第七章-煤与含煤岩系课件

矿山地质学山东科技大学地质科学与工程学院胡绍祥编制多媒体教学课件134552964070532-80681116(o)hu.sx@1.§7-1成煤作用§7-2煤的物质组成、性质和分类§7-3含煤岩系及煤田第七章煤与含煤岩系休息2.§7-1成煤作用（一）泥炭化阶段1.泥炭化作用高等植物遗体在泥炭沼泽中，经受复杂的生物化学和物理化学变化转变成泥炭的过程称为泥炭化作用。在沼泽这种特殊的环境中，一方面因雨量充沛，温暖湿润，有利于植物尤其是高等植物的繁殖生长；另一方面因存在不深的积水，植物遗体沉入水底，被水覆盖得以保存不被氧化，为成煤提供了原始物质。随着植物遗体的堆积和分解，从沼泽的表层到底层，氧化环境逐渐转化为还原环境。这时氧化分解作用逐渐减弱，在厌氧细菌的参与下，发生了分解产物之间的合成作用和分解产物与未分解的植物遗体之间的相互作用，形成了新的合成物质——腐植酸和沥青质等。这些新物质与尚未分解的植物遗体，以及由地表流水携入的泥沙混合在一起形成了泥炭。3.（二）煤化阶段1煤成岩作用泥炭被掩埋后，在地温、压力等因素的影响下压实、脱水、固结，腐植酸向腐植质转变而成褐煤的过程称为煤成岩作用。伴随地壳的下降，泥炭被其他沉积物掩盖而保存下来。而后，随着地壳的进一步下降，它上面的覆盖物也愈来愈厚，此时温度、压力也逐渐增加，对细菌的生存越来越不利，生物化学作用逐渐停止，取而代之的是复杂的物理化学作用，原来疏松多水的泥炭受到压紧、脱水、胶结、聚合等一系列变化，转变为密度较大、较为致密的褐煤。4.2煤变质作用褐煤在地下受相对较高的温度、压力等因素的影响转变为烟煤、无烟煤等的地球化学作用称为煤变质作用。泥炭形成褐煤后，如果地壳不再下降，那么煤化作用就可能停止在褐煤阶段。如果地壳继续下降，褐煤被沉降到地下较深处时，受到不断增高的温度和压力的影响，引起煤内部分子结构、物理性质、化学性质等方面的重大变化，最为突出的是煤中的腐植酸全部消失，出现了黏结性，光泽增强，碳含量增加。这时褐煤逐渐变质转化为烟煤。5.由于地质条件的不同，温度、压力的差异及煤受热持续时间的不同，导致不同变质程度的烟煤产生。通常按变质程度由低到高将烟煤分为六个阶段，即长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤阶段。烟煤的用途最广，化工、炼焦、动力、民用均可，是不可缺少的资源。如果发生更强的地壳运动或岩浆活动，使烟煤受到更高的温度和压力的影响，烟煤就可以进一步变质而转化为无烟煤。6.二、煤的性质(一)煤的化学组成1．碳（C）煤中有机质的主要成分，也是煤燃烧过程中产生热量的重要元素，每一千克纯碳完全燃烧时能放出34.107MJ的热量。煤中碳含量越多，煤的发热量越高。煤中碳含量随煤的变质程度的加深而增加。休息§7-2煤的物质组成、性质及分类7.2．氢（H）煤中有机质的第二个主要成分，也是煤燃烧过程中产生热量的主要元素，每一千克氢完全燃烧时能产生143.248MJ的热量，为碳元素的4.2倍。腐泥煤的氢含量比腐植煤高;氢含量随着变质程度的加深而减少。3．氧（O）氧是煤中不可燃的元素，但可以助燃。煤中氧含量随煤化程度的加深而减少。休息8.4．氮（N）煤中有机质氮含量较少，主要来自植物中的蛋白质，也有一部分可能来自细菌活动的产物。一般随煤化程度加深而略趋于减少。5．硫（S）

将煤分为六级：特低硫煤低硫分煤低中硫煤中硫分煤中高硫煤高硫分煤休息9.6．磷（P）

煤中的含量极低，一般低于0.1%，最高也不高于1%。其危害极大，如炼焦时可使钢材具有冷脆性。7．其它元素

煤中还存在许多稀有元素及放射性元素，如锗（Ge）镓（Ga）铀（U）钒（V）砷（As）氯（Cl）等。

休息10.（二）煤的物理性质1.颜色和条痕2.煤的光泽

休息11.煤化程度光泽颜色条痕褐煤无光泽或暗淡沥青光泽褐色、深褐色、黒褐色浅棕色、深棕色长焰煤沥青光泽黑色，带褐深棕色气煤强沥青光泽、弱玻璃光泽黑色棕黑色肥煤玻璃光泽黑色，带棕焦煤强玻璃光泽瘦煤黑色贫煤金刚光泽黑色，有时带灰无烟煤似金属光泽灰黒色，带古铜色，钢灰色灰黒色休息12.3.煤的密度4.硬度和脆度

煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。按摩氏硬度计，一般煤的硬度介于1-4之间。褐煤和焦煤硬度最小，约为2-2.5；无烟煤硬度最大，接近4。同一煤化程度的煤，暗煤比亮煤、镜煤硬度大。休息13.（三）煤的工艺性质1.煤的工业分析（1）水分（M）外在水分（Mf）－存在煤的大孔隙中，常温下可烘干。内在水分（Minh）－存在小毛细管内，加热才失去。全水分（Mt）－内在水分与外在水分之和。休息14.（2）灰分（A）煤燃烧后剩余的残渣，来源于煤中的矿物质。

将煤分为6级：特低灰煤低灰分煤低中灰煤中灰分煤中高灰煤高灰分煤

休息15.（3）挥发分（V）

在隔绝空气的条件下，将煤在（900±10）℃温度下加热7分钟时，煤中的有机质和一部分矿物质就会分解成气体和液体（蒸汽状态）逸出，用逸出物减去煤中的水分即为挥发分。挥发分在一定程度上反映了煤中有机质的性质、煤的变质程度，因此它是目前我国煤炭分类的第一指标。根据挥发分多少可判断煤的变质程度:泥炭高达70%，褐煤为40%-60%，烟煤为10%-50%，无烟煤小于10%。休息16.（4）固定碳（FC）

测定挥发分时，剩下的不挥发物质称为焦渣，焦渣减去灰分即为固定碳。固定碳指煤在隔绝空气的高温加热条件下，煤中有机质分解的残余物。2.煤的粘结性

煤的粘结性是煤粒（一般直径小于0.2mm）在隔绝空气受热后，能否粘结其本身或惰性物质（即无粘结能力的物质）成焦块的性质。煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后，能否生成优质焦炭的性质。煤的粘结性强是结焦好的必要条件。休息17.3.煤的发热量（Q）-----指单位质量的煤完全燃烧时产生的热值。中高变质阶段的烟煤发热量最大。低热值煤中低热值煤中热值煤中高热值煤高热值煤特高热值煤

休息18.三、煤的分类

我国煤炭资源丰富，煤种齐全。为了合理利用煤炭资源，特制定了煤炭分类国家标准（GB5751-86）(表6-6)。数码编号的十位数表示挥发分的多少，数码越小，挥发分越少。数码编号的个位数对烟煤表示粘结性，数码越小，粘结性越差；对无烟煤和褐煤则表示煤化程度，数码越小，煤化程度越高。休息19.1.褐煤2.长焰煤3.气煤4.肥煤5.焦煤6.瘦煤7.贫煤8.无烟煤休息20.§7-3含煤岩系和煤田休息21.一、含煤岩系的组成（一）煤层1.煤层结构1）简单结构2）复杂结构休息22.2.煤层厚度1）总厚度2）有益厚度3）最低可采厚度在现有技术经济条件下开采的煤层的最小厚度。煤种煤层倾角＜25°25~45°＞45°炼焦用煤非炼焦用煤褐煤0.600.700.800.500.600.700.400.500.60休息23.3.煤层分类1）按倾角分类露天开采地下开采近水平煤层<5°<8°缓倾斜煤层5°~10°8°~25°倾斜煤层10°~45°25°~45°急倾斜煤层>45°>45°休息24.2）按厚度分类露天开采地下开采薄煤层<3.5m<1.3m中厚煤层3.5-10m1.3-3.5m

厚煤层>10m3.5-8.0m特厚煤层>8.0m休息25.

3）按煤层稳定性分类

(1)稳定煤层煤层厚度变化很小，规律明显，结构简单至较简单，全区可采或基本可采。(2)较稳定煤层煤层厚度有一定变化，但规律较明显，结构简单至复杂，全区可采或大部分可采，可采区内煤厚变化不大。(3)不稳定煤层煤层厚度变化较大，无明显规律，结构复杂至极复杂。(4)极不稳定煤层煤层厚度变化极大，分布不连续，对比困难。休息26.（二）煤层顶底板1.顶板1）伪顶

指直接覆盖在煤层之上的薄层岩层。岩性多为炭质页或炭质泥岩，厚度一般为几cm至几十cm。它极易跨塌，常随采随落。2）直接顶

位于伪顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度为1~2m左右。随采煤回柱后一般能自行跨落，有的经人工放顶后也比较容易跨落。直接顶跨落后都充填在采空区内。休息27.（3）基本顶

又称“老顶”，位于直接顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度较大，强度也大。基本顶一般采煤后长时期内不易自行跨塌，只发生缓慢下沉。休息28.2.底板1）直接底

指煤层之下与煤层直接接触的岩层。它往往是当初沼泽中生长植物的土壤，富含根须化石，所以又称根土岩。岩性以炭质泥岩最常见，厚度不大，常为几十cm。2）老底

位于直接底之下的岩层。岩性多为粉砂岩或砂岩，厚度较大。休息29.（三）煤系中的标志层岩性比较特殊，容易识别，层位稳定或分布规律明显，它们与煤层或某些地质界线间距比较固定，这样的岩层称为标志层，可以用作寻找或对比煤层的标志。休息30.二、煤田、聚煤期和聚煤区（一）煤田、煤产地、矿田（井田）

同一地质时期形成的含煤岩系基本上连续分布的广大地区称为煤田。被后期构造改造或剥蚀残余的一些单独含煤岩系或面积、储量较小的煤田称为煤产地。煤田内划归一个煤矿开采的部分称为矿田（井田）。（二）中国主要聚煤期C-PT-JE-N休息31.（三）中国的聚煤区休息32.1．东北聚煤区又称东北内蒙古晚侏罗世早白垩世聚煤区。该区位于阴山构造带以北，包括内蒙古东部、黑龙江全部、吉林大部和辽宁北部的广大地区。主要成煤时代为晚侏罗世到早白垩世，其次为古近纪。该区煤炭资源约占全国煤炭总资源的8%。休息33.2．西北聚煤区又称西北早、中侏罗世聚煤区。该区位于贺兰山——六盘山一线以西，昆仑山——秦岭一线以北的广大地区，包括新疆全部，甘肃大部，青海北部，宁夏和内蒙古西部。成煤时代为石炭纪和早、中侏罗纪，以早、中侏罗纪成煤作用最强，尤其是新疆境内含煤性最好。该区煤炭资源量巨大，约占全国总量的33%。休息34.3．华北聚煤区休息35.3．华北聚煤区

又称华北石炭——二叠纪聚煤区，这是我国最重要的聚煤区。其范围为贺兰山构造带以东，秦岭构造带以北，阴山构造带以南的广大地区，包括山西、山东、河南全部，甘肃、宁夏东部，内蒙古、辽宁、吉林南部，陕西、河北大部，以及苏北、皖北。该区内石炭—二叠纪煤田分布最广，储量最多，占全区储量的80%以上。其次为早、中侏罗纪煤田，其中以内