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,第一章地质基础知识,4,第一节岩石概念二、岩石的分类岩石按照成因可以分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。
1、火成岩火成岩,亦称为岩浆岩,是高温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。
2、沉积岩沉积岩是由早期形成的岩石(母岩,如岩浆岩、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、固结成岩而形成的新岩石。
煤层是由古代植物的形成可以燃烧的沉积岩层。
沉积岩是煤矿地质研究的主要岩石。
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的新岩石。
地球表面的岩石以沉积岩为主,约占地壳面积的75%,海洋底几乎全部为沉积岩覆盖。
地壳较深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。
火成岩占整个地壳体积的64.7%,变质岩占27.4%,沉积岩占7.9%。
虽然三大类岩石在成因和特征上有严格的区分界限,但相互之间存在过渡的关系。
例如在矿井井下火成岩侵入处,存在变质岩与沉积岩之间的渐变过程。
在地球的发展演变过程中,由于地质作用的复杂性、多期性和漫长性,三大类岩石之间可以相互转化的。
第一章地质基础知识,5,第一章地质基础知识,第一节岩石概念三、岩石的硬度岩石的硬度是反映岩石抵抗外部物体压入(侵入)其表面的能力。
硬度与抗压强度有联系,但又有很大区别。
抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力,而硬度则是固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。
因此,硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。
因为回转钻进中,岩石破碎工具在岩石表面移动时,是在局部侵入(可能非常微小)的同时使岩石发生剪切破碎。
工具压入岩石是很难的,而压入后剪切破岩却较容易。
所以我们说,硬度对钻掘工程而言是一个主要力学性能参数。
影响岩石硬度的因素也可分为自然因素和工艺因素两大类:
(1)岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量愈多,胶结物的硬度越大,岩石的颗粒越细,结构越致密,则岩石的硬度越大。
而孔隙度高,密度低,裂隙发育的岩石硬度将会降低。
(2)岩石的硬度具有明显的各向异性。
但层理对岩石硬度的影响正好与对岩石强度的影响相反。
垂直于层理方向的硬度值最小,平行于层理的硬度最大,两者之间可相差1.051.8倍。
岩石硬度的各向异性可以很好地解释钻孔弯曲的原因和规律,并可利用这一现象来实施定向钻进。
(3)在各向均匀压缩的条件下,岩石的硬度增加。
在常压下硬度越低的岩石,随着围压增大,其硬度值增长越快。
(4)一般而言,随着加载速度增加,将导致岩石的塑性系数降低,硬度增加。
岩石硬度可分为普氏硬度和摩氏硬度。
系数分为普氏硬度系数和摩氏硬度系数。
6,第一章地质基础知识,第一节岩石概念三、岩石的硬度岩石硬度可分为普氏硬度和摩氏硬度。
1、普氏硬度普氏硬度的大小是用坚固性系数表示,又叫硬度系数,也叫普氏硬度系数f值。
f=R/100式中:
f普氏硬度系数,无因次;
R为岩石标准试样的单向极限抗压强度值,kg/cm2。
通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的,如:
(1)极坚固岩石f=1520(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等)
(2)坚硬岩石f=810(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等)(3)中等坚固岩石f=46(如普通砂岩,铁矿等)(4)软岩石f=0.83(如黄土、仅为0.3)矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质,但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。
7,第一节岩石概念三、岩石的硬度2、摩氏硬度摩氏硬度是由德国的矿物学家摩氏(FrederichMohs)首先提出来的,作为评判矿物硬度的标准。
应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕,用测得的划痕的深度分十级来表示硬度。
最软者为滑石,最硬者为金刚石,共有十种矿物,定为十级,分别为:
滑石1(硬度最小),石膏2,方解石3,萤石4,磷灰石5,正长石6,石英7,黄玉8,刚玉9,金刚石10。
硬度值并非绝对硬度值,而是按硬度的顺序表示的值。
莫氏硬度仅为相对硬度,比较粗略。
虽滑石的硬度为1,金刚石为10,刚玉为9,但经显微硬度计测得的绝对硬度,金刚石为滑石的4192倍,刚玉为滑石的442倍。
莫氏硬度应用方便,野外作业时常采用。
第一章地质基础知识,8,第一章地质基础知识,第一节岩石概念四、岩石的钻屑(岩芯粉)特征灰岩砂岩泥岩砂质泥岩与泥质砂岩,9,第二节地质构造一、地质构造的概念地质构造(简称构造)是指在地壳运动的作用下,岩层改变原始的埋藏状态(原始状态一般呈水平或近水平且在一定范围内连续完整)所产生的变形或变位的形迹。
二、地质构造的类型地质构造的表现形式是多种多样的,有简单的,也有复杂的。
就简单的而言,在一定范围(一个井田或一个矿区)内,可归纳为单斜构造、褶皱构造和断裂构造三种基本类型,如“图地质构造类型示意图”。
第一章地质基础知识,10,第一章地质基础知识,第三节岩层产状及其表示方法一、岩层产状要素岩(煤)层的产状是岩(煤)层在空间的产出状态和方位,可用岩层面在空间的方位与水平面的关系确定。
通常以岩(煤)层的走向、倾向和倾角表示,见“图岩层的产状要素”。
岩层产状要素就是用来说明岩层产状的参数。
走向、倾向和倾角称为产状三要素。
11,第一章地质基础知识,第三节岩层产状及其表示方法二、岩层产状要素的测定方法
(一)测量仪器地质罗盘,12,第三节岩层产状及其表示方法三、岩层产状要素的表示方法倾向可只表述方向,而不表述角度。
如岩层倾向南东,倾角为21时,用象限角表述其产状为N25E、SE21(即走向、倾向倾角)或N25E(或25)、21SE(即走向、倾角倾向)。
由于倾向与走向垂直且方位唯一,已知倾向就可以计算出走向。
因此,一般情况下只表述岩层的倾向和倾角,表述方法为“倾向倾角”,上述岩层产状一般表述为11521(或SE6521)。
第一章地质基础知识,13,第一章地质基础知识,第四节煤层底板等高线图一、煤层底板等高线及煤层底板等高线图煤层底板等高线是在勘探及矿井生产中,根据钻孔孔口标高及煤层深度计算或通过井上、下测量获得的煤层底板标高相等的点的连线。
煤层底板等高线图是将不同标高的煤层底板等高线按相等的标高差垂直投影到水平面上,并按照一定的比例尺绘制剖面图,比例尺范围一般1:
:
10001:
10000。
二、不同构造在煤层底板等高线图中的表现形式,14,第一章地质基础知识,第四节煤层底板等高线图二、不同构造在煤层底板等高线图中的表现形式,15,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识一、钻孔要素
(一)钻孔三要素井下钻孔参数主要有三个:
钻孔方位,钻孔倾角及钻孔深度,钻孔参数的表示方法为:
钻孔编号、钻孔方位、钻孔倾角及钻孔孔深的组合,如“图钻孔参数示意图”所示(由于钻孔布置平面图中方位一定,往往仅标明钻孔倾角与孔深两个要素),其次还有钻孔孔径等。
钻孔设计中必须明确钻孔的三个参数,井下现场施工中才能根据设计进行钻孔参数的标定及施工工作。
(二)钻孔其它参数1、孔口位置在井下进行重要钻探工程时,往往需要设计钻孔孔口(开孔)坐标,甚至钻孔终孔坐标(以X表示经线,Y表示纬线,Z表示海拔标高),以反映了钻孔开始位置以及终止位置。
对于矿井井下大量施工的钻孔,往往只标明钻孔的位置,如1#钻孔孔口位于某某巷道下顺槽5#测量点前21m迎头,距离左帮1.5m,距离顶板1.6m。
2、钻孔孔径钻孔设计中应注明钻孔孔径,钻孔孔径主要根据钻头规格确定,从小到大为75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
16,第二章井下钻孔,17,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识二、垂直投影法绘制钻孔垂直、水平平面图垂直投影是平面制图采用的一种几何投影方式,将空间钻孔沿铅垂线投影到水平面上,得到钻孔在水平面上的平面位置,构成水平面上的相应平面图形。
平面图形中钻孔投影较空间倾斜钻孔长度小,水平钻孔投影后与平面图中的大小一致。
垂直投影绘制图形的基本方法为,由钻孔开口点和终孔点向水平面(垂直面)作垂线,垂直于水平面,连接两点,即可得到钻孔的平面图形,如“图垂直投影法绘制钻孔竖直、水平平面图”所示。
18,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识,19,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(一)钻孔方位设计
(二)钻孔倾角计算1、三角函数(配合作图)法
(1)垂直煤层走向钻孔的倾角、孔深计算1)顺层施工钻孔倾角计算顺层施工的钻孔倾角与地层倾角一致。
2)穿层施工钻孔倾角计算垂直于煤层走向的钻孔倾角、孔深H分布按下式计算,各参数如“图垂直煤层走向钻孔倾角、孔深计算参数图”所示。
20,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算,21,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算1、三角函数(配合作图)法
(2)斜交煤层走向钻孔倾角、孔深计算图斜交煤层走向的钻孔倾角、孔深H分别按下式计算,各参数如“图斜交煤层走向钻孔倾角、孔深计算参数图”所示。
22,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算2、高差长度计算法在煤层底板等高线图上,根据钻孔终点煤层底板等高线的高程和钻孔孔口高程计算出高差L,在图上量出钻孔投影的长度h,则可计算出孔深H。
计算公式如下,各参数如“图高差-长度计算钻孔倾角、孔深参数图”所示。
23,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定二、井下现场钻孔要素标定方法1、钻孔方位井下标定井下标定钻孔方位,一般采用以下几种方法
(1)仪器测量法
(2)中线延伸法(3)三角函数法例如:
一钻孔方位为121,巷道施工方位为92,钻孔在巷道右帮开口。
则:
钻孔与巷道的夹角为29,sin29=0.48;
井下使用钻杆长度为0.76m,则钻杆末端距离巷道右帮的距离为0.760.48=0.36m,该钻进方向即为钻孔设计方位。
2、钻孔倾角井下标定方法井下钻孔倾角一般采用坡度尺或罗盘直接进行测量标定,该方法方便、便捷,且易于操作。
24,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定三、钻孔孔深测量钻孔孔深是指从钻孔孔口到钻孔孔底的长度。
在井下钻探过程中一般采用进尺(钻杆长度)标明钻孔深度,钻孔进尺可分为钻孔总进尺、残尺和净进尺三类,如“图钻孔进尺示意图”。
孔深(净进尺)就是总进尺与残尺的差值。
1、总进尺总进尺是指从安装到钻机上的最后一根钻杆到钻孔孔底第一根钻杆长度之和。
2、残尺残尺是指从安装到钻机上的最后一根钻杆到钻孔孔口的长度。
3、净进尺(孔深)净进尺,也就是孔深,是指从钻孔孔口到孔底所有钻杆的长度。
三种进尺主要是井下现场用来记录加减钻杆情况,方便原始记录填写,是考核各施工小组(班)钻进情况的依据。
25,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定三、钻孔孔深测量,26,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定四、钻孔孔径
(一)防突钻孔孔径确定在进行瓦斯抽采时,钻孔流量与钻孔半径、钻孔抽采半径、煤层透气性系数和煤层厚度有以下关系:
钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定,一般为75120mm,地质条件变化剧烈地带也可采用直径4275mm的钻孔。
若钻孔直径超过120mm时,必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。
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