煤礦地質(zhì)學第五章煤與含煤巖系課件

1、第五章 煤與含煤巖系第一節(jié) 成煤作用一、成煤植物二、成煤作用 三、成煤的必要條件第二節(jié) 煤的物質(zhì)組成、性質(zhì)與分類 一、煤巖成分和宏觀煤巖類型二、煤的性質(zhì)三、煤的分類第三節(jié) 含煤巖系和煤田 一、含煤巖系及其類型二、 含煤巖系的組成 三、煤田、聚煤期及聚煤區(qū)前言煤是怎樣形成的？它有什么特性？中國的煤碳資源主要分部在哪些區(qū)域？煤礦工程技術人員應該學習和掌握有關煤的一些知識，如成煤作用，煤種，煤層厚度及其穩(wěn)定性，頂板、底板、標志層巖性，煤在地下的賦存情況等 。第一節(jié) 成煤作用一、成煤植物 煤是由植物轉(zhuǎn)變而來的。植物是成煤的原始物質(zhì)。植物分為低等和高等植物。 低等植物主要是由單細胞活多細胞構(gòu)成的絲狀和葉

2、片狀植物體。最大特點是沒有根、莖、葉等器官的分化，構(gòu)造比較簡單，多數(shù)生活在水中，如：菌類和藻類； 高等植物的最大特點是有根、莖、葉等器官的分化，如：苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物等。除苔蘚植物外，其它植物常能形成高大喬木，具有粗壯的莖和根。由低等植物形成的煤稱為腐泥煤。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）。在自然界中，腐植煤占絕大數(shù)，目前開采的也主要是腐植煤，所以腐植煤是介紹的重點。（一）泥炭化階段1、腐泥化作用 低等植物和浮游生物遺體在湖沼、瀉湖和海灣等還原環(huán)境中轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟纳锘瘜W作用稱為腐泥化作用。2、泥炭化作用 當生活在湖泊、淺海等水體中的低等植物和低等動

3、物死亡之后，在水體表層和下沉到水底的過程中，先遭受一定程度的氧化分解。沉向水底后，由于水層和隨后沉積物的覆蓋，轉(zhuǎn)入缺氧的還原環(huán)境，在厭氧細菌的作用下，低等植物中的蛋白質(zhì)、脂肪等遭到分解。然后經(jīng)過化學合成作用，形成一種含水很多的棉絮狀膠體物質(zhì)（富含瀝青質(zhì)）。這些物質(zhì)與泥砂混合后進一步變化，即形成了腐泥。這一過程為腐泥化作用。（一）植物條件 植物是成煤的原始物質(zhì)，沒有植物的生長繁殖，就不可能有煤的形成。因此，植物的大量繁殖是形成煤的基本條件。 從地球上生物演化的歷史來看，雖然震旦紀前就已經(jīng)出現(xiàn)了生物，但是煤主要是在最近數(shù)億年內(nèi)植物大量繁殖之后形成的。植物的大量繁殖是從石炭紀開始，特別是石炭紀、二疊

4、紀、侏羅紀、白堊紀及第三紀，植物生長繁茂，種類繁多，森林廣布，對成煤十分有利。因此，伴隨植物界的飛躍，出現(xiàn)了地史上重要的聚煤期，即石炭二疊紀聚煤期，侏羅白堊紀聚煤期及第三紀聚煤期。上述三大聚煤期在我國均有聚煤作用發(fā)生。（二）氣候條件 氣候直接影響植物的生長和分解，只有在溫暖、潮濕的氣候條件下，植物才能大量生長繁殖。同時植物遺體也只有在積水的沼澤等地帶，才能免遭完全氧化分解，逐漸堆積起來。而沼澤的發(fā)育也要求潮濕的氣候。因此，溫暖、潮濕的氣候是形成煤的重要條件。 目前傾向于認為濕度是最重要的。只要有足夠的濕度，無論在熱帶、亞熱帶或溫帶、寒帶，都可以發(fā)育泥炭沼澤并形成泥炭層。但相比之下，溫度、潮濕的

5、氣候最有利于煤的形成。（三）自然地理條件 形成分布面積較廣的煤層，必須要有適宜植物廣泛分布和大量繁殖、又能使植物遺體得以保存的自然地理環(huán)境。自然界中，只有沼澤等具備這種條件。因此，形成煤必須有適于發(fā)育大面積沼澤化的自然地理環(huán)境。 沼澤是地表土壤充分濕潤、季節(jié)性或長期性積水的洼地。一般濱海的廣闊平原、內(nèi)陸湖泊、瀉湖海灣、山間或內(nèi)陸盆地、寬廣河谷的河漫灘、河口三角洲平原等，受地殼升降、海水進退的影響，容易發(fā)育成大片沼澤。（四）地殼運動條件 形成具有工業(yè)價值的厚煤層，需要有很厚的泥炭層。而泥炭層的堆積和保存與地殼的升降運動有關。首先泥炭層的堆積，要求地殼不斷緩慢地沉降，其沉降的速度最好與植物遺體堆積

6、的速度大致平衡，這種平衡持續(xù)的時間越長，形成的泥炭層就越厚，否則就形不成泥炭層或形成的泥炭層較薄。其次，泥炭層的保存也需要地殼不斷沉降。此外，為使一個地區(qū)能形成較多的煤層，又要求地殼在總的沉降過程中發(fā)生多次小型升降或間歇性沉降。因此，形成煤要求地殼運動總的趨勢是不斷地緩慢沉降。 在地殼緩慢沉降過程中，同一地區(qū)，如果其沉降的幅度不同，會造成煤層厚度的變化，出現(xiàn)分叉、變薄、尖滅現(xiàn)象。 總之，在地殼發(fā)展過程中，只要某個地區(qū)同時具備以上四個條件，而且彼此之間配合的較好，持續(xù)的時間也較長，就能形成具有工業(yè)價值的煤層。如果彼此之間的配合，只是短暫的，雖然也可能形成煤，但不可能形成具有工業(yè)價值的煤層。第二節(jié)

7、 煤的物質(zhì)組成、性質(zhì)與分類 不同的煤種有不同的用途，這是由它的化學組成、性質(zhì)所決定的。因此，研究煤的物質(zhì)組成和性質(zhì)，對于評價煤質(zhì)和確定煤的綜合利用，都具有重要的實際意義。一、煤巖成分和宏觀煤巖類型從巖石學觀點來看，煤是一種可燃有機物。像花崗巖是由石英、鉀長石、斜長石礦物組成的一樣，腐植煤是由絲炭、鏡煤、亮煤四種成分組成。這四種成分稱為煤巖成分（亦稱宏觀煤巖組成）。（二）宏觀煤巖類型（腐植煤） 宏觀煤巖類型 光澤 鏡煤亮煤 光亮型煤 光澤極強 75% 半亮型煤 光澤較強75%-50% 半暗型煤 光澤暗淡50%25 % 暗淡型煤 光澤極暗25% 煤級和成因類型相同，才能進行光澤強度對比， 新鮮面，

8、不考慮具體光澤； 相同煤層中光澤最強的煤巖成分條帶（鏡煤） 為參考標準，相對光澤； 最小分層厚度為310cm，視煤層厚度而定； 每一種光澤類型，據(jù)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)再分。 二、煤的性質(zhì)不同的煤，其各種元素的含量和化學結(jié)構(gòu)是不同的，這就造成了煤在化學性質(zhì)和物理性質(zhì)上的差異，并使其在加工利用過程中表現(xiàn)出不同的公藝性質(zhì)。2氫（H） 煤中有機質(zhì)的第二個主要成分，也是煤燃燒過程中產(chǎn)生熱量的主要元素，每一千克氫完全燃燒時能產(chǎn)生143.248MJ的熱量，為碳元素的4.2倍。 腐泥煤的氫含量比腐植煤高; 氫含量隨著變質(zhì)程度的加深而減少。3氧（O） 氧是煤中不可燃的元素，但可以助燃。 煤中氧含量隨煤化程度的加深而減少。

9、4氮（N） 煤中有機質(zhì)氮含量較少，主要來自植物中的蛋白質(zhì)，也有一部分可能來自細菌活動的產(chǎn)物。 一般隨煤化程度加深而略趨于減少。5硫（S） 將煤分為六級： 特低硫煤 低硫分煤 低中硫煤 中硫分煤 中高硫煤 高硫分煤6磷（P） 煤中的含量極低，一般低于0.1%，最高也不高于1%。 其危害極大，如煉焦時可使鋼材具有冷脆性。7其它元素 煤中還存在許多稀有元素及放射性元素，如 鍺（Ge） 鎵（Ga） 鈾（U） 釩（V） 砷（As） 氯（Cl）等。 （二）煤的物理性質(zhì) 煤的物理性質(zhì)：光澤、顏色、硬度、脆度、比重、斷口、裂隙等方面。 1、光澤：從土狀（褐煤） 從似金屬光澤（無煙煤）； 2、顏色：褐色（褐煤）

10、 黑色（煙煤） 鋼灰色（煙煤） ； 3、硬度：中等（褐煤） 低（煙煤） 高（無煙煤）； 4、脆度：?。ê置海?大（煙煤） 小（無煙煤）； 5、比重：隨變質(zhì)程度增加，比重也增加； 6、斷口：無煙煤； 7、裂隙：內(nèi)生裂隙 外生裂隙煤化程度光澤顏色條痕褐煤無光澤或暗淡瀝青光澤褐色、深褐色、黒褐色淺棕色、深棕色長焰煤瀝青光澤黑色，帶褐 深棕色氣煤強瀝青光澤，玻璃光澤 黑色 棕黑色肥煤玻璃光澤黑色，帶棕焦煤強玻璃光澤瘦煤 黑色貧煤金剛光澤黑色，有時帶灰無煙煤似金屬光澤灰黒色，帶古銅色，鋼灰色灰黒色2腐植煤光澤、顏色、粉色對照表3.煤的密度密度是指單位體積煤的質(zhì)量。單位為g/3。其可分為真密度和視密度兩種

11、。真密度體積不包括煤內(nèi)部的孔隙，而視密度體積則包括煤內(nèi)部的孔隙。煤的視密度（曾稱容重）是煤層儲量計算的重要參數(shù)。一般褐煤的視密度為1.051.20；煙煤的視密度為1.201.40；無煙煤的視密度為1.351.80。4.硬度和脆度 煤的硬度是指煤抵抗外來機械作用的能力。 按摩氏硬度計，一般煤的硬度介于1-4之間。 褐煤和焦煤硬度最小，約為2-2.5；無煙煤硬度最大，接近4。 同一煤化程度的煤，暗煤比亮煤、鏡煤硬度大。（2）灰分（A） 煤燃燒后剩余的殘渣，來源于煤中的礦物質(zhì)。 將煤分為6級： 特低灰煤 低灰分煤 低中灰煤 中灰分煤 中高灰煤 高灰分煤 （3）揮發(fā)分（V） 在隔絕空氣的條件下，將煤在

12、（90010）溫度下加熱7分鐘時，煤中的有機質(zhì)和一部分礦物質(zhì)就會分解成氣體和液體（蒸汽狀態(tài)）逸出，用逸出物減去煤中的水分即為揮發(fā)分。 揮發(fā)分在一定程度上反映了煤中有機質(zhì)的性質(zhì)、煤的變質(zhì)程度，因此它是目前我國煤炭分類的第一指標。 根據(jù)揮發(fā)分多少可判斷煤的變質(zhì)程度: 泥炭高達70%， 褐煤為40%-60%， 煙煤為10%-50%， 無煙煤小于10%。3.煤的發(fā)熱量（Q）-指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時產(chǎn)生的熱值。 中高變質(zhì)階段的煙煤發(fā)熱量最大。 低熱值煤 中低熱值煤 中熱值煤 中高熱值煤 高熱值煤 特高熱值煤 三、煤的分類 我國煤炭資源豐富，煤種齊全。為了合理利用煤炭資源，特制定了煤炭分類國家標準（GB

13、5751-86）(表6-6)。 數(shù)碼編號的十位數(shù)表示揮發(fā)分的多少，數(shù)碼越小，揮發(fā)分越少。 數(shù)碼編號的個位數(shù)對煙煤表示粘結(jié)性，數(shù)碼越小，粘結(jié)性越差； 對無煙煤和褐煤則表示煤化程度，數(shù)碼越小，煤化程度越高。 1.褐煤2.長焰煤3.氣煤4.肥煤5.焦煤6.瘦煤7.貧煤8.無煙煤第三節(jié) 含煤巖系和煤田一、含煤巖系及其類型（一）含煤巖系的概念 含煤巖系是指一套含有煤層并且在成因上有聯(lián)系的沉積巖系，簡稱為煤系，其同義詞有含煤地層、含煤建造。（二）含煤巖系類型 1、近海型含煤巖系 2、內(nèi)陸型含煤巖系二、含煤巖系的組成 含煤巖系由煤層和許多其他沉積巖層組成。與煤礦生產(chǎn)關系最為密切的主要是煤層及其頂板、底板、還

14、有標志層。一、含煤巖系的組成（一）煤層1.煤層結(jié)構(gòu) 1）簡單結(jié)構(gòu) 2）復雜結(jié)構(gòu)休息2.煤層厚度 1）總厚度 2）有益厚度 3）最低可采厚度 在現(xiàn)有技術經(jīng)濟條件下開采的煤層的最小厚度。煤種煤層傾角25254545煉焦用煤非煉焦用煤褐煤0.600.700.800.500.600.700.400.500.60休息3.煤層分類 1）按傾角分類 露天開采 地下開采近水平煤層 5 45 45休息 2）按厚度分類 露天開采 地下開采 薄煤層 3.5m 10m 3.5-8.0m 特厚煤層 8. 0m 休息 3）按煤層穩(wěn)定性分類 (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)可采或基本可采。

15、 (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)簡單至復雜，全區(qū)可采或大部分可采，可采區(qū)內(nèi)煤厚變化不大。 (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)復雜至極復雜。 (4)極不穩(wěn)定煤層 煤層厚度變化極大，分布不連續(xù)，對比困難。 休息（二）煤層頂?shù)装?.頂板 1）偽頂 指直接覆蓋在煤層之上的薄層巖層。巖性多為炭質(zhì)頁或炭質(zhì)泥巖，厚度一般為幾cm至幾十cm。 它極易跨塌，常隨采隨落。 2）直接頂 位于偽頂之上或直接位于煤層之上的巖層。巖性多為粉砂巖或泥巖，厚度為12m左右。 隨采煤回柱后一般能自行跨落，有的經(jīng)人工放頂后也比較容易跨落。直接頂跨落后都充填在采空區(qū)內(nèi)。休息（3）基本頂

16、又稱“老頂”，位于直接頂之上或直接位于煤層之上的巖層。 巖性多為砂巖或石灰?guī)r，一般厚度較大，強度也大。 基本頂一般采煤后長時期內(nèi)不易自行跨塌，只發(fā)生緩慢下沉。休息2.底板 1）直接底 指煤層之下與煤層直接接觸的巖層。 它往往是當初沼澤中生長植物的土壤，富含根須化石，所以又稱根土巖。 巖性以炭質(zhì)泥巖最常見，厚度不大，常為幾十cm。 2）老底 位于直接底之下的巖層。巖性多為粉砂巖或砂巖，厚度較大。休息（三）煤系中的標志層 巖性比較特殊，容易識別，層位穩(wěn)定或分布規(guī)律明顯，它們與煤層或某些地質(zhì)界線間距比較固定，這樣的巖層稱為標志層，可以用作尋找或?qū)Ρ让簩拥臉酥尽?休息 二、煤田、聚煤期和聚煤區(qū)（一）煤

17、田、煤產(chǎn)地、礦田（井田） 同一地質(zhì)時期形成的含煤巖系基本上連續(xù)分布的廣大地區(qū)稱為煤田。 被后期構(gòu)造改造或剝蝕殘余的一些單獨含煤巖系或面積、儲量較小的煤田稱為煤產(chǎn)地。 煤田內(nèi)劃歸一個煤礦開采的部分稱為礦田（井田）。（二）中國主要聚煤期 C-P T-J E-N 休息（三）中國的聚煤區(qū)1、東北聚煤區(qū)2、西北聚煤區(qū)3、華北聚煤區(qū)4、滇藏聚煤區(qū)5、華南聚煤區(qū)（三）中國的聚煤區(qū)1東北聚煤區(qū) 又稱東北內(nèi)蒙古晚侏羅世早白堊世聚煤區(qū)。 該區(qū)位于陰山構(gòu)造帶以北，包括內(nèi)蒙古東部、黑龍江全部、吉林大部和遼寧北部的廣大地區(qū)。 主要成煤時代為晚侏羅世到早白堊世，其次為古近紀。 該區(qū)煤炭資源約占全國煤炭總資源的8%。2西北

18、聚煤區(qū) 又稱西北早、中侏羅世聚煤區(qū)。 該區(qū)位于賀蘭山六盤山一線以西，昆侖山秦嶺一線以北的廣大地區(qū)，包括新疆全部，甘肅大部，青海北部，寧夏和內(nèi)蒙古西部。 成煤時代為石炭紀和早、中侏羅紀，以早、中侏羅紀成煤作用最強，尤其是新疆境內(nèi)含煤性最好。 該區(qū)煤炭資源量巨大，約占全國總量的33%。3華北聚煤區(qū)3華北聚煤區(qū) 又稱華北石炭二疊紀聚煤區(qū)，這是我國最重要的聚煤區(qū)。 其范圍為賀蘭山構(gòu)造帶以東，秦嶺構(gòu)造帶以北，陰山構(gòu)造帶以南的廣大地區(qū)，包括山西、山東、河南全部，甘肅、寧夏東部，內(nèi)蒙古、遼寧、吉林南部，陜西、河北大部，以及蘇北、皖北。 該區(qū)內(nèi)石炭二疊紀煤田分布最廣，儲量最多，占全區(qū)儲量的80%以上。其次為早、中侏羅紀煤田，其中以內(nèi)蒙古東勝，陜西神木、榆林、黃陵、彬縣最為著稱。尤其是東勝神木煤田，儲量之大，煤質(zhì)之好，為世界罕見！此外在山東黃縣、山西繁峙有古近紀煤田分布。 該區(qū)煤炭資源量約占全國總量的53%，全國石炭二疊紀煤炭資源量的85%在該區(qū)內(nèi)。 4滇藏聚煤區(qū) 又稱滇藏中、新生代聚煤區(qū)。 該區(qū)位于昆侖山系以南，龍門山大雪山哀牢山一線以西，包括西藏全境，青海南部，川西和滇西地區(qū)。 該區(qū)主要成煤時代為二疊紀和晚第三紀，早石炭世、晚三疊世和晚白堊世含煤巖系雖有分