第五章煤体结构与构造

瓦斯地质学第五章 煤体结构与构造煤贾天让Tel:安全学院306室研究表明，构造煤控制着瓦斯灾害的发生和治理，煤矿地下开采中最严重的地质灾害之一煤与瓦斯突出几乎都发生在构造煤发育的煤层。

背景1:构造煤控制着瓦斯突出问题背景我国煤层的特点

低孔隙率低渗透性低饱和度高含气量

非均质性强

三低一高一强背景2：构造煤控制着煤层气开发问题背景

煤储层上述特点和复杂的瓦斯地质条件控制着我国煤层气（煤矿瓦斯）的抽采。构造煤的低强度、低渗透性、高吸附和快速解吸瓦斯等特性，是构造煤发育区煤层气难抽采的直接原因。构造煤形成过程中是否产生过化学结构变化？成因机制如何？煤中甲烷以吸附态为主，构造煤与原生结构煤相比，对甲烷的吸附性差异是否是造成构造煤具有突出危险性的原因之一？

为什么构造煤的瓦斯放散初速度较大？构造煤具有突出危险性的内在因素是什么？问题提出本章内容一、煤体结构和分类二、煤体变形和构造煤分布三、煤的变质作用四、构造煤结构演化和力化学作用五、突出煤层煤体结构研究方法煤煤体结构原生结构煤构造煤瓦斯突出煤体基本概念

一、煤体结构和分类煤体结构：

指煤层在地质历史演化过程中经受各种地质作用后表现的结构特征。煤体结构历经变形和变质作用过程后，使得煤体分为原生结构煤和构造煤。构造煤原生结构煤一、煤体结构和分类原生结构煤

是指煤层未受构造变动，保留了原生沉积结构、构造特征的煤层。煤层原生层理完整、清晰，仅发育少量内生裂隙和外生裂隙。原生结构煤一、煤体结构和分类显微镜下显微组分分层排列，界限清晰。原生结构煤的煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。构造煤

是煤层在构造应力作用下，发生成分、结构和构造变化，引起煤层变形（破坏、粉化等）、流变（增厚、减薄等）和变质（缩聚、降解等）作用的产物。构造煤的宏观结构常见碎裂结构、碎粒结构、粉粒结构、糜棱结构等，对应的构造煤命名为简言之，构造煤是煤层在构造应力作用下发生变形、流变、变质的产物。一、煤体结构和分类碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。一、煤体结构和分类构造煤国家发改委《煤矿瓦斯治理与利用总体方案》明确提出加强“瓦斯地质规律研究”高能瓦斯构造煤高能瓦斯瓦斯突出煤体瓦斯地质地质构造高突矿区、突出矿井的分布受瓦斯形成、赋存的控制煤层中的构造煤控制着瓦斯灾害的发生和治理瓦斯突出煤体一、煤体结构和分类一、煤体结构和分类1.原生结构煤的物理性质颜色不同变质程度的煤，其颜色有明显差别，根据颜色特征可以区分褐煤、烟煤和无烟煤。

不同变质程度煤的颜色和条痕色煤的种类颜色条痕色褐煤褐色、深褐色、黑褐色浅褐色、深褐色长焰煤褐黑色、黑色略带褐的色彩深褐色、黑褐色气煤黑色褐黑色肥煤黑色带褐色焦煤瘦煤黑色贫煤黑色有时带灰和灰黑色无烟煤灰黑色带古铜色和钢灰色灰黑色、钢灰色或黑色（二）原生结构煤煤岩学特征一、煤体结构和分类1.原生结构煤的物理性质光泽

煤的光泽是指在自然光下，煤的新鲜断面的反光能力。

影响煤的光泽变化的因素：主要有成煤的原始物质，煤岩组分，煤的变质程度，矿物杂质的成分、含量以及分布情况，煤的表面性质等。

根据镜煤和亮煤的光泽，从褐煤到无烟煤变质系列煤的光泽可以分为以下几种：沥青光泽、玻璃光泽、强玻璃光泽、金刚光泽及似金属光泽等。

煤受风氧化后，光泽都明显变暗。风化煤多为暗淡光泽。一、煤体结构和分类1.原生结构煤的物理性质硬度刻划硬度、压痕硬度、抗磨硬度显微硬度与煤化程度的关系一、煤体结构和分类1.原生结构煤的物理性质脆度和韧度不同变质程度的煤，以肥煤、焦煤和瘦煤脆度为最大；无烟煤脆度最小；长焰煤和气煤的脆度较小，并具有一定的韧性。断口断口的表面形状可反映出煤物质组成的不同特点，因此断口可以作为煤岩鉴定的辅助标志。煤中常见的断口有贝壳状、参差状断口等。裂隙根据成因不同，煤的裂隙可分为内生裂隙、外生裂隙和气胀裂隙等。一、煤体结构和分类2.原生结构煤的结构条带状结构宏观煤岩成分（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）多呈各种形状的条带，在煤层中相互交替的出现而形成条带状结构。条带状结构在中变质烟煤中表现最为明显，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常见；褐煤和无烟煤中条带状结构不明显。线理状结构线理状结构是指镜煤、暗煤及粘土矿物等呈厚度小于1mm的线理断续分布在煤层各部位面形成的结构。在半暗型煤中常见到线理状结构。透镜状结构常见于半暗型煤、暗淡型煤中。

均一状结构煤的成分较为单一、组成均匀的结构。镜煤的均一状结构较典型。煤的结构是指煤岩组分的形态和大小所表现的特征，反映了成煤原始物质的性质、成分及其变化。一、煤体结构和分类2.原生结构煤的结构木质结构木质结构是植物茎部原生的木质结构在煤中的反映。这种结构的煤在外观上清楚地保存了植物木质组织的痕迹，有时还可见到保存完整的已经煤化的树干和树桩。木质结构在褐煤中比较常见。粒状结构煤的表面较粗糙，肉眼可清楚地见到颗粒状。这种结构多由煤中散布着的大量稳定组分或矿物质组成，为某些暗煤或暗淡型煤所特有。

纤维状结构丝炭就是典型的纤维状结构。叶片状结构煤的断面上具纤细的页理及被其分成的极薄的薄片，使其外观呈现纸片状、叶片状。这种结构主要是由于煤中顺层分布有大量的角质体和木栓体所致。一、煤体结构和分类3.原生结构煤的构造层状构造层状构造是指在垂直煤层层面方向上的煤层具有明显不均—性特征。它反映了成煤物质和成煤条件变化的情况。在复杂结构煤层中层状构造最为明显，煤中最常见的是水平层理，偶见波状层理和斜层理。块状构造不见层理，外观均一的煤称为块状构造。块状构造表明了成煤物质的相对均匀和聚积条件相对稳定的特征。原生块状构造多见于腐泥煤、腐殖腐泥煤及腐殖煤中的某些暗淡型煤；次生块状构造多见于某些变质程度很深的无烟煤。煤的构造是指煤中不同煤岩组分在空间排列上的相互关系，它与植物遗体的聚集条件及其变化过程有关。一、煤体结构和分类4.宏观煤岩成分

烟煤、无烟煤的宏观煤岩组分煤的类型煤岩成分宏观鉴别特征腐殖煤镜煤光亮，黑色，易碎，常具有裂缝亮煤光亮，黑色，很细的层状暗煤暗淡，黑色或灰黑色，坚硬，表面粗糙丝炭丝绢光泽，黑色，纤维状，很脆腐泥煤烛煤暗淡或微油脂光泽，黑色，均匀的，非层状，很硬，贝壳状断口，黑色条痕藻煤类似烛煤，但外表微带褐色，条痕为褐色一、煤体结构和分类5.宏观煤岩类型宏观煤岩类型代码分类指标总体相对光泽强度光亮成成分含量/%光亮煤BC强>80半亮煤SBC较强>50-80半暗煤SDC较弱>20-50暗淡煤DC弱≤20

烟煤宏观煤岩类型的划分指标(GB/T18023-2000)6.显微煤岩组分一、煤体结构和分类国际硬煤显微组分分类与中国烟煤显微组分分类国际硬煤显微组分分类(1975)我国烟煤显微组分分类(1978)组显微组分类显微组分、亚组分镜质组结构镜质体(Telinite)无结构镜质体(Collinite)碎屑镜质体(Vitrodetrinite)镜质类结构镜质体结构半镜质体无结构镜质体无结构半镜质体碎屑镜质体碎屑半镜质体壳质组孢子体(Sporinite)角质体(Cultinite)树脂体(Resinite)碎屑稳定体(Liptodetrinite)稳定类孢粉体角质体树脂体不定形体树皮体藻质体(Alginite)腐泥类藻质体、腐泥基质体惰质组微粒体(Micrinite)粗粒体(Macrinite)半丝质体(Semifusinite)丝质体(Fusinite)菌类体(Sclerotinite)碎屑惰质体(Inertodetrinite)丝质类微粒体半丝基质体丝质基质体半丝质体木质镜煤半丝质体镜煤半丝质体半丝浑圆体丝质体木质镜煤丝质体镜煤丝质体丝质浑圆体半丝菌类体丝质菌类体碎屑半丝质体碎屑丝质体一、煤体结构和分类1.构造煤的宏观结构特征

构造煤的宏观结构分为碎裂结构、碎粒结构、粉粒结构、糜棱结构4种类型，相应的煤体为碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。碎裂结构煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原生结构与碎粒结构的过渡部位。碎粒结构煤被破碎成粒：主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤层原生层理被破坏，层理不清，裂隙较发育，煤层煤体主要呈粒状。碎粒结构往往紧靠碎裂结构分布，常常距离煤层顶板或底板一定距离，也常常位于断裂带的中心部位。（二）构造煤及其煤岩学特征碎裂煤碎裂结构煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原生结构与碎粒结构的过渡部位。2)碎粒结构煤被破碎成粒：主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤层原生层理被破坏，层理不清，裂隙较发育，煤层煤体主要呈粒状。碎粒结构往往紧靠碎裂结构分布，常常距离煤层顶板或底板一定距离，也常常位于断裂带的中心部位。一、煤体结构和分类1.构造煤的宏观结构特征粉粒结构光泽暗淡、土状、粉状、无粒感，断面平坦、块状构造。糜棱结构煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。糜棱结构

煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。一、煤体结构和分类2.构造煤的显微结构特征

构造煤的微观特征研究能够从更深层面刻画瓦斯突出煤层的煤体结构特征，为从瓦斯突出煤层的物理条件认识瓦斯突出机理和瓦斯突出原因提供必要的理论基础。在显微镜下，特别是电子扫描显微镜下，对构造煤的显微构造标志进行了大量的描述，并对其进行了显微构造类型划分和命名。1）碎裂—棱角状结构煤(图版I)2）碎裂—粒状结构煤(图版II)3）叶片状结构煤(图版III)4）透镜状结构煤(图版IV)5）揉流结构糜棱煤(图版V)图版Iabcdef碎裂—棱角状结构煤图版IIabcdef碎裂—粒状结构煤图版IIIabcdef叶片状结构煤图版IVabcdef透镜状结构煤图版Vabcdef揉流结构糜棱煤一、煤体结构和分类（三）煤体结构的分类类型号类型赋存状态和分层特点光泽和层理煤体破碎程度裂隙、揉皱发育程度手试强度坚固性系数f瓦斯放散指数ΔP突出危险程度Ⅰ原生结构煤层状、似层状、与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰、原生条带状结构明显呈现较大的保持棱角的块体，块体间无相对位移内、外生裂隙均可辩认，未见揉皱镜面捏不动或成cm级碎块＞0.8＜10非突出Ⅱ碎裂煤层状、似层状、透镜状，与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带状结构断续可见呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面可捻搓成cm、mm级碎粒0.8～0.310～15过渡Ⅲ碎粒煤透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡，原生结构遭到破坏煤被揉搓捻碎、主要粒级在1mm以上构造镜面发育易捻搓成mm级碎粒或煤粉＜0.3＞15易突出Ⅳ糜棱煤透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡，原生结构遭到破坏煤被揉搓捻碎的更细小，主要粒级在1mm以下构造、揉皱镜面发育极易捻搓成粉末或粉尘＜0.3＞20易突出煤体结构分类特征表（焦作矿业学院）煤的破坏类型分类表（《防治煤与瓦斯突出细则》）破坏类型光泽构造及构造特征节理性质节理面性质断口性质强度Ⅰ类（非破坏煤）亮与半亮层状构造，块状构造，条带清晰明显一组或二到三组节理，节理系统发育，有次序有充填物（方解石），次生面少，节理、劈理面平整参差阶状，贝状，波浪状坚硬，用手难以掰开Ⅱ类（破坏煤）亮与半亮1、尚未失去层状2、条带明显，有时扭曲，有错动3、不规则块状，多棱角有挤压特征次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开参差多角用手极易剥成小块，中等硬度Ⅲ类煤（强烈破坏煤）半亮与半暗1、弯曲成透镜状构造2、小片状构造3、细小碎块，层理较紊无次序节理不清，系统不发达，次生节理密度大有大量擦痕参差及粒状用有手捻成粉末，硬度低Ⅳ类（粉碎煤）暗淡1、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤团节理失去意义，成粘块状粒状可捻成粉末，疏松Ⅴ类煤（全粉煤）暗淡1、土状构造，似土质煤如断层泥状土状一、煤体结构和分类主要内容一、煤体结构和分类二、煤体变形和构造煤分布三、煤的变质作用四、构造煤结构演化和力化学作用五、突出煤层煤体结构研究方法构造煤是挤压、剪切作用的产物河南理工大学瓦斯地质研究所以地质观点开展煤与瓦斯突出研究，从现场获得的大量事实可知：煤与瓦斯突出与地质因素密切关系，大多数瓦斯突出都发生在地质构造破坏带，即强烈挤压、剪切作用形成的瓦斯突出煤体。

构造煤高能瓦斯瓦斯突出煤体瓦斯突出煤体

coal-gas-outburstbody煤构造煤瓦斯突出煤体

二、煤体变形和构造煤分布（一）煤体变形机制（自学）与煤层产状一致的顺煤层剪切带这种大规模的顺煤剪切带的走向、倾向和倾角和煤层是近于一致的。形成大规模的构造煤。剪切带沿煤层发育，其位置可以在煤层上部，煤层下部，煤层中部或者整个煤层，其发育层位表现为一个顺层剪切煤层破坏带．一个煤层中可以发育一条剪切带，也可以是多条．在后一种情况下，剪切带可以相互交织，形成比较复杂的滑面结构。（二）构造煤的分布特点1.顺煤层剪切带——构造煤分布范围广

顺煤层剪切带是指沿煤层发育的剪切面与煤层以小角度相交或者近于平行的剪切带。顺层剪切带也叫逆掩断层、顺层断层、缓倾角断层、层滑构造等。二、煤体变形和构造煤分布

平顶山东部煤田下石盒子组中的戊9-10煤层中部发育一稳定的顺层剪切带。据勘探资料及生产阶段的井下编录，该剪切带横跨一矿以东的十矿、十二矿、八矿三个井田，影响范围近百平方公里。该剪切带的上、下界面平直而规则，在大部分地段基本上沿煤岩层理界面展布。局部受一些切层断层的影响，其产状略有变化。剪切带厚度仅1～1.5m，上界面距顶板0.8m，下界面距底板1m左右，主剪切面位于上部。在四矿及一矿的丁5-6煤层中发育的顺层剪切带形态也是如此。二、煤体变形和构造煤分布平顶山矿区东部戊9-10煤层顺层剪切带二、煤体变形和构造煤分布

在焦作煤田山西组的二1煤层中发育有两条顺层剪切带，它们分别沿煤层的顶部和底部发生，形成煤层顶部和底部两个构造煤带。这一组顺煤剪切带在整个焦作煤田的几百千方公里范围内都相当稳定。在河南境内，一个规模巨大的顺煤层剪切带发育在沿嵩山－观音堂展布的山西组二1煤层中。涉及的煤田有陕渑、新安、宜洛、偃龙、荣巩、登封、禹县、新密，影响面积上万平方公里。剪切带被破坏了约6m厚的整个二1煤层及其顶、底板，形成所谓豫西地区著名的三软煤层（顶板软，煤层软，底板软）。二、煤体变形和构造煤分布一些影响带较窄但范围较大的顺煤层剪切带在剖面上波状起伏，剪切面产状变化较大。如图2—3所示，在巷道中连续追踪同一剪切带，它时而表现为正断层，时而表现为逆断层，它们或许穿过煤层的顶底板，但主体上是沿煤层发育的。波状起伏的顺煤层剪切带（四川省白皎矿K3煤层）波状起伏的顺煤层剪切带二、煤体变形和构造煤分布

顺煤层剪切带的发生具有选层性。这一特性决定于煤层的岩石力学强度差异及其煤层所在构造剖面中的位置。根据其选层的级别可以分为三种：即煤层、煤系和构造层。在同一煤层中，剪切优先选择以镜质组为主的光亮煤充分层中。平顶山东部矿区戊9－10煤层中的剖面煤岩分层自上而下是暗淡型，光亮－半光亮半暗－暗淡型，剪切带发生在中部光亮煤岩类型分层中，这是煤层中的软弱层，煤的坚固性系数实验表明，中分层强度（f=0.4～0.5）约是上分层（f=0.6～0.8）的一半。顺煤层剪切带的选层性二、煤体变形和构造煤分布在一个煤组或煤系中，当煤层间距及岩石组合类型大致相同时，顺煤剪切带优先发生在厚度较大的煤层中。这在我国华北、华南的大多数煤层煤组和煤系中具有普遍性。在一个构造层内，顺煤层剪切带一般多发生在两组岩层强度差异性较大的界面附近。煤层是弱面，滑动构造常选择在煤层顶板或底板。如下图所示。顺煤层剪切带的选层性二、煤体变形和构造煤分布芦店滑动构造剖面图告成矿井１２线剖面图

二、煤体变形和构造煤分布

切层断层使构造煤呈现带状分布，构造煤厚度的增加和分布的范围，与断层性质、断层落差有关，切层小型正断层仅在断面和断层下降盘一侧形成薄层构造煤，延伸不远即行消失。如图，断层产状240°∠50°，H=0.2m断面平直、闭合，仅在断层面上有1cm厚的粉煤，这是由两盘相对剪切滑移所形成的。平顶山八矿丁5-6—12290迎头断面

2.切层断层对构造煤分布的控制二、煤体变形和构造煤分布主要内容一、煤体结构和分类二、煤体变形和构造煤分布三、煤的变质作用四、构造煤结构演化和力化学作用五、突出煤层煤体结构研究方法

温度、压力及其作用持续的时间是引起煤发生变质作用的三个主要因素，温度起主导作用。因此，根据热量的来源和作用方式不同，可将煤的变质作用划分为不同类型，常见深成变质作用和岩浆变质作用。煤的动力变质作用是指煤系形成以后，由于受构造变动的影响使煤发生的变质作用。三、煤的变质作用（一）煤的深成变质作用（二）煤的岩浆变质作用（三）煤的动力变质作用三、煤的变质作用(一)煤的深成变质作用

煤的深成变质作用是指沉降到地下深处的煤层，受到地热及上覆岩系产生的静压力作用，发生了变质程度随深度增加而升高的变质作用。煤的深成变质作用在大区域内使煤普遍发生变质作用，它的影响范围最为广泛，因此又称为区域变质作用。煤的深成变质作用主要是由地热引起的，所以也称热变质作用。三、煤的变质作用1．煤变质程度的垂直分带性—希尔特规律在同一煤田内构造条件正常并大致相同的情况下，随着地层深度的增加，煤的挥发分（Vdaf）有规律地减少，煤的变质程度则有规律地增高，此规律称为希尔特规律(Hilt)。三、煤的变质作用希尔特规律可用变质梯度表示（又称挥发分梯度），用来描述煤每加深100m煤变质程度增高的程度。挥发分梯度、碳含量梯度和反射率梯度等各项指标。三、煤的变质作用

鲁尔煤田煤质的垂直分带1—焦煤—瘦煤及贫煤—无烟煤带；2—肥煤带；3—气煤带；4—长焰煤—气煤带；5—覆盖层2．煤质的水平分带煤质水平分带是倾斜煤层的煤质垂直分带在平面上的反映（图5-24）。图5-24煤质分带示意图（据杨起、韩德馨，1979）三、煤的变质作用2．煤质的水平分带变质带的分布特征与其所处的构造位置也有一定关系。三、煤的变质作用华北某煤田煤变质程度的水平分带性1—地层界线；2—煤田边界；3—煤变质程度3．煤的深成变质作用与上覆岩层的关系深成变质作用中，煤的变质程度随煤系及上覆岩系厚度的增加而升高。如，在其它条件大致相同的情况下，煤系的沉降幅度（厚度）愈大，煤的变质程度就愈高；煤系厚度大致相同的情况下，上覆岩系厚度愈大，煤的变质程度也愈高。由于各聚煤拗陷持续下降时间不等和各地的古地温梯度不同，不同聚煤拗陷内形成相同变质程度的煤所需的下降深度是不同的。三、煤的变质作用

在使用煤系上覆岩系厚度影响煤变质程度的规律时，应当注意以下两种情况：（1）上覆岩系与煤系为连续沉积或仅有短暂的沉积间断，并与煤系共同褶皱，属于同一个构造形态时，可以认为上覆岩系的厚度对煤变质程度有直接影响，并可与煤系厚度等同看待，直接使用。（2）上覆岩系是在煤系形成之后，或是煤系褶皱之后沉积的，即不属于同一构造形态时，上覆岩系厚度对煤变质程度影响的大小，取决于上覆岩系厚度和形成的早晚。一般而言，上覆岩系厚度大、形成时间早的，煤变质程度高，反之则低。三、煤的变质作用4．煤变质程度随赋存深度增加而升高在已有变质程度基础上，煤系发生构造变动时，在新的赋存条件、温度条件和时间等因素影响下，其变质程度仍然可以继续加深。如同一煤层的变质程度，在褶皱的向斜部位中比在相邻的背斜部位中要高，在断层的下降盘中比上升盘中要高的现象，就是由此形成的。

河北开平向斜东翼5号煤层煤种分带示意图NW三、煤的变质作用(二)煤的岩浆变质作用

1．煤的区域岩浆热变质作用

定义：指聚煤坳陷内有岩浆活动，岩浆及其所携带流体的热量可使地温场增高，形成地热异常带，从而引起的煤的变质作用。影响：煤的区域岩浆热变质作用是促成我国出现大量中、高变质烟煤和无烟煤的主要原因。三、煤的变质作用(二)煤的岩浆变质作用

1．煤的区域岩浆热变质作用分类：根据岩浆性质、侵入方式、侵入深度、侵入层位、岩体规模以及沉积盖层破碎程度等特点，可将煤的区域岩浆热变质作用划分为浅成、中深成和深成岩浆热变质作用3种亚型。三、煤的变质作用

识别标志：煤级环带状分布，越靠近岩体，煤的变质程度越高；煤变质梯度高，垂向上在较小的距离内，就可引起变质程度的明显差异；受岩浆热的影响，煤中常发育气孔、小球体以及镶嵌结构等；高变质煤带发生围岩蚀变，并往往与热液矿床伴生；在岩浆活动区具有重磁异常等。三、煤的变质作用图5-27湖南骑田岭龙潭组煤变质环带图（据杨起等，1996）Ⅰ—石墨—半石墨带；Ⅱ—高变质无烟煤带；Ⅲ—中变质无烟煤带；Ⅳ—低变质无烟煤带；Ⅴ—贫煤带；1—入侵岩体；2—岩体隐伏部分界限；3—Ro,max(%)等值线；4—煤级分带界线2．煤的接触变质作用定义：指岩浆直接接触或侵入煤层，由其所带来的高温、流体和压力，促使煤发生变质的作用。分类：根据岩浆侵入体的规模，可将煤的接触变质作用分为三个亚型：脉岩岩浆接触变质作用、小型浅成岩浆接触变质作用和大型深成岩浆接触变质作用（杨起等，1996）。作用：煤的接触变质作用是中国煤变质的次要原因。三、煤的变质作用(三)煤的动力变质作用煤的动力变质作用是指地壳构造变动促使煤发生变质的作用。

1．煤的动力变质作用类型按煤体变形机制，煤的动力变质作用可分为脆性变形变质作用、韧性变形变质作用和介于两者之间的脆—韧性变形变质作用。三、煤的变质作用煤的脆性变形变质作用——一般而言，煤的脆性变形是在低温、快速应变条件下，煤体碎裂流变，主要表现为煤的物理煤化作用，化学煤化作用特征不明显。即脆性变形时，煤的物理结构发生变化，但几乎不引起化学成分改变。曹代勇（2002）认为，煤体脆性变形时，煤中应变能的消减是通过碎块间的相互换位来实现的，煤体破裂缓冲了构造变形对煤的大分子结构的影响。三、煤的变质作用

煤的韧性变形变质作用地质构造作用下，煤不仅发生物理煤化作用，还发生了化学煤化作用。在古地温较高的地质环境中，煤中有机组分活动性增加，煤体在构造应力(特别是剪切应力)作用下发生韧性变形变质。煤体韧性流变时，煤中应变能的消减可能与大分子的环缩合与拼叠有关，主要通过如下2种机制促进煤结构演化（曹代勇，2002）：

一是应变能增加了煤化作用的热活性，促进化学键重新键合，为环缩合作用提供有利条件。二是定向压力作为环缩合作用与拼叠作用的“催化剂”。当应变发展到芳香结构层次时，应力作用促使芳香碳网在平行于应力方向择优生长，在垂直应力方向则优先拼叠。

煤核结构示意图

煤分子结构

环缩合作用翁成敏等,1981煤BSU拼叠作用示意图拼叠作用拼接作用叠合作用拼叠作用2．煤的动力变质作用指标

煤的动力变质作用指标包括：煤的双反射率、晶体参数指标，自由基参数等，主要是反映煤结构变化的指标。研究显示，煤成份变化的指标不敏感。三、煤的变质作用主要内容一、煤体结构和分类二、煤体变形和构造煤分布三、煤的变质作用四、构造煤结构演化和力化学作用五、突出煤层煤体结构研究方法(一)构造煤的孔隙与渗透性了解(二)构造煤分子结构演化自学(三)构造煤的力化学作用自学四、构造煤结构演化和力化学作用1．构造煤的比表面积煤的比表面积大小直接关系着煤与气体介质间的接触面积、煤吸附气体的能力。表5-16不同破坏程度煤的比表面积（据罗志明，1989，有改动）破坏类型Ⅰ、Ⅱ类煤（难突出煤）Ⅲ类煤（可能突出煤）Ⅳ,Ⅴ类煤（易突出煤）无烟煤比表面积m2/g54～170，平均128170～190，平均175＞190～287，平均236贫、瘦煤比表面积m2/g＞100＞100～140＞140大f小小S大实测结果（见表5-16）表明，高级烟煤和无烟煤的比面积随煤体破坏程度增高而增大；煤的比表面积S（根据其数量级，应是CO2比表面积）与瓦斯放散指标ΔP呈线性相关，即：（5-1）比表面积随坚固性系数f值降低急剧升高。这一结论有力地证明了随煤体破坏程度增高比表面积升高的一般规律。2．构造煤的甲烷吸附量

图5-38是焦作无烟煤原生结构煤与构造煤等温吸附实验对比结果，构造煤与原生结构煤的吸附体积常数存在差异，构造煤的吸附常数大于原生结构煤的，但两者的差异不大。图5-38焦作原生结构煤与构造煤的等温吸附曲线M-曲线为构造煤，K-曲线为原生结构煤2．构造煤的甲烷吸附量3瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（ΔP）表示充有瓦斯的煤样放散瓦斯快慢的程度，它是预测煤与瓦斯突出的一个指标。ΔP值的与煤的微孔隙结构、孔隙表面性质和大小有关。在瓦斯含量相同的条件下，ΔP越大，f值越小，越易于形成具有携带破碎能力的瓦斯流，越有利于煤与瓦斯突出的发生。

图5-39煤的瓦斯放散特征图（据何继善，1999）4构造煤瓦斯解吸指标Δh2

粒度1～3mm，瓦斯压力0.2MPa，不同煤体结构类型煤样瓦斯解吸特征，如图5-40所示。原生结构煤碎裂煤碎粒煤粉粒煤糜棱煤5构造煤的渗透性渗透性是指煤储层的孔裂隙系统在一定的压差下，流体介质可以发生渗流通过的性质。渗透率是表征煤储层渗透性大小的参数，单位一般用平方微米表示。与煤的结构、气体成份、孔隙度、煤的变质程度、孔隙压力及围压有关。研究表明，对于平行层理方向的试样，当围压小较时，在同样孔隙压力下，吸附瓦斯气楔作用，煤的微裂隙扩展，煤体膨胀，瓦斯渗透率变大。围压增加时，煤体孔隙、裂隙闭合，渗透性降低。煤体载荷与渗透率间的关系可用指数方程表示：

(5-14)

卸载时，可用幂函数方程表示：

(5-15)

具有强烈突出倾向的Ⅴ类构造煤的渗透率随压力增加迅速降低而成为不渗透煤体，原生结构煤的渗透率随压力升高而降低，在降低到一定程度后趋于某一稳定状态，变为低渗煤体。构造煤和原生结构煤渗透率与压力间的关系（王佑安）主要内容一、煤体结构和分类二、煤体变形和构造煤分布三、煤的变质作用四、构造煤结构演化和力化学作用五、突出煤层煤体结构研究方法五

突出煤层煤体结构研究方法

突出煤层煤体结构特征是综合研究突出的重要内容。井下构造煤编录和室内测试。5.1编录要求

（1）及时准确。要把构造煤编录工作和资料整理作为矿井的日常工作进行规范化管理；及时发现地质构造变动和岩性变化的地段，要对煤层厚度变化以及构造煤厚度变化趋势作出分析。井巷原始资料要求真实、可靠，避免因错误信息而造成错误的判断。

（2）全面完整。巷道编录、测点规划和实施应在矿井两年生产规划的基础上进行。（3）巷道编录和测点原则：

对具有代表性、能够反映该区域构造煤分布规律、瓦斯赋存构造逐级控制特征、瓦斯地质规律的巷道必须进行巷道编录和测点布置；

在掘煤巷、半煤岩巷原则上应进行巷道编录和测点布置；

已掘进但没有回采的煤巷、半煤岩巷，可以进行巷道编录和测点布置。

对井下有异常地质变化的地段和重要巷道，需进行详细的观察编录。5.1编录要求5.2丈量点选择对确定的观测地点，要测量观测点的具体位置。以便绘图。5.3观察记录观测点周围地质条件观测内容包括：观测点附近的煤、岩产状、煤厚及变化。地质构造情况(有无褶曲、褶曲类型、轴向延伸、两翼产状。有无断层、断层性质及力学性质、产状及落差，破碎带宽度及充填情况、构造岩、两盘产状等。五

突出煤层煤体结构研究方法

(1)断层观察观察断层附近煤结构破坏是否随断层距离改变，煤体结构破坏程度分带现象、分带宽度、破坏特征。观察不同性质、不同力学性质、不同规律断层及构造组合部位对煤层的破坏。观察上下盘煤结构破坏程度的差异。断层不同部位煤层中裂隙的发育情况。

(2)褶曲观察观察规模、类型、复杂程度、紧闭程度差异对煤结构影响。不同部位煤破坏程度差异。五

突出煤层煤体结构研究方法5.4观察观测点周围煤层情况按煤层从顶板到底板自然分层，倾斜、急倾斜煤层观察先回采部分。按煤的平均光泽度划分宏观煤岩类型。根据煤结构破坏类型划分(按4分或5分法)。根据煤层中较稳定的夹矸层划分自然分层(>0.1m)。五

突出煤层煤体结构研究方法5.5记录描述测量煤层及分层厚度煤层总体特征(形态、煤的结构、构造、煤层结构)和顶、底板岩性。按自上而下描述各自然分层煤岩类型特征。描述各自然分层煤结构破坏类型。各自然分层的形态特征(层、似层状、凸镜状、条带状、团块状等)。分层间及顶、底板接触关系。五

突出煤层煤体结构研究方法光泽亮与半亮半亮与半暗暗淡

构造与构造特征层状构造，块状构造，条带清晰明显1.尚未失去层状，较有次序；2.条带明显，有时扭曲，有错动；3.不规则块状，多棱角；4.有挤压特征1.弯曲呈透镜体构造；2.小片状