煤與含煤巖系

第五章煤與含煤巖系學(xué)習(xí)目的意義煤的形成、煤的分類及煤的形成時代等是煤礦地質(zhì)學(xué)研究的主要內(nèi)容之一，它們與煤礦的安全開采也有一定的關(guān)系。不同環(huán)境、不同時代及不同類型的煤，其煤層厚度、瓦斯含量等都有很大差別，進(jìn)而影響到煤礦的開采方式、通風(fēng)作業(yè)等。因此，掌握煤的形成環(huán)境、分類及形成時代等是非常必要的。

主要內(nèi)容第一節(jié)煤的形成第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類第三節(jié)含煤巖系第四節(jié)聚煤盆地與煤田重點、難點1、掌握煤的形成；2、掌握煤的古地理特征；3、掌握聚煤盆地的形成條件及類型。第五章煤與含煤巖系二、成煤作用一、成煤原始物質(zhì)

重點、難點：煤化作用及變質(zhì)作用類型。第一節(jié)煤的形成一、成煤原始物質(zhì)

左：3億年前的沼澤，在恐龍生活之前，很多巨大的植物在沼澤中死亡了。

中：1億年前，水體，數(shù)百萬年之后，植物被水體和泥土掩埋。

右：巖石與泥土，在溫度和壓力作用下，死亡的植物體轉(zhuǎn)變成了煤。第一節(jié)煤的形成煤是由植物經(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)變而形成的。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。有兩個階段：泥炭化作用與腐泥化作用（階段）煤化作用（階段）二、成煤作用

第一節(jié)煤的形成二、成煤作用

第一節(jié)煤的形成成煤的第一節(jié)階段（泥炭化階段）：植物遺體在地表湖沼或海灣環(huán)境中，經(jīng)歷復(fù)雜的生物化學(xué)變化形成泥炭或腐泥。成煤的第二階段（煤化作用階段）1、褐煤的形成（成巖階段）：2、煙煤的形成（變質(zhì)作用階段）：第一節(jié)煤的形成成煤作用的階段劃分

1、泥炭化作用高等植物遺體在泥炭沼澤中經(jīng)受復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化，轉(zhuǎn)變成泥炭的過程。

第一節(jié)煤的形成泥炭沼澤

2、腐泥化作用

指低等植物和浮游生物遺體在湖泊、瀉湖和海灣等還原環(huán)境中轉(zhuǎn)變成腐泥的生物化學(xué)作用。

第一節(jié)煤的形成

3、煤化作用泥炭或腐泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹置?、煙煤、無煙煤、超無煙煤的作用。分為2個階段：煤成巖作用、煤變質(zhì)作用。

（1）煤成巖作用(褐煤的形成)指泥炭或腐泥被掩埋后，在地溫、壓力等因素的影響下，經(jīng)壓實、脫水、固結(jié)等，轉(zhuǎn)變成褐煤和腐泥褐煤的作用。發(fā)生在地下200~400m的淺層。第一節(jié)煤的形成

（2）煤變質(zhì)作用(煙煤的形成)指褐煤在地下受相對較高的溫度、壓力、時間等因素的影響轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋?、無煙煤等的地球化學(xué)作用。

（3）影響煤化作用的因素

a.溫度溫度因素最為重要，使煤結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化

b.時間c.壓力使煤的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化第一節(jié)煤的形成

4、煤的變質(zhì)作用類型根據(jù)引起煤變質(zhì)的主要因素及其作用方式等，將煤的變質(zhì)作用劃分為：

（1）煤深成變質(zhì)作用：煤形成后，受地?zé)峒吧细矌r層靜壓力作用下，使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。

（2）煤區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用：大規(guī)模巖漿侵入含煤巖系或其外圍，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)地?zé)嵩龈撸姑喊l(fā)生變質(zhì)的作用。

第一節(jié)煤的形成（3）煤接觸變質(zhì)作用：指各種巖床、巖墻、巖脈等淺成巖體侵入或接近煤層時，在巖漿熱液與揮發(fā)性氣體等影響下，使煤發(fā)生變質(zhì)作用。（4）煤動力變質(zhì)作用：由于斷裂或褶皺所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力和伴隨的熱效應(yīng)，使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。第一節(jié)煤的形成二、煤的物理性質(zhì)第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類三、煤的工藝性質(zhì)一、煤巖組成四、煤的工業(yè)分析五、煤的分類1、腐植煤的煤巖成分與宏觀煤巖類型一、煤巖組成指肉眼能觀察到的煤的基本組成單位。

1、鏡煤

2、絲炭

3、亮煤

4、暗煤

（1）煤巖成分第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類一、煤巖組成a.鏡煤：顏色最深、光澤最強，質(zhì)均勻而脆,具有貝殼狀斷口。鏡煤的揮發(fā)分和含氫量高,粘結(jié)性強,適宜于作煉焦低溫干餾,氣化,液化等的原料.。

b.絲炭：外觀像木炭，呈灰黑色，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤，疏松多孔，性脆易碎。絲炭含氫量低,含碳量高,沒有粘結(jié)性絲炭一般不能液化。第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類c.亮煤：最常見的煤巖成分，不少煤層以亮煤為主,甚至全部由亮煤構(gòu)成。亮煤可以用作煉焦,氣化,低溫干餾等的原料.d.暗煤：光澤暗淡，一般呈灰黑色，致密，相對密度大，堅硬而具韌性。在煤層中,可以由暗煤為主形成較厚的分層,甚至單獨成層。暗煤不宜用來煉焦,但它是低溫干餾的良好原料.。宏觀煤巖類型光澤鏡煤＋亮煤光亮型煤光澤極強>80%半亮型煤光澤較強80%--50%半暗型煤光澤暗淡50%—20%暗淡型煤光澤極暗<20%（2）宏觀煤巖類型根據(jù)煤的總體相對光澤強度和光亮成分的含量。2、煤顯微組分指光學(xué)顯微鏡下能夠辨認(rèn)的煤的有機組分。

（1）鏡質(zhì)組：最常見、最主要的組分；氧含量較高，氫含量中等，碳含量較低等。

（2）殼質(zhì)組：稱穩(wěn)定組。氫含量和揮發(fā)分一般較高。第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類

（3）惰質(zhì)組：主要包括絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、粗粒體及碎屑惰質(zhì)體等。碳含量最高，氫含量最低，氧含量中等。（一）煤的元素成分：主要：C、H、O、N；有害元素：S、P、As；

S的成因：單質(zhì)硫有機硫無機硫煤中全硫（St,d%）的分級

特低硫煤低硫煤中硫煤富硫煤高硫煤<1.01.0~1.51.5~2.52.5~4.0>4.0二、煤的性質(zhì)第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類煤的物理性質(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：小（褐煤）→大（煙煤）→?。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)第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類

粘結(jié)性：粉碎后的煤在隔絕空氣情況下加熱到一定溫度時，煤的顆粒相互粘結(jié)成焦塊的性質(zhì)。

結(jié)焦性：粉碎后的煤在隔絕空氣受熱后生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)。1、煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性三、煤的工藝性質(zhì)第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所產(chǎn)生的熱值。煤炭分類重要指標(biāo)，一般煤中含碳量為85%時，發(fā)熱量最大。

中國原煤發(fā)熱量一般5000大卡左右。2、煤的發(fā)熱量指經(jīng)過氣化可產(chǎn)生做燃料用的動力燃料和供化學(xué)合成原料用的合成煤氣。主要包括煤的反應(yīng)性（活性）、煤的落下強度、煤的熱穩(wěn)定性、灰熔融性、灰粘度及結(jié)渣性。3、煤的氣化性能第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類指將煤中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成液態(tài)產(chǎn)物的加工過程。4、煤的液化性能

選煤：利用煤與礦物雜質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的不同，設(shè)法除去其礦物雜質(zhì)的過程。5、煤的可選性

煤的可選性：把礦物雜質(zhì)從煤中分離出來的難易程度。

第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類

1、水分（W）

水分的來源：植物本身水，泥炭堆積吸水，煤化脫水，地下水，開采、運輸中摻入；存在狀態(tài)：①外在水分（Mf）:大毛細(xì)管（d>200nm）中的游離水；②內(nèi)在水分（Minh）:存在d>200nm中的吸附水Minh≈Mad（空氣干燥基水分）；③結(jié)晶水（化合水）：以分子或離子形式參加礦物晶格構(gòu)造的水分。如：

CaSO4?2H2O、Al2O3?

SiO2?2H2O

四、煤的工業(yè)分析第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類

2、煤的灰分（A）

指煤完全燃燒后其中礦物質(zhì)的固體殘余；灰分劃分等級（A%

）

特低灰煤低灰煤中灰煤富灰煤高灰煤

<1010~1515~2525~40>40%

第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類灰分是煤中的有害物質(zhì)，灰分越高，煤的質(zhì)量越差。但煤灰渣也可以作為一種資源利用，如制造復(fù)合肥、提取氯化鋁以及一些稀有元素。第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類4、固定碳（FC）

FC不是純碳，是由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ組成的混合物。隨煤階的增高，煤的固定碳產(chǎn)率也逐漸升高。3、揮發(fā)分（V）粒級<0.2mm，1g，隔絕空氣，900±10℃，7min，測得V，揮發(fā)分產(chǎn)率是一個固定值，與水分、灰分無關(guān)；第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類將煤樣加熱到110°時所失去的重量隔絕空氣繼續(xù)加熱到850°時所失去的重量通入空氣燃燒后剩下的為灰分，失去的為固定碳水分揮發(fā)分灰分固定碳按煤化程度和工藝性能，將煤炭分為14類，常用的有8種，即無煙煤、貧煤、瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤、長焰煤、褐煤。

五、煤的分類第二節(jié)煤的性質(zhì)及分類二、古地理類型第三節(jié)含煤巖系重點、難點：掌握含煤巖系的成因標(biāo)志。一、概念三、成因標(biāo)志第五章煤與含煤巖系指一套含有煤層并且在成因上有聯(lián)系的沉積巖系,也稱為含煤地層。

最大的特征是含有煤層，含煤巖系不是區(qū)域性的地層單位，其界線不一定與地層劃分相吻合，比如我國東北的石炭—二疊紀(jì)煤系，就跨越兩個地質(zhì)時代。含煤巖系的形成時代從古生代（主要是晚古生代）至新近紀(jì)（第三紀(jì)）。主要受控于它形成時的古構(gòu)造和古地理環(huán)境。一、概念第三節(jié)含煤巖系

含煤巖系古地理指含煤巖系形成過程中起主要支配作用的沉積環(huán)境、地貌景觀。二、古地理類型第三節(jié)含煤巖系(1、淺海型含煤巖系2、近海型含煤巖系3、內(nèi)陸型含煤巖系)不同類型的含煤巖系在厚度、巖性、含煤層數(shù)、結(jié)構(gòu)等方面有一定的差異。

1、淺海型含煤巖系

指煤盆地經(jīng)常處于淺海環(huán)境中形成的含煤巖系。沉積物主要為石灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、泥巖等。

煤為腐泥煤，有機組分：菌、藻類，含硫分、灰分高。第三節(jié)含煤巖系

2、近海型含煤巖系指煤盆地長期處于海岸線附近的環(huán)境中形成的含煤巖系。煤系特點：分布廣、橫向上巖性、巖相變化不大，煤層層位比較穩(wěn)定。煤層厚度不大，但煤層數(shù)目較多。標(biāo)志層石灰?guī)r層數(shù)也較多。煤層含硫量高。第三節(jié)含煤巖系

3、內(nèi)陸型含煤巖系指煤盆地在內(nèi)陸環(huán)境中形成的含煤巖系。煤系特點：巖性、巖相變化較大；碎屑物質(zhì)顆粒較粗，分選性、磨圓度較差；煤層數(shù)目不多，但厚度大，煤層厚度變化大，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第三節(jié)含煤巖系第三節(jié)含煤巖系第三節(jié)含煤巖系和煤田三、含煤巖系的組成含煤巖系由煤層和沉積巖組成，其中與煤礦生產(chǎn)最為密切的有頂板、底板、煤層和標(biāo)志層。第三節(jié)含煤巖系和煤田（二）煤層的頂板、底板

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、厚度以及采煤時頂板變形和垮落難易程度，將頂板分為三種：偽頂直接頂基本頂

第三節(jié)含煤巖系和煤田（二）煤層的頂板、底板

1．頂板

(1)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。第三節(jié)含煤巖系和煤田（二）煤層的頂板、底板

1．頂板

(2)直接頂：位于偽頂之上。巖性多為粉砂巖或泥巖，厚度為1～2m左右。它不像偽頂那樣容易垮塌，但采煤回柱后一般能自行垮落，有的經(jīng)人工放頂后也較易垮落。直接垮落后都充填在采空區(qū)內(nèi)。第三節(jié)含煤巖系和煤田（二)煤層的頂板、底板

1．頂板

(3)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，強度也大?；卷斠话悴擅汉箝L時期內(nèi)不易自行垮塌，只發(fā)生緩慢下沉。第三節(jié)含煤巖系和煤田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。

(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，所以又稱為根土巖。巖性以碳質(zhì)泥巖最為常見，厚度不大，常為幾十厘米。（二)煤層的頂板、底板

第三節(jié)含煤巖系和煤田2．底板

(2)老底指位于直接底之下的巖層。其巖性多為粉砂巖或砂巖，厚度較大。

（二)煤層的頂板、底板

第四節(jié)聚煤盆地與煤田二、煤田一、聚煤盆地一、聚煤盆地1、概念聚煤盆地指同一成煤期內(nèi)形成含煤巖系的盆地。第四節(jié)聚煤盆地與煤田2、聚煤盆地的形成條件

（1）古植物植物遺體的大量堆積是聚煤作用發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）古氣候是植物繁衍、植物殘體泥炭化和保存的前提條件。聚煤盆地形成于潮濕氣候帶覆蓋區(qū)，并隨其遷移而遷移。第四節(jié)聚煤盆地與煤田

（3）古地理環(huán)境

適宜的沉積古地理環(huán)境為沼澤發(fā)育、植物繁盛和泥炭聚集提供了天然場所。形成分布面積較廣的煤層，必須有適于發(fā)生大面積沼澤化的自然地理條件。第四節(jié)聚煤盆地與煤田（4）古構(gòu)造泥炭層的聚積，要求地殼發(fā)生緩慢下降，下降速度=植物遺體聚積速度。泥炭層的保存并轉(zhuǎn)變成煤層，要求地殼大幅度的沉降。為了使同一地區(qū)形成較多的煤層，要求地殼在總的下降過程中發(fā)生多次的升降或間歇性的下降。第四節(jié)聚煤盆地與煤田二、煤田

1、煤田與煤產(chǎn)地概念

（1）煤田：指同一地質(zhì)時期形成，并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)。面積一般由幾十到幾百平方千米。如遼寧阜新煤田等。

（2）煤產(chǎn)地：指受后期大地構(gòu)造變動和剝蝕作用而分隔開的一些單獨的含煤巖系分布區(qū)，或面積和煤炭儲量均較小的煤田。煤產(chǎn)地可對應(yīng)于礦井或礦區(qū)范圍。第四節(jié)聚煤盆地與煤田我國地質(zhì)歷史上，聚煤作用較強的時期有7個，它們分別是早石炭世、晚石炭世－早二疊世、晚二疊世、晚三疊世、早－中侏羅世、晚侏羅世－早白堊世、第三紀(jì)。聚煤作用較強的三個時期是：石炭～二疊紀(jì)、三疊～侏羅紀(jì)、第三紀(jì)。其中最強的有2個，即晚石炭世－早二疊世、早－中侏羅世。2、聚煤期第