煤田地質(zhì)基礎(chǔ)知識--礦業(yè)大學(xué)教材

 煤田地質(zhì)基礎(chǔ)知識

 

地質(zhì)工作是煤礦生產(chǎn)的先鋒，地質(zhì)資料（主要指煤層和巖層的埋藏情況）是礦井設(shè)計(jì)與日常生產(chǎn)的重要依據(jù)。沒有可靠的地質(zhì)資料，礦井設(shè)計(jì)與生產(chǎn)就會陷入盲目狀態(tài)。煤礦地質(zhì)工作包括煤田地質(zhì)勘探和礦井地質(zhì)工作，前者指找煤開始和最終獲得一定精度的地質(zhì)資料，以滿足礦井設(shè)計(jì)的需要；后者指在建井和生產(chǎn)過程中進(jìn)一步查清地質(zhì)情況，直接為生產(chǎn)服務(wù)。

 

第一節(jié) 煤層埋藏特征與煤層分類

一、概述

(一)煤的形成

雖然我國采煤和用煤的歷史可以追溯到上千年前，但人們一直不清楚煤是怎樣形成的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是發(fā)明了顯微鏡以后，人們終于揭開了這個千年之謎：煤是由植物轉(zhuǎn)變而來的。

植物是成煤的原始物質(zhì)，它分為低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤稱為腐泥煤，在我國俗稱“石煤”（因其灰分即礦物質(zhì)含量高，外觀似黑色巖石而得名）；由高等植物形成的煤稱為腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占絕大多數(shù)，目前開采的也主要是腐植煤。

煤是由植物經(jīng)過漫長的極其復(fù)雜的生物化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的。從植物遺體堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱囊幌盗醒葑冞^程稱為成煤作用。成煤作用大致可分為兩個階段（圖1-1）：第一階段，泥炭化階段；第二階段，煤化階段。

在泥炭化階段，低等植物及浮游生物遺體經(jīng)腐泥化作用形成腐泥，高等植物遺體經(jīng)泥炭化作用形成泥炭；在煤化階段，腐泥轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗝?，泥炭?jīng)煤成巖作用轉(zhuǎn)變?yōu)楹置海置航?jīng)煤變質(zhì)作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤等。褐煤、煙煤、無煙煤均屬腐植煤類。

圖1-1 成煤作用階段劃分

(二)煤的分類

我國煤炭資源豐富，煤種齊全。按煤的煤化程度和工藝性能，可將煤炭分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類，其煤化程度逐漸升高。其中煙煤又可分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤以及貧煤，越往后煤化程度越高。

二、煤層埋藏特征

(一)煤田和儲量

1．煤田

在同一地史發(fā)展過程中，由炭質(zhì)物的沉積并連續(xù)發(fā)育而造成的大面積含煤地帶，稱為煤田。煤田的范圍、儲量大小不一，小型煤田的面積不大，儲量只有幾百到幾千萬噸；大型煤田的面積有數(shù)千或數(shù)萬平方公里，儲量可達(dá)幾億到幾百億噸。

2．煤的儲量

煤的儲量是指地下埋藏著具有工業(yè)開采價(jià)值的煤炭資源的數(shù)量，可用分級和分類來表示其價(jià)值，見表1-1。

表1-1 煤炭儲量分類表

根據(jù)煤田內(nèi)不同塊段的勘探程度，將儲量分為A、B、C、D四級。A、B級稱為高級儲量；C、D級稱為低級儲量。級別越高，表示地質(zhì)情況勘查得越詳細(xì)，煤炭的數(shù)量和質(zhì)量了解得越可靠。

（1）地質(zhì)儲量。由地質(zhì)勘探在一定范圍和計(jì)算深度內(nèi)，所獲得的總儲量，稱為地質(zhì)儲量（一個礦井范圍內(nèi)的地質(zhì)儲量，習(xí)慣上稱礦井總儲量）。

（2）平衡表外儲量。指由于煤炭灰分高、厚度小、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等，在目前技術(shù)條件下暫時(shí)不能開采的儲量，也稱尚難利用儲量。

（3）平衡表內(nèi)儲量。指符合當(dāng)前開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，可以開采和利用的儲量，也稱能利用儲量。

（4）工業(yè)儲量。指平衡表內(nèi)比較清楚的A、B、C三級儲量的總和，是礦井設(shè)計(jì)和投資的依據(jù)。

（5）遠(yuǎn)景儲量。指平衡表內(nèi)的D級儲量。由于勘探程度不高，有待進(jìn)一步勘探，提高儲量級別后，才能直接利用。它是礦井遠(yuǎn)景規(guī)劃的依據(jù)。

（6）可采儲量。指工業(yè)儲量中可以采出的那一部分儲量。

（7）設(shè)計(jì)損失量。指為了煤礦生產(chǎn)安全和技術(shù)上的需要，按設(shè)計(jì)規(guī)定遺留在井下的那一部分儲量，例如：井筒保護(hù)煤柱；斷層、河流、邊界（井田和采區(qū)邊界）、巷道等的保護(hù)煤柱。

（二）煤層埋藏特征

煤像其它沉積巖層一樣，一般呈層狀分布，但也有呈雞窩狀、扁豆?fàn)罨蚱渌茖訝睢２煌拿簩悠浣Y(jié)構(gòu)、厚度及穩(wěn)定性等有所不同。

1. 煤層結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤層中有無穩(wěn)定的巖石夾層（夾矸），將煤層分為兩種結(jié)構(gòu)類型。

（1）簡單結(jié)構(gòu)煤層 煤層中不含穩(wěn)定的呈層狀的巖石夾層，但含有呈透鏡體或結(jié)核分布的礦物質(zhì)（圖1-2）。一般厚度較小的煤層往往結(jié)構(gòu)簡單，說明煤層形成時(shí)沼澤中植物遺體堆積是連續(xù)的。

圖1-2 煤層結(jié)構(gòu)示意圖

 

（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層 煤層中常夾有穩(wěn)定的呈層狀的巖石夾層，少者1～2層，多者十幾層（圖1-2）。巖石夾層的巖性最常見的有碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)粉砂巖。巖石夾層的厚度一般從幾厘米到數(shù)十厘米不等。

煤層中如有較多的或較厚的巖石夾層，往往不利于機(jī)組采煤，同時(shí)也影響煤質(zhì)，增加煤的含矸率。但有的巖石夾層是優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料或耐火材料等，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值甚至高于煤層本身。

2．煤層厚度

煤層的頂板與底板之間的垂直距離叫煤層厚度。對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的煤層，則有總厚度和有益厚度之分?？偤穸仁侵该簩禹斆嬷恋酌嬷g全部煤分層與巖石夾層之和；有益厚度是指煤層頂面至底面之間各煤分層之和。根據(jù)我國有關(guān)部門的規(guī)定，一般地區(qū)煤層地下開采的最低可采厚度標(biāo)準(zhǔn)，見表1-2；露天開采最低可采厚度為0.5m；缺煤地區(qū)的地下開采最低可采厚度分別比相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)降低0.1m即可。

表1-2 一般地區(qū)煤層最低可采厚度標(biāo)準(zhǔn)（地下開采）

3．煤層的層數(shù)及層間距

各煤田中的煤層數(shù)目不同，少的只有一層或幾層；多的可達(dá)十幾層到幾十層。相鄰兩煤層之間的距離可由幾十厘米到數(shù)百米。通常稱為煤層的層間距。

4．煤層埋藏深度

煤層埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可達(dá)2km，目前我國煤礦的開采深度已達(dá)千米以上。隨著開采深度的增加，礦山壓力、井下溫度、涌水量與瓦斯涌出量等，都將增大。

5．煤層頂?shù)装?/p>

（1）頂板

頂板指位于煤層上方一定距離的巖層。根據(jù)頂板巖層巖性、厚度以及采煤時(shí)頂板變形特征和垮落難易程度，將頂板分為偽頂，直接頂、基本頂三種（圖1-3）。

偽頂是指直接覆蓋在煤層之上的薄層巖層。巖性多為碳質(zhì)頁巖或碳質(zhì)泥巖，厚度不大，一般為幾厘米至幾十厘米。它極易垮塌，常隨采隨落，所以它都混雜在原煤里，增加了煤的含矸率。

直接頂位于偽頂之上。巖性多為粉砂巖或泥巖，厚度為1m～2m左右。它不像偽頂那樣容易垮塌，但采煤回校后一般能自行垮落，有的經(jīng)人工放頂后也較易垮落。直接頂垮落后都充填在采空區(qū)內(nèi)。

基本頂又稱“老頂”。位于直接頂之上。巖性多為砂巖或石灰?guī)r，一般厚度較大，強(qiáng)度也大?；卷?mdash;般采煤后長時(shí)期內(nèi)不易自行垮塌，只發(fā)生緩慢下沉。

值得注意的是，并不是每個煤層都可分出上述三種頂板。有的煤層可能沒有偽頂，有的煤層可能偽頂、直接頂都沒有，煤層之上直接覆蓋基本頂，如山東肥城礦區(qū)的8號煤層之上直接為石灰?guī)r基本頂。

（2）底板

底板指位于煤層下方一定距離的巖層。底板分為直接底和老底兩種（圖1-3）。

直接底指煤層之下與煤層直接接觸的巖層。巖性以碳質(zhì)泥巖最為常見，厚度不大，常為幾十厘米。

老底指位于直接底之下的巖層。其巖性多為粉砂料或砂巖，厚度較大。有的煤礦往往將一些永久性巷道布置在老底中，這樣有利于巷道的維護(hù)。

三、煤層分類

煤層傾角、厚度及其穩(wěn)定性對采礦技術(shù)影響很大，所以在采礦工作中常將煤層據(jù)此加以分類。

1. 按煤層傾角分類

2. 按煤層厚度分類

3. 按煤層穩(wěn)定性分類

煤層穩(wěn)定性指煤層形態(tài)、厚度、結(jié)構(gòu)和可采性的變化程度。按照礦區(qū)（或井田）的煤層變化程度（即穩(wěn)定程度）劃分為四類。

①穩(wěn)定煤層 煤層厚度變化很小，規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)簡單至較簡單，全區(qū)可采或基本全區(qū)可采。

②較穩(wěn)定煤層 煤層厚度有一定變化，但規(guī)律較明顯，結(jié)構(gòu)簡單至夏雜，全區(qū)可采或大部分可采，可采范圍內(nèi)煤層厚度變化不大。

③不穩(wěn)定煤層 煤層厚度變化較大，無明顯規(guī)律，結(jié)構(gòu)復(fù)雜至極復(fù)雜。主要包括煤層厚度變化很大，具有突然增厚、變薄現(xiàn)象，全區(qū)可采或大部分可采；煤層呈串珠狀，藉節(jié)狀，一般連續(xù)，局部可采，可采邊界線不規(guī)則；難以進(jìn)行分層對比，但可進(jìn)行層組對比的復(fù)煤層。

④極不穩(wěn)定煤層 煤層厚度變化極大，呈透鏡狀、雞窩狀、一般不連續(xù)，很難找出規(guī)律，可采塊段分布零星；或?yàn)闊o法進(jìn)行分層對比，且層組對比也有困難的復(fù)煤層。

第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造

煤層和其它巖層、巖體形成以后，由于受到地球內(nèi)部和外部動力作用的影響，會發(fā)生一系列微觀和宏觀變化，產(chǎn)生諸如移位、傾斜、彎曲、斷裂等地質(zhì)現(xiàn)象。這些主要由地殼運(yùn)動所引起的巖石變形變位現(xiàn)象在地殼中存在的形式和狀態(tài)就稱為地質(zhì)構(gòu)造，簡稱為構(gòu)造。

地質(zhì)構(gòu)造的表觀形式是多種多樣的，有簡單的，也有復(fù)雜的。就簡單的而言，在一定范圍（一個井田或一個礦區(qū)）內(nèi)，可歸納為單斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造三種基本類型（圖1-4）。其中單斜構(gòu)造是指一系列巖層大致向同一個方向傾斜的構(gòu)造形態(tài)，在較大的區(qū)域內(nèi)，它往往是其它構(gòu)造形態(tài)的一部分，如褶曲的一翼或斷層的一盤（圖1-5）。因此，可以說自然界中地質(zhì)構(gòu)造的基本表現(xiàn)形式有褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造兩種。

圖1-4 構(gòu)造形態(tài)的基本類型示意圖

圖1-5 單斜構(gòu)造與褶曲、斷層的關(guān)系示意圖

一、巖層的產(chǎn)狀

巖（煤）層的產(chǎn)狀可用其層面在空間的方位及其與水平面的關(guān)系來確定。通常以巖（煤）層的走向、傾向和傾角（圖1-6）來表示，這3個用來說明巖層產(chǎn)狀的參數(shù)就稱為巖層的產(chǎn)狀要素。

(1) 走向。巖層走向是表示巖層在空間的水平延展方向。巖層面與任一個水平面的交線稱為走向線（圖1-6中AOB）?？梢?，走向線是巖層面上任一標(biāo)高的水平線，亦即同一巖層面上同標(biāo)高點(diǎn)的連線。因此，一個基本平直傾斜的巖層面上可以有無數(shù)條近乎平行的走向線。當(dāng)巖層面是平面時(shí)，其走向線為一組水平的直線；當(dāng)巖層面是曲面時(shí)，其走向線就成為水平的曲線。走向線兩端的延伸方向稱為走向，在一個測點(diǎn)上測得的巖層走向可以有兩個方位、兩者相差180°。當(dāng)走向線為直線時(shí)，說明巖層面上各點(diǎn)的走向不變；當(dāng)走向線為曲線時(shí)，說明巖層面上各點(diǎn)的走向發(fā)生了改變。

（2）傾向。巖層傾向表示巖層向地下傾斜延伸的方向。在巖層面上過某一點(diǎn)（圖1-6中O；圖1-7中A）沿巖層傾斜面向下（或向上）所引的直線（圖1-6中ON；圖1-7中AC和AD）稱為傾斜線，傾斜線在水平面上的投影線（圖1-6中ON′；圖1-7中OC和OD）稱為傾向線。傾向線所指的巖層向地下側(cè)傾的一方稱為該點(diǎn)巖層的傾向。水平巖層自然無走向和傾向可言；傾斜巖層和直立巖層的傾向指向較新巖層一方；倒轉(zhuǎn)巖層的傾向則指向較老的巖層一方。

當(dāng)傾斜線與巖層的走向線垂直時(shí)，稱該傾斜線（圖1-6中ON；圖1-7中AD）為真傾斜線，相應(yīng)的傾向線（圖1-6中ON′；圖1-7中OD）稱為真傾向線，相應(yīng)的傾向也稱為真傾向（簡稱傾向）。當(dāng)傾斜線與巖層的走向線斜交時(shí)，稱傾斜線（圖1-7中AC）為視（假）傾斜線，相應(yīng)的傾向線（圖1-7中OC）稱為視（假）傾向線，相應(yīng)的傾向稱為視（假）傾向?？梢?，一點(diǎn)上巖層的真傾向是唯一的，而視（假）傾向則可以有無數(shù)個。

（3）傾角。巖層的傾角表示巖層的傾斜程度。它是指巖層層面與假想水平面的銳夾角。亦即傾斜線與其相應(yīng)的傾向線的銳夾角。真傾斜線與真傾向線的銳夾角（圖1-6中；圖1-7中）稱為真傾角。視傾斜線與其相應(yīng)的視傾向線的銳夾角（圖1-7中）稱為視（假或偽）傾角。一點(diǎn)上巖層的真傾角是指該點(diǎn)巖層的最大傾角，其大小值是一定的，也是唯一的；而視傾角的值則隨視傾向的改變而發(fā)生變化，它可以有無數(shù)多個，們都恒小于真傾角。真傾角和視傾角存在如下關(guān)系：

（1-1）

一般說來，傾角越小，開采越易；傾角越大，開采越難。對于地下開采，煤層根據(jù)傾角分為：

緩傾斜煤層——＝8～25°；

傾斜煤層 ——＝25～45°；

急傾斜煤層——>45°。

通常又把＜5°～8°以下的煤層稱作近水平煤層。

由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響，在任何一個煤田內(nèi)，同一煤層在不同的地點(diǎn)，煤層的走向、傾向和傾角都不是固定不變的，只不過變化的大小程度不同。

二、褶皺構(gòu)造

由于地殼運(yùn)動等地質(zhì)作用的影響，使巖層發(fā)生塑性變形而形成一系列波狀彎曲但仍保持著巖層的連續(xù)完整性的構(gòu)造形態(tài)，稱為褶皺構(gòu)造（圖1-8），簡稱為褶皺。

圖1-8 褶皺與褶曲剖面示意圖

巖層褶皺構(gòu)造中的每一個彎曲為一基本單位，稱褶曲。褶曲的基本形式可分為背斜和向斜兩種。背斜是指核心部位巖層較老，向兩側(cè)依次對稱出現(xiàn)較新巖層的形態(tài)一般向上彎曲的褶曲；向斜是指核心部位巖層較新，向兩側(cè)依次對稱出現(xiàn)較老巖層的形態(tài)一般向下彎曲的褶曲。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相連的。

三、斷裂構(gòu)造

組成地殼的巖層或巖體受力后不僅會發(fā)生塑性變形形成褶皺構(gòu)造、而且也可在所受應(yīng)力達(dá)到或超過巖石的強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生脆性破壞形成大小不一的破裂和錯動，使巖石的連續(xù)完整性遭到破壞，這種巖石脆性變形的產(chǎn)物總稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造可分為節(jié)理和斷層兩類。

節(jié)理是斷裂面兩側(cè)巖石沒有發(fā)生明顯位移的斷裂。它可以是明顯可見的張開或閉合的裂縫、裂隙，也可以是肉眼不易覺察的隱蔽的裂紋，當(dāng)巖石風(fēng)化或受打擊后，巖石才會沿這些裂紋裂開。節(jié)理的延伸長度有大有小，短者幾厘米，長者幾十米甚至更長。節(jié)理發(fā)育的密集程度也差異很大，相鄰兩節(jié)理的距離可從數(shù)厘米到數(shù)米。節(jié)理的斷裂面稱為節(jié)理面。節(jié)理在煤礦的實(shí)際生產(chǎn)中，對鉆眼爆破、回采率、頂板管理、地下水等方面都有直接的影響。

斷層是破裂面兩側(cè)的巖石有明顯相對位移的一種斷裂構(gòu)造。其規(guī)模變化很大，小的斷層延伸僅有幾米，相對位移不過幾厘米；大的斷層可延伸數(shù)百公里至數(shù)千公里，相對位移可達(dá)幾十公里；有的大斷層甚至跨越洲際，切穿地殼硅鋁層。斷層的分布雖不及節(jié)理廣泛，但它仍是地殼中極為常見的，也是最重要的地質(zhì)構(gòu)造。它往往構(gòu)成區(qū)域地質(zhì)格架，控制區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其演化，控制或影響區(qū)域成礦作用，影響礦產(chǎn)資源的開發(fā)和礦井生產(chǎn)。其斷層要素如圖1-9所示。

（1）斷層面。巖層發(fā)生斷裂位移時(shí)，相對滑動的斷裂面。

（2）斷盤。斷層面兩側(cè)的巖體稱為斷盤，如果斷層面為傾斜時(shí)，通常將斷層面以上的斷盤稱為上盤，斷層面以下的斷盤稱為下盤。如果斷后面直立時(shí)，就無上、下盤之分，可按兩盤相對上升或下降的位置分上升盤或下降盤。

（3）斷距。斷層的兩盤相對位移的距離。斷距可分為垂直斷距（兩盤相對位移垂直距離）和水平斷距（兩盤相對位移水平距離），如圖1-10所示。

圖1-9 斷層要素 圖1-10 斷距示意圖

ab－垂直斷距（落差）；bc－水平斷距

根據(jù)斷層兩盤相對運(yùn)動的方向，斷層可分為以下三種類型。如圖1-11所示。

（1）正斷層。上盤相對下降，下盤相對上升。

（2）逆斷層。上盤相對上升，下盤相對下降。

（3）平推斷層。斷層兩盤沿水平方向相對移動。

圖1-11 斷層示意圖

a-正斷層；b-逆斷層；c-平推斷層

根據(jù)斷層走向與巖層走向的關(guān)系分：

走向斷層——斷層走向與巖層走向平行；

傾向斷層——斷層走向與巖層走向垂直；

斜交斷層——斷層走向與巖層走向斜交。

根據(jù)斷層的組合形式不同，分別可以構(gòu)成地塹、地壘、階梯構(gòu)造等斷層組。

斷層在各礦區(qū)分布很廣，其形態(tài)、類型繁多，規(guī)模大小不一。一般將落差大于50m的稱為大型斷層；落差在20～50m之間的稱為中型斷層；落差小于20m的稱為小型斷層。斷層對煤礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)影響很大。

第三節(jié) 采礦常用圖件

在礦井設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)管理等工作中，需要測繪一系列的圖紙，這些圖稱為礦圖。

一、概 述

1．礦圖比例尺

繪制各種礦圖時(shí)，不可能將圖形按實(shí)際尺寸描繪到圖紙上，總要經(jīng)過縮小，才能在圖紙上表示出來。圖紙上線段長度與實(shí)際相應(yīng)線段水平長度之比，稱為該圖的比例尺。即

比例尺的表示方法常用的有數(shù)字比例尺和圖示比例尺。用分?jǐn)?shù)或數(shù)字的形式表示的比例尺，稱為數(shù)字比例尺。一般用分子為1，分母為整數(shù)來表示。

根據(jù)對圖紙不同的要求，礦圖常用的比例尺有1：500、1：1000、1：2000、 1：5000、l：10000等。個別局部反映圖也有1：50、l：100、1：200以及自行確定的一定比例尺。

2．坐標(biāo)系統(tǒng)

（1）地理坐標(biāo)。地面上某一點(diǎn)的位置，在地球表面上通常用經(jīng)度、緯度表示。某點(diǎn)的經(jīng)緯度稱為該點(diǎn)的地理坐標(biāo)。

（2）平面直角坐標(biāo)。

平面直角坐標(biāo)系是由平面上兩條相互垂直的直線所組成，如圖1-12所示。直線xx稱為縱坐標(biāo)軸，通常與某子午線的方向一致；直線yy稱為橫坐標(biāo)軸，與赤道方向一致；縱橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)為O，稱為坐標(biāo)原點(diǎn)。坐標(biāo)軸將平面分成四個部分，稱為象限。順時(shí)針方向排列，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。坐標(biāo)數(shù)值由坐標(biāo)原點(diǎn)算起，向上(北)、向右(東)為正數(shù)，向下(南)、向左(西)為負(fù)數(shù)。地面上任一點(diǎn)A的位置，是由該點(diǎn)到縱橫坐標(biāo)軸的垂直距離Aa1和Aa2來表示。Aa1稱為A點(diǎn)的縱坐標(biāo)，亦稱為x坐標(biāo)，以xA表示；Aa2稱為A點(diǎn)的橫坐標(biāo)，亦稱為y坐標(biāo)，以yA表示。

在礦圖上，通常都畫有平行于縱橫坐標(biāo)抽的直線所構(gòu)成的方格網(wǎng)，稱為坐標(biāo)方格網(wǎng)，每個小方格一般為100 mm×100 mm，在每一條縱橫直線上注明其坐標(biāo)值，此值就是這條直線距縱橫坐標(biāo)軸的垂直距離。根據(jù)圖紙比例尺的不同，小方格所代表的實(shí)際距離也不同，一般為百米或公里的倍數(shù)，如圖1-13所示。箭頭N為指北方向，圖的下部數(shù)值為橫坐標(biāo)數(shù)值，左部的數(shù)值為縱坐標(biāo)數(shù)值，這樣，圖上任一點(diǎn)A的位置，可以從該點(diǎn)所在的小方格左下角的縱橫坐標(biāo)數(shù)值中求出。如從圖中知Aa1＝60 m，Aa2＝50 m，則A點(diǎn)的位置為

xA＝l700+ Aa1＝1700+60＝1760m

yA＝2300+ Aa2＝2300+50＝2350m

（3）高程。地面上任一點(diǎn)至水準(zhǔn)面的垂直距離稱為該點(diǎn)的高程，由于選取的水準(zhǔn)面不同，高程又分為絕對高程和相對高程。絕對高程是指地面上任一點(diǎn)至大地水準(zhǔn)面的垂直距離。我國大地水準(zhǔn)面是以黃海平均海水面作為起算面。相對高程是指人為選定一個適當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)向，作為本地區(qū)的假定水準(zhǔn)面，某點(diǎn)至假定水準(zhǔn)面的垂直距離，稱為該點(diǎn)的相對高程。

圖1-12 平面直角坐標(biāo)系 圖1-13 平面直角坐標(biāo)網(wǎng)

3．標(biāo)高投影

標(biāo)高投影圖就是注明有標(biāo)高數(shù)字的正投影圖，如圖1-14所示的是某一立井標(biāo)高投影圖。立井在平面圖上的投影只是一個圓圈，為了反映井口及井底高程位置。在投影圓圈的右側(cè)除標(biāo)記井筒名稱外，還在左側(cè)注記井口及各開采水平的標(biāo)高。圖1-15為巷道投影平面圖。為了反映巷道在地下的空間位置和狀態(tài)，將巷道各點(diǎn)的標(biāo)高注記在巷道水平投影圖上，這樣在平面圖上即可以看到巷道的水平投影形狀又可看出巷道高低起伏的位置關(guān)系。有了上述標(biāo)高投影圖，就可達(dá)到一圖多用。同時(shí)，標(biāo)高投影圖具有作圖簡單、精確、便于度量等優(yōu)點(diǎn)、因此在礦山工程圖中得到廣泛的應(yīng)用。

二、井田區(qū)域地形圖

井田區(qū)域地形圖是全面反映井田范圍內(nèi)地物和地貌的綜合性圖紙。地物是指地面上各種不同的物體，如農(nóng)田、河流、道路、森林、房屋建筑等，地貌是指地面高低起伏的形態(tài)，加高山、盆地、山谷、山脊等。

井田區(qū)域地形圖主要用于地面建筑、礦井地面工程和井下采掘工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工，指導(dǎo)礦井建設(shè)、安全生產(chǎn)和科學(xué)管理。它是每個礦井必備的基礎(chǔ)圖紙。應(yīng)用井田區(qū)域地形圖，可以繪制出礦井其它專用圖紙，如工業(yè)廣場平面圖、井上下對照圖、地形地質(zhì)圖、主要保護(hù)煤柱圖以及在特殊條件下的采掘工程圖等。井田區(qū)域地形圖比例尺一般采用1：2000或1：5000。

（一）地物符號

在地形圖上，各種地物是以其相似的幾何圖形或特定的符號表示的。為了便于識讀和應(yīng)用，繪制地形圖使用了統(tǒng)一規(guī)定的地物符號。地形圖上的地物符號，分為比例符號、非比例符號、線狀符號和注記說明四種。

1. 比例符號

按一定比例表示地物圖形輪廓的符號稱為比例符號。如圖1-16所示的房屋、果園、農(nóng)田等，這些地物圖形的輪廓或種植范圍，應(yīng)按比例繪于圖上。

圖1-16 比例符號 圖1-17 非比例符號

2. 非比例符號

有些重要的地物，輪廓較小，在圖上不便按比例表示出來，就要用非比例符號表示，如圖1-17所示的測點(diǎn)、鉆孔、井口、煙囪等。這些符號在地形圖上，只表示地物的位置，不表示地物的大小。

3. 線狀符號

有些帶狀延伸地物，長度按比例表示，而寬度不按比例表示，這種符號稱為線狀符號或半依比例符號，如圖1-18所示的公路、鐵路、高壓線等。

圖1-18 線狀符號

4. 注記說明

注記說明是補(bǔ)充以上符號不足而加的文字說明，如地名、村名、鐵路名、測點(diǎn)的標(biāo)高值等。

（二）地形等高線

在地形圖上表示地貌的方法很多，但最普遍的是地形等高線法。

在地面上，高程相同的若干點(diǎn)所連成的光滑曲線稱為地形等高線，也就是水平面與地表面的交線。如圖1-19（a）所示，用不同高程的水平面（P1、P2、P3）去截山頭，將得到一系列交線，每一次得到的交線具有與其截面相同的高程（因而叫等高線），這樣就得到了被截山頭的一系列等高線。如果把這些等高線都垂直投影到一個水平面H上，按一定比例繪成圖，并注明各等高線的標(biāo)高，就是這個山頭的地形等高線圖，如圖1-19（b）所示。

圖1-19 地形等高線圖

相鄰兩條等高線之間的高程差，稱為等高距，以h表示。在同一張圖上，等高距應(yīng)一致，如圖1-19（b）中的等高距為5m。在等高線圖上，相鄰兩條等高線之間的最短水平距離，稱為等高線平距，以d表示。因?yàn)橥粡垐D上的等高距相同，所以在平距小的地方，地形坡度大。如圖1-19（b）中所示的山坡，西部等高線的平距較大，表示地形坡度較緩；東部平距較小，表示地形坡度較陡。

利用等高線可以表示如下地形：

（1）山崗和盆地。山崗和盆地的等高線部是一圈套一圈的閉合曲線，由外向里等高線高程降低的為盆地，等高線高程升高的為山崗。

（2）山脊和山谷。山脊和山谷的等高線圖形狀是基本相同的，其區(qū)別是山皆的等高線凸出方向是坡度降低方問；相反，山谷等高線的凸出方向是坡度升高的方向。

（3）鞍部地形。鞍部地形等高線的特征由兩組山頭等高線和兩組山谷等高線所組成。鞍部的中心位于兩組等高線的中心線上。

綜上所述，地貌的形態(tài)雖千差萬別。但一個地區(qū)的地貌卻是由這些基本地貌和一些特殊地貌組合而成的，它們都可以用地形等高線圖來表示，如圖1-20所示。

圖1-20 地貌與等高線圖

a－各種地形示意圖；b－各種地形的等高線圖

在礦區(qū)作各種線路的設(shè)計(jì)時(shí)，如鐵路、公路、渠道、管路、架線等線路設(shè)計(jì)，往往需要了解某方向線上的地面起伏情況。這時(shí)，就需要沿此直線作剖面圖。如圖1-21所示。要作已知方向線AB的剖面圖，可按如下步驟進(jìn)行：

第一步，作一條與AB平行的橫線和一條與AB線垂直的縱線，以橫線表示水平長度，以縱線表示高程。

第二步，沿縱線按比例以等高距為間隔作平行于橫線的水平線，并在每條線上注明其標(biāo)高70、7l、72……。若縱線與橫線的比例一致時(shí)，則剖面圖能真實(shí)反映地面的形態(tài)，可直接用比例尺和量角器測量出坡長和傾角。

第三步，在地形等高線圖上用兩腳規(guī)量取剖面線與各等高線交點(diǎn)的間距，并按此間距將各交點(diǎn)轉(zhuǎn)繪在剖面圖的橫線上；然后，自這些點(diǎn)作橫線的垂線與各點(diǎn)高程值相同的高程水平線相交，將各個交點(diǎn)依次用光滑的曲線連接起來，即得所求的剖面圖。

圖1-21 根據(jù)地形等高線作剖面圖

（三）井田區(qū)域地形圖的識讀

識讀井田區(qū)域地形圖，應(yīng)從整體開始，先看輪廓，后看細(xì)部，逐漸深入，這樣就能獲得較清晰全面的認(rèn)識。

1．看清圖名

礦圖的圖名說明了測繪的地區(qū)、內(nèi)容和圖紙的種類，因此看圖時(shí)，首先應(yīng)看清圖名，弄清是否是所需的圖紙。

2．看圖的比例尺

圖的比例尺，一般定在圖名附近或圖的右下角的圖簽中。知道了圖的比例尺，才能了解該圖范圍內(nèi)的大小和有關(guān)尺寸。若圖中沒有注明比例尺，則可根據(jù)圖的坐標(biāo)方格網(wǎng)的坐標(biāo)值確定出圖的比例尺。

3．識別圖的方向

在圖中一般都用箭頭標(biāo)出指北方向。有的圖中沒有標(biāo)出指北方向，則可根據(jù)“坐標(biāo)值向北、向東逐漸增大”和“指東方向總是在指北方向右邊”的規(guī)律來識別出圖的方向。

4．分析地貌概況

按先看輪廓，后看細(xì)部的步驟，并根據(jù)等高線的特征和各種符號，識別圖上的各種地貌，了解該地區(qū)的地貌概況。

5．識別地物情況

根據(jù)地物符號和注記識別地物情況，了解地物及其分布狀況，搞清重要地物的位置。下面舉一識圖的實(shí)例。

圖1-22為某礦區(qū)某礦井田區(qū)域地形圖(局部)。圖的比例尺為1：5000，因而知道圖上1mm等于實(shí)際水平長度5m；圖中沒有標(biāo)出指北向的箭頭，根據(jù)“坐標(biāo)向北向東遞增”的規(guī)律可知，該圖的上方為北。圖西南角點(diǎn)的坐標(biāo)為x＝3024m，y＝20345m。

礦田的西北部等高線稠密，因而知該地區(qū)坡度較大，有山頭、山脊、山谷的地形，地勢較高；越往東南，等高線越稀少，因而地勢也趨平坦；東都有一片洼地。

礦井位于西部山麓，采用立井和平平硐開拓；井筒附近有機(jī)修廠、洗選廠、變電所、醫(yī)院、食堂、辦公樓等地面建筑；朝陽鄉(xiāng)東北部有工人新村、新建的商場和職工大樓；東南部為朝陽鄉(xiāng)政府，鄉(xiāng)政府北部為洼地，東部和東北部為菜地和農(nóng)田；西北部小山包上的三角點(diǎn)，標(biāo)識面高程為103.6m。

圖1-22 某礦井田區(qū)域地形圖（局部）

（四）井田區(qū)域地形圖的應(yīng)用

井田區(qū)域地形圖不僅是礦井規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工的重要依據(jù)，而且還可用來解決工程中的許多技術(shù)問題。

（1）確定地面某點(diǎn)的高程。

（2）確定某點(diǎn)的大致平面坐標(biāo)。

（3）確定直線的要素，如直線的水平長度，坡度以及傾斜長。

（4）確定直線的方位角。

三、煤層底板等高線圖

（一）煤層底板等高線圖的概念

不同高程的水平面與煤層底板的交線，稱為煤層底板等高線。將煤層底板等高線，用標(biāo)高投影的方法投影到水平面上，按照一定比例尺繪出的圖紙，稱為煤層底板等高線圖。它是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中常用的圖紙。如圖1-23所示，圖（a）為煤層底板等高線投影示意圖，圖（b）為煤層底板等高線圖。

圖1-23 煤層底板等高線圖

煤層底板等高線圖反映的主要內(nèi)容是：煤層產(chǎn)狀及其變化情況；井田范圍（包括現(xiàn)有生產(chǎn)井、小窯、老采空區(qū)的范圍）；井田邊界線、煤層露頭線、風(fēng)化氧化帶邊界線、煤層尖滅零點(diǎn)邊界線、無煤區(qū)邊界線，穿過本煤層的鉆孔、勘探線以及各工程點(diǎn)的編號與標(biāo)高，見煤鉆孔小柱狀（表示出煤層結(jié)構(gòu)、厚度及煤質(zhì)主要化驗(yàn)指標(biāo)、見煤點(diǎn)煤層底板標(biāo)高），地質(zhì)構(gòu)造線（包括褶曲軸線、斷層上下盤斷面交線）；巖漿侵入范圍界限；陷落柱分布位置及范圍；儲量分級線、計(jì)算地段界限及編號，煤層平均傾角與厚度，地面上的主要河流、鐵路及重要建筑物等。

煤層底板等高線圖能全面反映煤層產(chǎn)狀和地質(zhì)構(gòu)造情況。它是進(jìn)行礦井井田、采區(qū)和工作面設(shè)計(jì)，編制礦井生產(chǎn)計(jì)劃，指導(dǎo)井巷工程施工，以及安排指揮采掘生產(chǎn)的重要依據(jù)，也是分析、判斷、預(yù)測地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律及形態(tài)，布置礦井勘探工程，繪制地質(zhì)剖面圖，以及進(jìn)行儲量計(jì)算的基礎(chǔ)資料。煤層底板等高線圖常用的比例尺為1：5000和1：2000。

（二）常見的地質(zhì)構(gòu)造在煤層底板等高線圖上的表示方法

（1）褶曲構(gòu)造的表示法。表示褶曲構(gòu)造的方法如圖1-24所示。若等高線凸出方向標(biāo)高升高，則褶曲為向斜；若等高線凸出方向標(biāo)高降低，則褶曲為背斜。

圖1-24 傾伏褶曲底板等高線投影圖

（2）盆地及穹隆構(gòu)造的表示法。表示盆地及穹隆構(gòu)造的方法如圖1-25所示。盆地和穹隆構(gòu)造的煤層底板等高線為封閉曲線。由邊緣向中間，等高線標(biāo)高逐漸增加的為穹隆構(gòu)造；逐漸降低的為盆地構(gòu)造。

（3）倒轉(zhuǎn)煤層構(gòu)造的表示法。煤層發(fā)生翻轉(zhuǎn)的褶曲稱倒轉(zhuǎn)。倒轉(zhuǎn)時(shí)的煤層底板等高線出現(xiàn)不同標(biāo)高的等高線交叉，如圖1-26所示。

圖1-26 倒轉(zhuǎn)煤層構(gòu)造

（4）斷層構(gòu)造的表示法。斷層構(gòu)造的表示是煤層底板等高線被斷層面交線所中斷。斷面交線分上盤斷面交線和下盤斷面交線，上盤斷面交線用—·—表示；下盤斷面交線用—＋—表示，如圖1-27所示。一般情況下，正斷層表現(xiàn)為煤層底板等高線在兩盤斷面交線中間缺失、缺失部分為無煤區(qū)；逆斷層表現(xiàn)為煤層底板等高線在兩盤斷面交線中間重疊、重疊部分為復(fù)煤區(qū)。

圖1-27 斷層在剖面圖和底板等高線圖上的表示方法

a－立體圖；b－剖面圖；c－底板等高線圖

在中小比例尺（1/l0000以下）的煤層底板等高線圖及地質(zhì)地形圖上，斷層可用如圖1-28所示的符號表示。圖中的點(diǎn)劃線方向?yàn)閿鄬幼呦颍患^所指方向?yàn)閿鄬觾A向；箭頭所指度數(shù)為斷層傾角（有的還注有H＝30m，用以表示斷距為30m）；短線用以區(qū)別正、逆斷層。

圖1-28 中小比例尺煤層底板等高線和地質(zhì)地形圖上斷層的表示方法

a－正斷層；b－逆斷層

（三）煤層底板等高線圖的識讀

煤層底板等高線圖是反映煤層及其地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的圖紙。煤層底板等高線圖的識讀可按以下方法進(jìn)行。

1. 單線追索

讀圖時(shí)，首先在圖的一側(cè)等高線中選一根等高線，觀察它的標(biāo)高起止位置、彎曲情況和斷開情況。彎曲表示有褶曲，斷開表示有斷層。

2. 劃分塊段

由于斷層的存在，煤層底板等高線被斷開，就能以斷層的斷面交線為界，把煤層分成若干塊段。復(fù)雜的煤層底板等高線圖分成若干塊段之后，每個塊段就變得較為簡單，識讀起來就容易搞清楚。

3. 總體概括

最后把各個塊段聯(lián)系起來，綜合分析，就可分清有幾條斷層，每條斷層的性質(zhì)，以及與其分構(gòu)造的相互聯(lián)系等。

四、采掘工程平面圖

將開采煤層或開采分層內(nèi)的采掘工程和地質(zhì)情況，用正投影方法投影到水平面上，按一定比例繪出的圖紙，稱為采掘工程平面圖。圖1-29為某礦采掘工程示意圖，圖(a)表示一些巷道及一個采區(qū)的采掘情況，圖(b)是將這些巷道和采掘工程，用正投影方法，投影到H水平面上，按比例給出的采掘工程平面圖。

圖1-29 采掘工程投影平面示意圖

1－主井；2－副井；3－井底車場；4－運(yùn)輸大巷；5－上山；6－區(qū)段平巷；

7－工作面；8－回風(fēng)巷；9－采空區(qū)；10－風(fēng)井

采掘工程平面圖主要反映以下內(nèi)容：井田或采區(qū)技術(shù)邊界線，保護(hù)煤柱邊界線，煤層露頭線或風(fēng)化帶，煤層底板等高線，較大斷層斷面交線，向斜、背斜軸線，煤層尖滅帶，火成巖侵入?yún)^(qū)等；本煤層內(nèi)以及與本煤層有關(guān)的所有井筒、硐室與巷道，其中主要巷道需注明名稱，斜巷要注記傾向及傾角，巷道交叉、變坡處等特征點(diǎn)要注記軌面或底板標(biāo)高；采、掘工作面相應(yīng)位置，要注記采掘年、月，在適當(dāng)位置要注記煤層平均厚度及傾角，繪出煤層小柱狀圖；井上、下鉆孔、導(dǎo)線點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)，采煤區(qū)、丟煤區(qū)、報(bào)損區(qū)、發(fā)火區(qū)、積水區(qū)、煤及瓦斯突出區(qū)的位置及范圍；地面重要工業(yè)建筑、居民區(qū)、鐵路、重要公路、較大的河流及湖泊等，井田邊界以外100m內(nèi)鄰礦采掘工程和地質(zhì)情況。

采掘工程平面圖主要用途是：了解本煤層或鄰近煤層地質(zhì)情況及采掘工程空間位置關(guān)系，指揮生產(chǎn)，及時(shí)掌握采掘進(jìn)度，進(jìn)行采區(qū)設(shè)計(jì)，修改地質(zhì)圖件，安排生產(chǎn)計(jì)劃，以及進(jìn)行三量計(jì)算等。采掘工程平面圖比例尺為1：1000或1：2000。

煤礦中常用的采掘工程平面圖有兩種類型：一種是設(shè)計(jì)圖，如井田開拓方式圖、水平主要巷道平面圖、采區(qū)巷道布置圖、采煤工作面布置圖等；另一種是測量圖，如井田煤層采掘工程平面圖、采區(qū)煤層采掘工程平面圖、采煤工作面煤層采掘工程平面圖等。兩種圖紙的不同之處在于前者反映的主要內(nèi)容著眼于對采掘的全面規(guī)劃、設(shè)計(jì)和技術(shù)決定；后者則是在前者的基礎(chǔ)上繪制的，其反映的主要內(nèi)容著眼于施工的成果或現(xiàn)狀，且隨著礦井的開采工作的進(jìn)行，要不斷地進(jìn)行測量、填繪、補(bǔ)充和修改。

圖1-30為某采區(qū)煤層采掘工程平面圖，圖中(b)為沿運(yùn)輸上山所作的剖面圖，圖的比例尺為1：2000。該采區(qū)開采上、下兩個近距煤層，上層煤m1，厚度4m，下層煤m2，厚度2.5m，間距11m，煤層平均傾角18º，地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層上部距地表約30m。

在平面圖上，只畫出了ml煤層底板等高線。在ml煤層中所開掘的巷道用實(shí)線表示，在m2煤層中所開掘的巷道用虛線表示，在巖層內(nèi)開掘的巷道均用點(diǎn)劃線表示。圖中僅表示了該采區(qū)下部車場和采區(qū)上部第一個區(qū)段的巷道布置情況，其余省略部分用斷裂線斷開。

平面圖和剖面圖對照，m1煤層底板等高線和各巷道底板標(biāo)高對照，可以看出各巷道的形態(tài)和位置。

-100 m水平主要運(yùn)輸大巷1在下部m2煤層底板巖石內(nèi)，距下部煤層底板的法線距離為6m，沿煤層走向開掘，采區(qū)石門2兩端分別與大巷和在ml煤層內(nèi)的采區(qū)下部車場繞道11相連，運(yùn)輸上山3和軌道上山4均在下部煤層內(nèi)沿煤層傾斜開掘，然后沿煤層走向在各煤層內(nèi)分別開掘區(qū)段運(yùn)輸巷5、5′，區(qū)段回風(fēng)巷8、8′，至采區(qū)邊界開掘各自的開切眼巷道。

區(qū)段溜煤眼是連通上部m1煤層區(qū)段運(yùn)輸巷5與運(yùn)輸上山的通道，采區(qū)煤倉10的上部與采區(qū)上山的起坡巷相連，下部與運(yùn)輸大巷的裝車點(diǎn)相連，形成了全采區(qū)的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)。上煤層的所需材料和設(shè)備則是由運(yùn)輸大巷1、經(jīng)采區(qū)石門2、下部車場繞道11、軌道上山4、下煤層區(qū)段回風(fēng)巷道8′，聯(lián)絡(luò)石門7、上煤層區(qū)段回風(fēng)巷8運(yùn)至采煤工作面。在采區(qū)上部邊界，有一回風(fēng)小井14，以采區(qū)回風(fēng)石門與下煤層區(qū)段回風(fēng)巷8′相連。

五、專用圖

井田區(qū)域地形圖、煤層底板等高線圖及采掘工程圖是煤礦必備的基本圖件。此外，為適應(yīng)各生產(chǎn)管理部門的需要，還要在煤礦基本礦圖上，繪制一些專用的其他礦圖。如井上下對照圖、煤礦各部門生產(chǎn)系統(tǒng)圖及避災(zāi)路線圖等。

將井田范圍內(nèi)的地物、地貌和井下的采掘工程情況綜合畫在一張平面圖上，這種圖紙稱為升上下對照圖。煤礦各部門生產(chǎn)系統(tǒng)圖包括通風(fēng)系統(tǒng)圖、運(yùn)輸系統(tǒng)圖、排水系統(tǒng)圖和供電系統(tǒng)圖等。避災(zāi)路線圖是在井下采掘工程平面圖的基礎(chǔ)上繪制的，可以按比例繪制，也可繪成示意圖，圖上應(yīng)用紅色箭頭標(biāo)出安全撤離路線方向。

圖1-30 采區(qū)煤層采掘工程平面圖

1－100水平運(yùn)輸大巷；2－采區(qū)石門；3－運(yùn)輸上山；4－軌道上山；5－m₁區(qū)段運(yùn)輸巷；5′－m₂區(qū)段運(yùn)輸巷；

6－m₁區(qū)段回風(fēng)巷；6′－m₂區(qū)段回風(fēng)巷；7－區(qū)段聯(lián)絡(luò)石門；8－m₁上區(qū)段回風(fēng)巷；8′－m₂上區(qū)段回風(fēng)巷；

9－絞車房；10－采區(qū)煤倉；11－下部車場繞道；12－行人斜巷；13－采區(qū)回風(fēng)石門；

14－回風(fēng)巷；15－區(qū)段溜煤眼