构造煤及瓦斯控制-新

1、 主要内容主要内容主要内容主要内容据煤矿安全生产“十一五”规划国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，2006.4 1 11 11 11 11 11 1现代科学研究在三个层次上齐头并进现代科学研究在三个层次上齐头并进关爱生命、关心地球、关注宇宙关爱生命、关心地球、关注宇宙煤是温度、应力作用敏感的岩石煤是温度、应力作用敏感的岩石煤是温度、应力作用敏感的岩石煤是温度、应力作用敏感的岩石1 11 1现代科学研究在三个层次上齐头并进现代科学研究在三个层次上齐头并进关爱生命、关心地球、关注宇宙关爱生命、关心地球、关注宇宙煤是温度、压力敏感的岩石煤是温度、压力敏感的岩石1 11 11 12 2内容及

2、方法（内容及方法（1 1）未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。界进军。 -爱因斯坦爱因斯坦一种对比：一种对比：构造煤和原生结构煤构造煤和原生结构煤1 12 2内容及方法（内容及方法（2 2）StructureRomax%Macerals Rank Coal两条主线两条主线：煤岩组成和煤化程度：煤岩组成和煤化程度1 12 2内容及方法（内容及方法（3 3）微观分子级宏观1 12 2内容及方法（内容及方法（4 4）主要内容主要内容2 2 构造煤的成因构造煤的成因2.1 2.1 构造煤是挤压、剪切作用的产物构造煤是挤压、剪切作用的产物 河南理工

3、大学瓦斯地质研究所以地质观点开展煤与瓦斯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、剪切作用形成的构造煤。，即强烈挤压、剪切作用形成的构造煤。借助电子显微镜观察，构造煤中的碎粒和糜棱煤（其中糜棱借助电子显微镜观察，构造煤中的碎粒和糜棱煤（其中糜棱煤占多数），在较低放大倍数（数十至数百倍）下表现出的煤占多数），在较低放大倍数（数十至数百倍）下表现出的一个共有特征是具有网络状

4、结构，所谓网络状结构，是指由一个共有特征是具有网络状结构，所谓网络状结构，是指由许多白色或灰白色的长短不等、宽窄不同、弯弯曲曲、彼此许多白色或灰白色的长短不等、宽窄不同、弯弯曲曲、彼此交织在一起的网纹所构成的似经络状的图案。多数构成网络交织在一起的网纹所构成的似经络状的图案。多数构成网络状的网纹在高放大倍数时可以逐渐观察清楚。它们实质上属状的网纹在高放大倍数时可以逐渐观察清楚。它们实质上属于多组互相交切的微裂隙或无数细小煤粒间的缝隙。这是煤于多组互相交切的微裂隙或无数细小煤粒间的缝隙。这是煤体遭受构造应力破坏后在微观上的一种表现形式。体遭受构造应力破坏后在微观上的一种表现形式。2.12.1构造

5、煤是挤压、剪切作用的产物构造煤是挤压、剪切作用的产物构造煤受应力作用发生碎裂、碎裂情况随着构造构造煤受应力作用发生碎裂、碎裂情况随着构造应力的性质、大小、快慢而不同，应力的性质基本应力的性质、大小、快慢而不同，应力的性质基本上有张、压、扭上有张、压、扭3 3种应力不是孤立的，而是互相联种应力不是孤立的，而是互相联系的，只是有主、次、大小，分布范围的差异。条系的，只是有主、次、大小，分布范围的差异。条件不一样，对煤体的破坏影响就有差别，应力作用件不一样，对煤体的破坏影响就有差别，应力作用的快和慢，产生的现象也不相同。应力作用快，致的快和慢，产生的现象也不相同。应力作用快，致使煤体发生脆性破裂，粘

6、塑性的物质可以变为脆性使煤体发生脆性破裂，粘塑性的物质可以变为脆性物质，反之，物质，反之，脆性物质也可产生塑性变形脆性物质也可产生塑性变形。2.1 2.1 构造煤是挤压、剪切作用的产物构造煤是挤压、剪切作用的产物煤层受构造应力作用，在脆性碎裂的情况下常形成角煤层受构造应力作用，在脆性碎裂的情况下常形成角砾状构造，在塑性条件下，常出现板状构造和片状构造砾状构造，在塑性条件下，常出现板状构造和片状构造。在扫描电镜下，构造煤的显微角砾状构造和团粒状结。在扫描电镜下，构造煤的显微角砾状构造和团粒状结构是脆性变形的表现特点。而定向排列、鳞片状、揉皱构是脆性变形的表现特点。而定向排列、鳞片状、揉皱镜面等多

7、属塑性变形的特征。现在我们看到的煤层是多镜面等多属塑性变形的特征。现在我们看到的煤层是多种应力综合作用的结果，所反映的应力性质、大小、快种应力综合作用的结果，所反映的应力性质、大小、快慢等也多属综合体现。慢等也多属综合体现。构造煤的超微观结构特征进一步反映了构造应力对煤构造煤的超微观结构特征进一步反映了构造应力对煤层的破坏。煤体在超微观结构上表现出的碎裂结构和板层的破坏。煤体在超微观结构上表现出的碎裂结构和板状结构，不仅使煤体增加了孔隙空间和内表面积，为瓦状结构，不仅使煤体增加了孔隙空间和内表面积，为瓦斯的储集提供了条件，而且也极大地降低了煤体的强度斯的储集提供了条件，而且也极大地降低了煤体的

8、强度，减小了突出所需要的能量。，减小了突出所需要的能量。2.2 2.2 构造煤受构造逐级控制构造煤受构造逐级控制煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度和厚度分布均煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度和厚度分布均受构造控制。张子敏（受构造控制。张子敏（19981998）论述了煤与瓦斯突出危险）论述了煤与瓦斯突出危险区的分布特征，发现区的分布特征，发现深层构造陡变带深层构造陡变带、深层断裂带深层断裂带、推推覆构造带、强变形带覆构造带、强变形带控制了中国众多的煤与瓦斯突出矿控制了中国众多的煤与瓦斯突出矿区和矿井的分布，实际上，这些地带都是区域构造挤压区和矿井的分布，实际上，这些地带都是区域构造挤压、剪切应

9、力集中带和构造变形最强烈的地带，它常是煤、剪切应力集中带和构造变形最强烈的地带，它常是煤层瓦斯富集带，也是构造煤发育的部位。如沿华北盆地层瓦斯富集带，也是构造煤发育的部位。如沿华北盆地北缘天山北缘天山赤峰深层活动断裂带上分布有包头、下花园赤峰深层活动断裂带上分布有包头、下花园、北票等高突矿区。沿华北盆地南缘龙首山、北票等高突矿区。沿华北盆地南缘龙首山固始深层固始深层活动断裂带上分布有靖远、宜洛、平顶山、淮南等高突活动断裂带上分布有靖远、宜洛、平顶山、淮南等高突矿区。沿太行山活动断裂带上分布有焦作、鹤壁、安阳矿区。沿太行山活动断裂带上分布有焦作、鹤壁、安阳、邯郸、峰峰等高突矿区。、邯郸、峰峰等高

10、突矿区。 2.3 2.3 顺煤层剪切带顺煤层剪切带构造煤分布范围广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。它是层面断层角度相交或者近于平行的剪切带。它是层面断层(beding fualts)(beding fualts)或顺层断层的一种，过去称之为顺层或顺层断层的一种，过去称之为顺层滑动构造滑动构造( (彭立世，陈凯德彭立世，陈凯德1989)1989)和顺煤层断层和顺煤层断层( (曹运兴曹运兴，彭立世，侯泉林，彭立世，侯泉林，1993)1993)。（1 1）与煤层产状一致的顺煤层剪切带）与煤层产状

11、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。是近于一致的。形成大规模的构造煤。剪切带沿煤层发剪切带沿煤层发育，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。滑面结构

12、。 2.3 2.3 顺煤层剪切带顺煤层剪切带构造煤分布范围广构造煤分布范围广平顶山东部煤田下石盒子组中的戊平顶山东部煤田下石盒子组中的戊9-109-10煤层中煤层中部发育一稳定的顺层剪切带。据勘探资料及生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。，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

13、变化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。剪切带厚度仅1 11.5m1.5m，上界面距顶板，上界面距顶板0.8m0.8m，下界面距底板下界面距底板1m1m左右，主剪切面位于上部（图左右，主剪切面位于上部（图2 21111）。在四矿及一矿的丁）。在四矿及一矿的丁5-65-6煤层中发育的顺煤层中发育的顺层剪切带形态也是如此。层剪切带形态也是如此。图图21平顶山矿区东部戊平顶山矿区东部戊9-10煤层顺层剪切带煤层顺层剪切带1 5 4 5 H = 0 .9 52 3 0 3 0 H = 0 .91 0 0123 m2.3 2.3 顺煤层剪切带顺煤层剪切带构造煤分布范围广构造煤分布范围

14、广在焦作煤田山西组的二在焦作煤田山西组的二1煤层中发育有两条顺层剪切带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，形成煤层顶部利，它们分别沿煤层的顶部和底部发生，形成煤层顶部利底部两个构造煤带。这一组顺煤剪切带在整个焦作煤田底部两个构造煤带。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的几百千方公里范围内都相当稳定(如图如图212所示所示)。在山西沁水煤田东北部的阳泉矿区，一个重要的煤层在山西沁水煤田东北部的阳泉矿区，一个重要的煤层剪切带发育于山西组剪切带发育于山西组3号煤层的顶部，厚为号煤层的顶部，厚为40cm，有意，有意义的是这一厚度很小的剪切带竟然在煤田几

15、百平方公里义的是这一厚度很小的剪切带竟然在煤田几百平方公里范田内广为存在。范田内广为存在。在河南境内，一个规模巨大的顺煤层剪切带发育在沿在河南境内，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嵩山观音堂展布的山西组二1煤层中。涉及的煤田有陕煤层中。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。剪切带被破坏了约响面积上万平方公里。剪切带被破坏了约6m厚的整个二厚的整个二1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）。（顶板

16、软，煤层软，底板软）。图图22焦作二焦作二1煤层顺煤层剪切带（构造煤为标志）煤层顺煤层剪切带（构造煤为标志） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .泥 岩构 造 煤粉 砂 岩大 花 炭粉 砂 岩小 花 炭煤 玉小 花 炭粉 砂 岩构 造 煤泥 岩0 . 5 - 1 00 . 0 1 - 0 . 0 51 . 5 - 2 . 51 . 0 - 2 . 00 . 0 5 - 0 . 80 . 0 5 - 0 . 30 . 3 - 0 . 90 . 0 1 - 0 . 0 50 . 0 5 - 1 . 30 . 0 5 - 0

17、. 81 11 0987654321分 层 名 称柱 状厚 度序 号2.3 2.3 顺煤层剪切带顺煤层剪切带构造煤分布范围广构造煤分布范围广（2）波状起伏的顺煤层剪切带）波状起伏的顺煤层剪切带一些影响带较窄但范围较大的顺煤层剪切带在剖面上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。如图波状起伏，剪切面产状变化较大。如图213示，在巷示，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。是沿煤层发育的。8

18、 5 1231 正 断 层 ； 2 逆 断 层 ； 3 粉 砂 岩 ；图图23波状起伏的顺煤层剪切带波状起伏的顺煤层剪切带（四川省白皎矿（四川省白皎矿K K3 3煤层）煤层）2.3 2.3 顺煤层剪切带顺煤层剪切带构造煤分布范围广构造煤分布范围广（3）顺煤层剪切带具有选层性）顺煤层剪切带具有选层性顺煤层剪切带的发生具有选层性。这一特性决定于煤层的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。选层的级别可以分为三种：即煤层、煤系和构造层。在同一

19、煤层中，剪切优先选择以镜质组为主的光亮煤充分在同一煤层中，剪切优先选择以镜质组为主的光亮煤充分层中。平顶山东部矿区戊层中。平顶山东部矿区戊910煤层中的剖面煤岩分层自上而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（系数实验表明，中分层强度（f=0.40.5）约是上分层（）约是上分层（f=0.60.8）的一半。在一个煤组或煤系中，当煤层间距及岩石组）的一半。在一个煤组或煤系中，当煤层间距及岩

20、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。择在煤层顶板或底板。如图如图3-263-26、图、图3-323-32示。示。图图3-26芦店滑动构造剖面图芦店滑动构造剖面图+ 4 0 00- 4 0 0- 8

21、 0 0煤芦 F1 2煤马鸣寺月台断层5 0 00mT P T 1T 1O 2O 2P P1 -P P P t32 2 2121211ZC N W1 00寨脖断层二1二1C C C + P F1 F告F232P23P23P212T1T1T1T134T1T12T13T11P12P21-1P21201105001201212009120071201012006CK5N31 W32.5 一1煤二1煤12008芦 告F10 F27告告F30芦F1-2告F2告F3告F27图图3-32 告成矿井线剖面图告成矿井线剖面图 图2-4图2-52.4 断层断层构造煤局部发育构造煤局部发育断层使构造煤呈现带状分布，

22、构造煤厚度的增加和分布的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，如图范围，与断层性质、断层落差有关，如图26示。切层小型示。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。远即行消失。在图在图2-72-7中，断层产状中，断层产状2402405050，H=0.2mH=0.2m断断面平直、闭合，仅在断层面上有面平直、闭合，仅在断层面上有1cm1cm厚的粉煤，这是由两盘相厚的粉煤，这是由两盘相对剪切滑移所形成的。对剪切滑移所形成的。图图26 平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-612290

23、迎头断面迎头断面 图图27 平顶八矿丁平顶八矿丁5-612230 采面断层点剖面采面断层点剖面 2.4 断层断层构造煤体局部发育构造煤体局部发育在图在图28中，断层产状为中，断层产状为21030，H=1.6m，断面平，断面平直紧闭，断面在煤层底部分为二支，主断层切入底板但断距直紧闭，断面在煤层底部分为二支，主断层切入底板但断距变小至变小至0.5m，一支沿底部煤层逆地层倾向南延，形成顺煤断，一支沿底部煤层逆地层倾向南延，形成顺煤断层。与岩石相接触的下盘全部为原生结构煤，断层面上有层。与岩石相接触的下盘全部为原生结构煤，断层面上有35cm，厚的粉状结构糜棱煤。顺煤断层带内有，厚的粉状结构糜棱煤。顺

24、煤断层带内有0.25m厚的碎粒厚的碎粒煤，随距主断面距离加大而逐渐变薄煤，随距主断面距离加大而逐渐变薄6m后消失。顺煤断面的后消失。顺煤断面的上、下煤分层没有破坏迹象，全为原生结构煤。上、下煤分层没有破坏迹象，全为原生结构煤。图图28 平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-612230断层素描断层素描2.4 断层断层构造煤局部发育构造煤局部发育在图在图29中，断层面产状中，断层面产状14050，H=1.0m，上盘系，上盘系一煤层顶板断层，断层进入煤层后倾角变小，沿煤层层面延一煤层顶板断层，断层进入煤层后倾角变小，沿煤层层面延伸，不远消失，断面平直紧闭。煤体无破坏，全部为原生结伸，不远消失，断面平直紧闭。

25、煤体无破坏，全部为原生结构煤。在顺煤断层下降盘断面沿煤层延伸段，形成一楔形构构煤。在顺煤断层下降盘断面沿煤层延伸段，形成一楔形构造煤体，不远即行消失。造煤体，不远即行消失。 图图29 平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-6机巷断层素描机巷断层素描2.4 断层断层构造煤局部发育构造煤局部发育上述所见煤层小断层均系扭性正断面，断面平直紧闭上述所见煤层小断层均系扭性正断面，断面平直紧闭，构造煤仅发育于断面及下降盘侧，而上升盘构造煤不，构造煤仅发育于断面及下降盘侧，而上升盘构造煤不发育。构造煤与正断层的这种空间关系与平顶山十二矿发育。构造煤与正断层的这种空间关系与平顶山十二矿己己15-1715-17煤层所见相

26、同。煤层所见相同。有些切层断层与顺煤层剪切带有时具有成因联系，切有些切层断层与顺煤层剪切带有时具有成因联系，切层断层消失在滑动构造带之中，平顶山戊层断层消失在滑动构造带之中，平顶山戊9-109-10顺煤断层的顺煤断层的主断面位于顶板下主断面位于顶板下606080cm80cm处，平行煤层层面稳定地沿处，平行煤层层面稳定地沿层延伸，仅在局部地段略有起伏斜切层理，形成所谓构层延伸，仅在局部地段略有起伏斜切层理，形成所谓构造不整合现象。造不整合现象。主断面为主断面为101020cm20cm厚的土状结构糜棱煤，致密均一，厚的土状结构糜棱煤，致密均一，成块，略带褐色，除少数弧形镜面外无其它伴生小构造成块，

27、略带褐色，除少数弧形镜面外无其它伴生小构造。主断面上界平直清晰，为一镜面，镜面有平直细、浅。主断面上界平直清晰，为一镜面，镜面有平直细、浅的倾向擦痕，向下逐渐过渡为镜面结构糜棱煤。的倾向擦痕，向下逐渐过渡为镜面结构糜棱煤。2.4 断层断层构造煤局部发育构造煤局部发育主断面之上直接为未受构造影响或局部影响的原主断面之上直接为未受构造影响或局部影响的原生结构煤，条带结构，垂直节理发育，局部发生歪生结构煤，条带结构，垂直节理发育，局部发生歪斜，主断面之下厚斜，主断面之下厚1.5m1.5m以上的镜面结构糜棱煤。其以上的镜面结构糜棱煤。其中混杂有团块状碎粒煤，甚至碎裂煤，光泽暗淡。中混杂有团块状碎粒煤，

28、甚至碎裂煤，光泽暗淡。所以，以主断面为界，依光泽可以明显地分为上、所以，以主断面为界，依光泽可以明显地分为上、下两个分层；上部原生结构煤分层和下部糜棱煤层下两个分层；上部原生结构煤分层和下部糜棱煤层。在构造煤分层中，发育一系列次级褶皱和镜面揉。在构造煤分层中，发育一系列次级褶皱和镜面揉流褶皱。这些褶皱轴向与地层走向一致或以小角度流褶皱。这些褶皱轴向与地层走向一致或以小角度相交，轴面倾向北。图相交，轴面倾向北。图2 21818、图、图2 21919和图和图2 22020则指出了切层断层与顺煤断层形成的时间顺序。则指出了切层断层与顺煤断层形成的时间顺序。图图210顺煤断层与切层断层的关系顺煤断层与

29、切层断层的关系（平顶山矿区八矿戊（平顶山矿区八矿戊9-1012121采面）采面）图图211 平顶山八矿己平顶山八矿己1513160顺煤断层与切层断层关系图顺煤断层与切层断层关系图1234mH=0.65.200 30012m175 60 H = 0.8355图图212 断层与构造煤的关系断层与构造煤的关系(平顶山十二矿平顶山十二矿16041风巷联络巷南风巷联络巷南52米处米处)S E 5 0 H= 0 . 2 0 mNS2.5 2.5 构造煤宏观、显微结构特征构造煤宏观、显微结构特征原生结构煤原生结构煤 原生结构煤是指未受构造变动，保留原生沉积原生结构煤是指未受构造变动，保留原生沉积结构、构造特

30、征，煤层原生层理完整、清晰，仅有结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅有少量内生、外生裂隙发育，煤体呈块状。显微镜下少量内生、外生裂隙发育，煤体呈块状。显微镜下显微组分层排列，界限清晰的煤层。原生结构煤的显微组分层排列，界限清晰的煤层。原生结构煤的煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。煤岩学中，煤的结构、构造一般是对原生结构煤而煤岩学中，煤的结构、构造一般是对原生结构煤而言的，且有宏观和微观言的，且有宏观和微观( (光学镜下光学镜下) )之分之分( (韩德馨，韩德馨，1996)1996)。3.1 3.1 原生结构煤原生结构煤 煤的原生结构是由成煤原

31、始物质及成煤环境所煤的原生结构是由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。煤的宏观结构指宏观煤岩成分的形态形成的结构。煤的宏观结构指宏观煤岩成分的形态、大小、排列方式所表现的特征，原生结构煤的宏、大小、排列方式所表现的特征，原生结构煤的宏观煤岩成分分镜煤、亮煤、暗煤和丝炭，其原生结观煤岩成分分镜煤、亮煤、暗煤和丝炭，其原生结构常见有带状结构、线理状结构、凸镜状结构、均构常见有带状结构、线理状结构、凸镜状结构、均一状结构、粒状结构、叶片状结构、木质状结构和一状结构、粒状结构、叶片状结构、木质状结构和纤维状结构。光学镜下煤的纤维状结构。光学镜下煤的( (显微显微) )结构是指各种显结构是指各种显微组分

32、的大小、形态以及植物组织结构的保存程度微组分的大小、形态以及植物组织结构的保存程度（如图版（如图版-a,b,c,d,e,f-a,b,c,d,e,f）。）。（二）构造煤煤岩特征与分类（二）构造煤煤岩特征与分类构造煤结构类型分类构造煤结构类型分类 原生结构煤构造煤碎裂结构碎粒结构粉粒结构糜棱结构煤结构类型表表 4 4- -11 11 构造煤结构分类与命名构造煤结构分类与命名 Table 4-11 classification of deformed coal 结构类型结构类型 I I IIII IIIIII 成因机制成因机制 应力方式应力方式 原生结构煤原生结构煤 原生结构煤原生结构煤 原生原生结

33、构结构 碎裂结构煤碎裂结构煤 碎裂棱角状结构碎裂棱角状结构 斑状结构斑状结构 碎粒结构煤碎粒结构煤 等粒结构等粒结构 粉粒结构体粉粒结构体 粉粒结构粉粒结构 挤压碎挤压碎流作用流作用 压应力压应力 叶片结构叶片结构 鳞片结构鳞片结构 鳞片粉状结构鳞片粉状结构 构造煤构造煤 糜棱结构煤糜棱结构煤 鳞片嵌屑结构鳞片嵌屑结构 剪切韧剪切韧流作流作用用 剪应力剪应力 原生结构煤bac de 图图版版IV abcdef图版II abcdee f c b 2.6 2.6 构造煤大分子结构特征构造煤大分子结构特征 图3-1 煤的镜质组反射率光率体模型8a.一轴晶负光性；b.二轴晶正光性 大同煤镜煤和丝炭XR

34、D图 平朔煤镜煤和丝炭XRD图 神府煤镜煤和丝炭XRD图 抚顺镜煤和树脂煤XRD图 济源镜煤和丝碳XRD图 不同变质程度镜煤XRD图 煤化度煤化度p与与反射率的关系与与反射率的关系 %1003354. 03975. 03975. 0002dpNg 与 Rmax( %)之间的关系 构造煤构造煤NgNg的变的变化趋势与原生结构化趋势与原生结构煤是一致的，但路煤是一致的，但路径不同。构造煤的径不同。构造煤的NgNg较原生结构煤更较原生结构煤更早达到峰值，且更早达到峰值，且更早地开始降低，不早地开始降低，不同煤体结构煤的同煤体结构煤的NgNg变化不同，构造煤变化不同，构造煤较原生结构煤超前较原生结构煤

35、超前演化。演化。 ( (一一) )煤岩组成与溶剂萃取分析煤岩组成与溶剂萃取分析 大同镜煤和丝炭不同溶剂萃取率 平朔镜煤和丝炭不同溶剂萃取率 注：1-正己烷；2苯；3氯仿；4四氢呋喃；5吡啶；6累计( (一一) )煤岩组成与溶剂萃取分析煤岩组成与溶剂萃取分析 神府、平朔、大同煤三氯甲烷萃取率 ( (一一) )煤岩组成与溶剂萃取分析煤岩组成与溶剂萃取分析 抚顺镜煤和树脂煤CS2萃取率和族组成 :萃取物的族组成 /w % 编号 样品 CS2萃取率/w%,daf 烷烃 芳烃 非烃 FV 抚顺镜煤 1.56 7.0 10.0 83.0 FE 抚顺树脂煤 19.78 25.2 24.2 50.6 ( (二

36、二) ) 构造煤溶剂萃取分析构造煤溶剂萃取分析平顶山五矿煤不同溶剂萃取率 平顶山大庄矿煤不同溶剂萃取率 注：1-正己烷；2苯；3氯仿；4四氢呋喃；5吡啶；6累计( (二二) ) 构造煤溶剂萃取分析构造煤溶剂萃取分析 平顶山煤的氯仿萃取物对比图 。 ( (三三) ) 溶剂萃取动力学分析溶剂萃取动力学分析 0.00.20.40.60.81.01.2020406080100Time / hourNormalized ratioDT fusainDT vitrain 0.00.20.40.60.81.01.2020406080100Time / hourNormalized extraction yi

37、eldsPS vitrainPS fusain 大同镜煤和丝炭 平朔镜煤和丝炭 镜煤与丝炭归一化萃取率与时间关系曲线镜煤与丝炭归一化萃取率与时间关系曲线 镜煤0.00.40.81.21.6020406080100时间/h萃取率/W%，daf总计烷烃芳烃非烃树脂煤04812162024020406080时间/h萃取率/W%，daf总计0.00.51.01.52.02.5020406080100时间/h抽提率/wt%大同镜煤平朔镜煤抚顺镜煤抚顺镜煤的萃取率的萃取率与时间关与时间关系的曲线系的曲线抚顺树脂抚顺树脂煤的萃取煤的萃取率与时间率与时间关系的曲关系的曲线线大同和平朔煤萃取率与时间关系的曲线大

38、同和平朔煤萃取率与时间关系的曲线抚顺树脂体与镜质芳烃萃取动力学曲线抚顺树脂体与镜质芳烃萃取动力学曲线 抚顺树脂体与镜质体烷烃萃取动力学曲线抚顺树脂体与镜质体烷烃萃取动力学曲线 抚顺树脂体与镜质体非烃萃取动力学曲线抚顺树脂体与镜质体非烃萃取动力学曲线 0246020406080100120time / hour-ln(1-x)抚顺煤镜质体和树脂体萃取动力学曲线抚顺煤镜质体和树脂体萃取动力学曲线 大同丝炭与镜煤萃取动力学曲线大同丝炭与镜煤萃取动力学曲线 平朔丝炭与镜煤萃取动力学曲线平朔丝炭与镜煤萃取动力学曲线 5.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00

39、010000020000030000040000050000060000070000080000090000010000001100000120000013000001400000150000016000001700000Time-AbundanceTIC: ZYGT12-4.DC14C12C16C18C20C22C27C29C29C31C13C15C17C19C215.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0005000000 1e+07 1.5e+07 2e+07 2.5e+07 3e+07 3.5e+07 4e+07 4.5e+07Time-Ab

40、undanceTIC: ZYG002.D C14C15C16C17C18C18C19C20C21C22C23C24C25C26C27C295.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0005000000 1e+07 1.5e+07 2e+07 2.5e+07 3e+07 3.5e+07Time-AbundanceTIC: ZYG005.DOOOO5.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.005000000 1e+07 1.5e+07 2e+07 2.5e+07 3e+07Time-AbundanceTIC: ZY

41、G001-3.D 测 点 号 R o / % 1 0 . 2 1 2 0 . 2 4 3 0 . 2 8 4 0 . 2 8 5 0 . 2 6 6 0 . 2 7 7 0 . 2 4 主要内容主要内容（一）煤演化力化学作用理论（一）煤演化力化学作用理论（二）构造煤大分子结构特征（二）构造煤大分子结构特征（三）构造煤可溶低分子化合物（三）构造煤可溶低分子化合物特征特征（四）构造煤成烃热模拟实验（四）构造煤成烃热模拟实验（一）（一）煤演化力化学作用理论煤演化力化学作用理论 煤机械力作用类型分类煤机械力作用类型分类 （一）（一）煤演化力化学作用理论煤演化力化学作用理论 静水压应力静水压应力 构造应

42、力构造应力 3.3 机械能的来源机械能的来源3.4 3.4 力的作用方式力的作用方式3.4.1 3.4.1 冲击作用冲击作用此作用表现在两个方面此作用表现在两个方面: :一是参加早期一是参加早期成岩演化有机残余物的单基质分子的聚成岩演化有机残余物的单基质分子的聚合反应，就是以冲击波为动力的。二是合反应，就是以冲击波为动力的。二是冲击挤压对自然催化剂（如硅酸铝）有冲击挤压对自然催化剂（如硅酸铝）有活化作用。活化作用。 3.4.2 电磁作用电磁作用加里莫夫还对生烃的基团机制进行了最为详细的研究，加里莫夫还对生烃的基团机制进行了最为详细的研究，他指出，在交变磁场的影响下，那怕是在不很大的幅度他指出，

43、在交变磁场的影响下，那怕是在不很大的幅度下，由于自转方向的变化，基团联偶作用的随机性会增下，由于自转方向的变化，基团联偶作用的随机性会增大。大。IO.K.IO.K.马利克马利克(1981)(1981) 21 21认为，从本质上讲，认为，从本质上讲，“这一这一新的现象的自然属性并不具有能量性质，而具有控制性新的现象的自然属性并不具有能量性质，而具有控制性质质”。早在早在19521952年，卡拉什尼科夫等首次通过实验再现了弹性年，卡拉什尼科夫等首次通过实验再现了弹性应力条件下岩石磁化率的变化。他们认为，构造过程在应力条件下岩石磁化率的变化。他们认为，构造过程在地球表面的激发作用应当反映在磁场的变化

44、上。这一结地球表面的激发作用应当反映在磁场的变化上。这一结论已被设置在地震活动带的地球物理实验场对地磁变化论已被设置在地震活动带的地球物理实验场对地磁变化的长期观测结果所证实。通过各种实验还发现，各种材的长期观测结果所证实。通过各种实验还发现，各种材料变形过程中都有力料变形过程中都有力 电效应。这说明，构造应力是地电效应。这说明，构造应力是地震电磁效应的动力。震电磁效应的动力。 3.4 3.4 力的作用方式力的作用方式3.4.3 3.4.3 超声波作用超声波作用 地壳运动、构造应力作用造成岩体相互之间不地壳运动、构造应力作用造成岩体相互之间不断碰撞产生超声波。断碰撞产生超声波。当一定强度的超声