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本书内容共分十三章，全面系统地阐述了地质学基本知识，重点介绍了矿床地质、水文地质、工程地质、地质勘查及矿山地质工作的基本概念、基本理论和研究方法。 本书为采矿工程、测绘工程、建井工程等相关专业本科生的必修课教材，也可作为地矿类专业研究生和专科生(包括成人教育、函授培训班)的教材或教学参考书及矿业工作者的工具书。

随着我国经济的快速发展,能源的需求量逐年增加,煤炭在我国的能源结构中一直占据主体地位。进入21世纪以来,随着我国大规模矿山建设的开展,工程地质问题成为影响工程建设的关键问题。作为矿业类高等院校,应适应国家发展的需要,因此,特组织编写了《矿山工程地质学》教材,作为采矿工程和矿山建设工程等专业的专业基础课程教材。

本教材以矿山建设过程中应用的地质学理论为主体,以地球学、岩石学、矿物学、构造地质学、水文地质学和岩体力学等学科为理论研究基础,研究与矿山设计、建设和生产过程有关的工程地质、水文地质、地质构造、工程岩体和矿山常见地质灾害等问题。

本教材注重实用性,突出地质学基本理论和基本知识。同时,力求重点突出,跟踪学科发展的前沿,引入最新科学研究成果,适应矿山建设工程地质学的发展要求。

本教材按64学时授课内容编写,根据专业和学科特点适当取舍。全书共分十三章:第一章、第三章和第四章由杨晓杰和韩巧云负责编写;第二章、第十章和第十三章(瓦斯突出)由张娜负责编写;第五章和第九章由张国锋负责编写;第七章、第八章、第十三章(软岩大变形)和第十二章由郭志飚负责编写;第十一章和第十三章(高温热害)由郭平业负责编写;第十三章(岩爆)由李德建负责编写;第六章和第十三章(滑坡)由陶志刚负责编写。全书由杨晓杰和郭志飚负责统稿和定稿。

本教材在策划和编写过程中,得到了深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)主任何满潮院士指导和帮助,在此表示衷心感谢。本教材在编写过程中,得到了山东科技大学胡绍祥教授的指导和帮助,在此表示衷心感谢。本教材在编写过程中参阅了许多专家、学者的著作和文献,在此一并致谢!本书除作为本科生教材外,还可作为从事相关专业的科学研究人员、设计人员和现场工程技术人员参考用书。

由于时间仓促,加之编者水平有限,书中不妥之处在所难免,恳请读者不吝指正。

编 者

2015年1月

1 绪论………………………………………………………………………………………… 1

1.1 矿山工程地质学研究对象………………………………………………………… 1

1.2 矿山工程地质学研究内容………………………………………………………… 1

1.3 矿山工程地质学研究方法………………………………………………………… 2

1.4 矿山工程地质学任务……………………………………………………………… 2

2 地球概况…………………………………………………………………………………… 3

2.1 地球在宇宙中的位置……………………………………………………………… 3

2.2 地球的形状和性质………………………………………………………………… 6

2.3 地球圈层构造……………………………………………………………………… 11

课后习题………………………………………………………………………………… 16

3 矿物………………………………………………………………………………………… 17

3.1 矿物的概念及分类………………………………………………………………… 17

3.2 矿物的成因及标型特征…………………………………………………………… 19

3.3 矿物的化学成分…………………………………………………………………… 21

3.4 矿物的形态及物理性质…………………………………………………………… 26

3.5 矿物鉴定的研究方法……………………………………………………………… 34

3.6 常见矿物…………………………………………………………………………… 37

课后习题………………………………………………………………………………… 42

4 黏土矿物…………………………………………………………………………………… 43

4.1 黏土矿物及其分类………………………………………………………………… 43

4.2 黏土矿物的基本结构……………………………………………………………… 45

4.3 黏土矿物的性质…………………………………………………………………… 51

4.4 黏土矿物鉴定的研究方法………………………………………………………… 54

4.5 常见黏土矿物……………………………………………………………………… 59

课后习题………………………………………………………………………………… 63

5 岩石………………………………………………………………………………………… 64

5.1 岩石的分类………………………………………………………………………… 64

5.2 岩石的物理性质…………………………………………………………………… 86

5.3 岩石与岩体的工程地质性质……………………………………………………… 91

课后习题………………………………………………………………………………… 102

6 地质年代………………………………………………………………………………… 103

6.1 地层系统………………………………………………………………………… 103

6.2 地层单位和地质年代…………………………………………………………… 108

6.3 年代地层单位和地质年代系统………………………………………………… 110

课后习题………………………………………………………………………………… 118

7 构造运动与地质构造…………………………………………………………………… 119

7.1 基本概念………………………………………………………………………… 119

7.2 构造运动………………………………………………………………………… 121

7.3 水平构造和倾斜构造…………………………………………………………… 123

7.4 褶皱构造………………………………………………………………………… 124

7.5 断裂构造………………………………………………………………………… 130

7.6 地层的接触关系………………………………………………………………… 140

课后习题………………………………………………………………………………… 142

8 地应力…………………………………………………………………………………… 143

8.1 地应力的概念和成因…………………………………………………………… 143

8.2 地应力测量方法………………………………………………………………… 144

8.3 地应力现场测量在旗山煤矿的应用…………………………………………… 153

课后习题………………………………………………………………………………… 158

9 工程岩体………………………………………………………………………………… 159

9.1 工程岩体的概念………………………………………………………………… 159

9.2 岩体的基本构成———结构面和结构体………………………………………… 160

9.3 工程岩体分类…………………………………………………………………… 162

9.4 工程岩体稳定性分级…………………………………………………………… 172

9.5 工程岩体稳定性的影响因素…………………………………………………… 177

课后习题………………………………………………………………………………… 178

10 土………………………………………………………………………………………… 179

10.1 土的组成与结构、构造………………………………………………………… 179

10.2 土的物理力学性质……………………………………………………………… 190

10.3 土的工程分类…………………………………………………………………… 198

10.4 土的成因分类…………………………………………………………………… 199

10.5 特殊土的工程性质……………………………………………………………… 204

课后习题………………………………………………………………………………… 210

11 地下水…………………………………………………………………………………… 211

11.1 地下水概述……………………………………………………………………… 211

11.2 地下水类型及其主要特征……………………………………………………… 217

11.3 地下水的性质…………………………………………………………………… 224

11.4 地下水对工程的影响…………………………………………………………… 230

课后习题………………………………………………………………………………… 238

12 地质图件………………………………………………………………………………… 239

12.1 地质剖面图……………………………………………………………………… 239

12.2 地形地质图……………………………………………………………………… 243

课后习题………………………………………………………………………………… 249

13 常见的矿山地质灾害…………………………………………………………………… 250

13.1 岩爆……………………………………………………………………………… 250

13.2 软岩大变形……………………………………………………………………… 260

13.3 滑坡……………………………………………………………………………… 264

13.4 高温热害………………………………………………………………………… 276

13.5 瓦斯突出………………………………………………………………………… 282

课后习题………………………………………………………………………………… 295

参考文献……………………………………………………………………………………… 296