6含煤沉积体系

2020/1/121第六章含煤沉积体系概述煤层含煤沉积体系及成煤特征2020/1/122一、含煤岩系的概念含煤岩系：又称含煤建造、含煤地层或煤系等，是指在一定地质时期内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含有煤层的沉积岩系。不同地区含煤岩系中所含煤层的层数、厚度往往不相同，为反映含煤岩系中含煤的程度，通常用含煤系数来表示。含煤系数又可分为总含煤系数和可采含煤系数。总含煤系数是煤系中所有煤层的总厚度与含煤岩系总厚度的百分比。用下式表示：%100MmK式中：K—总含煤系数，%；m—煤层总厚度，m；M—含煤岩系总厚度，m。第一节概述2020/1/123%100MmKkk可采含煤系数：是指煤系中所有可采煤层的总厚度与含煤岩系总厚度的百分比。用下式表示：式中：Kk—可采含煤系数，%；mk—可采煤层总厚度，m；M—含煤岩系总厚度，m。一、含煤岩系的概念2020/1/124二、含煤岩系的岩性特征含煤岩系是温暖、潮湿气候条件下的产物。所以，它一般是由灰色、灰绿色、灰黑色及黑色的沉积岩组成。其主要是各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层，也有石灰岩和砾岩，有时还可见到铝质岩、油页岩、硅质岩和火山碎屑岩等。此外，组成含煤岩系沉积岩的层理比较发育，常含有丰富的植物化石，有时含有动物化石。另外，还常含有菱铁矿结核及泥质、粉砂质等包体。含煤岩系中除煤层外，还常伴生有其它沉积矿产，如铝土矿、油页岩、菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿、锰矿及磷矿等。2020/1/125第二节煤层煤层：是指顶、底板岩层之间所夹的一套煤与矸石层。一、煤层的形成煤层是由泥炭层经煤化作用转变而成。泥炭层的堆积主要取决于泥炭沼泽水位的变化，而泥炭沼泽水位的变化主要受植物遗体堆积速度与地壳沉降速度之间的关系影响。因此，煤层的形成也决定这种关系，主要表现为以下三种情况：1、均衡补偿：地壳沉降速度与植物堆积速度大致相等，即两者达到相对均衡补偿状态时，沼泽保持一定深度的积水，既利于植物大量繁殖生产，又能使植物遗体保存下来转化成泥炭，此时可导致泥炭层不断加大。均衡补偿时间越长，则越能形成厚煤层。2020/1/126一、煤层的形成2、不足补偿：当地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度时，由于植物供应不足，沼泽覆水深度不断加大，待至水深达一定程度，高等植物便不能生成，使泥炭的形成失去物质来源，堆积随之停止，在原有泥炭层之上沉积了泥、砂等沉积物，最终成为煤层的顶板。这种情况虽有利于泥炭层的保存，但形成的煤层一般厚度不大。如果在总体相对均衡补偿的状态下，其间发生短暂的地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度，便形成含有夹石的煤层。2020/1/127一、煤层的形成3、过度补偿：当壳沉降速度小于植物遗体堆积速度时，由于植物遗体堆积过快，造成沼泽覆水变浅，常使植物遗体氧化分解，不利于泥炭的形成，甚至已形成的泥炭也会遭受侵蚀破坏，因而只能形成薄煤层或不能形成煤层。2020/1/128二、煤层的顶、底板含煤岩系中位于煤层上下一定距离内的岩层，称为煤层的顶底板。煤层顶底板的岩石特征、性质及厚度等，对采掘工作有着直接的影响。1、顶板：根据岩层相对于煤层的位置及垮落性质的不同，可分为：1）伪顶：指直接覆盖于煤层之上易垮落的较薄岩层。多为炭质泥岩或泥岩，厚几厘米至几十厘米。在采煤过程中，往往随落煤而同时垮落。2）直接顶：通常位于伪顶之上，有的则直接位于煤层之上，由较易垮落的一层或几层岩石组成，经常是煤采出后不久便自行跨落。厚度一般为数米，岩性常为砂岩、泥岩及石灰岩等。2020/1/129二、煤层的顶、底板3）基本顶（老顶）：俗称“老顶”。一般位于直接顶之上，有时也直接位于煤层之上，为不易垮落的坚硬岩层，通常在煤采出后较长时间内不垮落，往往只是发生大面积的缓慢沉降。厚度较大，岩性多为砂岩，也有石灰岩、砂砾岩等。应当指出，并不是所有煤层的顶板都可以分为伪顶、直接顶和老顶，有的煤层没有伪顶，只有直接顶和老顶；有的煤层甚至没有伪顶、直接顶，只有老顶。2020/1/12102、底板直接位于煤层下部一定距离内的岩层称为底板。底板可分为直接底、基本底两种。1）直接底：直接位于煤层之下,通常是当初沼泽地生长植物的土壤,其中往往含有植物根部化石,所以又称为根土岩。厚度一般不大，仅数十厘米，岩性以富含炭质的粘土岩最常见，还有泥岩等。值得指出，如果直接底的岩性是遇水膨胀的粘土岩，则容易引起底板的隆起，轻者影响运输，重者使巷道遭到破坏。2）基本底：俗称“老底”。通常位于直接底之下。厚度较大，岩性常为砂岩、粉砂岩等。二、煤层的顶、底板2020/1/1211三、煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹石层，可将煤层分为简单结构和复杂结构两种。1、简单结构煤层煤层中没有呈层状出现的较稳定的夹石层，但可以夹有不少较小的矿物质透境体。简单结构的煤层反映当初成煤时，沼泽中植物遗体的堆积基本上是连续的。通常厚度较小的煤层往往是简单结构。2020/1/1212三、煤层的结构2、复杂结构煤层煤层中含有较稳定的夹石层，少者一到两层，多者几层甚至十余层。复杂结构煤层反映当初成煤时，沼泽中植物遗体堆积曾发生一次或多次间歇。通常厚煤层或巨厚煤层往往是复杂结构煤层。2020/1/1213煤层中夹石的岩性可以是多种多样的。最常见的是炭质泥岩、粘土岩及粉砂岩，也有油页岩、石灰岩及细砂岩等。夹石的厚度不一，从几厘米到几十厘米。呈薄层状、似层状或透镜状。注意：同一煤层的结构并不是固定不变的，不仅在不同的井田内，煤层的结构可能有变化，甚至在同一井田内，煤层的结构也可能有变化，夹石层数有增有减，夹石层厚度和岩性也可能发生变化。三、煤层的结构2020/1/1214结核：黄铁矿、钙质、硅质、白云石质煤核：煤层中保有植物化石的结核植物残体：木质部、管胞、树皮化石：珊瑚、腕足类和有孔虫四、煤层中的结核、包体和化石2020/1/1215五、煤层的形态煤层的形态：是指煤层的空间展布特征。根据煤层成层的连续性、厚度变化大小及可采情况，将煤层形态分为层状、似层状和不规则状三类：1、层状煤层：煤层呈连续层状，层位稳定，厚度变化不大，且有一定规律。在一个井田范围内全部或大部可采。2、似层状煤层：煤层基本连续，层位比较稳定，厚度变化较大且无一定规律。煤层的可采面积可大于不可采面积（如藕节状煤层）或小于不可采面积（串珠状煤层）。3、不规则煤层：煤层层位不稳定，基本不连续，厚度变化大且无规律可循。煤层可采面积大多小于不可采面积。常见有透镜状、扁豆状煤层等。2020/1/1216（a）—藕节状（b）—串珠状（c）—鸡窝状（d）—马尾状五、煤层的形态2020/1/1217六、煤层厚度及其变化（一）煤层厚度：是指煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。根据煤层结构，可分为总厚度、有益厚度及可采厚度。1）总厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和。2）有益厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和。3）可采厚度：是指在现代经济技术条件下，可以开采的煤层或煤分层厚度的总和。另外，按照国家目前有关政策，根据煤种、产状、开采方法和不同地区的资源情况等，所规定的可采厚度的下限标准，称为最低可采厚度。这个标准在各个国家往往是不同的，甚至同一国家在不同时期也可根据技术的发展和国民经济对煤的需要情况而有所变动。2020/1/1218目前，我国国土资源部规定的一般地区煤层的最低可采厚度标准（井下开采）详见下表。产状厚度煤类倾角＜25°25°～45°＞45°炼焦用煤0.70m0.60m0.50m非炼焦用0.80m0.70m0.60m褐煤1.50m1.40m1.30m一般地区煤层最低可采厚度标准（地下开采）六、煤层厚度及其变化2020/1/1219煤层厚度是影响采煤方法选择的主要因素之一。根据煤矿生产的需要，将煤层分为三个厚度级别：级别煤层厚度薄煤层≤1.30中厚煤层1.31~3.50厚煤层3.50煤层厚度分级六、煤层厚度及其变化2020/1/1220上述所列最低可采厚度，适用于一般地区，对于缺煤省区，可根据当地需要另行规定。如我国南方各省，煤层一般较薄，且较为缺乏，为了充分利用煤炭资源，最低可采厚度可适当降低。此外，在采煤工作中，考虑开采方法，煤层厚度又可分为不同的级别，即：极薄煤层0.3～0.5m薄煤层0.5～1.3m中厚煤层1.3～3.5m厚煤层3.5～8.0m特厚煤层＞8.0m六、煤层厚度及其变化2020/1/1221（二）煤层厚度变化原因煤层厚度差别较大，其变化范围从几厘米~几百米；不同井田煤层厚度可以不同，即便同一井田同一煤层其厚度也可能有很大变化。煤厚的变化影响采区和工作面的划分，以及采煤方法的选择。因此，有必要了解煤厚变化原因，掌握其变化规律，正确指导采掘生产。引起煤厚变化的原因很多，可以归纳为原生变化和后生变化两大类。六、煤层厚度及其变化2020/1/1222原生变化：指在泥炭堆积过程中，在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖之前，由于各种地质作用而引起的煤层形态和煤层厚度的变化。主要包括聚煤坳陷基底不均衡沉降引起的煤层分岔、变薄、尖灭，沉积环境和地形对煤层形态的影响以及河流、海水的同生冲刷作用。后生变化：指泥炭层被新的沉积物覆盖以后，由于构造变动、河流冲蚀等后期地质作用所引起的煤层形态和煤层厚度的变化。六、煤层厚度及其变化2020/1/12231、泥炭沼泽基底不平特征：“顶平底不平”；往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤厚变化极不规则；基底古地形低洼处煤层增厚，向突起部位尖灭变薄，呈现超覆样式；煤层及夹石层的层理与顶板岩层平行，在底板隆起处可见煤分层及夹石层被隔开而不连续。六、煤层厚度及其变化2020/1/1224湖北早二叠世梁水组煤层形态2020/1/1225AA′+140+130+120+110+100BB′(a)AA′BB′(b)(c)24351图4-3辽宁阜新煤盆地泥炭沼泽基底不平图示a—平面图；b、c—剖面图1—泥岩；2—砂岩；3—砾岩；4—巷道；5—煤层底板等高线110辽宁阜新煤盆地泥炭沼泽基底不平图示(a)-平面图；(b)、(c)-剖面图1-泥岩；2-砂岩；3-砾岩；4-巷道；5-煤层底板等高线2020/1/12262、地壳不均衡沉降：含煤岩系形成过程中，聚煤拗陷基底沉降速度往往不平衡，这种差异性（同沉积褶皱、同沉积断裂，以及差异小振荡运动等）可导致煤层形态和厚度的变化。在沉降速度与植物遗体堆积速度近于一致的地段，形成较厚的煤层；其它地段煤厚较薄。通常地壳不均衡沉降引起的煤厚变化具有明显的方向性与分带性。即在沿地壳沉降幅度增大的方向上，由煤层厚度较大、较稳定的地带可逐步变为煤层层数增多、厚度变薄，最后尖灭。六、煤层厚度及其变化2020/1/1227德国下莱茵第三纪煤盆地中的同沉积断层（据M.Teichmuller,1968）断裂两侧含煤岩系和煤层厚度显著差异，煤层层位和厚度难以对接。2020/1/12283、同生冲蚀：是指在泥炭堆积过程中，煤层顶板沉积物形成之前，河流、海水对泥炭层的冲刷剥蚀。河流的同生冲蚀作用较为常见，它所引起的煤厚变化特点是：冲蚀沉积物一般为砂岩、粉砂岩，并与煤层有共同的顶板；煤层受冲蚀面积一般不大，冲蚀深度较浅，很少将煤层切断。SENW0510250500m图4-10垂直古河床边缘的沉积剖面图1—页岩；2—粉砂岩；3—砂岩；4—煤层（据Taylor,1981）垂直古河床边缘的沉积剖面图1-页岩；2-粉砂岩；3-砂岩；4-煤层六、煤层厚度及其变化2020/1/1229滨海沼泽中堆积的泥炭遭受海水冲蚀而导致煤层厚度变化的特点是：煤层直接顶板常为石灰岩，煤层表面形成大小不等的凹坑或槽沟；当海水冲蚀影响范围较广，即冲蚀比较严重，在一定范围内煤层几乎完全缺失。六、煤层厚度及其变化2020/1/12304、煤层的后生冲刷煤系在形成后，伴随着地壳的上升和河流的发育，煤层和含煤岩系常遭受河流的切割剥蚀。——煤矿生产中较为常见。特征：煤层顶板遭到剥蚀，出现河床相砂岩、砾岩等粗碎屑岩，与煤层接触面凹凸不平。其底部常含砾石，泥质岩包体、煤屑，且呈定向排列；规模往往较大，可形成宽几十米、几百