煤的形成和含煤岩系

第五章煤的形成和含煤岩系第一节煤的物质组成、性质与分类第二节成煤作用第三节煤系和煤田第一节煤的物质组成、性质与分类主要内容：一、煤岩成分和宏观煤岩类型二、煤的性质三、煤的分类一、煤岩成分和宏观煤岩类型

（一）煤岩成分

煤岩成分指肉眼能见到的煤的基本组成单位，又称为宏观煤岩类型，即丝炭、镜煤、暗煤、亮煤。

1.丝炭

灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和丝绢光泽；疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指；没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、易成煤尘；在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体，数量不多，但分布广。

2.镜煤

乌黑、光亮如镜、内生裂隙发育、结构均一、易碎、粘结性强；在煤层中不形成独立分层，以透镜或条带状散布于亮煤中；

3.亮煤灰黑、光泽较强、性脆易碎、内生裂隙发育、均一程度不如镜煤；化学工艺性质介于镜煤与暗煤之间，灰分含量较低；在煤层所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。

4.暗煤灰黑、光泽暗淡、致密坚硬、韧性较大；层理不清晰、矿物质含量较多，成分复杂、对煤质影响大；在煤层中所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。

（二）宏观煤岩类型

根据煤层的平均光泽强度及煤岩成分的组合情况，可将煤划分为光亮型、半亮型、半暗型、暗淡型四种类型。

1.光亮型煤

主要由镜煤、亮煤组成，光泽很强、内生裂隙发育，性脆易碎，中变质光亮型煤是炼焦最好用煤。

2.半亮型煤以亮煤为主，光泽强度次于光亮型煤，一般由较光亮和较暗淡的条带互层而显示出半亮的平均光泽，最常见。3.半暗型煤由暗煤、亮煤组成，以暗煤为主，光泽较暗，硬度、脆度较大，内生裂隙不发育。

4.暗淡型煤由暗煤组成，有时夹有镜煤和丝炭，光泽暗淡，层理不明显，硬度和韧性强，煤质较差。

注意：实际工作中，只有变质程度相同的煤才能互相比较和划分不同类型，划分的最小厚度一般为3～10cm。二、煤的性质

（一）煤的化学组成煤是有机物质和无机物质的混合物，其中有机质是主要成分，主要有C、H、O（占95％以上），还有N、S等。1.碳（C）

煤中主要成分，C越多煤发热量越高，含量随变质程度加深而增加。2.氢（H）煤中重要成分，其发热量是C的4.2倍。低等植物富含H，故腐泥煤H含量较腐植煤高。煤中H随变质程度加深而减少，烟煤中以气煤H含量最高。3.氧（O）

煤中氧随变质程度加深而减少，但变化较大。从褐煤、长焰煤、气煤到肥煤，下降显著；从焦煤、瘦煤、贫煤到无烟煤，下降幅度较小。4.氮（N）含量较少，随变质程度加深而略趋减少。在高温下可转化为氨（NH3）及其它氮的化合物。5.硫（S）

硫是煤中有害元素之一。煤中硫分为无机硫和有机硫（So），无机硫又分为硫化物硫（黄铁矿硫，Sp）和硫酸盐硫（石膏硫，Ss）。有机硫主要来自成煤植物。煤中硫的总和叫全硫（St），可根据煤的干燥基全硫含量St，d（％）将煤分级。6.磷（P）

主要存在无机矿物中，含量极低，但危害大，炼焦时磷进入焦炭使钢材具冷脆性，因此炼焦用煤要求P含量在0.02％~0.03％以下。7.其它元素煤中还有砷（As）、氯（Cl）等有害元素，还有锗（Ge）、镓（Ga）、铀（U）、锂（Li）、钒（V）等有益元素。

（二）煤的物理性质

1.颜色和条痕

颜色指新鲜煤块表面的自然色彩。随变质程度增加而变化：一般由褐煤、烟煤到无烟煤，其颜色从棕褐、褐黑、深黑到灰黑、钢灰色。

条痕指煤粉末的颜色，它与颜色相差不大。

2.光泽

指煤新鲜面的反光能力，随煤变质程度增加，光泽增强。在煤岩成分中以镜煤、亮煤变化显著，故以它们作为观察对象。3.密度指单位体积煤的质量（g/cm3）

影响因素（1）变质程度：越高、密度越大。（2）煤岩成分：暗煤大、亮煤次之、镜煤更次之。

分类：（1）真密度（2）视密度（3）相对密度4.硬度、脆度

硬度：抵抗外来机械作用的能力，摩氏硬度1~4之间。褐、焦硬度小，无烟煤最大；同变质程度的暗煤比亮、镜煤硬度大。

脆度：外力作用下突然断裂的难易程度。低、高变质程度煤脆度小，中变质程度煤大；煤岩成分中丝炭最大，镜煤次之，暗煤最小。5.裂隙

指成煤过程中，煤受到各种自然力作用而产生裂开现象。按成因分二类：

（1）内生裂隙：煤化作用过程中，受温度、压力影响，体积收缩而成。裂隙面平坦，垂直层理面，常出现互为垂直的两组，一组较密，另一组较稀，以中变质煤最发育。

（2）外生裂隙：煤层形成后受地质构造变动而成。裂隙间距较宽，可出现在煤层中任何部位，常穿过多个煤岩分层，与层理面斜交，其方向与附近断层方向大体一致。6.导电性

指煤传导电流的能力，以电阻率表示，它与煤的变质程度密切相关。褐煤多孔隙、湿度大、电阻率低；烟煤电阻率大，是不良导体；无烟煤电阻率小，具良好的导电性。

（三）评价煤质的常用指标煤的工业用途广泛，但对煤质要求各不相同。因此，煤的工艺性质分析是评价煤质的重要手段，评价煤质的常用指标有：

1.煤的工业分析指标

1）水分（M）按结合状态分成二类：（1）化合水（结晶水）是与煤中矿物成分呈化合形态的水。（2）游离水，又分为二类，二类之和又叫全水分（Mt）：①外在水分——煤表面和表面大毛细管吸附之水，易蒸发；②内在水分——煤内部小毛细管吸附水，常温不失去，加热到一定温度才失去。2）灰分（A）煤完全燃烧后剩下的残渣，主要成分为Al2O3、CaO、SiO2等，它们来自煤中矿物质，按灰分高低分为6级：级别特低灰煤低灰分煤低中灰煤中灰分煤中高灰煤高灰分煤Ad(%)≤5.005.01~10.0010.01~20.0020.01~30.0030.01~40.0040.01~50.00

3）挥发分（V）

隔绝空气的煤在（900±10℃）温度下加热Tmin，使有机质和部分矿物质分解所得气态物质称为挥发分。挥发分与煤中有机质性质、变质程度有关。泥炭为70％、褐煤为40~60%、烟煤为10~50％、无烟煤小于10％。

4）固定碳（FC）

测定挥发分剩下的焦渣减去灰分即为固定碳。是煤中有机质高温分解的残余物。

2.煤的工艺性质

不同工业用煤对工艺性质要求不同

1）粘结性

指粉碎的煤粒（直径<0.2mm）在隔绝空气加热后能否粘结成焦块的性质。它是评价炼焦用煤、干馏和气化用煤的指标。我国对烟煤粘结性是采用粘结性指数（G）、胶质层最大厚度（Y）、奥－亚膨胀度（b）以下三个指标分类：

2）发热量（Q）

指单位质量煤完全燃烧所产生的热值，用兆焦耳/千克（MJ/Kg）表示。在焦煤以前，发热量随变质程度加深而增加，焦煤后，发热量略有降低。据发热量大小将煤分为6级级别低热值煤中低热值煤中热值煤中高热值煤高热值煤特高热值煤QMJ/Kg8.50~12.5012.51~17.0017.01~21.0021.01~24.0024.01~27.00>27.00三、煤的分类（一）按煤的煤化程度和工艺性能分类

1.分类指标为：①Vdaf（干燥无灰基挥发分）②GR-I（烟煤的粘结性指数）③Y（烟煤的胶质层最大厚度）④b（烟煤的奥－亚膨胀度）⑤Hdaf（干燥无灰基氢含量）⑥PM（煤样透光率）⑦Qgr.maf(煤的恒湿无灰基高位发热量）其中：干燥无灰基是指完全不含水分、灰分（不包括可燃烧）的煤。

2.分类原则

①以煤化程度参数干燥无灰基挥发分(Vdaf)区分无烟煤、烟煤、褐煤；②以Vdaf和干燥无灰基氢含量(

Hdaf)

区分无烟煤中的小类；③以Vdaf、烟煤的粘结性指数(G)、烟煤的胶质层最大厚度(Y)、烟煤的奥－亚膨胀度(b)区分烟煤中的类别；④采用目视比色法透光率(PM)

区分褐煤和烟煤，及划分褐煤中的小类；⑤以煤的恒湿无灰基高位发热量(Qgr.maf)作为区分褐煤和烟煤的辅助指标。

3.分类按1986.10.1试行的中国煤田分类国家标准分为14大类29小类。其中14大类为：无烟煤

气肥煤贫煤中粘结煤贫瘦煤½中粘结煤瘦煤弱粘结煤焦煤不粘结煤

1/3焦煤长焰煤肥煤褐煤

烟煤（二）按煤的综合利用分类

1.炼焦用煤：在干馏炉中隔绝空气加热到1000℃左右，分解产出焦炉煤气、煤焦油、焦炭。

2.气化用煤：以CO2、H、O、H2O等为介质，经热化学处理，将煤转化为煤气。

3.低温干馏煤：在500－600℃干馏制取低温焦油、煤气等。

4.加氢液化用煤：将煤、催化剂、重油混合，高温高压下与氢作用转化成液、气态物质，进一步加工即得到汽油、柴油等。

5.燃烧用煤：利用价值最低，均使用较低劣的煤。第二节成煤作用主要内容：一、成煤植物二、成煤作用三、成煤必要条件

一、成煤植物

低等植物形成的煤叫腐泥煤。低等植物由单细胞或多细胞构成的丝状和叶片状植物体，最大的特点是没有根、茎、叶等器官的分化，构造比较简单，多数生活在水中。如褐藻、红藻，多在海洋边缘斜坡地区或边缘海盆地，这些地区营养丰富、环境优越，有利于植物的生长。从元古时代一直到早泥盆世之前，是菌藻类低等植物时代，这时期形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”。腐泥煤在我国的湖北、湖南、广东、广西、江西、四川、陕西等地的早古生代地层均有分布。储量以寒武纪最多，其次为早志留世。成为我国的第一个聚煤期。腐泥煤具有高灰、高硫和低热值的特点。（1）苔藓植物：绿色自养性的陆生植物，植物体是配子体，它是由孢子萌发成原丝体，再由原丝体发育而成的。（2）蕨类植物：植物体有根、茎、叶的分化和较原始的维管组织。高等植物有根、茎、叶等器官的分化,形成的煤叫腐植煤。（3）裸子植物：种子植物中较低级的一类。能产生种子的种子植物。但它们的胚珠外面没有子房壁包被，不形成果实，种子是裸露的，故称裸子植物。

（4）被子植物：被子植物有真正的花，故又叫有花植物；胚珠包藏在子房内，得到良好的保护。植物界最高级的一类，自新生代以来，它们在地球上占着绝对优势。鳞木（蕨类石松纲最著名的一属）苏铁

二、

成煤作用植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成煤作用。这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用。成煤作用分为泥炭化（腐泥化）、煤化阶段。（一）泥炭化（腐泥化）阶段植物繁殖、死亡、堆积，在微生物作用下不断分解、化合、聚积，高等植物形成泥炭，低等植物则形成腐泥。腐泥化作用（1）概念——低等植物和浮游生物在湖泊、泻湖、海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用。（2）腐泥——含大量水分的黑灰、黑褐色冻胶淤泥状物质。（二）煤化阶段泥炭或腐泥形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入了煤化作用阶段。此时生化作用停止，代之以物理化学作用。包括了二个连续过程：1、成岩作用泥炭（腐泥）在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤（腐泥煤）。2、变质作用褐煤继续在温度、压力、时间影响下转变为烟煤、无烟煤、天然焦或石墨。三、成煤必要条件

（一）植物条件成煤的物质基础（二）气候条件影响植物生长和植物的分解，温暖潮湿是重要的气候条件。（三）地理条件植物遗体的堆积场所。（四）地壳运动条件地壳均衡沉降（沉降速度与植物堆积速度平衡）

第三节煤系和煤田

主要内容：一、煤系及其类型二、煤系的组成三、煤田、聚煤期、聚煤区一、煤系及其类型（一）煤系的概念指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。

1、一定要在一套岩层系统中含有煤层；

2、主要由沉积岩组成，在地壳运动剧烈的地区，可能含有火山岩和火山碎屑岩；

3、含有大量的植物化石。（二）煤系的类型

煤系在地壳以沉降运动为主的振荡过程中形成的。由于振荡运动的性质与幅度不同，以及地理环境和范围的差异性，至使煤系的特点各不相同。1、近海型煤系是在滨海平原或泻湖，海湾以及浅海所成。由于地壳的小型振荡运动，时为浅海、时为陆地，发育广阔的沼泽。主要特点：1）分布面积一般较广；2）岩性、岩相均比较简单；3）标志层较多，旋回结构非常清楚，对比较易；4）煤层厚度较为稳定，但多数为薄—中厚煤层；5）煤层一般含硫量较高；6）含有大量的植物化石和海生动物化石；如：华北的石炭系煤系；华南二叠系煤系等。2、内陆型煤系位于陆地上的内陆盆地、山间盆地及山前盆地。在沉积过程中未曾发生海水侵入，煤系全部由陆相沉积物组成。主要特点：1）厚度一般较大，分布面积一般较小，岩性、岩相变化大，煤层不易对比；2）煤层厚度大，层数多，厚度变化大，分岔、尖灭时有出现；3）煤系结构复杂，含硫较低；4）岩石成分复杂，富含大量的植物化石和淡水动物化石；5）在地壳运动强烈的地方，煤系中可出现火山岩及火山碎屑岩；二、煤系的组成（一）煤层

1.煤层的结构

煤层包含煤分层和岩石夹层，不含夹石层的称为简单结构煤层；反之，含有夹石层的则称为复杂结构煤层。

煤层夹矸的物质来源，主要取决于泥炭沼泽所处的沉积环境。煤层结构对采煤生产的影响对采煤方法、采掘机械的选择和原煤质量等，都有一定影响：当煤层中含有较厚夹矸时，可实行煤分层的分采；当煤层结构复杂而难以分采时，夹石将掺入煤中，使原煤质量降低。因此在煤田地质勘探阶段，就应查明煤层结构，并作出原煤质量的初步评价。

2.煤层的厚度

总厚度：是煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和；有益厚度：指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和；可采厚度：指在现代经济技条件下适于开采的煤层厚度。最低可采厚度：按照国家目前有关技术政策，依据煤种、产状、开采方式和不同地区的资源条件所规定的可采厚度的下限标准。（影响因素：煤种、产状、开采方式、资源条件）

3.煤层厚度分类有三类分类

1)按厚度分:0.3-0.5m极薄煤层

0.5-1.3m薄煤层

1.3-3.5m中厚煤层

3.5-8.0m厚煤层

>8m巨厚煤层煤层厚度及其变化是影响煤矿开采的主要地质因素之一。煤层厚度不同，采煤方法亦不同。2)按倾角分:<5°近水平煤层

5°-25°缓倾斜煤层

25°-45°倾斜煤层

>45°急倾斜煤层

3)按稳定性分:

稳定煤层：均>可采厚度，煤层厚度变化有一定规律性;

较稳定煤层：煤厚有相当变化，大多可采，局部不可采；不稳定煤层：煤厚变化大，分岔、尖灭、增厚、变薄时有出现；极不稳定煤层：常呈透镜状、断续分布、仅局部可采。煤层发生分岔、变薄、尖灭等厚度变化，则直接影响煤炭储量平衡和煤矿正常生产。（二）煤层顶、底板

1.顶板位于煤层上方一定距离的岩层。顶板分为三种：

1）伪顶直接覆于煤层之上的薄岩层，多为炭质页岩、泥岩，一般厚几厘米到几十厘米，极易垮落。

2）直接顶位于伪顶之上，多为粉砂岩、泥岩，厚约1-2m，采煤回柱后能自行垮落。

3）老顶位于直接顶之上，多为砂岩、石灰岩，厚度较大，强度也大，采煤后长时期不易自行垮落，只发生沉降。2.底板

位于煤层下方一定距离的岩层。分为二种：

1）直接底直接伏于煤层之下的岩层，多见炭质泥岩，常几十厘米厚。

2）老底位于直接底之下，多为粉砂岩、砂岩，厚度较大。（三）煤系中的标志层

煤系中一些岩性特殊、易于识别、层位稳定或分布规律明显的岩层，可作为寻找、对比煤层的标志层。例如：石灰岩、砾岩、铝土岩、岩性颜色特殊的砂岩等。三、煤田、聚煤期、聚煤区

（一）煤田、煤产地

1.煤层

指同一个地质时期形成、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米。如山东鲁西煤田、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。通常可对应于矿井或矿区范围。如山西阳泉矿区、山东兖州矿区等。中国煤盆地（煤田）分布图中国煤矿百强企业山西煤炭与中国能源权威统计显示，改革开放20多年来，山西累计生产原煤65亿吨之多。占同期全国煤炭总产量的30%；累计调出原煤45亿吨，占到全国省际净调出量的80%；出口占到全国的70%。

就山西省内而言，称其为煤的海洋毫不夸张——煤田总面积为5.5万平方公里，占全省面积的三分之一。而且，省内有大同、宁武、西山、汾西、沁水、河东六个巨型煤矿，还有阳泉、浑源、五台、平陆等大型煤矿。此外，省内各地还分布有5000多个大大小小的煤矿……

现在，山西年产2.5亿吨煤炭。以现在的开采速度计算，该省的煤炭资源可供继续采挖1000年。山西省的煤炭除了供应国内26个省市之外，还出口日本、韩、新、美国、英国、法国、意大利等20余个国家。“今后20年到30年，中国的煤炭行业离不开山西，中国的能源也离不开山西。”山西省社科院能源所王宏英说。

（二）中国主要聚煤期聚煤期又叫成煤期，指地质历史中有煤田资源形成的地质时期。