煤礦地質(zhì)學(xué)第五章煤與含煤巖系課件

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)第五章煤與含煤巖系第一節(jié)成煤作用1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(shù)人員應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)煤的一些知識(shí)，如成煤作用，煤種，煤層厚度及其穩(wěn)定性，頂板、底板、標(biāo)志層巖性，煤在地下的賦存情況等。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2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(xì)胞活多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀和葉片狀植物體。最大特點(diǎn)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(diǎn)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。第一節(jié)成煤作用一、成煤植物3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(diǎn)。由低等植物形成的煤稱為腐泥煤。4

二、成煤作用

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)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。成煤作用大致分為兩個(gè)階段：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)泥化作用形成腐泥，高等植物遺體經(jīng)泥化作用形成泥炭；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?，褐煤?jīng)煤變質(zhì)作用變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤。褐煤、煙煤、無煙煤均屬腐植煤類。二、成煤作用5（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(xué)作用稱為腐泥化作用。2、泥炭化作用當(dāng)生活在湖泊、淺海等水體中的低等植物和低等動(dòng)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(xì)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(xué)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(jìn)一步變化，即形成了腐泥。這一過程為腐泥化作用。（一）泥炭化階段6煤礦地質(zhì)學(xué)第五章煤與含煤巖系課件7煤礦地質(zhì)學(xué)第五章煤與含煤巖系課件8（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(jì)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(jì)開始，特別是石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)及第三紀(jì)，植物生長繁茂，種類繁多，森林廣布，對(duì)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(jì)聚煤期，侏羅——白堊紀(jì)聚煤期及第三紀(jì)聚煤期。上述三大聚煤期在我國均有聚煤作用發(fā)生。（一）植物條件9（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(shí)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(rèn)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、潮濕的氣候最有利于煤的形成。（二）氣候條件10（三）自然地理?xiàng)l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(jìn)退的影響，容易發(fā)育成大片沼澤。（三）自然地理?xiàng)l件11（四）地殼運(yùn)動(dòng)條件形成具有工業(yè)價(jià)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(yùn)動(dòng)有關(guān)。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的速度大致平衡，這種平衡持續(xù)的時(shí)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(huì)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(gè)地區(qū)同時(shí)具備以上四個(gè)條件，而且彼此之間配合的較好，持續(xù)的時(shí)間也較長，就能形成具有工業(yè)價(jià)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(jià)值的煤層。（四）地殼運(yùn)動(dòng)條件12第二節(jié)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(xué)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(duì)于評(píng)價(jià)煤質(zhì)和確定煤的綜合利用，都具有重要的實(shí)際意義。第二節(jié)煤的物質(zhì)組成、性質(zhì)與分類不同的煤13一、煤巖成分和宏觀煤巖類型從巖石學(xué)觀點(diǎn)來看，煤是一種可燃有機(jī)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）。一、煤巖成分和宏觀煤巖類型從巖石學(xué)觀點(diǎn)來看，煤是一種可燃有機(jī)14（一）煤的宏觀組成（腐植煤）1）鏡煤：烏黑，色深光強(qiáng)，成分均一，性脆，貝殼狀斷口，輪廓清晰，粘結(jié)性好，礦物雜質(zhì)少，裂隙發(fā)育，大多由結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，均質(zhì)鏡質(zhì)體組成。2）絲炭：外觀像木炭，顏色黑灰色或淺灰色，纖維狀結(jié)構(gòu)，絲絹光澤，疏松多孔，絲質(zhì)體為主，質(zhì)輕者性脆，易污手，質(zhì)重者，被礦物充填。3）亮煤：表面隱約可見微細(xì)層理，光澤較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)不均一4）暗煤：含殼質(zhì)組多，灰黑色，韌性好，油脂光澤，水介質(zhì)活動(dòng)性強(qiáng)；含礦物質(zhì)多，煤質(zhì)差；含惰質(zhì)組多成分結(jié)構(gòu)不均一，氧化環(huán)境。（一）煤的宏觀組成（腐植煤）15（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(qiáng)>75%半亮型煤光澤較強(qiáng)75%--50%半暗型煤光澤暗淡50%—25%暗淡型煤光澤極暗<25%▲①煤級(jí)和成因類型相同，才能進(jìn)行光澤強(qiáng)度對(duì)比，新鮮面，不考慮具體光澤；②相同煤層中光澤最強(qiáng)的煤巖成分條帶（鏡煤）為參考標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)光澤；③最小分層厚度為3—10cm，視煤層厚度而定；④每一種光澤類型，據(jù)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)再分。（二）宏觀煤巖類型（腐植煤）16二、煤的性質(zhì)不同的煤，其各種元素的含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)是不同的，這就造成了煤在化學(xué)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)。二、煤的性質(zhì)不同的煤，其各種元素的含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)是不同的，這17（一）煤的化學(xué)組成1．碳（C）煤中有機(jī)質(zhì)的主要成分，也是煤燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，每一千克純碳完全燃燒時(shí)能放出34.107MJ的熱量。煤中碳含量越多，煤的發(fā)熱量越高。煤中碳含量隨煤的變質(zhì)程度的加深而增加。（一）煤的化學(xué)組成182．氫（H）煤中有機(jī)質(zhì)的第二個(gè)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(shí)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。2．氫（H）194．氮（N）煤中有機(jī)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(xì)菌活動(dòng)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(jí)：特低硫煤低硫分煤低中硫煤中硫分煤中高硫煤高硫分煤4．氮（N）206．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(shí)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。6．磷（P）21（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）→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螅熋海。o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（二）煤的物理性質(zhì)22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(qiáng)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(qiáng)玻璃光澤瘦煤黑色貧煤金剛光澤黑色，有時(shí)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(duì)照表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233.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。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(chǔ)量計(jì)算的重要參數(shù)。一般褐煤的視密度為1.05～1.20；煙煤的視密度為1.20～1.40；無煙煤的視密度為1.35～1.80。4.硬度和脆度煤的硬度是指煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。按摩氏硬度計(jì)，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。3.煤的密度24（三）煤的工藝性質(zhì)1.煤的工業(yè)分析（1）水分（M）外在水分（Mf）－存在煤的大孔隙中，常溫下可烘干。內(nèi)在水分（Minh）－存在小毛細(xì)管內(nèi)，加熱才失去。全水分（Mt）－內(nèi)在水分與外在水分之和。（三）煤的工藝性質(zhì)25（2）灰分（A）煤燃燒后剩余的殘?jiān)瑏碓从诿褐械牡V物質(zhì)。

將煤分為6級(jí)：特低灰煤低灰分煤低中灰煤中灰分煤中高灰煤高灰分煤（2）灰分（A）26（3）揮發(fā)分（V）在隔絕空氣的條件下，將煤在（900±10）℃溫度下加熱7分鐘時(shí)，煤中的有機(jī)質(zhì)和一部分礦物質(zhì)就會(huì)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(jī)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(biāo)。根據(jù)揮發(fā)分多少可判斷煤的變質(zhì)程度:泥炭高達(dá)70%，褐煤為40%-60%，煙煤為10%-50%，無煙煤小于10%。（3）揮發(fā)分（V）27（4）固定碳（FC）

測定揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物質(zhì)稱為焦渣，焦渣減去灰分即為固定碳。固定碳指煤在隔絕空氣的高溫加熱條件下，煤中有機(jī)質(zhì)分解的殘余物。2.煤的粘結(jié)性

煤的粘結(jié)性是煤粒（一般直徑小于0.2mm）在隔絕空氣受熱后，能否粘結(jié)其本身或惰性物質(zhì)（即無粘結(jié)能力的物質(zhì)）成焦塊的性質(zhì)。煤的結(jié)焦性是煤粒隔絕空氣受熱后，能否生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)。煤的粘結(jié)性強(qiáng)是結(jié)焦好的必要條件。（4）固定碳（FC）283.煤的發(fā)熱量（Q）-----指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)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

3.煤的發(fā)熱量（Q）29三、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(biāo)準(zhǔn)（GB5751-86）(表6-6)。數(shù)碼編號(hào)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(hào)的個(gè)位數(shù)對(duì)煙煤表示粘結(jié)性，數(shù)碼越小，粘結(jié)性越差；對(duì)無煙煤和褐煤則表示煤化程度，數(shù)碼越小，煤化程度越高。

三、煤的分類301.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1.褐煤31第三節(jié)含煤巖系和煤田第三節(jié)含煤巖系和煤田32一、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)陸型含煤巖系一、含煤巖系及其類型（一）含煤巖系的概念33二、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(guān)系最為密切的主要是煤層及其頂板、底板、還有標(biāo)志層。二、含煤巖系的組成含煤巖系由煤層和許多其他沉34一、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(fù)雜結(jié)構(gòu)休息一、含煤巖系的組成休息352.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(shù)經(jīng)濟(jì)條件下開采的煤層的最小厚度。煤種煤層傾角＜25°25~45°＞45°煉焦用煤非煉焦用煤褐煤0.600.700.800.500.600.700.400.500.60休息2.煤層厚度煤種煤層傾角＜25°25~45°＞45°煉焦用煤363.煤層分類1）按傾角分類露天開采地下開采近水平煤層<5°<8°緩傾斜煤層5°~10°8°~25°傾斜煤層10°~45°25°~45°急傾斜煤層>45°>45°休息3.煤層分類休息372）按厚度分類露天開采地下開采薄煤層<3.5m<1.3m中厚煤層3.5-10m1.3-3.5m

厚煤層>10m3.5-8.0m特厚煤層>8.0m休息2）按厚度分類休息38

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。(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(fù)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(fù)雜至極復(fù)雜。(4)極不穩(wěn)定煤層煤層厚度變化極大，分布不連續(xù)，對(duì)比困難。休息3）按煤層穩(wěn)定性分類休息39（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1~2m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（二）煤層頂?shù)装?.頂板休息40（3）基本頂

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(qiáng)度也大?；卷斠话悴擅汉箝L時(shí)期內(nèi)不易自行跨塌，只發(fā)生緩慢下沉。休息（3）基本頂休息412.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(dāng)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2.底板休息42（三）煤系中的標(biāo)志層巖性比較特殊，容易識(shí)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(biāo)志層，可以用作尋找或?qū)Ρ让簩拥臉?biāo)志。休息（三）煤系中的標(biāo)志層休息43

二、煤田、聚煤期和聚煤區(qū)（一）煤田、煤產(chǎn)地、礦田（井田）同一地質(zhì)時(shí)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(dú)含煤巖系或面積、儲(chǔ)量較小的煤田稱為煤產(chǎn)地。煤田內(nèi)劃歸一個(gè)煤礦開采的部分稱為礦田（井田）。（二）中國主要聚煤期C-PT-JE-N休息二、煤田、聚煤期和聚煤區(qū)休息44（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)45（三）中國的聚煤區(qū)（三）中國的聚煤區(qū)461．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(shí)代為晚侏羅世到早白堊世，其次為古近紀(jì)。該區(qū)煤炭資源約占全國煤炭總資源的8%。1．東北聚煤區(qū)472．西北聚煤區(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(shí)代為石炭紀(jì)和早、中侏羅紀(jì)，以早、中侏羅紀(jì)成煤作用最強(qiáng)，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%。2．西北聚煤區(qū)483．華北聚煤區(qū)3．華北聚煤區(qū)493．華北聚煤區(qū)又稱華北石炭——二疊紀(jì)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(jì)煤田分布最廣，儲(chǔ)量最多，占全區(qū)儲(chǔ)量的80%以上。其次為早、中侏羅紀(jì)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(chǔ)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(jì)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(jì)煤炭資源量的85%在該區(qū)內(nèi)。3．華北聚煤區(qū)504．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(shí)代為二疊紀(jì)和晚第三紀(jì)，早石炭世、晚三疊世和晚白堊世含煤巖系雖有分布，但含煤性差。該區(qū)煤炭資源貧乏，約占全國總量的0.1%。4．滇藏聚煤區(qū)515．華南聚煤區(qū)又稱華南晚三疊世聚煤區(qū)。該區(qū)位于秦嶺、大別山以南，龍門山、大雪山、哀牢山以東，包括貴州、廣西、廣東、海南、湖南、江西、浙江、福建全部，云南、四川、湖北大部，以及蘇皖兩省南部，其范圍跨越十三個(gè)省（區(qū)）。該區(qū)成煤時(shí)代較多，早石炭世、早二疊世、晚二疊世、晚三疊世、早侏羅世紀(jì)及新近紀(jì)均有煤系生成。其中以早二疊紀(jì)晚期至晚二疊世成煤作用最強(qiáng)，約占全區(qū)儲(chǔ)量的60%左右；其次為晚三疊世煤田，其中以云南、四川一帶含煤性較好，儲(chǔ)量較多；再次為第三紀(jì)煤田和晚三疊世煤田，儲(chǔ)量相當(dāng)。該區(qū)煤炭資源量約占全國總量的6%。5．華南聚煤區(qū)52課間休息謝謝觀賞課間休息謝謝觀賞53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)第五章煤與含煤巖系第一節(jié)成煤作用54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(shù)人員應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)煤的一些知識(shí)，如成煤作用，煤種，煤層厚度及其穩(wěn)定性，頂板、底板、標(biāo)志層巖性，煤在地下的賦存情況等。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55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(xì)胞活多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀和葉片狀植物體。最大特點(diǎn)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(diǎn)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。第一節(jié)成煤作用一、成煤植物56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(diǎn)。由低等植物形成的煤稱為腐泥煤。57

二、成煤作用

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)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。成煤作用大致分為兩個(gè)階段：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)泥化作用形成腐泥，高等植物遺體經(jīng)泥化作用形成泥炭；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)作用變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤。褐煤、煙煤、無煙煤均屬腐植煤類。二、成煤作用58（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(xué)作用稱為腐泥化作用。2、泥炭化作用當(dāng)生活在湖泊、淺海等水體中的低等植物和低等動(dòng)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(xì)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(xué)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(jìn)一步變化，即形成了腐泥。這一過程為腐泥化作用。（一）泥炭化階段59煤礦地質(zhì)學(xué)第五章煤與含煤巖系課件60煤礦地質(zhì)學(xué)第五章煤與含煤巖系課件61（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(jì)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(jì)開始，特別是石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)及第三紀(jì)，植物生長繁茂，種類繁多，森林廣布，對(duì)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(jì)聚煤期，侏羅——白堊紀(jì)聚煤期及第三紀(jì)聚煤期。上述三大聚煤期在我國均有聚煤作用發(fā)生。（一）植物條件62（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(shí)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(rèn)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、潮濕的氣候最有利于煤的形成。（二）氣候條件63（三）自然地理?xiàng)l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(jìn)退的影響，容易發(fā)育成大片沼澤。（三）自然地理?xiàng)l件64（四）地殼運(yùn)動(dòng)條件形成具有工業(yè)價(jià)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(yùn)動(dòng)有關(guān)。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的速度大致平衡，這種平衡持續(xù)的時(shí)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(huì)造成煤層厚度的變化，出現(xiàn)分叉、變薄、尖滅現(xiàn)象?？傊?，在地殼發(fā)展過程中，只要某個(gè)地區(qū)同時(shí)具備以上四個(gè)條件，而且彼此之間配合的較好，持續(xù)的時(shí)間也較長，就能形成具有工業(yè)價(jià)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(jià)值的煤層。（四）地殼運(yùn)動(dòng)條件65第二節(jié)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(xué)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(duì)于評(píng)價(jià)煤質(zhì)和確定煤的綜合利用，都具有重要的實(shí)際意義。第二節(jié)煤的物質(zhì)組成、性質(zhì)與分類不同的煤66一、煤巖成分和宏觀煤巖類型從巖石學(xué)觀點(diǎn)來看，煤是一種可燃有機(jī)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）。一、煤巖成分和宏觀煤巖類型從巖石學(xué)觀點(diǎn)來看，煤是一種可燃有機(jī)67（一）煤的宏觀組成（腐植煤）1）鏡煤：烏黑，色深光強(qiáng)，成分均一，性脆，貝殼狀斷口，輪廓清晰，粘結(jié)性好，礦物雜質(zhì)少，裂隙發(fā)育，大多由結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，均質(zhì)鏡質(zhì)體組成。2）絲炭：外觀像木炭，顏色黑灰色或淺灰色，纖維狀結(jié)構(gòu)，絲絹光澤，疏松多孔，絲質(zhì)體為主，質(zhì)輕者性脆，易污手，質(zhì)重者，被礦物充填。3）亮煤：表面隱約可見微細(xì)層理，光澤較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)不均一4）暗煤：含殼質(zhì)組多，灰黑色，韌性好，油脂光澤，水介質(zhì)活動(dòng)性強(qiáng)；含礦物質(zhì)多，煤質(zhì)差；含惰質(zhì)組多成分結(jié)構(gòu)不均一，氧化環(huán)境。（一）煤的宏觀組成（腐植煤）68（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(qiáng)>75%半亮型煤光澤較強(qiáng)75%--50%半暗型煤光澤暗淡50%—25%暗淡型煤光澤極暗<25%▲①煤級(jí)和成因類型相同，才能進(jìn)行光澤強(qiáng)度對(duì)比，新鮮面，不考慮具體光澤；②相同煤層中光澤最強(qiáng)的煤巖成分條帶（鏡煤）為參考標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)光澤；③最小分層厚度為3—10cm，視煤層厚度而定；④每一種光澤類型，據(jù)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)再分。（二）宏觀煤巖類型（腐植煤）69二、煤的性質(zhì)不同的煤，其各種元素的含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)是不同的，這就造成了煤在化學(xué)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)。二、煤的性質(zhì)不同的煤，其各種元素的含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)是不同的，這70（一）煤的化學(xué)組成1．碳（C）煤中有機(jī)質(zhì)的主要成分，也是煤燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，每一千克純碳完全燃燒時(shí)能放出34.107MJ的熱量。煤中碳含量越多，煤的發(fā)熱量越高。煤中碳含量隨煤的變質(zhì)程度的加深而增加。（一）煤的化學(xué)組成712．氫（H）煤中有機(jī)質(zhì)的第二個(gè)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(shí)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。2．氫（H）724．氮（N）煤中有機(jī)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(xì)菌活動(dòng)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(jí)：特低硫煤低硫分煤低中硫煤中硫分煤中高硫煤高硫分煤4．氮（N）736．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(shí)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。6．磷（P）74（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）→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螅熋海。o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（二）煤的物理性質(zhì)75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(qiáng)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(qiáng)玻璃光澤瘦煤黑色貧煤金剛光澤黑色，有時(shí)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(duì)照表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763.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。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(chǔ)量計(jì)算的重要參數(shù)。一般褐煤的視密度為1.05～1.20；煙煤的視密度為1.20～1.40；無煙煤的視密度為1.35～1.80。4.硬度和脆度煤的硬度是指煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。按摩氏硬度計(jì)，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。3.煤的密度77（三）煤的工藝性質(zhì)1.煤的工業(yè)分析（1）水分（M）外在水分（Mf）－存在煤的大孔隙中，常溫下可烘干。內(nèi)在水分（Minh）－存在小毛細(xì)管內(nèi)，加熱才失去。全水分（Mt）－內(nèi)在水分與外在水分之和。（三）煤的工藝性質(zhì)78（2）灰分（A）煤燃燒后剩余的殘?jiān)瑏碓从诿褐械牡V物質(zhì)。

將煤分為6級(jí)：特低灰煤低灰分煤低中灰煤中灰分煤中高灰煤高灰分煤（2）灰分（A）79（3）揮發(fā)分（V）在隔絕空氣的條件下，將煤在（900±10）℃溫度下加熱7分鐘時(shí)，煤中的有機(jī)質(zhì)和一部分礦物質(zhì)就會(huì)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(jī)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(biāo)。根據(jù)揮發(fā)分多少可判斷煤的變質(zhì)程度:泥炭高達(dá)70%，褐煤為40%-60%，煙煤為10%-50%，無煙煤小于10%。（3）揮發(fā)分（V）80（4）固定碳（FC）

測定揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物質(zhì)稱為焦渣，焦渣減去灰分即為固定碳。固定碳指煤在隔絕空氣的高溫加熱條件下，煤中有機(jī)質(zhì)分解的殘余物。2.煤的粘結(jié)性

煤的粘結(jié)性是煤粒（一般直徑小于0.2mm）在隔絕空氣受熱后，能否粘結(jié)其本身或惰性物質(zhì)（即無粘結(jié)能力的物質(zhì)）成焦塊的性質(zhì)。煤的結(jié)焦性是煤粒隔絕空氣受熱后，能否生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)。煤的粘結(jié)性強(qiáng)是結(jié)焦好的必要條件。（4）固定碳（FC）813.煤的發(fā)熱量（Q）-----指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)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

3.煤的發(fā)熱量（Q）82三、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(biāo)準(zhǔn)（GB5751-86）(表6-6)。數(shù)碼編號(hào)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(hào)的個(gè)位數(shù)對(duì)煙煤表示粘結(jié)性，數(shù)碼越小，粘結(jié)性越差；對(duì)無煙煤和褐煤則表示煤化程度，數(shù)碼越小，煤化程度越高。

三、煤的分類831.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1.褐煤84第三節(jié)含煤巖系和煤田第三節(jié)含煤巖系和煤田85一、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)陸型含煤巖系一、含煤巖系及其類型（一）含煤巖系的概念86二、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(guān)系最為密切的主要是煤層及其頂板、底板、還有標(biāo)志層。二、含煤巖系的組成含煤巖系由煤層和許多其他沉87一、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(fù)雜結(jié)構(gòu)休息一、含煤巖系的組成休息882.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(shù)經(jīng)濟(jì)條件下開采的煤層的最小厚度。煤種煤層傾角＜25°25~45°＞45°煉焦用煤非煉焦用煤褐煤0.600.700.800.500.600.700.400.500.60休息2.煤層厚度煤種煤層傾角＜25°25~45°＞45°煉焦用煤893.煤層分類1）按傾角分類露天開采地下開采近水平煤層<5°<8°緩傾斜煤層5°~10°8°~25°傾斜煤層10°~45°25°~45°急傾斜煤層>45°>45°休息3.煤層分類休息902）按厚度分類露天開采地下開采薄煤層<3.5m<1.3m中厚煤層3.5-10m1.3-3.5m

厚煤層>10m3.5-8.0m特厚煤層>8.0m休息2）按厚度分類休息91

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。(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(fù)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(fù)雜至極復(fù)雜。(4)極不穩(wěn)定煤層煤層厚度變化極大，分布不連續(xù)，對(duì)比困難。休息3）按煤層穩(wěn)定性分類休息92（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1~2m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