煤与含煤岩系

第五章煤与含煤岩系学习目的意义煤的形成、煤的分类及煤的形成时代等是煤矿地质学研究的主要内容之一，它们与煤矿的安全开采也有一定的关系。不同环境、不同时代及不同类型的煤，其煤层厚度、瓦斯含量等都有很大差别，进而影响到煤矿的开采方式、通风作业等。因此，掌握煤的形成环境、分类及形成时代等是非常必要的。

主要内容第一节煤的形成第二节煤的性质及分类第三节含煤岩系第四节聚煤盆地与煤田重点、难点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条件及类型。第五章煤与含煤岩系二、成煤作用一、成煤原始物质

重点、难点：煤化作用及变质作用类型。第一节煤的形成一、成煤原始物质

左：3亿年前的沼泽，在恐龙生活之前，很多巨大的植物在沼泽中死亡了。

中：1亿年前，水体，数百万年之后，植物被水体和泥土掩埋。

右：岩石与泥土，在温度和压力作用下，死亡的植物体转变成了煤。第一节煤的形成煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、物理化学作用转变而形成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程称为成煤作用。有两个阶段：泥炭化作用与腐泥化作用（阶段）煤化作用（阶段）二、成煤作用

第一节煤的形成二、成煤作用

第一节煤的形成成煤的第一节阶段（泥炭化阶段）：植物遗体在地表湖沼或海湾环境中，经历复杂的生物化学变化形成泥炭或腐泥。成煤的第二阶段（煤化作用阶段）1、褐煤的形成（成岩阶段）：2、烟煤的形成（变质作用阶段）：第一节煤的形成成煤作用的阶段划分

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。

第一节煤的形成泥炭沼泽

2、腐泥化作用

指低等植物和浮游生物遗体在湖泊、泻湖和海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用。

第一节煤的形成

3、煤化作用泥炭或腐泥转变为褐煤、烟煤、无烟煤、超无烟煤的作用。分为2个阶段：煤成岩作用、煤变质作用。

（1）煤成岩作用(褐煤的形成)指泥炭或腐泥被掩埋后，在地温、压力等因素的影响下，经压实、脱水、固结等，转变成褐煤和腐泥褐煤的作用。发生在地下200~400m的浅层。第一节煤的形成

（2）煤变质作用(烟煤的形成)指褐煤在地下受相对较高的温度、压力、时间等因素的影响转变为烟煤、无烟煤等的地球化学作用。

（3）影响煤化作用的因素

a.温度温度因素最为重要，使煤结构发生化学变化

b.时间c.压力使煤的物理结构发生变化第一节煤的形成

4、煤的变质作用类型根据引起煤变质的主要因素及其作用方式等，将煤的变质作用划分为：

（1）煤深成变质作用：煤形成后，受地热及上覆岩层静压力作用下，使煤发生变质的作用。

（2）煤区域岩浆热变质作用：大规模岩浆侵入含煤岩系或其外围，导致区域内地热增高，使煤发生变质的作用。

第一节煤的形成（3）煤接触变质作用：指各种岩床、岩墙、岩脉等浅成岩体侵入或接近煤层时，在岩浆热液与挥发性气体等影响下，使煤发生变质作用。（4）煤动力变质作用：由于断裂或褶皱所产生的构造应力和伴随的热效应，使煤发生变质的作用。第一节煤的形成二、煤的物理性质第二节煤的性质及分类三、煤的工艺性质一、煤岩组成四、煤的工业分析五、煤的分类1、腐植煤的煤岩成分与宏观煤岩类型一、煤岩组成指肉眼能观察到的煤的基本组成单位。

1、镜煤

2、丝炭

3、亮煤

4、暗煤

（1）煤岩成分第二节煤的性质及分类一、煤岩组成a.镜煤：颜色最深、光泽最强，质均匀而脆,具有贝壳状断口。镜煤的挥发分和含氢量高,粘结性强,适宜于作炼焦低温干馏,气化,液化等的原料.。

b.丝炭：外观像木炭，呈灰黑色，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆易碎。丝炭含氢量低,含碳量高,没有粘结性丝炭一般不能液化。第二节煤的性质及分类第二节煤的性质及分类c.亮煤：最常见的煤岩成分，不少煤层以亮煤为主,甚至全部由亮煤构成。亮煤可以用作炼焦,气化,低温干馏等的原料.d.暗煤：光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密，相对密度大，坚硬而具韧性。在煤层中,可以由暗煤为主形成较厚的分层,甚至单独成层。暗煤不宜用来炼焦,但它是低温干馏的良好原料.。宏观煤岩类型光泽镜煤＋亮煤光亮型煤光泽极强>80%半亮型煤光泽较强80%--50%半暗型煤光泽暗淡50%—20%暗淡型煤光泽极暗<20%（2）宏观煤岩类型根据煤的总体相对光泽强度和光亮成分的含量。2、煤显微组分指光学显微镜下能够辨认的煤的有机组分。

（1）镜质组：最常见、最主要的组分；氧含量较高，氢含量中等，碳含量较低等。

（2）壳质组：称稳定组。氢含量和挥发分一般较高。第二节煤的性质及分类

（3）惰质组：主要包括丝质体、半丝质体、粗粒体及碎屑惰质体等。碳含量最高，氢含量最低，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：单质硫有机硫无机硫煤中全硫（St,d%）的分级

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、煤的性质第二节煤的性质及分类煤的物理性质：光泽、颜色、硬度、脆度、比重、断口、裂隙等方面。

1、光泽：从土状（褐煤）

→从似金属光泽（无烟煤）；

2、颜色：褐色（褐煤）

→黑色（烟煤）→钢灰色（烟煤）；

3、硬度：中等（褐煤）→低（烟煤）→高（无烟煤）；

4、脆度：小（褐煤）→大（烟煤）→小（无烟煤）；

5、比重：随变质程度增加，比重也增加；

6、断口：无烟煤；

7、裂隙：内生裂隙外生裂隙（二）煤的物理性质第二节煤的性质及分类

粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气情况下加热到一定温度时，煤的颗粒相互粘结成焦块的性质。

结焦性：粉碎后的煤在隔绝空气受热后生成优质焦炭的性质。1、煤的粘结性和结焦性三、煤的工艺性质第二节煤的性质及分类指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热值。煤炭分类重要指标，一般煤中含碳量为85%时，发热量最大。

中国原煤发热量一般5000大卡左右。2、煤的发热量指经过气化可产生做燃料用的动力燃料和供化学合成原料用的合成煤气。主要包括煤的反应性（活性）、煤的落下强度、煤的热稳定性、灰熔融性、灰粘度及结渣性。3、煤的气化性能第二节煤的性质及分类指将煤中的有机质转化成液态产物的加工过程。4、煤的液化性能

选煤：利用煤与矿物杂质物理化学性质的不同，设法除去其矿物杂质的过程。5、煤的可选性

煤的可选性：把矿物杂质从煤中分离出来的难易程度。

第二节煤的性质及分类

1、水分（W）

水分的来源：植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱水，地下水，开采、运输中掺入；存在状态：①外在水分（Mf）:大毛细管（d>200nm）中的游离水；②内在水分（Minh）:存在d>200nm中的吸附水Minh≈Mad（空气干燥基水分）；③结晶水（化合水）：以分子或离子形式参加矿物晶格构造的水分。如：

CaSO4•2H2O、Al2O3•

SiO2•2H2O

四、煤的工业分析第二节煤的性质及分类

2、煤的灰分（A）

指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余；灰分划分等级（A%

）

特低灰煤低灰煤中灰煤富灰煤高灰煤

<1010~1515~2525~40>40%

第二节煤的性质及分类灰分是煤中的有害物质，灰分越高，煤的质量越差。但煤灰渣也可以作为一种资源利用，如制造复合肥、提取氯化铝以及一些稀有元素。第二节煤的性质及分类4、固定碳（FC）

FC不是纯碳，是由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ组成的混合物。随煤阶的增高，煤的固定碳产率也逐渐升高。3、挥发分（V）粒级<0.2mm，1g，隔绝空气，900±10℃，7min，测得V，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关；第二节煤的性质及分类将煤样加热到110°时所失去的重量隔绝空气继续加热到850°时所失去的重量通入空气燃烧后剩下的为灰分，失去的为固定碳水分挥发分灰分固定碳按煤化程度和工艺性能，将煤炭分为14类，常用的有8种，即无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤、褐煤。

五、煤的分类第二节煤的性质及分类二、古地理类型第三节含煤岩系重点、难点：掌握含煤岩系的成因标志。一、概念三、成因标志第五章煤与含煤岩系指一套含有煤层并且在成因上有联系的沉积岩系,也称为含煤地层。

最大的特征是含有煤层，含煤岩系不是区域性的地层单位，其界线不一定与地层划分相吻合，比如我国东北的石炭—二叠纪煤系，就跨越两个地质时代。含煤岩系的形成时代从古生代（主要是晚古生代）至新近纪（第三纪）。主要受控于它形成时的古构造和古地理环境。一、概念第三节含煤岩系

含煤岩系古地理指含煤岩系形成过程中起主要支配作用的沉积环境、地貌景观。二、古地理类型第三节含煤岩系(1、浅海型含煤岩系2、近海型含煤岩系3、内陆型含煤岩系)不同类型的含煤岩系在厚度、岩性、含煤层数、结构等方面有一定的差异。

1、浅海型含煤岩系

指煤盆地经常处于浅海环境中形成的含煤岩系。沉积物主要为石灰岩、钙质泥岩、泥岩等。

煤为腐泥煤，有机组分：菌、藻类，含硫分、灰分高。第三节含煤岩系

2、近海型含煤岩系指煤盆地长期处于海岸线附近的环境中形成的含煤岩系。煤系特点：分布广、横向上岩性、岩相变化不大，煤层层位比较稳定。煤层厚度不大，但煤层数目较多。标志层石灰岩层数也较多。煤层含硫量高。第三节含煤岩系

3、内陆型含煤岩系指煤盆地在内陆环境中形成的含煤岩系。煤系特点：岩性、岩相变化较大；碎屑物质颗粒较粗，分选性、磨圆度较差；煤层数目不多，但厚度大，煤层厚度变化大，煤层结构复杂。第三节含煤岩系第三节含煤岩系第三节含煤岩系和煤田三、含煤岩系的组成含煤岩系由煤层和沉积岩组成，其中与煤矿生产最为密切的有顶板、底板、煤层和标志层。第三节含煤岩系和煤田（二）煤层的顶板、底板

1．顶板顶板指位于煤层上方一定距离的岩层。根据顶板岩层岩性、厚度以及采煤时顶板变形和垮落难易程度，将顶板分为三种：伪顶直接顶基本顶

第三节含煤岩系和煤田（二）煤层的顶板、底板

1．顶板

(1)伪顶是指直接覆盖在煤层之上的薄层岩层。岩性多为碳质页岩或碳质泥岩，厚度不大，一般为几厘米至几十厘米。它极易垮塌，常随采随落，所以它都混杂在原煤里增加了煤的含矸率。第三节含煤岩系和煤田（二）煤层的顶板、底板

1．顶板

(2)直接顶：位于伪顶之上。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度为1～2m左右。它不像伪顶那样容易垮塌，但采煤回柱后一般能自行垮落，有的经人工放顶后也较易垮落。直接垮落后都充填在采空区内。第三节含煤岩系和煤田（二)煤层的顶板、底板

1．顶板

(3)基本顶：又称“老顶”。位于直接顶之上。岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度较大，强度也大。基本顶一般采煤后长时期内不易自行垮塌，只发生缓慢下沉。第三节含煤岩系和煤田2．底板底板指位于煤层下方一定距离的岩层。底板分为直接底和老底两种。

(1)直接底：指煤层之下与煤层直接接触的岩层。它往往是当初沼泽中生长植物的土壤，富含根须化石，所以又称为根土岩。岩性以碳质泥岩最为常见，厚度不大，常为几十厘米。（二)煤层的顶板、底板

第三节含煤岩系和煤田2．底板

(2)老底指位于直接底之下的岩层。其岩性多为粉砂岩或砂岩，厚度较大。

（二)煤层的顶板、底板

第四节聚煤盆地与煤田二、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内形成含煤岩系的盆地。第四节聚煤盆地与煤田2、聚煤盆地的形成条件

（1）古植物植物遗体的大量堆积是聚煤作用发生的物质基础。

（2）古气候是植物繁衍、植物残体泥炭化和保存的前提条件。聚煤盆地形成于潮湿气候带覆盖区，并随其迁移而迁移。第四节聚煤盆地与煤田

（3）古地理环境

适宜的沉积古地理环境为沼泽发育、植物繁盛和泥炭聚集提供了天然场所。形成分布面积较广的煤层，必须有适于发生大面积沼泽化的自然地理条件。第四节聚煤盆地与煤田（4）古构造泥炭层的聚积，要求地壳发生缓慢下降，下降速度=植物遗体聚积速度。泥炭层的保存并转变成煤层，要求地壳大幅度的沉降。为了使同一地区形成较多的煤层，要求地壳在总的下降过程中发生多次的升降或间歇性的下降。第四节聚煤盆地与煤田二、煤田

1、煤田与煤产地概念

（1）煤田：指同一地质时期形成，并大致连续发育的含煤岩系分布区。面积一般由几十到几百平方千米。如辽宁阜新煤田等。

（2）煤产地：指受后期大地构造变动和剥蚀作用而分隔开的一些单独的含煤岩系分布区，或面积和煤炭储量均较小的煤田。煤产地可对应于矿井或矿区范围。第四节聚煤盆地与煤田我国地质历史上，聚煤作用较强的时期有7个，它们分别是早石炭世、晚石炭世－早二叠世、晚二叠世、晚三叠世、早－中侏罗世、晚侏罗世－早白垩世、第三纪。聚煤作用较强的三个时期是：石炭～二叠纪、三叠～侏罗纪、第三纪。其中最强的有2个，即晚石炭世－早二叠世、早－中侏罗世。2、聚煤期第