瓦斯地質學第五章 煤體結構與構造煤賈天讓Tel:安全學院306室研究表明，構造煤控制著瓦斯災害的發生和治理，煤礦地下開采中最嚴重的地質災害之一煤與瓦斯突出幾乎都發生在構造煤發育的煤層。

背景1:構造煤控制著瓦斯突出問題背景我國煤層的特點

低孔隙率低滲透性低飽和度高含氣量

非均質性強

三低一高一強背景2：構造煤控制著煤層氣開發問題背景

煤儲層上述特點和復雜的瓦斯地質條件控制著我國煤層氣（煤礦瓦斯）的抽采。構造煤的低強度、低滲透性、高吸附和快速解吸瓦斯等特性，是構造煤發育區煤層氣難抽采的直接原因。構造煤形成過程中是否產生過化學結構變化？成因機制如何？煤中甲烷以吸附態為主，構造煤與原生結構煤相比，對甲烷的吸附性差異是否是造成構造煤具有突出危險性的原因之一？

為什么構造煤的瓦斯放散初速度較大？構造煤具有突出危險性的內在因素是什么？問題提出本章內容一、煤體結構和分類二、煤體變形和構造煤分布三、煤的變質作用四、構造煤結構演化和力化學作用五、突出煤層煤體結構研究方法煤煤體結構原生結構煤構造煤瓦斯突出煤體基本概念

一、煤體結構和分類煤體結構：

指煤層在地質歷史演化過程中經受各種地質作用后表現的結構特征。煤體結構歷經變形和變質作用過程后，使得煤體分為原生結構煤和構造煤。構造煤原生結構煤一、煤體結構和分類原生結構煤

是指煤層未受構造變動，保留了原生沉積結構、構造特征的煤層。煤層原生層理完整、清晰，僅發育少量內生裂隙和外生裂隙。原生結構煤一、煤體結構和分類顯微鏡下顯微組分分層排列，界限清晰。原生結構煤的煤巖成分、結構、構造、內生裂隙清晰可辨。構造煤

是煤層在構造應力作用下，發生成分、結構和構造變化，引起煤層變形（破壞、粉化等）、流變（增厚、減薄等）和變質（縮聚、降解等）作用的產物。構造煤的宏觀結構常見碎裂結構、碎粒結構、粉粒結構、糜棱結構等，對應的構造煤命名為簡言之，構造煤是煤層在構造應力作用下發生變形、流變、變質的產物。一、煤體結構和分類碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。一、煤體結構和分類構造煤國家發改委《煤礦瓦斯治理與利用總體方案》明確提出加強“瓦斯地質規律研究”高能瓦斯構造煤高能瓦斯瓦斯突出煤體瓦斯地質地質構造高突礦區、突出礦井的分布受瓦斯形成、賦存的控制煤層中的構造煤控制著瓦斯災害的發生和治理瓦斯突出煤體一、煤體結構和分類一、煤體結構和分類1.原生結構煤的物理性質顏色不同變質程度的煤，其顏色有明顯差別，根據顏色特征可以區分褐煤、煙煤和無煙煤。

不同變質程度煤的顏色和條痕色煤的種類顏色條痕色褐煤褐色、深褐色、黑褐色淺褐色、深褐色長焰煤褐黑色、黑色略帶褐的色彩深褐色、黑褐色氣煤黑色褐黑色肥煤黑色帶褐色焦煤瘦煤黑色貧煤黑色有時帶灰和灰黑色無煙煤灰黑色帶古銅色和鋼灰色灰黑色、鋼灰色或黑色（二）原生結構煤煤巖學特征一、煤體結構和分類1.原生結構煤的物理性質光澤

煤的光澤是指在自然光下，煤的新鮮斷面的反光能力。

影響煤的光澤變化的因素：主要有成煤的原始物質，煤巖組分，煤的變質程度，礦物雜質的成分、含量以及分布情況，煤的表面性質等。

根據鏡煤和亮煤的光澤，從褐煤到無煙煤變質系列煤的光澤可以分為以下幾種：瀝青光澤、玻璃光澤、強玻璃光澤、金剛光澤及似金屬光澤等。

煤受風氧化后，光澤都明顯變暗。風化煤多為暗淡光澤。一、煤體結構和分類1.原生結構煤的物理性質硬度刻劃硬度、壓痕硬度、抗磨硬度顯微硬度與煤化程度的關系一、煤體結構和分類1.原生結構煤的物理性質脆度和韌度不同變質程度的煤，以肥煤、焦煤和瘦煤脆度為最大；無煙煤脆度最小；長焰煤和氣煤的脆度較小，并具有一定的韌性。斷口斷口的表面形狀可反映出煤物質組成的不同特點，因此斷口可以作為煤巖鑒定的輔助標志。煤中常見的斷口有貝殼狀、參差狀斷口等。裂隙根據成因不同，煤的裂隙可分為內生裂隙、外生裂隙和氣脹裂隙等。一、煤體結構和分類2.原生結構煤的結構條帶狀結構宏觀煤巖成分（鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭）多呈各種形狀的條帶，在煤層中相互交替的出現而形成條帶狀結構。條帶狀結構在中變質煙煤中表現最為明顯，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常見；褐煤和無煙煤中條帶狀結構不明顯。線理狀結構線理狀結構是指鏡煤、暗煤及粘土礦物等呈厚度小于1mm的線理斷續分布在煤層各部位面形成的結構。在半暗型煤中常見到線理狀結構。透鏡狀結構常見于半暗型煤、暗淡型煤中。

均一狀結構煤的成分較為單一、組成均勻的結構。鏡煤的均一狀結構較典型。煤的結構是指煤巖組分的形態和大小所表現的特征，反映了成煤原始物質的性質、成分及其變化。一、煤體結構和分類2.原生結構煤的結構木質結構木質結構是植物莖部原生的木質結構在煤中的反映。這種結構的煤在外觀上清楚地保存了植物木質組織的痕跡，有時還可見到保存完整的已經煤化的樹干和樹樁。木質結構在褐煤中比較常見。粒狀結構煤的表面較粗糙，肉眼可清楚地見到顆粒狀。這種結構多由煤中散布著的大量穩定組分或礦物質組成，為某些暗煤或暗淡型煤所特有。

纖維狀結構絲炭就是典型的纖維狀結構。葉片狀結構煤的斷面上具纖細的頁理及被其分成的極薄的薄片，使其外觀呈現紙片狀、葉片狀。這種結構主要是由于煤中順層分布有大量的角質體和木栓體所致。一、煤體結構和分類3.原生結構煤的構造層狀構造層狀構造是指在垂直煤層層面方向上的煤層具有明顯不均—性特征。它反映了成煤物質和成煤條件變化的情況。在復雜結構煤層中層狀構造最為明顯，煤中最常見的是水平層理，偶見波狀層理和斜層理。塊狀構造不見層理，外觀均一的煤稱為塊狀構造。塊狀構造表明了成煤物質的相對均勻和聚積條件相對穩定的特征。原生塊狀構造多見于腐泥煤、腐殖腐泥煤及腐殖煤中的某些暗淡型煤；次生塊狀構造多見于某些變質程度很深的無煙煤。煤的構造是指煤中不同煤巖組分在空間排列上的相互關系，它與植物遺體的聚集條件及其變化過程有關。一、煤體結構和分類4.宏觀煤巖成分

煙煤、無煙煤的宏觀煤巖組分煤的類型煤巖成分宏觀鑒別特征腐殖煤鏡煤光亮，黑色，易碎，常具有裂縫亮煤光亮，黑色，很細的層狀暗煤暗淡，黑色或灰黑色，堅硬，表面粗糙絲炭絲絹光澤，黑色，纖維狀，很脆腐泥煤燭煤暗淡或微油脂光澤，黑色，均勻的，非層狀，很硬，貝殼狀斷口，黑色條痕藻煤類似燭煤，但外表微帶褐色，條痕為褐色一、煤體結構和分類5.宏觀煤巖類型宏觀煤巖類型代碼分類指標總體相對光澤強度光亮成成分含量/%光亮煤BC強>80半亮煤SBC較強>50-80半暗煤SDC較弱>20-50暗淡煤DC弱≤20

煙煤宏觀煤巖類型的劃分指標(GB/T18023-2000)6.顯微煤巖組分一、煤體結構和分類國際硬煤顯微組分分類與中國煙煤顯微組分分類國際硬煤顯微組分分類(1975)我國煙煤顯微組分分類(1978)組顯微組分類顯微組分、亞組分鏡質組結構鏡質體(Telinite)無結構鏡質體(Collinite)碎屑鏡質體(Vitrodetrinite)鏡質類結構鏡質體結構半鏡質體無結構鏡質體無結構半鏡質體碎屑鏡質體碎屑半鏡質體殼質組孢子體(Sporinite)角質體(Cultinite)樹脂體(Resinite)碎屑穩定體(Liptodetrinite)穩定類孢粉體角質體樹脂體不定形體樹皮體藻質體(Alginite)腐泥類藻質體、腐泥基質體惰質組微粒體(Micrinite)粗粒體(Macrinite)半絲質體(Semifusinite)絲質體(Fusinite)菌類體(Sclerotinite)碎屑惰質體(Inertodetrinite)絲質類微粒體半絲基質體絲質基質體半絲質體木質鏡煤半絲質體鏡煤半絲質體半絲渾圓體絲質體木質鏡煤絲質體鏡煤絲質體絲質渾圓體半絲菌類體絲質菌類體碎屑半絲質體碎屑絲質體一、煤體結構和分類1.構造煤的宏觀結構特征

構造煤的宏觀結構分為碎裂結構、碎粒結構、粉粒結構、糜棱結構4種類型，相應的煤體為碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。碎裂結構煤被密集的次生裂隙相互交切成碎塊，但碎塊之間基本沒有位移，煤層原生層理基本可見，時斷時續。碎裂結構常常位于原生結構與碎粒結構的過渡部位。碎粒結構煤被破碎成粒：主要粒級大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤層原生層理被破壞，層理不清，裂隙較發育，煤層煤體主要呈粒狀。碎粒結構往往緊靠碎裂結構分布，常常距離煤層頂板或底板一定距離，也常常位于斷裂帶的中心部位。（二）構造煤及其煤巖學特征碎裂煤碎裂結構煤被密集的次生裂隙相互交切成碎塊，但碎塊之間基本沒有位移，煤層原生層理基本可見，時斷時續。碎裂結構常常位于原生結構與碎粒結構的過渡部位。2)碎粒結構煤被破碎成粒：主要粒級大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤層原生層理被破壞，層理不清，裂隙較發育，煤層煤體主要呈粒狀。碎粒結構往往緊靠碎裂結構分布，常常距離煤層頂板或底板一定距離，也常常位于斷裂帶的中心部位。一、煤體結構和分類1.構造煤的宏觀結構特征粉粒結構光澤暗淡、土狀、粉狀、無粒感，斷面平坦、塊狀構造。糜棱結構煤被破碎成很細的粉末，主要粒級小于1mm。有時被重新壓緊，煤層原生層理完全被破壞，已看不到煤層原生層理和節理，滑移面、摩擦面很多，煤體呈透鏡體狀、粉狀、鱗片狀，極易捻成粉末。糜棱結構煤是強擠壓、剪切破壞的束縛，常出現在壓應力很大的斷裂褶皺帶中。糜棱結構

煤被破碎成很細的粉末，主要粒級小于1mm。有時被重新壓緊，煤層原生層理完全被破壞，已看不到煤層原生層理和節理，滑移面、摩擦面很多，煤體呈透鏡體狀、粉狀、鱗片狀，極易捻成粉末。糜棱結構煤是強擠壓、剪切破壞的束縛，常出現在壓應力很大的斷裂褶皺帶中。一、煤體結構和分類2.構造煤的顯微結構特征

構造煤的微觀特征研究能夠從更深層面刻畫瓦斯突出煤層的煤體結構特征，為從瓦斯突出煤層的物理條件認識瓦斯突出機理和瓦斯突出原因提供必要的理論基礎。在顯微鏡下，特別是電子掃描顯微鏡下，對構造煤的顯微構造標志進行了大量的描述，并對其進行了顯微構造類型劃分和命名。1）碎裂—棱角狀結構煤(圖版I)2）碎裂—粒狀結構煤(圖版II)3）葉片狀結構煤(圖版III)4）透鏡狀結構煤(圖版IV)5）揉流結構糜棱煤(圖版V)圖版Iabcdef碎裂—棱角狀結構煤圖版IIabcdef碎裂—粒狀結構煤圖版IIIabcdef葉片狀結構煤圖版IVabcdef透鏡狀結構煤圖版Vabcdef揉流結構糜棱煤一、煤體結構和分類（三）煤體結構的分類類型號類型賦存狀態和分層特點光澤和層理煤體破碎程度裂隙、揉皺發育程度手試強度堅固性系數f瓦斯放散指數ΔP突出危險程度Ⅰ原生結構煤層狀、似層狀、與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰、原生條帶狀結構明顯呈現較大的保持棱角的塊體，塊體間無相對位移內、外生裂隙均可辯認，未見揉皺鏡面捏不動或成cm級碎塊＞0.8＜10非突出Ⅱ碎裂煤層狀、似層狀、透鏡狀，與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶狀結構斷續可見呈現棱角狀塊體，但塊體間已有相對位移煤體被多組互相交切的裂隙切割，未見揉皺鏡面可捻搓成cm、mm級碎粒0.8～0.310～15過渡Ⅲ碎粒煤透鏡狀、團塊狀、與上下分層呈構造不整合接觸光澤暗淡，原生結構遭到破壞煤被揉搓捻碎、主要粒級在1mm以上構造鏡面發育易捻搓成mm級碎粒或煤粉＜0.3＞15易突出Ⅳ糜棱煤透鏡狀、團塊狀、與上下分層呈構造不整合接觸光澤暗淡，原生結構遭到破壞煤被揉搓捻碎的更細小，主要粒級在1mm以下構造、揉皺鏡面發育極易捻搓成粉末或粉塵＜0.3＞20易突出煤體結構分類特征表（焦作礦業學院）煤的破壞類型分類表（《防治煤與瓦斯突出細則》）破壞類型光澤構造及構造特征節理性質節理面性質斷口性質強度Ⅰ類（非破壞煤）亮與半亮層狀構造，塊狀構造，條帶清晰明顯一組或二到三組節理，節理系統發育，有次序有充填物（方解石），次生面少，節理、劈理面平整參差階狀，貝狀，波浪狀堅硬，用手難以掰開Ⅱ類（破壞煤）亮與半亮1、尚未失去層狀2、條帶明顯，有時扭曲，有錯動3、不規則塊狀，多棱角有擠壓特征次生節理面多，且不規則，與原生節理呈網狀節理節理面有擦紋、滑皮，節理平整，易掰開參差多角用手極易剝成小塊，中等硬度Ⅲ類煤（強烈破壞煤）半亮與半暗1、彎曲成透鏡狀構造2、小片狀構造3、細小碎塊，層理較紊無次序節理不清，系統不發達，次生節理密度大有大量擦痕參差及粒狀用有手捻成粉末，硬度低Ⅳ類（粉碎煤）暗淡1、粒狀或小顆粒膠結而成，形似天然煤團節理失去意義，成粘塊狀粒狀可捻成粉末，疏松Ⅴ類煤（全粉煤）暗淡1、土狀構造，似土質煤如斷層泥狀土狀一、煤體結構和分類主要內容一、煤體結構和分類二、煤體變形和構造煤分布三、煤的變質作用四、構造煤結構演化和力化學作用五、突出煤層煤體結構研究方法構造煤是擠壓、剪切作用的產物河南理工大學瓦斯地質研究所以地質觀點開展煤與瓦斯突出研究，從現場獲得的大量事實可知：煤與瓦斯突出與地質因素密切關系，大多數瓦斯突出都發生在地質構造破壞帶，即強烈擠壓、剪切作用形成的瓦斯突出煤體。

構造煤高能瓦斯瓦斯突出煤體瓦斯突出煤體

coal-gas-outburstbody煤構造煤瓦斯突出煤體

二、煤體變形和構造煤分布（一）煤體變形機制（自學）與煤層產狀一致的順煤層剪切帶這種大規模的順煤剪切帶的走向、傾向和傾角和煤層是近于一致的。形成大規模的構造煤。剪切帶沿煤層發育，其位置可以在煤層上部，煤層下部，煤層中部或者整個煤層，其發育層位表現為一個順層剪切煤層破壞帶．一個煤層中可以發育一條剪切帶，也可以是多條．在后一種情況下，剪切帶可以相互交織，形成比較復雜的滑面結構。（二）構造煤的分布特點1.順煤層剪切帶——構造煤分布范圍廣

順煤層剪切帶是指沿煤層發育的剪切面與煤層以小角度相交或者近于平行的剪切帶。順層剪切帶也叫逆掩斷層、順層斷層、緩傾角斷層、層滑構造等。二、煤體變形和構造煤分布

平頂山東部煤田下石盒子組中的戊9-10煤層中部發育一穩定的順層剪切帶。據勘探資料及生產階段的井下編錄，該剪切帶橫跨一礦以東的十礦、十二礦、八礦三個井田，影響范圍近百平方公里。該剪切帶的上、下界面平直而規則，在大部分地段基本上沿煤巖層理界面展布。局部受一些切層斷層的影響，其產狀略有變化。剪切帶厚度僅1～1.5m，上界面距頂板0.8m，下界面距底板1m左右，主剪切面位于上部。在四礦及一礦的丁5-6煤層中發育的順層剪切帶形態也是如此。二、煤體變形和構造煤分布平頂山礦區東部戊9-10煤層順層剪切帶二、煤體變形和構造煤分布

在焦作煤田山西組的二1煤層中發育有兩條順層剪切帶，它們分別沿煤層的頂部和底部發生，形成煤層頂部和底部兩個構造煤帶。這一組順煤剪切帶在整個焦作煤田的幾百千方公里范圍內都相當穩定。在河南境內，一個規模巨大的順煤層剪切帶發育在沿嵩山－觀音堂展布的山西組二1煤層中。涉及的煤田有陜澠、新安、宜洛、偃龍、榮鞏、登封、禹縣、新密，影響面積上萬平方公里。剪切帶被破壞了約6m厚的整個二1煤層及其頂、底板，形成所謂豫西地區著名的三軟煤層（頂板軟，煤層軟，底板軟）。二、煤體變形和構造煤分布一些影響帶較窄但范圍較大的順煤層剪切帶在剖面上波狀起伏，剪切面產狀變化較大。如圖2—3所示，在巷道中連續追蹤同一剪切帶，它時而表現為正斷層，時而表現為逆斷層，它們或許穿過煤層的頂底板，但主體上是沿煤層發育的。波狀起伏的順煤層剪切帶（四川省白皎礦K3煤層）波狀起伏的順煤層剪切帶二、煤體變形和構造煤分布

順煤層剪切帶的發生具有選層性。這一特性決定于煤層的巖石力學強度差異及其煤層所在構造剖面中的位置。根據其選層的級別可以分為三種：即煤層、煤系和構造層。在同一煤層中，剪切優先選擇以鏡質組為主的光亮煤充分層中。平頂山東部礦區戊9－10煤層中的剖面煤巖分層自上而下是暗淡型，光亮－半光亮半暗－暗淡型，剪切帶發生在中部光亮煤巖類型分層中，這是煤層中的軟弱層，煤的堅固性系數實驗表明，中分層強度（f=0.4～0.5）約是上分層（f=0.6～0.8）的一半。順煤層剪切帶的選層性二、煤體變形和構造煤分布在一個煤組或煤系中，當煤層間距及巖石組合類型大致相同時，順煤剪切帶優先發生在厚度較大的煤層中。這在我國華北、華南的大多數煤層煤組和煤系中具有普遍性。在一個構造層內，順煤層剪切帶一般多發生在兩組巖層強度差異性較大的界面附近。煤層是弱面，滑動構造常選擇在煤層頂板或底板。如下圖所示。順煤層剪切帶的選層性二、煤體變形和構造煤分布蘆店滑動構造剖面圖告成礦井１２線剖面圖

二、煤體變形和構造煤分布

切層斷層使構造煤呈現帶狀分布，構造煤厚度的增加和分布的范圍，與斷層性質、斷層落差有關，切層小型正斷層僅在斷面和斷層下降盤一側形成薄層構造煤，延伸不遠即行消失。如圖，斷層產狀240°∠50°，H=0.2m斷面平直、閉合，僅在斷層面上有1cm厚的粉煤，這是由兩盤相對剪切滑移所形成的。平頂山八礦丁5-6—12290迎頭斷面

2.切層斷層對構造煤分布的控制二、煤體變形和構造煤分布主要內容一、煤體結構和分類二、煤體變形和構造煤分布三、煤的變質作用四、構造煤結構演化和力化學作用五、突出煤層煤體結構研究方法

溫度、壓力及其作用持續的時間是引起煤發生變質作用的三個主要因素，溫度起主導作用。因此，根據熱量的來源和作用方式不同，可將煤的變質作用劃分為不同類型，常見深成變質作用和巖漿變質作用。煤的動力變質作用是指煤系形成以后，由于受構造變動的影響使煤發生的變質作用。三、煤的變質作用（一）煤的深成變質作用（二）煤的巖漿變質作用（三）煤的動力變質作用三、煤的變質作用(一)煤的深成變質作用

煤的深成變質作用是指沉降到地下深處的煤層，受到地熱及上覆巖系產生的靜壓力作用，發生了變質程度隨深度增加而升高的變質作用。煤的深成變質作用在大區域內使煤普遍發生變質作用，它的影響范圍最為廣泛，因此又稱為區域變質作用。煤的深成變質作用主要是由地熱引起的，所以也稱熱變質作用。三、煤的變質作用1．煤變質程度的垂直分帶性—希爾特規律在同一煤田內構造條件正常并大致相同的情況下，隨著地層深度的增加，煤的揮發分（Vdaf）有規律地減少，煤的變質程度則有規律地增高，此規律稱為希爾特規律(Hilt)。三、煤的變質作用希爾特規律可用變質梯度表示（又稱揮發分梯度），用來描述煤每加深100m煤變質程度增高的程度。揮發分梯度、碳含量梯度和反射率梯度等各項指標。三、煤的變質作用

魯爾煤田煤質的垂直分帶1—焦煤—瘦煤及貧煤—無煙煤帶；2—肥煤帶；3—氣煤帶；4—長焰煤—氣煤帶；5—覆蓋層2．煤質的水平分帶煤質水平分帶是傾斜煤層的煤質垂直分帶在平面上的反映（圖5-24）。圖5-24煤質分帶示意圖（據楊起、韓德馨，1979）三、煤的變質作用2．煤質的水平分帶變質帶的分布特征與其所處的構造位置也有一定關系。三、煤的變質作用華北某煤田煤變質程度的水平分帶性1—地層界線；2—煤田邊界；3—煤變質程度3．煤的深成變質作用與上覆巖層的關系深成變質作用中，煤的變質程度隨煤系及上覆巖系厚度的增加而升高。如，在其它條件大致相同的情況下，煤系的沉降幅度（厚度）愈大，煤的變質程度就愈高；煤系厚度大致相同的情況下，上覆巖系厚度愈大，煤的變質程度也愈高。由于各聚煤拗陷持續下降時間不等和各地的古地溫梯度不同，不同聚煤拗陷內形成相同變質程度的煤所需的下降深度是不同的。三、煤的變質作用

在使用煤系上覆巖系厚度影響煤變質程度的規律時，應當注意以下兩種情況：（1）上覆巖系與煤系為連續沉積或僅有短暫的沉積間斷，并與煤系共同褶皺，屬于同一個構造形態時，可以認為上覆巖系的厚度對煤變質程度有直接影響，并可與煤系厚度等同看待，直接使用。（2）上覆巖系是在煤系形成之后，或是煤系褶皺之后沉積的，即不屬于同一構造形態時，上覆巖系厚度對煤變質程度影響的大小，取決于上覆巖系厚度和形成的早晚。一般而言，上覆巖系厚度大、形成時間早的，煤變質程度高，反之則低。三、煤的變質作用4．煤變質程度隨賦存深度增加而升高在已有變質程度基礎上，煤系發生構造變動時，在新的賦存條件、溫度條件和時間等因素影響下，其變質程度仍然可以繼續加深。如同一煤層的變質程度，在褶皺的向斜部位中比在相鄰的背斜部位中要高，在斷層的下降盤中比上升盤中要高的現象，就是由此形成的。

河北開平向斜東翼5號煤層煤種分帶示意圖NW三、煤的變質作用(二)煤的巖漿變質作用

1．煤的區域巖漿熱變質作用

定義：指聚煤坳陷內有巖漿活動，巖漿及其所攜帶流體的熱量可使地溫場增高，形成地熱異常帶，從而引起的煤的變質作用。影響：煤的區域巖漿熱變質作用是促成我國出現大量中、高變質煙煤和無煙煤的主要原因。三、煤的變質作用(二)煤的巖漿變質作用

1．煤的區域巖漿熱變質作用分類：根據巖漿性質、侵入方式、侵入深度、侵入層位、巖體規模以及沉積蓋層破碎程度等特點，可將煤的區域巖漿熱變質作用劃分為淺成、中深成和深成巖漿熱變質作用3種亞型。三、煤的變質作用

識別標志：煤級環帶狀分布，越靠近巖體，煤的變質程度越高；煤變質梯度高，垂向上在較小的距離內，就可引起變質程度的明顯差異；受巖漿熱的影響，煤中常發育氣孔、小球體以及鑲嵌結構等；高變質煤帶發生圍巖蝕變，并往往與熱液礦床伴生；在巖漿活動區具有重磁異常等。三、煤的變質作用圖5-27湖南騎田嶺龍潭組煤變質環帶圖（據楊起等，1996）Ⅰ—石墨—半石墨帶；Ⅱ—高變質無煙煤帶；Ⅲ—中變質無煙煤帶；Ⅳ—低變質無煙煤帶；Ⅴ—貧煤帶；1—入侵巖體；2—巖體隱伏部分界限；3—Ro,max(%)等值線；4—煤級分帶界線2．煤的接觸變質作用定義：指巖漿直接接觸或侵入煤層，由其所帶來的高溫、流體和壓力，促使煤發生變質的作用。分類：根據巖漿侵入體的規模，可將煤的接觸變質作用分為三個亞型：脈巖巖漿接觸變質作用、小型淺成巖漿接觸變質作用和大型深成巖漿接觸變質作用（楊起等，1996）。作用：煤的接觸變質作用是中國煤變質的次要原因。三、煤的變質作用(三)煤的動力變質作用煤的動力變質作用是指地殼構造變動促使煤發生變質的作用。

1．煤的動力變質作用類型按煤體變形機制，煤的動力變質作用可分為脆性變形變質作用、韌性變形變質作用和介于兩者之間的脆—韌性變形變質作用。三、煤的變質作用煤的脆性變形變質作用——一般而言，煤的脆性變形是在低溫、快速應變條件下，煤體碎裂流變，主要表現為煤的物理煤化作用，化學煤化作用特征不明顯。即脆性變形時，煤的物理結構發生變化，但幾乎不引起化學成分改變。曹代勇（2002）認為，煤體脆性變形時，煤中應變能的消減是通過碎塊間的相互換位來實現的，煤體破裂緩沖了構造變形對煤的大分子結構的影響。三、煤的變質作用

煤的韌性變形變質作用地質構造作用下，煤不僅發生物理煤化作用，還發生了化學煤化作用。在古地溫較高的地質環境中，煤中有機組分活動性增加，煤體在構造應力(特別是剪切應力)作用下發生韌性變形變質。煤體韌性流變時，煤中應變能的消減可能與大分子的環縮合與拼疊有關，主要通過如下2種機制促進煤結構演化（曹代勇，2002）：

一是應變能增加了煤化作用的熱活性，促進化學鍵重新鍵合，為環縮合作用提供有利條件。二是定向壓力作為環縮合作用與拼疊作用的“催化劑”。當應變發展到芳香結構層次時，應力作用促使芳香碳網在平行于應力方向擇優生長，在垂直應力方向則優先拼疊。

煤核結構示意圖

煤分子結構

環縮合作用翁成敏等,1981煤BSU拼疊作用示意圖拼疊作用拼接作用疊合作用拼疊作用2．煤的動力變質作用指標

煤的動力變質作用指標包括：煤的雙反射率、晶體參數指標，自由基參數等，主要是反映煤結構變化的指標。研究顯示，煤成份變化的指標不敏感。三、煤的變質作用主要內容一、煤體結構和分類二、煤體變形和構造煤分布三、煤的變質作用四、構造煤結構演化和力化學作用五、突出煤層煤體結構研究方法(一)構造煤的孔隙與滲透性了解(二)構造煤分子結構演化自學(三)構造煤的力化學作用自學四、構造煤結構演化和力化學作用1．構造煤的比表面積煤的比表面積大小直接關系著煤與氣體介質間的接觸面積、煤吸附氣體的能力。表5-16不同破壞程度煤的比表面積（據羅志明，1989，有改動）破壞類型Ⅰ、Ⅱ類煤（難突出煤）Ⅲ類煤（可能突出煤）Ⅳ,Ⅴ類煤（易突出煤）無煙煤比表面積m2/g54～170，平均128170～190，平均175＞190～287，平均236貧、瘦煤比表面積m2/g＞100＞100～140＞140大f小小S大實測結果（見表5-16）表明，高級煙煤和無煙煤的比面積隨煤體破壞程度增高而增大；煤的比表面積S（根據其數量級，應是CO2比表面積）與瓦斯放散指標ΔP呈線性相關，即：（5-1）比表面積隨堅固性系數f值降低急劇升高。這一結論有力地證明了隨煤體破壞程度增高比表面積升高的一般規律。2．構造煤的甲烷吸附量

圖5-38是焦作無煙煤原生結構煤與構造煤等溫吸附實驗對比結果，構造煤與原生結構煤的吸附體積常數存在差異，構造煤的吸附常數大于原生結構煤的，但兩者的差異不大。圖5-38焦作原生結構煤與構造煤的等溫吸附曲線M-曲線為構造煤，K-曲線為原生結構煤2．構造煤的甲烷吸附量3瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（ΔP）表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的程度，它是預測煤與瓦斯突出的一個指標。ΔP值的與煤的微孔隙結構、孔隙表面性質和大小有關。在瓦斯含量相同的條件下，ΔP越大，f值越小，越易于形成具有攜帶破碎能力的瓦斯流，越有利于煤與瓦斯突出的發生。

圖5-39煤的瓦斯放散特征圖（據何繼善，1999）4構造煤瓦斯解吸指標Δh2

粒度1～3mm，瓦斯壓力0.2MPa，不同煤體結構類型煤樣瓦斯解吸特征，如圖5-40所示。原生結構煤碎裂煤碎粒煤粉粒煤糜棱煤5構造煤的滲透性滲透性是指煤儲層的孔裂隙系統在一定的壓差下，流體介質可以發生滲流通過的性質。滲透率是表征煤儲層滲透性大小的參數，單位一般用平方微米表示。與煤的結構、氣體成份、孔隙度、煤的變質程度、孔隙壓力及圍壓有關。研究表明，對于平行層理方向的試樣，當圍壓小較時，在同樣孔隙壓力下，吸附瓦斯氣楔作用，煤的微裂隙擴展，煤體膨脹，瓦斯滲透率變大。圍壓增加時，煤體孔隙、裂隙閉合，滲透性降低。煤體載荷與滲透率間的關系可用指數方程表示：

(5-14)

卸載時，可用冪函數方程表示：

(5-15)

具有強烈突出傾向的Ⅴ類構造煤的滲透率隨壓力增加迅速降低而成為不滲透煤體，原生結構煤的滲透率隨壓力升高而降低，在降低到一定程度后趨于某一穩定狀態，變為低滲煤體。構造煤和原生結構煤滲透率與壓力間的關系（王佑安）主要內容一、煤體結構和分類二、煤體變形和構造煤分布三、煤的變質作用四、構造煤結構演化和力化學作用五、突出煤層煤體結構研究方法五

突出煤層煤體結構研究方法

突出煤層煤體結構特征是綜合研究突出的重要內容。井下構造煤編錄和室內測試。5.1編錄要求

（1）及時準確。要把構造煤編錄工作和資料整理作為礦井的日常工作進行規范化管理；及時發現地質構造變動和巖性變化的地段，要對煤層厚度變化以及構造煤厚度變化趨勢作出分析。井巷原始資料要求真實、可靠，避免因錯誤信息而造成錯誤的判斷。

（2）全面完整。巷道編錄、測點規劃和實施應在礦井兩年生產規劃的基礎上進行。（3）巷道編錄和測點原則：

對具有代表性、能夠反映該區域構造煤分布規律、瓦斯賦存構造逐級控制特征、瓦斯地質規律的巷道必須進行巷道編錄和測點布置；

在掘煤巷、半煤巖巷原則上應進行巷道編錄和測點布置；

已掘進但沒有回采的煤巷、半煤巖巷，可以進行巷道編錄和測點布置。

對井下有異常地質變化的地段和重要巷道，需進行詳細的觀察編錄。5.1編錄要求5.2丈量點選擇對確定的觀測地點，要測量觀測點的具體位置。以便繪圖。5.3觀察記錄觀測點周圍地質條件觀測內容包括：觀測點附近的煤、巖產狀、煤厚及變化。地質構造情況(有無褶曲、褶曲類型、軸向延伸、兩翼產狀。有無斷層、斷層性質及力學性質、產狀及落差，破碎帶寬度及充填情況、構造巖、兩盤產狀等。五

突出煤層煤體結構研究方法

(1)斷層觀察觀察斷層附近煤結構破壞是否隨斷層距離改變，煤體結構破壞程度分帶現象、分帶寬度、破壞特征。觀察不同性質、不同力學性質、不同規律斷層及構造組合部位對煤層的破壞。觀察上下盤煤結構破壞程度的差異。斷層不同部位煤層中裂隙的發育情況。

(2)褶曲觀察觀察規模、類型、復雜程度、緊閉程度差異對煤結構影響。不同部位煤破壞程度差異。五

突出煤層煤體結構研究方法5.4觀察觀測點周圍煤層情況按煤層從頂板到底板自然分層，傾斜、急傾斜煤層觀察先回采部分。按煤的平均光澤度劃分宏觀煤巖類型。根據煤結構破壞類型劃分(按4分或5分法)。根據煤層中較穩定的夾矸層劃分自然分層(>0.1m)。五

突出煤層煤體結構研究方法5.5記錄描述測量煤層及分層厚度煤層總體特征(形態、煤的結構、構造、煤層結構)和頂、底板巖性。按自上而下描述各自然分層煤巖類型特征。描述各自然分層煤結構破壞類型。各自然分層的形態特征(層、似層狀、凸鏡狀、條帶狀、團塊狀等)。分層間及頂、底板接觸關系。五

突出煤層煤體結構研究方法光澤亮與半亮半亮與半暗暗淡

構造與構造特征層狀構造，塊狀構造，條帶清晰明顯1.尚未失去層狀，較有次序；2.條帶明顯，有時扭曲，有錯動；3.不規則塊狀，多棱角；4.有擠壓特征1.彎曲呈透鏡體構造；2.小片狀