煤岩学基础讲解课件

1、2022/7/281第四章 煤岩学基础1宏观煤岩组成煤的物理性质煤的结构、构造煤的显微组成煤岩学应用煤岩学的研究方法2022/7/282第一节 宏观煤岩组成一、宏观煤岩成分：肉眼可以区分的基本组成单元。 英国煤岩学家M.Stops(1919) 在条带状烟煤首次分出镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种煤岩成分。国际煤岩学委员会ICCP（1957，1963）称之为煤的岩石类型。 其中，镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，暗煤和亮煤是复杂的煤岩成分。 2022/7/283一、宏观煤岩成分1、镜煤： 煤中颜色最黑，光泽最亮，成分均一，性脆，贝壳状断口，轮廓清晰，垂直于条带的内生裂隙发育，内生裂隙面常呈眼球状，有时裂隙面

2、上有方解石或黄铁矿薄膜。在煤层中一般以条带状、透镜状出现，厚度12cm。 显微镜下镜煤的轮廓清楚，主要是凝胶化的木质纤维组织所形成的均质镜质体或结构镜质体。在四种煤岩成分中，镜煤的挥发分高，粘结性强。2022/7/2842、丝炭： 外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，无粘结性。质轻者性脆，易污手；质重者，被矿物充填。在煤层中丝炭的数量不多，一般以扁平透镜体沿层理面分布，厚度12mm至几毫米。 显微镜下，丝炭是具有植物细胞结构的丝炭化木质纤维组织丝质体和半丝质体。丝炭的氢含量低、碳含量高；由于孔隙度大，吸氧性强，容易受氧化而自燃。一、宏观煤岩成分丝炭是植物的木质纤维组

3、织在缺水的多氧环境中缓慢氧化或由于森林火灾所形成。2022/7/2853、亮煤： 亮煤是最常见的煤岩成分，不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层，其至组成整个煤层。它的光泽仅次于镜煤，较脆，内生裂隙也较发育，但程度次于镜煤，密度较小，有时也有贝壳状断口。亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细的纹理。 显微镜下观察，亮煤的组成比较复杂，以镜质组为主，并含有一定数量的惰质组和壳质组。一、宏观煤岩成分2022/7/2864、暗煤 暗煤一般呈灰黑色，光泽暗淡，密度大，内生裂隙不发育，断面粗糙，致密坚硬具韧性。常以较厚的分层出现，其至单独成层。 显微镜下观察，暗煤的组成复杂多样，其特征和性质取决于显微组成。

4、富含惰质组的暗煤，宏观往往略带丝绢光泽，挥发分低，粘结性弱；富含壳质组的暗煤，略带油脂光泽，挥发分和氢含量较高，粘结性较好；含大量粘土矿物的暗煤，则密度大，灰分产率高。一、宏观煤岩成分2022/7/287 宏观煤岩类型划分依据：是根据煤中“光亮成分”镜煤和亮煤在分层中的含量及其反映出来的总体相对光泽强度，将煤划分为光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤，作为肉眼观察研究煤层的单位，分层划分的厚度一般不小于5cm。宏观煤岩类型划分指标总体相对光泽强度光亮成分（镜煤亮煤）含量光亮煤光泽强80%半亮煤光泽较强8050%半暗煤光泽较暗5020 % 暗淡煤光泽暗淡20%二、宏观煤岩类型2022/7/28

5、8说明： 煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比； 新鲜面，不考虑具体光泽； 相同煤层中光泽最强的镜煤为参考标准； 最小分层厚度为310cm，一般不小5cm，视煤层厚度而定。 二、宏观煤岩类型2022/7/2891、光亮煤: 主要由镜煤和亮煤组成（80%)，四种类型中光泽最强，与镜煤相近。由于成分较均匀，通常条带状结构不明显。具贝壳状断口，内生裂隙发育。显微镜下，镜质组一般大于80%，显微煤岩类型以微镜煤为主。2、半亮煤： 镜煤和亮煤占多数（5080%），光泽较强，常以亮煤为主，也可夹暗煤和丝炭，条带状结构明显。内生裂隙发育，常具棱角状或阶梯状断口。显微镜下，镜质组含量6080%，以微镜煤、

6、微亮煤和微惰煤为主。是最常见的宏观煤岩类型。二、宏观煤岩类型2022/7/28103、半暗煤： 光泽较弱，常以暗煤为主，镜煤和暗煤含量占2050%，镜煤和丝炭成细条带、透镜状和线理状分布。内生裂隙不发育，断口参差不齐，硬度和韧性很大。镜质组含量4060%，个别大于60%，但因矿物质含量高，而使得煤的相对光泽强度变弱。4、暗淡煤： 光泽暗淡，主要为暗煤，镜煤和亮煤含量小于20%，有时有少量丝炭和矿物质。通常成块状、致密、坚硬、韧性大、密度大，内生裂隙不发育。镜质组含量一般低于40%，惰质组含量可达50%以上。矿物质含量相对最高。二、宏观煤岩类型2022/7/2811三、褐煤的煤岩组成与类型 根据

7、煤化程度，褐煤可以分为软、暗、亮褐煤三个煤级。其中后两者统称为硬褐煤。因亮褐煤的宏观特征与烟煤近似，因此可借用烟煤的宏观分类术语。 软褐煤和暗褐煤的宏观特征与硬煤不同，不能划分出四种宏观煤岩成分。 GB/T12937-1995中划分为： 木质煤（木煤10%）、碎屑煤（木煤、丝炭均小于10%）、丝质煤（丝炭10% ）和矿化煤。木煤：轮廓清楚的腐植化植物组织残体，相当于镜煤。2022/7/2812第二节 煤的物理性质 煤的物理性质主要包括：煤的光学性质（颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率）、机械性质与空间结构性质（硬度、脆度、可磨性、断口、密度、孔隙性、表面积、压缩性）、热性质（比热、导热性）、电

8、性质（介电常数，导电性）、磁性等。 2022/7/2813（一）颜色 煤的颜色：新鲜煤块表面的自然色彩。反映煤表面对可见光的选择吸收能力。1、表色：在普通白光照射下，煤表面反射光线所显示的颜色。 与宏观煤岩类型和煤的变质程度有关: 褐煤褐色或黑褐色 烟煤黑色， 无烟煤灰黑至钢灰色一、煤的光学性质 2022/7/2814（一）颜色 2、条痕：煤粉末的颜色。一般常用镜煤或较纯净的亮煤在脱釉的瓷板上刻划的条痕而得到。 主要与煤的变质程度有关：随着煤的变质程度提高，煤的粉末色由浅到深 褐煤浅棕色 长焰煤、弱粘煤、不粘煤棕色 气煤和13焦煤棕黑色 肥煤和焦煤黑色略带棕色 瘦煤、贫瘦煤和贫煤黑色 无烟煤钢

9、灰色 一、煤的光学性质 2022/7/2815（一）颜色 3、透光色：把煤磨成薄片（厚约0.03mm），用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜色，又称体色。 透光色是煤对不同波长可见光选择吸收的结果。不同的煤岩组分具有不同的透光色，常见的有黄色、红色和黑色；同一煤岩组分在不同煤化阶段显示出不同的透光色。煤级越高，透光性越差，无烟煤几乎不透明。一、煤的光学性质 2022/7/2816（一）颜色 4、反光色：把煤的表面磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面显示出的颜色，称反光色。 各种煤岩组分的反光色均呈灰至白色。不同的煤岩组分具有不同的反光色；同一煤岩组分在不同煤化阶段反光色也不同。随煤

10、化程度的增高，煤反光色逐渐变浅。一、煤的光学性质 2022/7/2817（一）颜色 5、反射荧光色：煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜色，称为反射荧光色。 反射荧光色随煤岩组分和煤化程度的不同而变化，常见有绿黄色、黄色、棕色等。随煤化程度的增高，荧光减弱，至高价煤荧光消失。一、煤的光学性质 2022/7/2818一、煤的光学性质 （二）光泽 煤的光泽 ：煤的断面对可见光的反光能力。 煤光泽强弱与煤岩成分、煤化程度和煤的成因类型的关系:1、镜煤亮煤暗煤 丝炭呈丝绢光泽2、随煤化程度提高而增强：暗淡光泽沥青光泽玻璃光泽金刚光泽似金属光泽褐煤暗淡光泽 长焰煤沥青光泽 气煤强沥青光泽或弱玻璃光泽

11、肥煤玻璃光泽 焦、瘦煤强玻璃光泽 贫煤金刚光泽 无烟煤似金属光泽 3、腐植煤腐泥煤2022/7/2819（三）反射率、折射率和吸收率 1、煤的反射率：在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比。 油浸介质中，煤的最大反射率 空气介质中，煤的最大反射率 当Cdaf 85%时，反射率出现最大值和最小值，即双反射现象。随煤级升高，双反射逐渐增强。 2、煤的折射率：是光线通过煤的界面时，在界面发生折射后进入煤的内部，其入射角和折射角的正弦之比。 3、煤的吸收率：随煤化程度增高，吸收率逐渐增大。一、煤的光学性质 2022/7/2820二、煤的机械性质及空间结构性质 煤的机械性质：是指煤

12、在外力作用下所表现的种种特征。 煤的机械强度：煤对外力作用时的抵抗能力，包括煤的抗碎强度、耐磨强度和抗压强度等物理性质。 煤的机械强度与煤化程度、煤岩组成、矿物质含量以及风化等因素有关。 2022/7/28211、硬度 硬度：煤能抵抗外来机械作用的能力 。在肉眼鉴定中，主要指煤抵抗外力刻划的能力。 根据表现形式可分为刻划硬度、显微(压痕)硬度和耐磨(磨损)硬度。（1）煤的刻划硬度：多在摩氏硬度的1度4度之间。 中等煤化度的焦煤类的硬度最低，由焦煤向瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤过渡时，硬度逐渐增高，至年老无烟煤的摩氏硬度可达4度左右。但由无烟煤向半石墨、石墨过渡时，硬度又急剧降低。从焦煤向肥煤、1

13、3焦煤、气煤、长焰煤过渡时，煤的硬度又逐渐有所提高，但到年轻长焰煤至褐煤阶段，煤的硬度又有显著降低。 二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2822（2）煤的显微硬度：指煤对坚硬物体压入 的对抗能力。 通过显微镜下，正四锥体金刚石压头在规定的试验力和一定作用时间内压入显微组分的程度来测定。 压痕越大，显微硬度越小，反之亦然。煤的显微硬度与煤的煤化程度（见图）、显微组分、成煤环境有关： 惰质组镜质组壳质组 强还原煤弱还原煤 二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2823（3）煤的耐磨硬度：指用磨料抛光时显微组分的抗磨强度。 软的显微组分磨损快，容易凹下，硬的显微组分磨损慢，相对突

14、出，显示突起。 煤的耐磨硬度与煤的煤化程度、显微组分的关系：在低、中煤级煤中，丝炭比较硬，在磨光面上显示突起，而镜煤的比较软，不显突起；随着煤级的增高，镜煤和丝炭抗磨硬度逐渐接近。 耐磨硬度还与煤中的矿物质、煤中裂隙、风氧化程度有关。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2824 2、脆度 脆度：煤受外力作用时被破裂的性质或倾向。 （1）生产采用的脆度(脆性) ：指煤受压时在装卸和运输过程中被破碎的倾向 。 煤的脆性在某种程度上取决于煤的刚性、弹性和破碎特性。脆性越大的煤，其块煤的破碎概率也越大，且块度越大，也越容易破碎成小块。 煤的脆性与煤化程度密切相关： 通常以焦煤和挥发分Vdaf

15、弱还原煤； 镜质组惰质组壳质组。 二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2826 3、可磨性 可磨性：指煤被粉碎的难易程度 ，用可磨性系数来衡量。可磨性越大的煤越易粉碎。 由于煤的复杂性，不同牌号的煤往往具有不同的可磨性。即使同一矿区同一煤层的煤，由于所包含的矿物质的性质、数量的不同和煤的结构、挥发分产率以及水分的差异，也能得到不同的结果。可磨性的测定的理论依据主要是根据磨碎定律即在研磨煤粉时所消耗的功与煤所产生的新表面积成正比。一般是采用哈特格罗夫法测定可磨性。 丝质组可磨性半丝质组 镜质组、壳质组。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2827 4、压缩性 煤的压缩性：指在

16、恒温下，其体积变化的百分数。 压缩性与煤化程度有关：煤化程度越高，压缩性越小。加压后丝质组体积变化极少，镜质组有变化，稳定组分变化最大。 显微组分的压缩性随压力的增大而增加，壳质组变化最大，镜质组次之，惰性组最小。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2828 5、断口 煤的断口：指煤受外力打击后断开的表面，称为断口。不包括层理面或裂隙面。 煤中常见的断口：贝壳状断口、阶梯状断口、参差状断口、棱角状断口、粒状断口等。 断口反映了煤物质组成的均一性和方向性的变化。组成较均一的煤，如腐泥煤、腐植腐泥煤、镜煤等常具有贝壳状断口。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/28296、比重与

17、密度 煤的密度：指单位体积煤的质量。 煤的相对密度（比重）：指20C时煤的质量与同温度下同体积水的质量之比。 两者在数据上极为接近。 真相对密度 ：在20C时单位体积(不包括煤的内部孔隙、裂隙)煤的质量和同温度、同体积水的质量之比，以符号（TRD）d来表示 。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/2830煤的密度与煤岩成分、煤化程度及煤中矿物质的性质和含量有关： 同一煤级的煤，丝质组的真密度 镜质组 壳质组; 随煤化程度的增高，各种煤岩组分的真密度逐渐接近； 煤中矿物质对煤的比重影响较大，随着矿物含量的增高，煤的比重也增大。二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/28317、孔隙

18、率 孔隙：成煤过程中不同作用下，在煤中形成的微小空隙。 研究方法：压汞法、扫描电镜技术以及低温液氮吸附的方法。成因类型： （1）气孔：煤化作用过程中由于有机质演化产生挥发物质的逸出而留下的孔洞。多为圆形、椭圆形，常见于均质镜质体和基质镜质体。气孔二、煤的机械性质及空间结构性质 2022/7/28327、煤的孔隙性 （2）植物组织孔：具有一定规则分布和排列特征的孔隙，是由于植物细胞组织内蛋白质、醣类等化学性质不稳定的化合物经生物地球化学作用强烈分解而残 留的空隙。植物组织孔特征：排列规则，大小均一，保存完整，具一定的方向性 。常见于半丝质体、丝质体和结构镜质体和基质镜质体。2022/7/2833

19、（3）原生粒间孔：成煤时各种成煤物质之间的空隙。7、煤的孔隙性特征：排列不规则，大小不一，形态各异。常见于碎屑状显微组分之间或颗粒状基质镜质体之间。2022/7/2834（4）溶蚀孔：黄铁矿、碳酸盐等可溶性矿物，在地下水或热液作用下受到溶蚀而形成的次生孔隙。溶蚀孔隙7、煤的孔隙性特征：孤立分布，大小形态不一，具有溶蚀边，一般不具连通性。成因：在成煤过程中或成煤后期地质作用中地下水对可溶性矿物的溶蚀作用所致；或是由于有机质在热演化过程中所形成的酸碱有 机气体对可溶性矿物的溶蚀作用所致。 2022/7/2835构造孔是指煤固结成岩后由于受构造应力作用使煤体发生破坏而形成的孔隙，如粒间孔和摩擦孔。粒

20、间孔是指煤在构造应力作用下，煤体发生破坏后煤中有机显微组分颗粒之间的孔隙。摩擦孔是指煤体在构造应力作用发生摩擦或滑动而形成的孔隙。7、煤的孔隙性2022/7/2836 孔隙率(,) ：指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之百分比。一般用视密度与真相对密度来表示： TRD真密度，g/cm3 ；ARD视密度，g/cm3 孔隙率是研究煤层气时必须考虑的一项重要指标。其值越大，煤的吸附性和反应性都比较好，但抗碎强度差。7、煤的孔隙性2022/7/2837煤的孔隙性与煤化程度的关系褐煤的孔隙高，约1525%；无烟煤的孔隙率也较高，约在510%；低中煤级烟煤的孔隙率较低，约25%。2022/7/2838三

21、、煤的热学性质比热容 比热容：是指单位质量的煤温度升高1时所吸收的热量，以Jg 为单位。比热容是煤的最基本的热性质室温下煤的比热容一般为(0.841.67)J(g )随碳含量增加而减少随水分增高而大致成直线的增加（因水的比热容较大）灰分增高，比热容则下降（因矿物质比热容较小） 煤的比热:是指1g质量的煤，温度变化1 所需（释放）的热量（即热容）与水的热容（15 水）的比值。2022/7/28392. 导热性：是煤热加工利用时非常重要的物理性质，主要包括：导热系数 (kJ(mh)：热量在物质中直接传导的速度，代表物体的散热能力；导温系数 d (m2h)：物体所具有的温度变化(加热或冷却)的能力，

22、其值愈大，温度随时间和距离的变化愈快，导温系数表示物体散热能力与蓄热能力之比 C 煤的比热容，kJ(kg)； 煤的密度，kgm3。c表示单位体积物体温度变化1时吸收或放出的热量，即物体的蓄热能力。三、煤的热学性质2022/7/2840导热性随煤中水分含量的增高而变大（因为水的导热系数远大于空气，约为25倍）随着灰分增高而增大（因有机物的导热性大大低于灰分的导热性）随温度上升而增大整块煤的导热系数比散状煤的导热系数高导温系数随水分的增加而提高随煤化程度的提高而提高（泥炭烟煤无烟煤） 原因：煤在变质过程中有机质结构逐渐紧密化与规律化，因而其导温性指标渐趋增大，并愈来愈接近于石墨。三、煤的热学性质2

23、022/7/2841导电性 ：物质在电场中导电的难易程度，常用电阻率表示。 规律： 干燥基：煤导电率随煤化度的提高而增加； 减小 增大 剧增 未干燥煤：低变质烟煤 中变质烟煤 高变质烟煤 无烟煤92Cdaf干燥煤85未干燥煤原因：对Cdaf 5mm; 中条带状结构：条带宽为35mm; 细条带状结构：条带宽为13mm。 条带状结构在烟煤的半亮型煤和半暗型煤中最为常见，年轻褐煤和无烟煤中不明显。二、煤的结构和构造2022/7/2849 2）线理状结构：指镜煤、丝炭、粘土矿物等以厚度小于1mm的 线理断续分布于煤中，形成线理状结构。按线理之间交替的线距，又可分密集线理状结构和稀疏线理状结构。在半暗型

24、煤和半亮型煤中常见。 3）凸镜状结构：指镜煤、丝炭、粘土矿物、黄铁矿等，常以大小不等的凸镜体形式散布于煤中，构成凸镜状结构。半暗型和暗淡型煤中常见，有时光亮型煤中也可见到。 4）均一状结构：指组成成分较单纯、均匀，形成均一状结构。如镜煤、腐泥煤、腐植腐泥煤类等，都具有均一状结构。光亮型煤和暗淡型煤有时也表现出均一状结构。二、煤的结构和构造2022/7/2850 5）粒状结构：由于煤中散布着大量孢子或矿物杂质，使煤呈现出粒状结构。多见于暗煤或暗淡型煤中。有时含黄铁矿鲕粒或含黄铁矿结核而呈鲕粒状结构或豆状结构。 6）叶片状结构：煤中有在量的木栓层或角质层，使煤呈现纤细的页理，如叶片状、纸片状等，煤易被分成薄片。角质残植煤和树皮残植煤具有叶片状结构。 7）木质状结构：煤中保存