第三章 煤储层三相介质与三元结构系统

第三章煤储层组成及孔裂隙结构特征成煤有机质在煤化作用的泥炭化、成岩、变质各个阶段均会产生大量的烃类物质，特别是气态烃，除部分逸散、运移到围岩外，还有一部分保存在煤层本身内，所以煤层又是储气层，简称为煤储层。煤储层在压力作用下具有两个方面的特征：1）具有容纳气体的能力；2）具有允许气体流动的能力。第一节煤储层的物质组成煤储层系由煤基质块（被裂隙切割的最小基质单元）、气、水（油）三相物质组成的三维地质体。其中气组分具有四种相态，即：游离气（气态）、吸附气（准液态）、吸收气（固溶体）；水溶态（溶解气）水（油）组分也有三种形态，即：裂隙、大孔隙中的自由水，显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水，与煤中矿物质结合的化学水；煤基质块则由煤岩和矿物质组成。在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。一、 煤储层中的固相介质煤的固相介质由煤中固相有机质质—煤岩组分和无机质—矿物构成。对煤固体骨架的几何性质，不同学科其描述方式有所不同。瓦斯工作者基于构造软煤的特点将煤体格架描述为球粒，煤层气工作者基于煤储层本身的特征，将其描述为被裂隙分割的基质块体。由于显微裂隙的存在，煤体骨架十分复杂，想用曲面方程来描述构成固体颗粒的几何形状几乎是不可能的。目前常用的宏观描述也只是平均描述，用煤岩组分、矿物质来描述其物质构成，用孔隙度，比表面积、比孔容等特征参数来反映孔、裂隙状态，用弹性模量、泊松比等来描述其力学性质等。煤的固相介质不仅制约煤中孔、裂隙的发育程度，还影响到煤的吸附/解吸性、渗透性和力学特征等。肉眼观察可以分出不同的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型（附录二）；在显微镜下，可进一步区分出各种显微组分和显微煤岩类型。（一）腐植煤的显微组成在光学显微镜下能够识别出来的组成煤的基本单位，称为显微组分。研究煤的显微组成，可把煤磨制成薄片（厚度0.02mm左右），在光学显微镜下，用透射光进行观测。不同的显微组分，其颜色不同，有红色、黄色、棕色、黑色等，结构、形态也不同。但煤薄片的研究仅限于低中煤化程度的煤，中、高煤化程度的煤因其逐渐不透明而不利于研究。把煤磨成煤砖光片，或把煤粒粘结起来制成粉煤光片，在光学显微镜下，用反射光进行观测，不同的显微组分，其反光色、形态、结构和突起不同。显微镜下煤岩成分通常划分为镜质组、惰质组、壳质组三大有机显微组分组，各显微组分组可根据形态和结构的不同再分出若干显微组分，显微组分又可细分成显微亚组分及显微组分种，并由它们组合成各种显微煤岩类型。1、 镜质组镜质组是煤中最常见的显微组分，包括结构镜质体、无结构镜质体和镜屑体三种显微组分，其含量约占50~80%以上。镜质组是由植物的根、茎、叶在覆水的还原条件下，经过凝胶化作用而形成。低中煤阶时、镜质组在透射光下呈橙红色、褐红色，反射光下呈灰色、浅灰色，有时具有弱的荧光性。镜质组分性脆、裂隙和微孔隙发育、微孔孔径一般在2“m-50nm之间。镜质组的密度在1.27~1.80g/cm3之间，中煤阶煤时有最低值，高煤阶时密度大。2、 壳质组壳质组分由于化学性质比较稳定，不易被细菌等微生物破坏、分解，故又称稳定组。壳质组分含大量脂肪族成分，故有人称为类脂组。壳质组包括孢子体、角质体、木栓体、树脂体、藻类体、荧光体、沥青质体，渗出沥青体和壳屑体等显微组分。壳质组在透光下多数呈黄色、少数为绿黄色、红橙色，反射光下呈深灰色、灰色，有突起。各种壳质组分都有自己的特定形态，轮廓清楚。壳质组分具有强的荧光性，在蓝光、紫外光的激发下可发出绿黄、亮黄色的荧光。中煤阶煤以后的煤中多数壳质组分已分解消失，在显微镜下难以找到。壳质组在腐植煤中是次要的显微组分。3、 惰质组惰质组是煤中常见的显微组分，因其在结焦过程中不软化，呈惰性，故名。惰质组可分出丝质体、半丝质体、粗粒体、微粒体、菌类体和惰屑体等显微组分。惰质组分的成因有多种：植物遗体在缺水多氧的环境下，经氧化而形成；森林火灾，植物受不完全燃烧也可形成；泥炭表层受真菌等微生物腐解；强烈的煤化作用也可使各种组分惰质化。惰质组分在透射光下一般为黑色不透明，反射光下呈亮白色、黄白色或灰白色，惰质组分不发荧光。由于惰质组分密度较大，硬度较高，故常显示正突起。惰质组分的反射率高，但不同的惰质组分有差别，至高煤阶，各组分的差别减小。我国西北地区中生代的煤中，惰质组分含量高，华北地区古生代煤中惰质组含量少一些，新生代多数煤中惰质组分含量很少。4、 矿物质矿物质是煤中的无机显微组分，矿物质主要为粘土类和硫化物类矿物，其次为碳酸盐类，氧化硅类，通常以颗粒状分散于煤基质块体中或以夹矸的形式出现，不仅直接影响到煤储层原位含气量及其分布，煤储层均质性及其改造，而且制约了煤中裂隙、显微裂隙的发育，特别是后生矿物充填于层面、裂隙、孔隙及显微组分细胞腔中，严重阻碍了煤层气、水的渗流，对煤层气的开发带来了负面效应。（二）腐植煤的宏观组成煤是由植物演化而来的，由高等植物变成的煤称为腐植煤类，由低等植物藻类形成的煤称为腐泥煤，由高等植物和低等植物混合堆积形成的煤称为腐植腐泥煤。自然界中，腐植煤类占绝大多数，也是工业开采的主要对象，腐植腐泥煤、腐泥煤类数量相对较少。对腐植煤的宏观组成划分方案很多。我国主要采取两级分类，即先划分出宏观煤岩成分，再根据宏观煤岩成分的组合特征划分出宏观煤岩类型（附录二）。腐泥煤宏观特征比较均一，故没有划分出宏观煤岩成分和类型。1、 腐植煤的宏观煤岩成分宏观煤岩成分是用肉眼可以区分出的煤的基本组成单位，包括镜煤、丝炭、亮煤和暗煤。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。1） 镜煤镜煤的颜色深黑，光泽强，是煤岩成分中颜色最深、光泽最强的成分。它质地纯净，结构均一，轮廓清楚，具贝壳状断口，常有垂直条带的内生裂隙。镜煤性脆、易碎成棱角状小块。在煤层中、镜煤常呈透镜状或条带状，条带厚度一般几毫米至1-2厘米，也有小于1毫米的线理，个别有几十厘米厚的透镜体。2） 丝炭外观像木炭，颜色黑灰色或深灰色，具明显的纤维状结构和丝绢状光泽。丝炭疏松多孔、质轻性脆易碎、能染指。丝炭的胞腔有时被矿物质充填，称矿化丝炭，坚硬而致密，密度大。在煤层中，丝炭常呈扁平的透镜体沿煤层的层面分布，厚度多为1~毫米至几毫米，有时能形成不连续的薄层。个别地区，丝炭层的厚度可达几十厘米甚至几米。3） 亮煤亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色，较脆易碎，但断面比较平坦。亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细的层理。较纯净的亮煤有时也可见内生裂隙，但不如镜煤发育。在煤层中，亮煤是最常见的宏观煤岩成分，常呈较厚的分层，有时甚至组成整个煤层。4） 暗煤暗煤的光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密坚硬、韧性好，不易破碎，断面比较粗糙，一般无内生裂隙。在煤层中，暗煤是常见的宏观煤岩成分，常呈厚薄不等的分层，也可组成整个煤层。2、 腐植煤的宏观煤岩类型宏观煤岩成分一般的厚度都比较小，在描述煤层、确定煤的组成和性质，进行煤层对比时都十分不便。我们观察煤层时可以发现，各种煤岩成分的组合是有一定规律性的，造成煤层中有光亮的分层，也有暗淡的分层，这些分层的厚度一般为十几厘米至几十厘米，在层理方向上比较稳定，这些分层实际上就是光泽类型，也即宏观煤岩类型。宏观煤岩类型可划分为四种，即光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤。宏观煤岩类型的划分是根据煤中光亮成分，即镜煤和亮煤在分层中的含量及其反映出来的总体光泽强度来确定的。1） 光亮型煤：镜煤和亮煤的含量＞75%，光泽很强。由于成分比较均一，故常呈均一状或不明显的线理状结构。内生裂隙发育，脆度大，易破碎，常具贝壳状断口。显微镜下观察，镜质组含量一般在80%以上，显微煤岩类型以微镜煤为主。2） 半亮型煤：镜煤和亮煤的含量为75%~50%，光泽较强。常以亮煤为主，夹有暗煤和丝炭，条带状结构明显，常具阶梯状或棱角状断口。显微镜下观察，镜质组含量一般在60〜80%之间，显微煤岩类型以微镜煤、微亮煤和微镜惰煤为主。半亮型煤是煤中最常见的宏观煤岩类型。3）半暗型煤：镜煤和亮煤的含量50%~25%，光泽较弱。镜煤和丝炭多呈细条带、线理状和透镜状分布，暗煤较多。断口参差不齐，硬度、韧性和密度都较大。显微镜下观察、镜质组含量为30%~60%，显微煤岩类型复杂。半暗型煤也是煤中常见的宏观煤岩类型。4）暗淡型煤：镜煤和亮煤的含量V25%，光泽暗淡。常以暗煤为主，有时夹镜煤、亮煤的细条带、线理或透镜体。暗淡煤通常为致密块状，坚硬，韧性大、密度大、不易破碎。也有丝炭含量高的暗淡煤和壳质组含量高的暗淡煤，性质与一般暗淡煤有较大差别。显微镜下观察，镜质组的含量一般<30%，而惰质组、壳质组和矿物杂质的含量高。暗淡型煤的煤质一般都很差，灰分通常大于30%。煤田地质勘探过程对镜质组最大反射率R %<2.0%煤储层中的煤岩组成，矿物分布o,max均作过不同程度的研究，对于R%>2.0%煤储层中的煤岩组成，只有少数专家才能够鉴o,max定。近几年来，除了显微光度计自动化程度提高外，人的鉴定水平还存在一定程度的下降。二、煤储层中的液相介质煤储层中的液相介质包括裂隙、大孔隙中的自由水（油）及其内表面与显微裂隙、微孔隙内表面、芳香层缺陷内的“准液态”物质。“准液态”物质中的h2o常称为束缚水。煤化学分析中常将水分划分为外在水分、内在水分和化合水三部分。外在水分理论上系指煤粒表面和煤粒裂隙（即非孔隙）中的水分，又称表面水。实验室测定是在一定条件下，煤样与周围空气达到湿度平衡时失去的水，即失去的表面水和大孔隙（孔径大于100nm）中的水。内在水分指煤孔隙中的水分。实际测定是在一定条件下，煤样达到空气干燥状态时所保持的水分（此时煤样称为自然煤样），即孔径小于100nm的孔隙中的水分。其特点是以物理化学方法与煤结合，含量的多少取决于煤的内表面积、芳香缺陷及吸附能力。煤在100%相对湿度下达到吸湿平衡时除外在水分以外的水分，称为最高内在水分（MHC:Moisture-HoldingCapacity），即煤中孔隙被饱和状态时的内在水分。实验室测定是在30°C、相对湿度为96~97%条件下达到吸湿平衡时的内在水分。化合水又称结晶水，是以化学方式与煤中矿物结合的水分，其特点是具有严格的分子比，高温下才能除去。薛愚群等（1977）从地下水渗流的角度，按水的结构形态、分子引力（P）与重力（P）mr的关系、水与围岩颗粒的连接形式分为结合水和液态水（表3-1）。表3-1煤储层中水的分类（据薛愚群等，1977）类型结构形态Pm与P的关系水与围岩颗粒的连接形式结合水强结合水（吸着水）P>Pmr物理化学连接弱结合水（薄膜水）液态水重力水P<Pm r物理力学连接毛细水强结合水，又称吸着水，在静电引力和氢键连结力作用下，水分子牢固地吸附于煤颗粒的表面。此种水具有高粘度和高抗剪强度，几乎不受温度影响。弱结合水，又称薄膜水，处于强结合水的外层，受到固相表面的引力比强结合水弱，但

仍然受到范德华引力和强结合水最外层水分子的静电引力的合力影响。结合水的最大特点是具有抗剪强度，且抗剪强度由内层向外层减弱，当施加的外力超过其抗剪强度时，外层结合水发生流动，施加的外力越大，发生流动的水层厚度也越厚。重力水指距离煤体表面更远的那部分水分子，煤体表面的吸引力较弱，重力的影响更大因此能在自身重力作用下运动。毛细水为煤基质块、液、气三相界面上发生毛细现象而出现的水。自由水包括煤储层宏观裂隙、显微裂隙、大孔（孔直径d>1000nm）、中孔（100nmvdv1000nm）中的游离水，它们越发育，自由水含量越高，其是否饱和，可通过孔隙度、外在水分测试或由地球物理测井响应来确定。束缚水包括强结合水、弱结合水和过渡孔（10nmvdv100nm）、微孔（d<10nm）中毛细水，其在煤储层中的含量可通过气、水相对渗透率实验来确定。实验表明我国煤储层束缚水饱和度随煤级的增加而增大（图3-1），同时也暗示随煤级增加排水降压难度增大。400 1 2 3 4 5镜质组反射率/Ro,m%x煤层气研究中常引入平衡水分含量或临界水分含量这一概念，其值略低于最高内在水分。平衡水分含量的确定方法：首先将样品称重（约100g）,精确到0.2mg，把预湿煤样或自然煤样放入装有过饱和k2so4溶液的恒温箱中，该溶液可以使相对湿度保400 1 2 3 4 5镜质组反射率/Ro,m%x润，间隔一定时间称重一次，直到恒重为止。平衡水分含量等于工业分析中空气干燥基图3-1束缚水饱和度与煤级的关系水分（Md）图3-1束缚水饱和度与煤级的关系3、煤储层中的气相介质煤储层中赋存的气相介质和由“准液态”转化为气相介质的主要有ch4、n2、co2、c2h64 2 2 26等，其分子直径、沸点和分子平均自由程等见表3-2。甲烷在煤储层中的赋存方式有游离态、吸附态、吸收态（固溶体）和水溶态（表3-2），其在总甲烷含量中所占的比例取决于煤储层的孔、裂隙系统、煤大分子结构缺陷和煤的吸附能力等。表3-2甲烷在煤储层中赋存形态和分布（据A.T艾鲁尼）赋存位置赋存形态比例（％）裂隙、大孔和块体空间内游离（水溶态）8~12（1~3）裂隙、大孔和块体内表面吸附5~12显微裂隙和微孔隙吸附75~80芳香层缺陷内替代式固溶体1~5芳香碳晶体内填隙式固溶体5~12注：中煤级煤，埋深800〜1200米游离态：正常情况下，游离甲烷约占8〜12%，但煤层气开发时，吸附甲烷均要通过降压解吸、升温解吸，或通过n2、co2置换出游离甲烷才能得以实现。吸附态：吸附甲烷是指裂隙、大孔隙，显微裂隙、微孔隙表面及芳香层缺陷内吸附甲烷的统称。其与游离态是不断运动和交换的，在一定温度和压力下，处于一种动平衡状态。有关煤的吸附能力和吸附机理将在下面进行详细阐述。第二节煤储层的孔裂隙结构系统Close(1993)等认为煤储层系由孔隙、裂隙组成的双重结构系统，Gamson(1996)在研究澳大利亚鲍恩盆地时，认为在孔隙、裂隙之间还存在着一种过渡类型的孔隙、裂隙，霍永忠等(1998)对煤中显微孔、裂隙进行了成因分类，王生维等(1995)研究了煤基质块孔、裂隙特征，傅雪海等(1999)认为煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元孔、裂隙介质，孔隙是煤层气的主要储集场所，宏观裂隙是煤层气运移的通道，而显微裂隙则是沟通孔隙与裂隙的桥梁。煤储层中的裂隙在国外煤层气工业中常被称为割理。割理是煤中的天然裂隙，在整个煤层中连续分布的割理称为面割理(Facecleat)，中止于面割理或与面割理交叉的不连续割理称为端割理(Bullcleat)。面割理与端割理通常是相互垂直的或近似直交的。由于受研究目的、方法、地区等因素的限制和影响，我国不同的研究者对割理成因和内涵的认识还不完全一致，对其定义主要有以下四种：①割理基本上是煤储层中的收缩裂隙，走向受形成期古构造应力场控制；②割理是煤化作用过程中形成的，煤储层中最发育的裂隙；③割理相当于其它沉积岩中的节理；④割理是煤层中基本上没有发生位移的张性裂隙。许多学者对割理成因的解释主要依据自已的观察结果，概括起来，有以下三种认识：①强调内应力作用，认为割理是煤化作用过程中，由于垂向压实作用和脱水作用引起煤基质收缩而形成，割理即内生裂隙—煤化作用过程中，煤中凝胶化物质受温度、压力影响体积均匀收缩产生内张力而形成的一种裂隙割理；②强调外应力作用，认为割理的形成与古构造应力有关；③割理是由煤化作用、构造应力(古构造应力和新构造应力)、差异压实或垂向压实综合作用的结果。一、宏观裂隙基于上述争议，我国大多数学者掘弃割理，只用裂隙一词，其中面裂隙与面割理、端裂隙与端割理涵义相同。即在相互垂直或大致垂直的两组裂隙中，主要的一组称为面裂隙，次要的一组称为端裂隙。1、分级将宏观裂隙按大小、形态特征和成因分为大裂隙、中裂隙、小裂隙、微裂隙(内生裂隙)四级(表3-3，图3-2)。相应可将煤储层分为大裂隙储层、中裂隙储层、小裂隙储层、微裂隙储层四类。大、中裂隙与外生裂隙或节理相当，系煤层形成后受外应力(主要为构造应力)作用而产生，常以各种角度与煤层层理面斜交，长度可达数米，可以出现在煤层的任何部位。在相

同的构造应力条件下，一般焦煤、瘦煤内外生裂隙较发育。裂隙面往往有凹凸不平的滑动痕迹，多呈羽毛状、波纹状，也有比较光滑的，有时还可见到次生矿物或破碎煤屑的充填。表3-3宏观裂隙级别划分及分布特征裂隙级别咼度长度密度切割性大裂隙数分米〜数米数数百米数条/

米切穿整个煤层甚至顶底板中裂隙数厘

米〜数分米数米数十条/米切穿几个宏观煤岩类型分层（包括夹矸）裂隙形态特征发育一组，断面平直，有煤粉，裂隙宽度数毫米到数厘米，与煤层层理面斜交。常发育一组，局部两组，断面平直或呈锯齿状，有煤粉。成因小裂隙数毫

米〜裂隙级别咼度长度密度切割性大裂隙数分米〜数米数数百米数条/

米切穿整个煤层甚至顶底板中裂隙数厘

米〜数分米数米数十条/米切穿几个宏观煤岩类型分层（包括夹矸）裂隙形态特征发育一组，断面平直，有煤粉，裂隙宽度数毫米到数厘米，与煤层层理面斜交。常发育一组，局部两组，断面平直或呈锯齿状，有煤粉。成因小裂隙数毫

米〜数厘米数分米〜1米数200条/米微裂隙数毫米数厘米200〜500条/米切穿一个宏观煤岩类型分层或几个煤岩成分分层，一般垂直或近垂直于层理分布局限于一个宏观煤岩类型或几个煤岩成分分层（镜煤、亮煤）中，垂直于层理面普遍发育两组，面裂隙较端裂隙发育，断面平直。发育两组以上，方向较为零乱。综合

作用内

应

力 宏观煤岩类型 宏观煤岩成分夹矸大小微裂隙 宏观煤岩类型 宏观煤岩成分夹矸大小微裂隙m，图3-2煤储层裂隙分级不平直；小裂隙是煤化作用过程中煤中凝胶化组分发生体积收缩变形与同期构造作用藕合的结果，与内行裂隙相当，常见于光亮煤和半亮煤之中，与层理面呈咼角度相交，裂隙面较平坦主要有两组，呈近于直角相交，较发育的一组称面裂隙,延伸可达数厘米到1米；另一组称为端裂隙，限于面裂隙之间，长约数毫米到数十厘米。缝宽一般几Mm到数十pm,发育的密度与煤阶关系密切，中煤级煤最发育。微裂隙常发育于镜煤与亮煤之中，主要系煤中凝胶化组分收缩内应力作用的结果，微裂隙一般长数厘米，缝宽不到1m,高约数毫米。2、力学性质分类裂隙或由内应力（煤化作用过程中，凝胶化组分收缩应力及超高孔隙流体压力）或由外应力（构造应力、重力及热应力等）或由内应力与外应力二者综合作用而形成。外应力随地域和时域的不同而不同，层域上因地层是高度不均质的（即使同一岩层也是不均质的），岩性及强度的差异会引起偏应力的不同，岩层中不同部位达到破裂条件总是先后有别的。据裂面破裂时所承受的正应力和剪应力情况，可将其分成三类：①张性裂隙：张应力达到抗张强度面产生，不承受剪应力。裂隙走向垂直于张性的最小主应加3,裂隙面粗糙，②张性剪裂隙：破裂时裂隙面既承受张应力，又承受剪应力，裂隙走向与张性的最小主应力O3近于垂直；③压性剪裂隙：破裂时裂隙面既承受压应力，又承受较大的剪应力。裂隙面平直，其法线大多与O3的夹角在30°左右。大裂隙往往与附近断层相伴生，逆断层发育

地区多为压性剪裂隙，正断层发育地区多为张性或张剪性裂隙；中裂隙或部分小裂隙裂面较平坦，为张剪性或压剪性裂隙。正应力小，裂面光滑，正应力大，裂隙内煤粉发育，如焦作地区、沁水盆地北部寿阳地区。3、组合类型根据面裂隙、端裂隙形态和组合关系可分为三种：①矩形网状：主要为小裂隙，一般面裂隙密度大于端裂隙，彼此近于直交，因而具有较高的渗透性，渗透率的方向性中等（图3-3）:②不规则网状：小裂隙与微裂隙交织在一起，面裂隙与端裂隙都较发育。这种组合的渗透性中等，没有明显的各向异性。主要发育于低煤化烟煤中；③平行状：实际上是由于端裂隙不发育，只见面裂隙平行产出。这种组合一般只反映局部现象，当端裂隙出现时又变成矩形网状组合了，由于只发育一组裂隙，渗透率的各异向性明显，具有优势方位。大裂隙呈平行状或羽状，中、小裂隙以矩形网状为主，其次为平行状，微裂隙则大多为不规则网状。①矩形网状图3-3宏观裂隙组合形态③平行状①矩形网状图3-3宏观裂隙组合形态③平行状4、 矿物充填与非均质性煤中裂隙的矿物充填常用矿物充填指数来表示，即：煤中裂隙含可见矿物充填的长度同裂隙总长度的百分比；裂隙非均质性常用裂隙指数来表示，即：煤储层中光亮型煤与半亮型煤之和占整个煤层厚度的百分比，有人也将其定义为裂隙高度与裂隙长度的百分比。5、 裂隙描述对宏观裂隙的描述在井下或手标上进行，描述的内容包括走向、倾向、倾角、长度、宽度、高度、密度、矿物充填状态、表面形态或粗糙度及组合形态或连通性等。裂隙长度：在平行于层面的断面或煤岩类型界面上的横向连续延伸长度。裂隙高度：垂向上裂隙的连续延伸长度。裂隙线密度：在层面或煤岩类型界面上，与一条垂直于裂隙延伸方向的直线相交的裂隙条数。裂隙面密度：在层面或煤岩类型界面上，一定面积内的面裂隙和端裂隙的总条数，一般使用两边分别平行于面裂隙和端裂隙的平行四边形来统计。裂隙壁距（又称为裂隙宽度或张开度）：同一条裂隙的两壁之间的距离。被充填的裂隙，充填物的厚度代表某一地质时期内原位状态下的裂隙壁距。初始裂隙宽度（即非应力状态下的裂隙宽度）通过显微镜来测量，原位状态可通过应力数值模拟来计算。裂隙面形态：煤岩裂隙面两壁的特征。裂隙表面形态对煤储层渗透率影响很大，常呈平直状、羽状、弯曲状、锯齿状、贝壳状等，弯曲及锯齿构造是相邻裂隙表面应力差异释放的曲线状边界，贝壳状构造类似于玻璃的

碎裂面，是中煤级煤中镜煤条带的典型构造。不规则的裂隙表面往往使裂隙在高水平应力下保持一定的张开状态。煤层气开发过程中剪应力和有效全应力发生变化，裂隙面发生剪切移动，裂隙宽度出现相应变化。图3-4中展示了两类情况，左边是在初始应力场中，平衡状态下理想化的粗糙裂隙，在煤层气开发过程中，诱导的剪应力引起裂隙面的移动，裂隙面的凸起体可相互叠加，图3-4裂隙面上凸起的叠加和削减示意图图3-4裂隙面上凸起的叠加和削减示意图剪切程度可用以下公式进行计算；3-1)(b3-1)A=1—1—―N

sIp丿0式中，A－被剪切掉的凸起体的面积与裂隙总面积之比；b－裂隙面上的正应力，sN即：bb—ap；p—裂隙内流体压力；a—Boit系数，p—单轴抗压强度。Nn 0Louis(1974)用裂隙密度和裂隙凸起高度来计算粗糙度，即：eC二1+8.8(“)1-5 (3-2)2b式中，C—粗糙度；b—裂隙密度；e—凸起高度。二、显微裂隙显微裂隙是肉眼难以辨认的、必须借助显微镜或扫描电镜才能观察。显微裂隙的镜下观测必须在井下采取定向煤样，并保证一定的块度，在室内磨制成二维或三维光洁面，在其层理面上观测裂隙的方向、主次关系、长度、宽度、密度、间距等，在剖面上观测裂隙高度、垂向分布等。图3-5显微裂隙示意图显微裂隙长度为数十微米〜数毫米，高度数百微米，密度500〜5000条/m。局限于一个煤岩成分分层内，发育多组，方向较零乱，主要由流体压力、收缩应力形成的内生裂纹。但在扫描电镜观察显微裂隙也同样可以见到由外应力形成的构造裂隙。构造裂隙多与煤岩条带斜交，且穿越煤岩条带，依据形态特征加以推断，如阶梯状、雁列式、帚状及“X”式等；内生裂纹主要发育于基质镜质体和均质镜质体内，垂直或近于垂直镜质体条带分布，一般不穿层。剪裂纹平直，缝壁闭合；张裂纹缝壁呈锯齿状，收缩裂纹呈月牙形，二者均呈张开状(图3-5图3-5显微裂隙示意图组合形态有矩形网络状、菱形网络状、三角形网络状、不规则网络状、树枝状、T形、X形、楔形、折线形裂纹。三、 孔隙煤是一种复杂的多孔介质，煤中孔隙是指煤体未被固体物（有机质和矿物质）充填的空间，是煤的结构要素之一。煤的孔径结构是研究煤层气赋存状态、气、水介质与煤基质块间物理、化学作用以及煤层气解吸、扩散和渗流的基础。1、孔隙的成因分类Gan等（1972）按成因将煤中孔隙划分为分子间孔、煤植体孔、热成因孔和裂缝孔。郝琦（1987）划分的成因类型为植物组织孔、气孔、粒间孔、晶间孔、铸模孔、溶蚀孔等。张慧以煤岩显微组分和煤的变质和变形特征为基础，比较大量的扫描电镜观察结果为依据，将煤孔隙的成因类型划分为四大类十小类（表3-4）。煤孔隙成因类型及发育特征是煤层生气、储气和扩散—渗透性能的直接反映。表3-4煤孔隙类型及成因（据张慧，2001）类型成因简述原生孔胞腔孔成煤植物本身所具有的细胞结构孔屑间孔镜屑体、惰屑体和壳屑体等碎屑状颗粒之间的孔隙变质孔链间孔凝胶化物质在变质作用下缩聚而形成的链之间的孔隙气孔煤变质过程中由生气和聚气作用而形成的孔隙外生孔角砾孔煤受构造应力破坏而形成的角砾之间的孔隙碎粒孔煤受构造应力破坏而形成的碎粒之间的孔隙磨檫孔压应力作用下面与面之间因磨檫而形成的孔隙矿物质孔铸模孔煤中矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的印坑溶蚀孔可溶性矿物在长期气、水作用下受溶蚀而形成的孔晶间孔矿物晶粒之间的孔2、孔隙大小分级国内外研究者基于不同的研究目的和不同的测试精度，对煤的孔径结构划分作过大量的研究工作。其中，在国内煤炭工业界应用最为广泛的是Xogom（1961）的十进制分类系统（表3-5）,Gan（1972）和国际理论与应用化学联合会（转引自Walker,1988）基于煤吸附特性的分类系统则较普遍地见诸国外煤物理和煤化学文献。此外，秦勇等（1995）还开展过高煤级煤孔隙结构的自然分类研究，傅雪海（2001）基于煤层气的运移特征，进行过煤孔径结构的分形分类与自然分类，以孔半径75nm为界，划分出＞75nm的渗流孔隙和v75nm的吸附孔隙。煤孔隙大小相差6~7个数量级，最大孔径达到毫米级（mm/10-3m），最小孔径小于1纳米（nm/10-9m）。前苏联学者XogoT（1961）对煤的孔径结构划分是在工业吸附剂的基础上提出的，主要依据孔径与气体分子的相互作用，考虑到煤中甲烷有效分子直径为0.38nm左右，气体在大孔中主要以剧烈层流和紊流方式渗透，在微孔中以毛细管凝结、物理吸附及扩散现

象等方式存在。按照IUPAC孔型分类及表征孔隙率的各种方法。1)大孔(＞50nm)，其中＞lpm的孔能够用光学显微镜观察到；较大的孔则能用图像分析技术对孔径加以定量；较小的孔则能用扫描电子显微镜(SEM)看到，或用压汞法进行孔径测定。2)中孔(2〜50nm),能用SEM观察到或透射电子显微镜(TEM)对孔进行定量测量；亦可用氮吸附法或小角中子(SANS)或X射线散射技术(SAXS)进行定量。③微孔(V2nm),微孔尺寸及孔径波动范围能用SANS法或CO2吸附法或纯氦比重技术进行计算。XogotDubinin表3-5煤孔径结构划分方案比较XogotDubinin表3-5煤孔径结构划分方案比较单位：直径，nmIUPACGan抚顺煤研所*吴俊杨思敬(1961)(1966)(1978)(1972)(1985(1961)(1966)(1978)(1972)(1985)(1991)(1991)微孔，＜10微孔，＜2微孔，＜2微孔，＜1.2微孔，＜8微孔，＜5微孔，＜10过渡孔,10〜100中孔，100〜1000微孔，＜10微孔，＜2微孔，＜2微孔，＜1.2微孔，＜8微孔，＜5微孔，＜10过渡孔,10〜100中孔，100〜1000过渡孔，2~20过渡孔,2~50过渡孔，1.2〜30过渡孔,8-100过渡孔,5〜50中孔，50〜500大孔，＞1000大孔，＞20大孔，＞50粗孔，＞1000大孔，〉100过渡孔,10〜50中孔，50〜750大孔，500〜7500大孔，＞1000*抚顺煤炭科学研究所．煤层烃类气体组分与煤岩煤化关系的研究．19853、煤的孔径结构测定研究煤孔径结构的方法较多，常用的方法为汞侵入法和低温氮吸附法。压汞法可测出煤中7.2nm以上的孔隙，低温氮吸附法(BET法)可测至0.35nm的孔隙。1)压汞法煤中孔隙空间由有效孔隙空间和孤立孔隙空间构成，前者为气、液体能进入的孔隙，后者则为全封闭性“死孔”。因此，使用汞侵入法仅能测得有效孔隙的孔容。压汞法是基于毛细管现象设计的，由描述这一现象的Laplace方程表示。在压汞法测试煤孔隙过程中，低压下，水银仅压入到煤基质块体间的微裂隙，而高压下，水银才压入微孔隙。为了克服水银和固体之间的内表面张力，在水银充填尺寸为r的孔隙之前，必须施加压力p(r)。对园柱形孔隙，p(r)和r的关系满足著名的Washburn方程，即：p(r)=(—4&cos0/r)x10 (3-3)式中：p(r)一外加压力，MPa；r一煤样孔隙直径，nm；6一金属汞表面张力；480dyn/cm；0一金属汞与固体表面接触角(8=140°)。压汞实验中得出的孔径与压力的关系曲线称为压汞曲线或毛细管曲线，测出各孔径段比孔容和比表面积及排驱压力(是指压汞实验中汞开始大量进入煤样时的压力，或者是非润湿相开始大量进入煤样最大喉道的毛细管压力，亦称入口压力或门限压力)、饱和度中值压力(毛细管曲线上饱和度为50%所对应的毛细管压力)、饱和度中值半径(饱和度中值压力对应的孔隙半径)等参数。压汞实验采用手选纯净的煤样，统一破碎至2mm左右，尽可能地消除样品中矿物杂质及人为裂隙和构造裂隙对测定结果的影响。上机前将样品置于烘箱中，在70〜80°C的条件下恒温干燥12h,然后装入膨胀仪中抽真空至pv6.67Pa时进行测试。采用美国MICROMERITICSINSTRUMENT公司9310型压汞微孔测定仪，仪器工作压力为0.0035〜206.843MPa,分辨率为0.1mm3,粉末膨胀仪容积为5.1669cm3,测定下限为孔隙直径7.2nm，计算机程控点式测量,其中高压段(0.1655WpW206.843MPa)选取压力点36个，每点稳定时间2s,每个样品的测

试量为3g左右。2）低温氮吸附法（BET法）低温氮吸附法测试所用仪器是ASAP2000比表面及孔径分布测定仪（GB/T5816-86）。将煤样品粉碎过筛，取粒径60〜40目（颗粒直径为0.28〜0.45mm）的样品5g~10g，在105°C条件下烘8h后进行实验。测量原理是基于BET多层吸附理论，煤岩表面分子存在剩余的表面自由场，气体分子与固体表面接触时，部分气体分子被吸附在固体表面上。当气体分子的热运动足以克服吸附剂表面自由场的位能时发生脱附，吸附与脱附速度相等时达到吸附平衡。当温度恒定时，吸附量是相对压力p/p0（平衡后系统压力/氮气的饱和蒸汽压）的函数，吸附量可根据玻义耳—马略特定律计算。测得不同相对压力下的吸附量，即可得到吸附等温线。由吸附等温线即可求出比表面积和孔径分布（SY/T6154—1995）。实测的孔径范围一般为0.35〜350nm,包括了部分中孔、全部小孔和部分微孔（Xogom分类，1961）。4、孔容与表面积孔容是煤中的孔隙体积，常用比孔容表示，即每克煤所具有的孔隙体积，单位为cm3/g。通过氦、汞透入密度的差值可以计算煤的总孔隙体积，即11V=——-—— （3-4）tPPHgHe式中，V—煤中全部孔隙体积，cm3/g；P—煤的汞侵入法所测密度，g/cm3；P—t Hg He煤的氦透入法所测密度，g/cm3。总孔容先随煤阶的增加而增大，后随煤阶的增加而减少，其拐点在焦煤附近（图3-6）。氏210+170.050.01)130.050.01"—go82 84 86 88 90 92图3-6 Cdmrnf/%据陈鹏（2001）煤的表面积包括外表面 粵外表面积所占比例极小，主要是内表面积。煤的内表面积用比表面积表示，即每克煤所具有的表面积，单位为m2/g。煤的比表面积大小与煤的分子结构和孔隙结构有关。测定煤比表面积有多种方法，如BET法（三位物理化学家名字的缩写），微孔体积法和气相色谱法等。用SANS法或CO2吸附法或纯氦比重技术进行计算的全部微孔（V2nm）的容积约为

0.2〜0.6cm3/g,而其孔隙数量约为IO2。个，微孔的比表面积，对于煤基活性炭来说约为500〜1000m3/g。由此可见微孔是决定吸附能力大小的重要因素。中孔（2nm~20nm）是那些能发生毛细凝聚使被吸附物质液化而形成弯液面的孔隙，其孔容积较小，约为0.015—0.15cm3/g，其表面积也较小。大孔（＞20nm）在技术上是不能实现毛细凝聚的。用BET法测定的煤比表面积表明无烟煤的比表面积最大，约230m2/g，次为褐煤，约200m2/g，高煤级烟煤150m2/g，低中煤级烟煤最小，约为60~80m2/g。这反映了煤化过程中煤分子空间结构的变化。5、煤的孔隙度煤的孔隙度是指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之百分比。其测试方法很多，通常据煤的真密度和视密度（容量瓶法）来计算，即TRD-ARDTRD-ARDTRDx100%3-5)式中，0—孔隙度，%；TRD—真密度，g/cm3；ard—视密度，g/cm30测定煤的真密度常用比重瓶法，以水做置换介质（以十二烷基硫酸钠溶液为润湿剂，使煤样在比重瓶中润湿、沉降并排除吸附的气体），根据阿基米德原理进行计算。用水作置换介质操作方便，但水分子的直径较大，不能进入很细的毛细管和微孔中，测得的真密度仅是近似值。用氦做置换介质可较准确地测定煤的真密度，氦的分子直径很小（0.178nm）能渗入微孔中，且对煤的表面不发生吸附作用。此外，测定煤的孔隙度还有煤油法（真空液体饱和法或高压液体饱和法）、氦气法、二氧化碳法（气体有效孔隙度测定法）等，这些方法都用的是干煤样，测试时改变了煤的结构，测得的孔隙度有一定的局限性。湿煤样的孔隙度测定的方法是混相驱替技术，得到的是动水孔隙度（割理孔隙度）。首先用水饱和岩心，然后用氦气驱替岩心中所饱和的水，驱出水量（减去死体积）称为可动水，用动水体积除以样品的总体积即得动水孔隙度。同样，该方法测得的也是割理孔隙度。用氦气驱替后，会有一部分水残留在样品中，因此该方法得到的是有效割理孔隙度。煤孔隙度的大小与煤级有关（表3-6），变化在2〜25%之间。褐煤的孔隙度最高，12〜25%，如内蒙古大雁褐煤孔隙度为17.42%，山东黄县褐煤孔隙度为12.91%；中等煤级烟煤孔隙度最低（肥煤、焦煤），为2〜6%左右。如河北唐山肥煤为6.10%，山西临县焦煤为6.18%；高煤级烟煤以后，由于分子排列规则化，孔隙度又有升高，约5〜10%。不同煤级孔径特征不同，褐煤和低煤阶烟煤以大孔为主，而高煤级烟煤和无烟煤则以微孔为主，中煤级烟煤则以小孔为主，部分为中孔和微孔。表3-6孔隙度与煤化程度的关系Rom/%0.150.370.450.570.630.700.851.091.121.361.851.912.69孔隙度/%24.7216.8412.919.187.787.506.946.366.106.186.246.406.20煤的孔隙性与煤岩成分有关。丝炭的孔隙度比镜煤大3~4倍，且以中孔、大孔为主，镜煤则以微孔和小孔为主。煤中的大孔和中孔有利于甲烷气体的运移；而小孔和微孔则与甲烷的吸附能力有关。6、孔隙形态及连通性

煤中有效孔隙包括开放孔和半封闭孔两种基本类型。根据压汞曲线“孔隙滞后环”特征，可对孔隙的连通性极及其基本形态进行初步评价。开放孔具有压汞滞后环，半封闭孔则由于退汞压力与进汞压力相等而不具“滞后环”。但一种特殊的半封闭孔—细颈瓶孔，由于其瓶颈与瓶体的退汞压力不同，也可形成“突降”型滞后环的退汞曲线（图3-7）。(c)(a) (b) (c)(a)(b)(c)(a) (b) (c)(a)(b)图3-7孔隙压汞滞后环与孔隙连通性（据秦勇，1994）图3-8孔隙形态类型（据秦勇，1994）（a）半封闭孔（b）开放孔（c）细颈瓶孔（a）半封闭孔（b）开放孔（c）细颈瓶孔低煤级煤、中煤级煤镜煤—亮煤的压汞线形进汞、退汞体积差（压力差）较大，滞后环宽大，退汞曲线微上凸，开孔较多，孔隙连通性最好；高煤级压汞线形具有一定的进汞、退汞体积差，滞后环窄小，孔隙多以开孔为主，但退汞曲线均呈下凹状，表明其中包括相当数量的半封闭孔隙；中、高级无烟煤（R 介于4.0%〜8.6%之间），进、退汞曲线相对闭合,o,max半封闭孔容相对增大（图3-8）。四、煤的分子结构煤大分子结构至今尚未定论，但对其定性的看法是较为一致的。煤基质是由不同分子量和化学结构组成的一系列相似化合物，无法用单一的分子模式来描述，只能描绘出化学结构相近和分子结构相似的煤分子模式，即“基本结构单元”（BSU）。一般认为煤大分子主体结构单元是缩合芳香环体系（芳香层单元），它们通过交联键、各种桥键和官能团连接起来。煤大分子结构随变质程度的加深，逐步脱氧、脱氢，芳构化和缩合度增大，平均面网间距d002减少（图3-9）。AT艾鲁尼（1992）对瓦斯压力超过1.5MPa的饱含瓦斯煤样所作的X射线结构分析表明，在分子尺度上，随着瓦斯的饱和过程，在宏观上只发现样品的体积按指数函数增加，而煤大分子形变有三种类型（图3-10）：①当煤样d002初始值V0.385nm,d002呈指数函数减少；②当煤样d002初始值在0.385〜0.398nm之间，瓦斯压力为0〜1.8MPa的区间内，d002呈指数函数减少，瓦斯压力大于1.8MPa后，002单调地增大;③当煤样d002初始值在〉0.4nm，饱和过程最复杂，瓦斯压力在0〜2.2MPa的区间内，d002减少到0.365〜0.36nm,瓦斯压力在2.2〜6.1MPa区间内d002快速增大到0.425〜0.428nm,压力进一步增大,dQQ2又减小到0.415〜0.418nm。当煤被水饱和，也出现类似过程。由此可见，煤大分子结构吸附气、水介质后微观机理十分复杂，d002间距随压力和初始距离呈阶段性变化。传统观点认为煤是三维聚合结构，通过网状桥（共价键）结构进行连接。但人们已经认识到保存在煤的三维结构中仍有许多分散的“小分子”物质，如甲烷、二氧化碳、水及油、焦油、芳香烃等。近来煤层气研究中，人们发现强调共价键在煤结构中的连接作用的重要性要比想象的要小得多，相反，分子间的弱作用力如氢键和范得华力则显得更为重要。为此，

d0020.430 2 4 6 8 10p/MPa0.410.390.370.350.33nmd0020.430 2 4 6 8 10p/MPa0.410.390.370.350.33nm图3-9面网间距（d002）与煤变质程度图3-10面网间距d002与瓦斯压力的关系（Vdf）关系（据A.T艾鲁尼，（Vdf）关系（据A.T艾鲁尼，1992）daf（据A.T艾鲁尼，1992）煤构成的“两端元模式”首先把煤划分成有机质构成和无机质构成两大类。有机质构成部分又可进一步分为“大分子基质”和“分子”物质两部分。“分子”物质部分又可进一步分为两类：1）固结部分，这部分由于其大小、形态及结合强度，使得这些分子物质不能在煤结构里快速运动；2）松散小分子，如甲烷、二氧化碳、水和其它物质，其中甲烷是有经济价值的，是煤层气的主要部分。为了区别煤结构里固体物质和松散物质，虽然有很多的专门的分析技术来鉴定煤的构成，如真空蒸馏法、热处理法、溶剂萃取法、H—NMR分光镜法，但其结果因方法的不同而相差甚远。煤构成的两端元模式早在上世纪已被人接受，但在最近才得到广泛接受和应用。该模式在解释煤结构特征以及煤储层特征方面具有很大的实用价值。必须清楚地认识到无论是“分子物质”还是“大分子基质”，它们都不是均质体。因此，在煤化作用过程中，其成分都在发生变化。例如，低煤阶的煤，其分子组成主要是水、甲烷；中等煤阶煤，主要是油、焦油、沥青物质、甲烷；高煤阶煤，主要是甲烷和水。但现今保存在煤层里的是它们的混合物。由于这一系列过程都发生在煤化作用过程中，所以煤的分子构成和富集程度不是固定的，而是有着显著地变化。低煤阶煤，以压实脱水为主，水充填了煤的孔隙；当煤进入“生油窗”时，水含量减少到15％~20％，到生油高峰期，水含量减少到不足2％；当煤过了“生油窗”之后，水分含量又有所增大。水分含量除受物理压实作用影响外，还与亲水基团和羟基基团及碳酸根基团有关。第三节孔裂隙发育的地质控制煤储层孔裂隙发育受多种因素影响，归纳起来主要有下列8种：①煤化作用的类型和程度；②煤岩成分、类型和厚度；③煤中矿物质含量及赋存状态；④煤层结构与煤体结构；⑤煤层总厚度或分层厚度；⑥古构造应力场；⑦水文地质条件；⑧构造变形样式。一、孔隙发育的地质控制1、 煤化作用程度和类型煤的孔径分布和煤化程度有着密切的关系。在煤化作用早期阶段（R<0.65%），即第o,max一次煤化作用跃变期间，煤中芳环层细小，随机分布，孔隙发育。在机械压实和脱水作用下，孔隙体积迅速减少，尤其是大中孔隙降至最低点。而微孔和小孔对这种作用相对大中孔而言有一定滞后现象，到R=1.3%，即第一次煤化作用跃变阶段才降至最低点。当R>1.3%,o,mao,ma煤分子中所有含氧官能团基本脱落，压实、脱水作用在该阶段影响较弱。随煤化作用的进一步增加，煤的分子结构在以温度为主的因素控制下，芳香化程度显著增高，芳环层增大，且出现定向排列。这种部分分子结构的调整就形成了一系列微孔和小孔，多属于气孔，同时也导致大、中孔持续减少。在Ro,ma=4.5%时，芳香化程度进一步升高，芳香叠片急剧增大，o,ma这种大规模缩聚作用导致微孔和小孔体积减少。表3-7列出我国一些煤的孔隙结构参数。表中排驱压力是指压汞时按50％的进汞量所对应的压力，对于压汞曲线规则的煤样，用开始正常大量进汞的压力（门限压力）定为排驱压力。泥炭和褐煤由于其大孔发育.其排驱压力值很小，约160〜200Pa；—般煤样的排驱压力波动在1000〜3000Pa之间。表中煤孔隙的内表面积，由于测法不同，数值有较大的差别，总的来说，BET法较压汞法获得的数值普遍低些。这主要是由于计算时所用的数学模型不同所致。表列孔隙体积百分比分类，是按Xogot（1961）的孔隙分类来计算的。为了便于观察，图3-11示出了我国—些煤的孔径分布图。褐煤的孔径分布曲线，其斜率的变化不大，表明其孔隙大小的分布较为均匀，如图3-11（a），其中104〜105nm的大孔和2~l0nm的微孔明显占多数。到长焰煤阶段微孔显著增加，而大孔、中孔则明显减少（图3-11（b））。到中等煤化程度的烟煤阶段，其孔径分布曲线表现出先陡后缓而再陡的形态。到高变质煤如瘦煤、无烟煤，微孔占大多数，而孔径大于100nm的中孔、大孔仅占总孔容的10%左右。此外，煤的变质类型对煤的孔隙分布也有一定的影响。同煤化程度的煤，区域岩浆热变质作用比深成变质的煤富含有更多的气孔。2、 显微组分不同的显微组分，孔隙发育程度差别较大。丝质体孔隙最发育，植物胞腔保存最好；镜质组孔隙较发育，其植物胞腔保存较好；壳质组仍有生物孔存在，但数量少；碎屑组分植物胞腔很难保存，树皮体内存在的胞腔多被充填，孔隙不发育。不同的显微亚组分，也含有不同类型和级别的孔隙，如镜质组中的基质镜质体，多含一些小孔或微孔。对残留植物组织孔而言多属中、大孔，如丝质体胞腔。3、 矿物含量矿物质对煤的孔隙产生二方面的影响：1）它充填了一部分大、中孔隙，使煤的总孔容下降；2）矿物本身可能存在一些孔隙，如晶间孔，对煤的孔隙有微弱贡献。但矿物对煤层气吸附能力远低于煤，矿物含量增高，尽管内部可能含有许多孔隙，但总体是不利于煤层气吸附赋存的。大量资料表明，随矿物含量增高，煤的孔隙度逐渐降低，特别是大、中孔隙的

减少更为迅速。4、煤体结构瓦斯地质学中对煤体结构进行的宏观分类是根据煤体破坏程度进行的，可分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。煤体结构破坏愈强烈，孔隙体积愈大，且有较多的大、中型孔隙。即糜棱煤中总孔容最高，原生结构煤最低（等变质程度，同一地区，）表面积也如此。10°10JIO210Jio4LO5

孔隙半径图3-11各种煤的孔径分布图据陈鹏（2001）（日）宜良福煤;（b）卑新长焰煤；2）淮南气煤？（出唐山肥煤p2）天府瘦煤;（f）阳泉无烟煤

表3-7煤的孔隙结构参数表采样地点时代煤类Ro,max%孔隙度/%比表面积孔容进汞量m3/g平均孔隙半径nm孔BET法m2/g压汞法m2/g微孔过渡黑龙江密山Q泥炭0.1524.728.627.130.20615.219.7云南宜良N褐煤0.3716.843.028.810.15210.52.71山东黄县E褐煤0.4512.9113.048.230.1305.455.01辽宁抚顺E气煤0.63-0.687.641.421.040.0514.856.91，内家古大雁J-K32褐煤0.4017.422.125.2850.16613.221.720辽宁阜新J-K32长焰煤0.590.578.445.390.0934.180.71辽宁铁法」厶J-K32肥煤1.118.85374.554.480.1124.169.112甘肃窑街」厶J12藻煤0.596.541.49.090.0224.761.71新疆米泉J12气煤0.707.502.127.180.15411.322.9817四川永荣T3气煤0.856.940.220.550.0474.558.92贵州水城3匕气煤0.656.812.236.780.0703.873.0湖南邵东P2气煤0.756.631.726.180.0927.039.02（浙江长广匕气煤0.768.45<0.117.960.0586.444.48四川天府三矿匕瘦煤1.856.240.318.690.0384.168.5四川天府一矿匕贫煤1.916.40<0.117.050.12314.419.63安徽淮南BP22气煤0.756.810.919.890.088.238.21安徽淮南AP12气煤0.726.980.222.410.847.537.11河北唐山（8煤）P11肥煤1.096.36<0.118.880.0626.543.112河北临县（5煤）P1肥煤1.126.100.916.120.0465.748.61河北临县（8煤）C3焦煤1.366.18<0.118.120.0687.536.810内家古准格尔C3长焰煤0.579.182.632.250.0764.758.72山西平朔C3长焰煤0.367.780.422.510.1029.031.99山西阳泉（12煤）C3无烟煤2.696.201.211.790.0284.766.320新疆乌鲁木齐J12长焰煤0.628.2270.90.06745.73新疆白杨河长焰煤0.626.5798.30.04363.625、 断裂断裂可使煤的孔隙度增加（表3-8）。距断裂越近，大中孔隙体积和总孔容越大，而小孔、微孔体积变化不大。此外，张性断层使煤的大中孔隙增多，压性断层使煤的中孔增加表3-8断裂作用对煤的孔隙特性的影响（据苏现波，2001）断层性质距断层距离（m）总孔容(cm3/g)孔面积（m2/g）孔隙体积（cm3/g）排驱压力（X105Pa）微孔小孔中孔大孔正断上100.05313.780.02090.00800.00770.001641.2层（丰盘200.04717.280.02720.00950.00450.0058172.2城矿下300.04916.440.02550.00900.00410.010497.3区）盘300.04216.840.02550.00880.00370.0039247.6二、裂隙发育的地质控制煤层结构和厚度主要影响裂隙的连通性，而古构造应力场和构造变形样式则分别对裂隙的方位起控制和改造作用，静水压有利于裂隙的张开，而一定矿化度的水常生成大量自生矿物，则造成裂隙充填。1、煤级在深成变质、岩桨热变质和动力变质作用诸方式中，以深成变质基础上的区域岩桨热变质有利于煤层裂隙的发育和张开。微裂隙、显微裂隙发育程度也与煤级有关，以中煤级煤最煤光亮煤的面割理密度与煤级之间的关系图（图3-12）40卜 I I I I H 1煤光亮煤的面割理密度与煤级之间的关系图（图3-12）40卜 I I I I