
⑤老塘、老空、采空区和废弃的井巷积水
⑥断层水
⑦灌浆水
⑧封闭不良的钻孔水。
2.矿水的防治方法
为了预防发生水害事故，对矿井水的防治一般采取以下几种措施：
（1）地面防排水：包括堵塞通道，修建沟渠、堤坝，河流改道等。
（2）探放水：在生产矿井范围内，常常有许多充水的小窑老空、充水断层和强含水层。但采掘工作面接近这些水体时，就要坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”探放水原则。
（3）疏放排水：采用泄水巷，放水钻孔，直通孔，降压钻孔等方式疏放煤层顶、底板含水层等水体。
①顶板水的疏放：一般采用泄水巷，放水钻孔，直通孔进行疏放。
②底板水的疏放：一般采用泄水巷，降压钻孔进行疏放。
（4）留设防水煤柱：在受水害威胁的地段，预留一定宽度和一定高度的煤柱，使工作面与水体保持一定的安全距离。
（5）构筑水闸门和水闸墙：水闸门和水闸墙是用来预防井下突然涌水，威胁矿井安全而设置的堵水设施。
（6）注浆堵水：对于采掘前方的导水裂隙发育区或导水断层附近采用预注浆的方式封闭导水通道。
3.采掘工作面确定探水线进行探水
采掘工作面有下列情况之一，必须确定探水线进行探水：
（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。
（2）接近含水层、导水断层、岩溶和导水陷落柱时。
（3）打开隔离煤柱放水时。
（4）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。
（5）接近有出水可能的钻孔时。
（6）接近有水的灌浆区时。
（7）接近其他可能出水的地区时。
