第五章-煤层、煤系课件

第五章

煤层、煤系、煤田第五章

煤层、煤系、煤田1第一节煤一、煤的形成（一）成煤的原始物质

煤是由植物遗体转变而成的。 低等植物形成的煤叫腐泥煤。 高等植物形成的煤叫腐植煤。 低等植物和高等植物混合形成的煤 叫腐殖腐泥煤。第一节煤一、煤的形成2（二）煤的形成过程

植物从死亡及其遗体堆积，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。成煤作用分为二个阶段： 泥炭化及腐泥化阶段 煤化阶段

（二）煤的形成过程31、泥炭化及腐泥化阶段

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。（1）、泥炭化作用阶段概念——

高等植物遗体在泥炭沼泽中经受复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用。1、泥炭化及腐泥化阶段4它分为二个阶段：

①第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧 化、分解。②第二阶段：随积水深度增加，氧化环境 被还原环境代替，产生腐植酸和 沥青质，形成泥炭。泥炭——黄褐、黑褐色，无光泽、质地疏 松状物质，风干可作燃料，也可作化 工原料和肥料。

它分为二个阶段：5（2）腐泥化阶段

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。腐泥——含大量水分的黑灰、黑褐色冻胶淤泥状物质。（2）腐泥化阶段62、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。2、煤化阶段7（三）煤的形成条件 1、植物条件：成煤的物质基础 2、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。 3、地理条件：植物遗体的堆积场所。 4、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）（三）煤的形成条件8第五章-煤层、煤系ppt课件9（四）煤的变质作用

1、煤的变质因素:

温度、压力、时间

2、煤的变质作用类型：

深成变质作用 岩浆变质作用 动力变质作用（四）煤的变质作用10二、煤的化学成分和工艺性质（一）煤的元素组成

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。

二、煤的化学成分和工艺性质111、碳（C）煤中主要成分，C 越 多、煤发热量越 高，煤中C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 系列中以气煤H含量最高。1、碳（C）煤中主要成分，C 越 多、煤发热量越 高，煤123、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），根据煤的干燥基全硫含量St，d （％）将煤分为六级：级别特低硫煤低硫煤低中硫煤中硫煤中高硫煤高硫煤St，d≤0.500.51~1.001.01~1.501.51~2.002.01~3.00>3.003、氧（O）煤中氧随变质程度加深而减少，但变化较大。从褐 136、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。6、磷（P）主要存在无机矿物中，含量 极低，但危害大，14（二）煤的工业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、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。（二）煤的工业指标15

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(%)≤5.005.01~10.0010.01~20.0020.01~30.0030.01~40.0040.01~50.002、灰分（A）煤完全燃烧后剩下的残渣，主要成163、挥发分（V）隔绝空气的煤在（900±10℃）温度下加热7min，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、焦渣5、发热量6、胶质层厚度3、挥发分（V）17三、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。三、煤的物理性质183、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。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。3、密度指单位体积煤的质量（g/cm3）195、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。按成因分为二类：（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。5、裂隙206、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。

6、导电性21四、煤岩成分和煤岩类型（一）宏观煤岩成分

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。四、煤岩成分和煤岩类型222.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。2.镜煤23（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。（二）宏观煤岩类型24

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。3.半暗型煤25五、煤的工业分类及综合利用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）的煤五、煤的工业分类及综合利用262.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。2.分类原则273、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长焰煤 1/3焦煤肥煤 褐煤

3、分类28六、煤尘爆炸性和煤的自燃倾向性（一）煤尘：

是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。（1）煤尘的危害

矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面:A污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。B某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以 爆炸。C加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。D降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。六、煤尘爆炸性和煤的自燃倾向性29（2）煤尘爆炸的机理

煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般煤尘爆炸机理及过程主要表现在以下方面：A．煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；

（2）煤尘爆炸的机理30Ｂ、当温度达到300～400℃时，煤的干馏现 象急剧增强，放出大量的可燃性气体。Ｃ、形成的可燃气体与空气混合在高温作用 下吸收能量，在尘粒周围形成活化中 心，当活化中心的能量达到一定程度 后，链反应过程开始，游离基迅速增 加，发生了尘粒的闪燃；Ｄ、闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒， 并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧 地循环进行。Ｂ、当温度达到300～400℃时，煤的干馏现 象急剧增强，放31（３）煤尘爆炸的特征

(1)形成高温、高压、冲击波(2)煤尘爆炸具有连续性(3)煤尘爆炸的感应期即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。(4)挥发分减少或形成“粘焦”(5)产生大量的CO（３）煤尘爆炸的特征32（４）影响煤尘爆炸的因素1、煤的挥发分，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。2、煤的灰分和水分，煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。3、煤尘粒度，粒度对爆炸性的影响极大。1mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加。4、空气中的瓦斯浓度，空气中有瓦斯存在时，煤尘爆炸的下限浓度会降低．5、空气中氧的含量，空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力6、引爆热源（４）影响煤尘爆炸的因素33（二）煤的自燃倾向性

１、影响因素（１）煤的变质程度 （２）煤的水分 （３）煤岩组分 （４）煤的含硫量 （５）煤的粒度 （６）其他２、煤的自燃倾向性等级（二）煤的自燃倾向性34第二节煤层煤层：由上下两个层面限制的煤及其间 所夹的矸石层称为煤层。一、煤层形态 层状 似层状 不规则状第二节煤层35二、煤层的顶、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。二、煤层的顶、底板36

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。2、底板37三、煤层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。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。三、煤层结构38四、煤层厚度及其变化原因（一）煤层厚度的分类总厚度：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）四、煤层厚度及其变化原因39煤层厚度分类

有三类分类：

1)按厚度分: 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 巨厚煤层>8m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。

煤层厚度分类402)按倾角分: 近水平煤层<5° 缓倾斜煤层5°～25° 倾斜煤层25°～45° 急倾斜煤层>25°2)按倾角分:413)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。3)按稳定性分:42（二）煤层厚度变化的原因1、原生变化 煤层形成以前，由于地壳运动、沉积环境变迁等地质因素影响而引起煤层形态和厚度的变化。原生变化包括： 地壳不均衡沉降、泥炭沼泽古地形影响（基底不 平）、河流同生冲蚀、海水同生冲蚀。2、后生变化 煤层形成以后，因河流冲蚀、构造运动、岩浆侵 入、喀斯特陷落等地质因素影响而引起煤层形态和 厚度的变化。后生变化包括： 河流冲蚀、构造运动、岩浆侵入、喀斯特陷落。（二）煤层厚度变化的原因43五、煤层厚度变化对煤矿生产的影响及处理（一）煤层厚度变化对煤矿生产的影响１．影响采掘部署２．影响回采计划，造成采掘工作被动３．巷道掘进率增高，回采率降低４．降低矿井或采区的服务年限（二）煤矿生产过程中对煤厚变化的处理方法１．掘进过程中对煤厚变化的处理方法２．回采过程中对煤厚变化的处理方法五、煤层厚度变化对煤矿生产的影响及处理44第三节煤系一、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。特点：

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。第三节煤系45二、煤系的特征（一）岩性特征（二）岩相特征（三）旋回结构特征二、煤系的特征46

三、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；2、内陆型煤系；三、煤系的类型471、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。1、近海型煤系482、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）煤系厚度一般较大，分布面积一般较小，岩 性、岩相变化也大，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；