矿山地质-第四章_媒及煤系

煤层：地壳中由植物遗体转变而成的成层可燃沉积矿产，由有机物质和混入的无机矿物质所组成。第一节煤的形成及物质组成第二节煤层第三节煤系第四章第四章煤及煤系煤及煤系第一节煤的形成及物质组成一、煤的形成过程二、成煤的必要条件三、煤的物理性质四、宏观煤岩成分与煤岩类型五、常用的煤质指标一、煤的形成过程煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而形成的。从植物死亡、堆积到转变为煤经历了一系列演化过程→成煤作用11、泥炭化作用：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程；、泥炭化作用：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程；腐泥化作用：从低等植物死亡后，到变成泥炭过程；腐泥化作用：从低等植物死亡后，到变成泥炭过程；腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤22、煤化作用：由泥炭转化为煤的过程；、煤化作用：由泥炭转化为煤的过程；成岩作用：成岩作用：从泥炭（腐泥）变成褐煤的过程；从泥炭（腐泥）变成褐煤的过程；变质作用：变质作用：从从从褐煤从褐煤→烟煤→无烟煤；；11、植物条件、植物条件————物质基础；物质基础；22、气候条件、气候条件————影响植物生长，同时影响植物的分解；影响植物生长，同时影响植物的分解；33、自然地理条件、自然地理条件————植物堆积；植物堆积；44、地壳运动条件、地壳运动条件————埋藏条件埋藏条件二、成煤的必要条件三、煤的物理性质煤的物理性质：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--外生裂隙四、宏观煤岩成分与煤岩类型（一）煤的宏观组成（（一）煤的宏观组成（腐植煤腐植煤））11）镜煤：）镜煤：乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。22）丝炭：）丝炭：外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。33）亮煤：）亮煤：表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一44）暗煤：）暗煤：含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组多，成分结构不均一，氧化环境。多，成分结构不均一，氧化环境。四、宏观煤岩成分与煤岩类型（二）宏观煤岩类型（（二）宏观煤岩类型（腐植煤腐植煤））宏观煤岩类型宏观煤岩类型光泽光泽镜煤＋亮煤镜煤＋亮煤光亮型煤光亮型煤光泽极强光泽极强75%75%半亮型煤半亮型煤光泽较强光泽较强75%75%----50%50%半暗型煤半暗型煤光泽暗淡光泽暗淡50%50%——25%25%暗淡型煤暗淡型煤光泽极暗光泽极暗25%25%▲▲①①煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比，煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比，新鲜面，不考虑具体光泽；新鲜面，不考虑具体光泽；②②相同煤层中光泽最强的煤岩成分条带（镜煤）相同煤层中光泽最强的煤岩成分条带（镜煤）为参考标准，相对光泽；为参考标准，相对光泽；③③最小分层厚度为最小分层厚度为33——10cm10cm，，视煤层厚度而定；视煤层厚度而定；④④每一种光泽类型，据构造、结构再分。每一种光泽类型，据构造、结构再分。五、常用的煤质指标（一）煤的元素成分：（一）煤的元素成分：主要：主要：CC、、HH、、OO、、NN；；有害元素：有害元素：SS、、PP、、AsAs。。。；。。。；SS的成因：单质硫的成因：单质硫有机硫有机硫无机硫无机硫煤中全硫煤中全硫（（SSt,dt,d%%））的分级的分级特低硫煤特低硫煤低硫煤低硫煤中硫煤中硫煤富硫煤富硫煤高硫煤高硫煤1.01.0~1.51.5~2.52.5~4.04.01.01.0~1.51.5~2.52.5~4.04.0稀有元素：稀有元素：GaGa、、GeGe、、UU；；（二）煤质指标：（二）煤质指标：11、水分（、水分（WW））水分的来源：水分的来源：植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱水，地植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱水，地下水，开采、运输中掺入；下水，开采、运输中掺入；存在状态：存在状态：①①外在水分（外在水分（MMff））::大毛细管（大毛细管（d200nmd200nm））中的游中的游离水；离水；②②内在水分（内在水分（MMinhinh））::存在存在d200nmd200nm中的吸附水中的吸附水MMinhinh≈≈MMadad（（空气干燥基水分）；空气干燥基水分）；③③结晶水（化合水）：以分子或离子形式参加矿物结晶水（化合水）：以分子或离子形式参加矿物晶格构造的水分。晶格构造的水分。如：如：CaSOCaSO44••2H2H22OO、、AlAl22OO33••SiOSiO22••2H2H22OO（二）煤质指标：（二）煤质指标：22、煤的灰分（、煤的灰分（AA））指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余；指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余；灰分划分等级（灰分划分等级（A%A%））特低灰煤特低灰煤低灰煤低灰煤中灰煤中灰煤富灰煤富灰煤高灰煤高灰煤1010~1515~2525~4040%1010~1515~2525~4040%33、挥发分（、挥发分（VV））粒级粒级0.2mm0.2mm，，1g1g，，隔绝空气，隔绝空气，900900±±1010℃℃，，7min7min，，测得测得VV，，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关；挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关；44、、固定碳（FC）FCFC不是纯碳，是由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ组成的混合物不是纯碳，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。随煤阶的增高，煤的固定碳产率也逐渐升高。55、、发热量发热量（Q）通常指每千克煤在锅炉中燃烧后能被实际利用的热量；（三）煤种分类：（三）煤种分类：褐煤褐煤长烟煤长烟煤不粘结煤不粘结煤弱粘结煤弱粘结煤½½中粘结煤中粘结煤气煤气煤气肥煤气肥煤烟煤烟煤肥煤肥煤1/31/3焦煤焦煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤贫瘦煤贫瘦煤贫煤贫煤无烟煤无烟煤（四）影响因素：（四）影响因素：1、温度2、时间3、压力第二节煤层一、煤层的形成及一般特征二、煤层结构与厚度三、煤层厚度的变化四、煤层对比一、煤层的形成及一般特征1、煤层聚集成煤的必要条件古植物——物质基础古气候——生长与保存古地理——埋藏场所古构造——控制因素补偿关系：过度补偿均衡补偿不足补偿（或为：欠补偿）时间推移埋藏深度沉积厚度地壳沉降（振荡）煤层盆地底多煤层形成22、煤层顶底板、煤层顶底板煤层顶板伪顶直接顶老顶煤层底板直接底老底煤层与顶板的接触关系：明显接触：说明沉积环境变化较快！过渡接触：沉积环境是渐变的！常有不到1m的伪顶存在！冲刷接触：煤层与顶板沉积环境是剧变的。煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，通常呈团块状，富含植物根茎化石和不规则滑面，俗称根土岩。根土岩常含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其它粘土矿物，尤以高岭石最富集，可形成具有工业价值的耐火粘土矿层。煤层顶、底板的稳定性：对采掘巷道、采面的维护和正常生产循环影响很大。如果顶板松软，容易发生冒顶事故；反之，如果顶板过于坚硬，则造成放顶困难。灰岩、砂岩为顶板：它们是矿井充水的重要来源；如底板为遇水膨胀的粘土岩，会引起底鼓或软岩涌入巷道，破坏巷道，影响运输。因此，在煤田地质勘探和煤矿生产过程中应加强对煤层顶、底板岩性和岩石力学性质的研究。二、煤层结构与厚度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。煤层的结构对采煤方法、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——煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。总厚度：总厚度：是煤层顶、底板之间各煤分层是煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和；和夹石层厚度的总和；有益厚度：有益厚度：指煤层顶、底板之间指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和；各煤分层厚度的总和；可采厚度可采厚度：：指在现代经济技条件指在现代经济技条件下适于开采的下适于开采的煤层厚度。煤层厚度。最低可采厚度：最低可采厚度：按照国家目前有关技术按照国家目前有关技术政策，依据煤种、产状、政策，依据煤种、产状、开采方式和不同地区的资源开采方式和不同地区的资源条件所规定的可采厚度的下条件所规定的可采厚度的下限标准。（限标准。（影响因素：煤种、产状、开采方式、资源条件影响因素：煤种、产状、开采方式、资源条件））3、煤层厚度分类按厚度分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巨厚煤层按倾角分5°近水平煤层5°-25°缓倾斜煤层25°-45°倾斜煤层25°急倾斜煤层稳定煤层：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，局部不可才；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。按稳定性分煤层厚度及其变化是影响煤矿开采的主要地质因素之一。煤层厚度级不同，采煤方法亦不同。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。三、煤层厚度变化引起煤厚变化的地质因素：原生变化和后生变化。影响煤层形态和煤层厚度变化的因素有许多，常见的有：1、泥炭沼泽基底不平影响煤层形态和厚度的变化①、煤层底版或基底岩层界面呈凹凸起伏而顶板界面却比较平整，即“顶平底不平”。②、往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤厚变化极为不规则。③、基底古地形低洼处煤层增厚，向突起部位尖灭变薄。其分层和层理多为下伏的基底岩层界面所截切，呈现超覆样式。湖北早二叠世梁山组煤层展布辽宁阜新盆地泥炭基底不平特征2、影响煤层形态和厚度变化的沉积因素煤层形成时期的沉积环境对煤层的形态和煤层厚度有直接的关系。（1）、沉积体系和煤层厚度、形态变化的关系；冲积扇、河流、湖泊、三角洲、障壁岛、和碳酸盐台地等沉积体系中各种成煤模式，来确定沉积环境和煤层特征的关系。（2）、对煤层分岔类型的影响；煤层减薄或增厚的主要方式是煤层分岔。由单一煤层分岔为两个（多个）煤分层或独立煤层；煤层分岔类型山东煤煤田煤分岔3、同沉积构造对煤层形态和煤厚变化的影响聚煤盆地基底的不均衡沉降，如基底断块差异性沉陷、同沉积褶皱和断裂等，通过对沉积环境的控制，能够对煤层形态和煤层变化产生深刻的影响。（1）、基底断裂系控制的煤层分带——阜新煤盆地为例①、无煤带位于东南盆缘断裂内侧的边缘地带，煤层分叉尖灭，被冲积扇砾岩所代替。煤层与扇砾岩互为消长、指状交错；②、分岔煤层带位于尖灭煤层带的内侧，煤层向盆缘断裂方向多次分岔形成马尾状分岔样式。③、聚结煤层带位于盆地中央地带，煤层密集或合并，单层厚度达到最大值，而层间距最小。阜新煤盆地为例海洲组横向沉积断面图（2）、盆内次级同沉积褶皱对煤层形态和煤厚变化的影响聚煤盆地内部往往发育次级隆起和拗陷或次级同沉积褶皱，它们对煤层形态和煤层厚度具有不同程度的控制作用。由于构造分异和沉积补偿之间的不同状态，煤层的发育状况是多样的。一般情况下，盆地内的次级隆起、同沉积背斜构成蓄水盆地内的浅水地带，沼泽持续发育