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全书三篇共十二章，依据三部分撰写：与煤矿建设、生产有关的基础地质理论和煤矿应用矿井地质工程技术以及煤矿勘探、开采过程中的地质方法手段。其中基础地质理论部分包括地球概况、地质作用、矿物岩石、古生物地史、地质构造、煤与含煤岩系等；应用矿井地质工程技术部分包括影响煤矿生产的主要地质因素、矿井水文地质与水害防治、地质勘查、地质编录、煤炭资源／储量估算与管理、煤矿地质环境保护与治理恢复等；地质勘探方法手段部分包括基础地质手段方面的培训和操作以及煤矿地质图件绘制、煤矿地质报告编写等。    本书可作为普通高等学校采矿工程、测量工程、建井工程、安全工程等非地质类专业教学用书。同时可以作为资源勘查工程（煤田地质方向）专业的参考教材以及采矿技术人员、矿井地质技术人员工作的参考书。

    煤矿与地质关系十分密切。找煤需要地质,设计需要地质,建设需要地质,生产需要地质,采煤需要地质,应急救援需要地质,环保也需要地质,安全生产更需要地质。煤矿瓦斯、水害、顶板、火灾等事故都与地质有很大的关系,所以要研究地质规律、运用地质规律,指导矿井实际工作。地质保障系统是煤矿安全生产的基础,是遏制煤矿事故的关键。

    本书是根据高等教育(矿业)“十二五”规划教材编审委员会下达的任务,为采矿工程、测量工程、建井工程、安全工程等非地质类专业编写的地质基础课程教科书。

    全书共三篇十二章,按照三部分(第一篇、第二篇、第三篇)编写,其中第三篇为电子教材,依据各校教学课时自行安排,做不同取舍,相关资料可以在2138cn太阳集团古天乐网站(www.cumtp.com)上下载。本教材内容广泛,简明扼要,突出“三基”(基础理论、基础知识、基本技能)培养,以训练基本技能和思维、加强基本理论和基础知识的巩固、培养学生解决实际问题能力为目标,为今后实际工作打下坚实的基础。不同专业可以根据“三纲”(教学大纲、实验大纲、考试大纲)要求内容,予以适当取舍和调整授课内容。

    参加本教材编写的有:湖南科技大学曹运江(绪论、第一章、实验九参与)、湖南科技大学戴德求(第二章)、湖南科技大学资锋(第三章、实验一、实验二负责)、湖南科技大学朱伟(第四章)、辽宁工程技术大学张亚明(第五章、实验四、实验五负责、实验六参与)、湖南科技大学肖正辉(第六章)、山东科技大学李增

学(第七章)、华北科技学院连会青(第八章)、河北工程大学关英斌(第九章、第十章)、山东科技大学余继峰(第十一章、实验四参与、实验五参与、实验六负责、实验七、实验八负责)、安徽理工大学龙良平(第十二章)、湖南科技大学陈新跃(实验二参与、实验三负责)、云南省煤田地质局蒋建华(实验九负责)、湖南科技

大学杨小芹(实验九参与)。全书由曹运江、蒋建华、资锋、杨小芹统稿,主编为曹运江、蒋建华、资锋,副主编为关英斌、李增学、张亚明、肖正辉、龙良平、余继峰、戴德求、朱伟、连会青、陈新跃、杨小芹。所有图件由湖南科技大学姜太军、闫振国、沈俊轶负责整理和清绘。

    本书承蒙湖南科技大学土木工程学院刘新华教授的认真审阅;本书编写过程中,自始至终得到湖南科技大学副校长冯涛教授的支持与指导,同时还得到许多老师和同学的协助,在此一并表示衷心的谢忱。

编 者

2014年7月于湘江河畔

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

一、何谓煤矿地质学……………………………………………………………………… 1

二、煤矿地质学的研究对象……………………………………………………………… 1

三、煤矿地质学的研究内容与方法……………………………………………………… 2

四、煤矿地质学的任务…………………………………………………………………… 3

五、煤矿地质学的发展概况和动态……………………………………………………… 3

第一篇 基础地质

第一章 地球与地质作用……………………………………………………………………… 9

第一节 地球概况………………………………………………………………………… 9

一、地球在宇宙中的位置……………………………………………………………… 9

二、地球的形状和大小……………………………………………………………… 11

三、地球的表面结构………………………………………………………………… 12

第二节 地球结构……………………………………………………………………… 16

一、地球的外部圈层结构…………………………………………………………… 17

二、地球的内部圈层结构…………………………………………………………… 17

第三节 地球的物理性质……………………………………………………………… 21

一、地球的重力和压力……………………………………………………………… 21

二、地球内部的温度和热源………………………………………………………… 22

三、地磁和地电……………………………………………………………………… 24

四、地球的电性……………………………………………………………………… 26

五、放射性…………………………………………………………………………… 27

第四节 地质作用……………………………………………………………………… 28

一、内力地质作用…………………………………………………………………… 28

二、外力地质作用…………………………………………………………………… 37

第二章 矿物………………………………………………………………………………… 41

第一节 元素…………………………………………………………………………… 41

一、元素和同位素…………………………………………………………………… 41

二、地壳中的元素和克拉克值……………………………………………………… 4

第二节 矿物的概念…………………………………………………………………… 42

一、矿物的定义……………………………………………………………………… 42

二、晶体与非晶质体………………………………………………………………… 42

第三节 矿物的主要物理性质………………………………………………………… 43

一、矿物的形态……………………………………………………………………… 43

二、矿物的物理性质………………………………………………………………… 44

三、常见矿物………………………………………………………………………… 48

第三章 岩石………………………………………………………………………………… 54

第一节 岩浆岩………………………………………………………………………… 54

一、岩浆岩的基本特征……………………………………………………………… 54

二、岩浆岩的分类…………………………………………………………………… 58

三、常见岩浆岩……………………………………………………………………… 59

第二节 沉积岩………………………………………………………………………… 60

一、沉积岩的基本特征……………………………………………………………… 60

二、沉积岩的分类…………………………………………………………………… 65

三、常见沉积岩……………………………………………………………………… 65

第三节 变质岩………………………………………………………………………… 66

一、变质岩的基本特征……………………………………………………………… 66

二、变质岩的分类…………………………………………………………………… 68

三、常见变质岩……………………………………………………………………… 68

第四章 古生物地史………………………………………………………………………… 71

第一节 古生物………………………………………………………………………… 71

一、古生物与化石的概念…………………………………………………………… 71

二、古生物化石的分类……………………………………………………………… 72

三、古生物的演化…………………………………………………………………… 72

四、古生物化石在煤岩环境中的作用……………………………………………… 72

第二节 地层单位及地质年代………………………………………………………… 73

一、地层的划分与对比……………………………………………………………… 73

二、地层的划分与对比的方法……………………………………………………… 74

第三节 地质演化……………………………………………………………………… 81

一、太古宙…………………………………………………………………………… 81

二、元古宙…………………………………………………………………………… 82

三、古生代…………………………………………………………………………… 82

四、中生代…………………………………………………………………………… 83

五、新生代…………………………………………………………………………… 84

第五章 地质构造…………………………………………………………………………… 87

第一节 地质体的基本产状…………………………………………………………… 87

一、面状构造和线状构造的产状…………………………………………………… 87

二、产状的测定和表示方法………………………………………………………… 90

第二节 褶皱构造……………………………………………………………………… 92

一、褶皱的概念……………………………………………………………………… 92

二、褶曲的基本类型………………………………………………………………… 93

三、褶曲要素………………………………………………………………………… 93

四、褶曲的分类……………………………………………………………………… 95

五、褶皱构造的观测与研究………………………………………………………… 98

第三节 断裂构造……………………………………………………………………… 100

一、节理……………………………………………………………………………… 100

二、断层……………………………………………………………………………… 103

第六章 煤与含煤岩系……………………………………………………………………… 117

第一节 成煤作用……………………………………………………………………… 117

一、成煤植物………………………………………………………………………… 117

二、成煤作用………………………………………………………………………… 118

三、成煤的必要条件………………………………………………………………… 119

第二节 煤的物质组成、性质与分类………………………………………………… 121

一、煤的宏观煤岩组成……………………………………………………………… 122

二、煤的显微组成…………………………………………………………………… 123

三、煤的物理性质…………………………………………………………………… 124

四、煤的化学组成…………………………………………………………………… 126

五、煤质分析………………………………………………………………………… 128

六、煤的分类………………………………………………………………………… 131

第三节 含煤岩系和煤田……………………………………………………………… 132

一、含煤岩系及其类型……………………………………………………………… 132

二、含煤岩系的组成………………………………………………………………… 134

三、煤田、聚煤期及聚煤区………………………………………………………… 136

第二篇 矿井地质

第七章 影响煤矿生产的地质条件及处理方法…………………………………………… 143

第一节 煤层厚度变化………………………………………………………………… 143

一、煤层厚度变化的原因及变化特征……………………………………………… 143

二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响……………………………………………… 148

三、煤层厚度变化的探测和处理…………………………………………………… 148

第二节 矿井构造地质条件…………………………………………………………… 150

一、褶皱构造的观测与探查………………………………………………………… 150

二、断失翼煤层的寻找与探查……………………………………………………… 151

三、矿井地质构造的处理…………………………………………………………… 153

第三节 岩浆侵入体…………………………………………………………………… 159

一、岩浆侵入体对煤矿生产的影响………………………………………………… 159

二、岩浆侵入体的观测……………………………………………………………… 159

三、侵入体的探测…………………………………………………………………… 159

四、岩浆侵入煤层的处理…………………………………………………………… 160

第四节 岩溶陷落柱…………………………………………………………………… 161

一、陷落柱的成因…………………………………………………………………… 161

二、陷落柱的特征…………………………………………………………………… 163

三、陷落柱的观测与探查…………………………………………………………… 164

四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理……………………………………………… 165

第五节 矿井瓦斯……………………………………………………………………… 167

一、瓦斯的分带……………………………………………………………………… 167

二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级……………………………………………… 168

三、瓦斯地质工作的内容和方法…………………………………………………… 169

第六节 煤尘…………………………………………………………………………… 170

一、煤尘的特征……………………………………………………………………… 170

二、煤尘地质研究的内容及任务…………………………………………………… 170

三、矿井环境对煤尘的影响………………………………………………………… 171

第七节 煤的自燃和地温……………………………………………………………… 171

一、煤的自燃………………………………………………………………………… 171

二、地温……………………………………………………………………………… 175

第八节 矿山压力和冲击地压………………………………………………………… 176

一、矿山压力与顶板活动…………………………………………………………… 176

二、采场地压………………………………………………………………………… 177

三、冲击地压………………………………………………………………………… 180

第八章 矿井水文地质与水害防治………………………………………………………… 184

第一节 矿井充水条件………………………………………………………………… 184

一、矿井水的来源…………………………………………………………………… 184

二、矿井充水通道…………………………………………………………………… 186

三、矿井充水强弱指标……………………………………………………………… 189

四、影响矿井涌水量大小的因素…………………………………………………… 190

第二节 矿井水害的综合治理………………………………………………………… 193

一、矿井水害防治总体原则………………………………………………………… 193

二、含水层破坏……………………………………………………………………… 193

三、地面防治水……………………………………………………………………… 194

四、井下防治水……………………………………………………………………… 195

五、矿井排水………………………………………………………………………… 202

六、注浆堵水………………………………………………………………………… 202

七、水害预报………………………………………………………………………… 202

第九章 煤矿地质勘查……………………………………………………………………… 204

第一节 概述…………………………………………………………………………… 204

一、煤矿地质勘查的目的…………………………………………………………… 204

二、煤矿地质勘查的任务…………………………………………………………… 205

三、煤矿地质勘查的性质…………………………………………………………… 205

第二节 地质勘查技术手段…………………………………………………………… 206

一、遥感地质调查…………………………………………………………………… 206

二、地质填图………………………………………………………………………… 207

三、山地工程………………………………………………………………………… 207

四、钻探工程………………………………………………………………………… 211

五、地球物理勘探…………………………………………………………………… 214

六、测井……………………………………………………………………………… 218

第三节 煤炭地质勘查………………………………………………………………… 219

一、勘查阶段………………………………………………………………………… 219

二、勘查类型………………………………………………………………………… 223

三、勘查程度与勘查深度…………………………………………………………… 226

第四节 矿井地质勘查………………………………………………………………… 228

一、矿井地质勘查类型……………………………………………………………… 228

二、矿井地质勘探手段的选择与使用条件………………………………………… 332

第十章 地质编录…………………………………………………………………………… 236

第一节 原始地质编录的内容及要求………………………………………………… 236

一、地质编录的基本类型…………………………………………………………… 236

二、原始地质编录的内容…………………………………………………………… 237

三、原始地质编录的要求…………………………………………………………… 238

第二节 勘探工程地质编录…………………………………………………………… 238

一、坑探工程地质编录……………………………………………………………… 238

二、钻探工程地质编录……………………………………………………………… 239

第三节 井巷工程地质编录…………………………………………………………… 243

一、井巷工程地质编录方式及其选定依据………………………………………… 243

二、井巷地质编录步骤与方法……………………………………………………… 247

三、穿层井巷地质编录……………………………………………………………… 250

四、顺层井巷地质编录……………………………………………………………… 253

五、采煤工作面地质编录…………………………………………………………… 253

第四节 原始地质资料整理…………………………………………………………… 254

一、检查、补充和誊清地质记录…………………………………………………… 254

二、清绘原始地质图件……………………………………………………………… 254

三、建立原始地质资料档案………………………………………………………… 254

第十一章 煤炭资源/储量估算与管理…………………………………………………… 258

第一节 煤炭资源/储量的分类与计算……………………………………………… 258

一、煤炭资源/储量的分类………………………………………………………… 258

二、煤炭资源/储量的计算………………………………………………………… 263

第二节 煤炭资源/储量的估算方法………………………………………………… 265

一、算术平均法……………………………………………………………………… 265

二、地质块段法———等高线法……………………………………………………… 266

三、断面法…………………………………………………………………………… 266

四、多边形法———最近地区法……………………………………………………… 268

第三节 煤炭资源/储量动态管理…………………………………………………… 268

一、煤炭资源/储量动态管理的目的和任务……………………………………… 268

二、煤炭资源/储量动态统计……………………………………………………… 269

三、煤炭资源/储量管理的措施与方法…………………………………………… 274

第四节 三量管理……………………………………………………………………… 275

一、三量管理的意义………………………………………………………………… 275

二、三量管理的划分范围和计算方法……………………………………………… 275

三、三量的可采期…………………………………………………………………… 276

四、三量的统计与分析……………………………………………………………… 277

第十二章 煤矿地质环境保护与治理恢复………………………………………………… 282

第一节 煤矿地质环境研究内容……………………………………………………… 282

一、矿山地质环境现状……………………………………………………………… 282

二、煤矿地质环境及其研究内容…………………………………………………… 283

三、我国近十年来的矿山地质环境保护进程……………………………………… 284

四、有待进一步完善和推进矿山地质环境保护工作……………………………… 284

第二节 矿山地质环境调查…………………………………………………………… 284

一、矿山基本情况…………………………………………………………………… 284

二、矿山地质环境条件……………………………………………………………… 285

三、矿山地质环境问题……………………………………………………………… 286

第三节 矿山地质环境影响评估……………………………………………………… 289

一、评估范围和级别………………………………………………………………… 289

二、现状评估………………………………………………………………………… 292

三、预测评估………………………………………………………………………… 294

四、建设用地地质灾害危险性评估………………………………………………… 295

第四节 矿山地质环境保护与治理恢复分区………………………………………… 295

一、分区原则及方法………………………………………………………………… 295

二、分区评述………………………………………………………………………… 296

第五节 矿山地质环境保护与治理恢复措施………………………………………… 296

一、矿山地质环境保护与治理恢复原则、目标和任务…………………………… 296

二、矿山地质环境保护与治理恢复工作部署……………………………………… 298

三、矿山地质环境防治工程………………………………………………………… 299

参考文献……………………………………………………………………………………… 304

第三篇 实验地质(电子版)

实验一 主要造岩矿物的鉴别

实验二 岩浆岩和变质岩的识别

实验三 沉积岩与煤岩

实验四 阅读、分析并绘制地形地质图

实验五 绘制地质剖面图和水平切面图

实验六 阅读和绘制煤层底板等高线图及其立面投影图

实验七 其他煤矿地质图件的编制

实验八 煤矿矿图

实验九 地质报告与地质说明书

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