第五章 煤及含煤岩系

煤矿地质学第五章煤及含煤岩系5.1煤的形成5.2煤的物质组成和性质5.3煤的分类和用途5.4含煤岩系[习题][本章提要]5.1成煤作用返回本章首页5.1.1成煤的必要条件5.1.2成煤作用5.1.1成煤的必要条件（一）植物条件陆生高等植物、低等植物菌藻类、浮游生物。（二）气候条件潮湿、温暖形成具有开采价值的煤层必须具备下列四个条件：5.1.1成煤的必要条件（三）自然地理条件形成分布面积较广的煤层，必须要有大面积沼泽化的自然地理条件。（四）地壳运动条件地壳下降速度=植物遗体堆积速度5.1.2成煤作用成煤作用是指从植物死亡堆积到形成煤炭的整个变化过程。（一）泥炭化或腐泥化作用阶段1、泥炭化作用

高等植物遗体在泥炭沼泽中，经受复杂的生物化学和物理化学变化转变成泥炭的过程。5.1.2成煤作用（一）泥炭化或腐泥化作用阶段1、泥炭化作用

在沼泽这种特殊的环境中，一方面因雨量充沛，温暖湿润，有利于植物尤其是高等植物的繁殖生长；另一方面因存在不深的积水，植物遗体沉入水底，被水覆盖得以保存不被氧化，为成煤提供了原始物质。

随着植物遗体的堆积和分解，从沼泽的表层到底层，氧化环境逐渐转化为还原环境。这时在厌氧细菌的参与下，发生了分解产物之间的合成作用和分解产物与未分解的植物遗体之间的相互作用，形成了新的合成物质——腐植酸和沥青质等。这些新物质与尚未分解的植物遗体，以及由地表流水携入的泥沙混合在一起形成了泥炭。高等植物泥炭5.1.2成煤作用（一）泥炭化或腐泥化作用阶段2、腐泥化作用

在缺氧的还原条件下，菌藻类植物或浮游生物在厌氧细菌的作用下逐渐转变成沥青质腐泥的过程。菌藻植物、浮游生物腐泥5.1.2成煤作用（二）煤化作用阶段

泥炭或腐泥形成后，被上覆沉积物覆盖掩埋，在经受长期的以沉积物静压力为主的作用力的作用下，被逐渐压实、脱水、固结，进而转变为腐泥煤或腐植煤的变化过程。泥炭褐煤烟煤、无烟煤腐泥腐泥煤5.2煤的物质组成和性质返回本章首页5.2.1煤的物质组成5.2.2煤的物理特征5.2.3煤的性质5.2.1煤的物质组成（一）煤的元素组成

1．碳（C）煤中有机质的主要成分，也是煤燃烧过程中产生热量的重要元素，每一千克纯碳完全燃烧时能放出34.107MJ的热量。煤中碳含量越多，煤的发热量越高。煤中碳含量随煤的变质程度的加深而增加。5.2.1煤的物质组成

2．氢（H）煤中有机质的第二个主要成分，也是煤燃烧过程中产生热量的主要元素，每kg氢完全燃烧时能产生143.248MJ的热量，为碳元素的4.2倍。腐泥煤的氢含量比腐植煤高;氢含量随着变质程度的加深而减少。3．氧（O）氧是煤中不可燃的元素，但可以助燃。氧含量随煤化程度的加深而减少。5.2.1煤的物质组成

4．氮（N）

煤中有机质氮含量较少，主要来自植物中的蛋白质，也有一部分可能来自细菌活动的产物。一般随煤化程度加深而略趋于减少。5．硫（S）

将煤分为五级：特低硫煤、低硫分煤、中硫分煤、中高硫煤、高硫分煤5.2.1煤的物质组成

6．磷（P）

煤中的含量极低，一般低于0.1%，最高也不高于1%。其危害极大，如炼焦时可使钢材具有冷脆性。7．其它元素

煤中还存在许多稀有元素及放射性元素，如锗（Ge）、镓（Ga）、铀（U）、钒（V）、砷（As）、氯（Cl）等。

5.2.1煤的物质组成（二）煤岩组分1、丝炭2、镜煤3、亮煤4、暗煤（三）煤岩类型1、光亮型2、半亮型3、半暗型4、暗淡型煤化程度光泽颜色条痕褐煤无光泽或暗淡沥青光泽褐色、深褐色、黒褐色浅棕色、深棕色长焰煤沥青光泽黑色、带褐

深棕色气煤强沥青光泽、弱玻璃光泽

黑色

棕黑色肥煤玻璃光泽黑色，带棕焦煤强玻璃光泽瘦煤

黑色贫煤金刚光泽黑色、有时带灰无烟煤似金属光泽灰黒色、带古铜色、钢灰色灰黒色5.2.2煤的物理特征（一）颜色、条痕、光泽5.2.2煤的物理特征（二）硬度、脆度按摩氏硬度计，一般煤的硬度介于1-4之间。褐煤和焦煤硬度最小，约为2-2.5；无烟煤硬度最大，接近4。脆度与硬度刚好相反。（三）密度密度随变质程度的增高而增大。5.2.3煤的性质（一）工业分析指标1、水分（W）:外在水分:润湿在煤的表面和大气毛细孔中的水分。内在水分:将除去外在水分以后的风干煤样，加热到102°~

105°时所失去的水分，既吸附、凝聚在煤内部毛细孔隙中的水。

煤中的全水分=外在水分+内在水分5.2.3煤的性质（一）工业分析指标2、灰分（A）:煤完全燃烧后，其中矿物质的固体残余。灰分对煤炭燃烧、加工利用都带来不利的影响：（1）灰分降低煤的发热量；（2）增加运输成本；（3）导致高炉减产。5.2.3煤的性质（一）工业分析指标3、挥发分（V）：在隔绝空气的条件下，将煤在（900±10）℃温度下加热7分钟时，煤中的有机质和一部分矿物质就会分解成气体和液体逸出，用逸出物减去煤中的水分即为挥发分。挥发分在一定程度上反映了煤中有机质的性质、煤的变质程度，因此它是目前我国煤炭分类的第一指标。变质程度越高挥发分越低。5.2.3煤的性质（一）工业分析指标4、固定碳（FC）：测定挥发分时，剩下的不挥发物质称为焦渣，焦渣减去灰分即为固定碳。固定碳=焦渣-灰分

变质程度越高固定碳越高。

固定碳与挥发分的比值叫做燃料比。5.2.3煤的性质（二）工业性质指标1、发热量:单位重量的煤完全燃烧所产生的热值。从褐煤到焦煤随变质程度的增高而增大，从焦煤到无烟煤随变质程度的增高又略有减少。2、粘结性:煤粒（一般直径小于0.2mm）在隔绝空气受热后，能否粘结其本身或惰性物质（即无粘结能力的物质）成块的性质。3、结焦性:煤粒隔绝空气受热后，能否生成优质焦炭的性质。5.2.3煤的性质（二）工业性质指标4、热稳定性:煤在燃烧或气化过程中，在高温环境下保持原来煤块粒度的程度。5、机械强度:煤块受外力作用而破碎的难易程度。6、可选性：煤在洗选过程中去除其中的夹矸和矿物质的难易程度。5.3煤的分类和用途返回本章首页我国煤炭资源丰富，煤种齐全。为了合理利用煤炭资源，特制定了煤炭分类国家标准（GB5751-86），见表5-3-1。数码编号的十位数表示挥发分的多少，数码越小，挥发分越少。数码编号的个位数对烟煤表示粘结性，数码越小，粘结性越差；对无烟煤和褐煤则表示煤化程度，数码越小，煤化程度越高。5.4含煤岩系返回本章首页5.4.1含煤岩系5.4.2煤层厚度5.4.3中国的聚煤区5.4.1含煤岩系含煤岩系：

一套含有煤层并有成因联系的沉积岩组合，又称含煤地层、煤系、含煤建造。1、近海型煤系2、内陆型煤系5.4.2煤层厚度煤层厚度：

煤层顶底板之间的垂直距离。5.4.2煤层厚度

煤层按厚度分类露天开采地下开采薄煤层<3.5m<1.3m

中厚煤层3.5-10m1.3-3.5m