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第五章煤与含煤岩系第一节煤的形成第二节煤的物质组成和性质第三节煤的分类及用途第四节煤系和煤田第一节煤的形成煤的形成可划分两个阶段：一、成煤的第一节阶段：植物遗体在地表湖沼或海湾环境中，经历复杂的生物化学变化形成泥炭或腐泥。（一）腐泥的形成：在腐泥形成过程中，若矿物质较多，可形成油页岩的前身。腐泥若经受进一步的地质作用而形成的煤—腐泥煤。（二）泥炭的形成：由泥炭经过进一步的地质作用而形成的煤—腐植煤。在一些湖、沼过渡环境，由高、低等植物形成的混合型的煤—腐植腐泥煤。二、成煤的第二阶段1、褐煤的形成：2、烟煤的形成：三、成煤的必要条件形成具有开采价值的煤层必须具备下列四个条件：（一）植物条件：（二）气候条件：潮湿、温暖的气候对成煤最有利。（三）自然地理条件：形成分布面积较广的煤层，必须有适于发生大面积沼泽化的自然地理条件。（四）地壳运动条件：1、泥炭层的聚积，要求地壳发生缓慢下降，下降速度=植物遗体聚积速度。2、泥炭层的保存并转变成煤层，要求地壳大幅度的沉降。3、为了使同一地区形成较多的煤层，要求地壳在总的下降过程中发生多次的升降或间歇性的下降。第二节煤的物质组成和性质一、煤岩组分及煤岩类型（一）煤岩组分：1、丝炭2、镜煤3、亮煤4、暗煤（二）煤岩类型:1、光亮型2、半亮型3、半暗型4、暗淡型使用煤岩类型应注意的问题：•1）区分四种类型是根据其相对的光泽强度，因此只有变质程度相同的煤，才能相互比较和划分。•2）煤是不均匀的，其不同条带的光泽差异较大，所以要以平均光泽作为标准进行划分。•3）在煤层描述时，划分的最小厚度与任务要求有关，通常为3—10厘米。•4）观察时，必须选择新鲜面。•5）煤岩类型除描述外，还可以用煤层柱状表示。二、煤的化学组成和性质（一）煤的化学组成1、工业分析：1）水分（W）:•外在水分：润湿在煤的表面和大气毛细孔中的水分。•内在水分：将除去外在水分以后的风干煤样，加热到102°-105°时所失去的水分，既吸附、凝聚在煤内部毛细孔隙中水。煤中的全水分=外在水分+内在水分2）灰分（A）:煤完全燃烧后，其中矿物质的固体残余。矿物质和灰分是两个不同的概念灰分对煤炭燃烧、加工利用都带来不利的影响：（1）灰分降低煤的发热量；（2）增加运输成本；（3）导致高炉减产。3）挥发分（V）:在隔绝空气的条件下，将煤加热到850℃从煤中有机物质分解出来的液体和气体产物称为挥发分。•煤中挥发分随变质程度的增高而减少，它是评价煤质和进行煤的分类的重要依据。由于煤的挥发分与水分和矿物质无关，所以常以煤的可燃基（煤的总量减去水分和灰分）挥发分作指标，代号Vr。4)固定碳（C）:煤中有机质分解后的不挥发物质。在测量挥发分时，残留在坩埚的固态产物—焦渣。固定碳=焦渣-灰分2、元素分析煤是由有机质和无机质混合组成的，有机质是煤的主要组成部分，有机质主要有C、H、O、N四种元素组成。1）碳：煤的基本结构单元中最重要的元素。2）氢：煤中第二重要元素，它是煤结构单元中侧链上的组成元素。3）氧：也是组成煤的重要元素之一。4）氮：含量较少，一般不超过3%5）硫：可分为有机硫和无机硫两部分。通常测定的是煤中的全硫（SQ），即有机硫和无机硫的总和。6）磷：煤中有害组分。（二）煤的工艺性质1、粘结性：•煤粒在隔绝空气的条件下加热，煤中有机分解、熔融而使煤粒粘结成块的性质。2、发热量（Q）：单位重量的煤完全燃烧所产生的热值。我国某些煤产地不同煤类煤的发热量第三节煤的分类及用途一、煤的成因分类：根据上述分类依据，煤的成因分类可把煤划分为三大类：腐植煤、腐泥煤和腐植腐泥煤。二、煤的工业分类及用途我国煤分类方案中，采用可燃基挥发分（Vr%）和胶质层最大厚度（Y）两项指标，依次将煤划分成10大类、24小类。1、褐煤2、长烟煤3、气煤4、肥煤5、焦煤6、瘦煤7、贫煤8、弱粘结煤9、不粘结煤10、无烟煤第四节煤系和煤田一、煤系煤系：一套含有煤层的沉积岩系。又称含煤岩系、含煤地层、含煤建造。（一）、煤系的特点：•1、岩性主要为灰、灰绿及灰黑色的沉积岩组成。•2、煤系中沉积岩岩性主要上砾岩、各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成，石灰岩也比较常见，砂岩中以石英砂岩和长石砂岩为主。•3、不同时代、不同地区的含煤岩系，其岩系组合相差很大。•4、煤系的名称：（1）采用形成时代命名：华北C、P纪煤系；（2）用煤系发育良好、研究较早的地区命名。因此同一时代形成的煤系在不同地区，常有不同的地区性名称。5、煤系中的伴生矿产：6、煤系的后期改造：（二）煤系类型1、近海型煤系：沉积区往往是滨海平原或海边的泻湖、海湾以及浅海。2、内陆型煤系：（1）河床相或湖滨三角洲相各种粒度的砂岩；（2）河漫滩相的粉砂岩；（3）沼泽相的泥炭和煤层；（4）湖泊相的泥岩、粉砂岩。二、含煤岩系的组成（一）煤层1、煤层的结构（1）简单结构的煤层：煤层中不含夹矸，但可能夹有一些小的矿物质透镜体或结核。（2）复杂结构的煤层：煤层中含有稳定的夹石层。2、煤层的厚度（1）简单结构的煤层煤层顶底板之间的垂距。（2）复杂结构的煤层1）总厚度：煤层顶底间的距离。2）有益厚度：顶、底板之间，各煤分层厚度的总和。3）可采厚度：目前经济技术条件下可以开采的煤层厚度。3、煤层的分类（1）煤层按倾角分类煤层露采地采近水平煤层5°8°缓斜煤层（缓倾斜煤层）5°－10°8°－25°中斜煤层（倾斜煤层）10°－45°25°－45°急斜煤层（急倾斜煤层）45°45°(2)煤层按厚度分类煤层露采地采薄煤层3.5m1.3m中厚煤层3.5-10m1.3-3.5m厚煤层10m3.5m(3)煤层按稳定性分类稳定煤层：厚度变化小，规律明显，全区可采或基本全区可采。较稳定煤层：厚度有一定变化，规律明显，全区可采或大部分可采。不稳定煤层：厚度变化大，无明显规律，大部分可采或局部可采。极不稳定煤层：厚度变极大,透镜状、鸡窝状，一般不连续，仅局部可采。（二）煤层中的顶、底板4、煤层顶地板岩性：1）顶板岩性：根据顶板岩层变形和垮塌的难易程度，可将顶板划分为：（1）伪顶：（2）直接顶:（3）老顶：2）底板岩石：（1）直接底：位于煤层之下直接与煤层接触的岩石。（2）老底：位于直接底以下的一套地层。•三、煤田、聚煤期和聚煤区•煤田：同一地史发展过程中形成的煤系经后期改变所保留下来的，比较连续分布的广大地区。•煤产地：煤田中由于后期构造影响而分隔开的一些单独部分，或是某些面积和储量较小的含煤盆地。煤产地又叫煤矿区。•我国的六大聚煤区：华北CP纪聚煤区、华南P纪聚煤区、东北J纪聚煤区、西北J纪聚煤区、台湾第三纪聚煤区、西藏滇东中生代及第三纪聚煤区。•中国聚煤区划分示意图•Ⅰ-东北聚煤区；Ⅱ-西北聚煤区；Ⅲ-华北聚煤区；Ⅳ-滇藏聚煤区；Ⅴ-华南聚煤区•华北石炭二叠纪聚煤区煤田分布图•1-第三纪煤田；2-晚侏罗世煤田；3-早、中侏罗世煤田；4--晚三叠世侏罗世煤田•5-石炭二叠纪煤田；6-聚煤界线（一）华北CP纪聚煤区北界为阴山、燕山及长白山东段，南界为秦岭、伏牛山、大别山及张八岭，西界为贺兰山、六盘山；东临黄海、渤海，遍及14个省、市、自治区，既京、津、晋、冀、鲁、豫的全部，辽、吉、内蒙的南部。甘、宁东部，陕、苏、皖北部。•1、中石炭统本溪组（C2b）一般厚20—50米，总的趋势是北厚南薄，本溪一带厚100—60米，而平顶山、淮南地区则缺失这一时期的沉积。本溪组不是主要含煤层位，煤层薄且不稳定，仅局部可采。•2、上石炭统太原组（C3t）岩性以砂岩、粉砂岩和泥岩为主，间夹灰岩，煤层和少量砾岩，全区厚度0—719米，一般70—100米。以山西为中心向南向北减薄，向东、向西加厚。东部增厚区中心在淮北一带，厚度大于200米，西部增厚区在贺兰山一带，最厚可达700余米。可划分为北、中、南三个带。•北带：北纬37°30´以北，大致包括辽西、承德、冀东、北京、大同、宁武、桌子山等主要煤田。•中带：34°30´—37°30´之间，包括山东、冀中南、晋中南、山西渭北等煤田，岩性多为中—细粒砂岩、泥岩和灰岩，中带的岩性具有南北带过度的特色，普遍形成了重要的煤田。•南带：34°30´以南地区，在地层剖面组成中占60%，煤层多而厚，一般不可采。3、下二叠统下部山西组（P11）•煤系厚度变化规律：东厚西薄、北厚南薄。一般厚40—130米，陆相沉积占优势。根据岩性岩相组合仍然可划分三个带（与太原组相同）•北带：以陆相地层为主，大多数地区不是主要含煤地层。•中带：主要的含煤地层，煤层厚度较大而且稳定。为河床湖泊、沼泽相。•南带：煤层厚度减薄，常为较稳定的煤层。为过渡相沉积。4、下二叠上部下石盒子组（P12）•北带及中带大部分区域以粗粒砂岩为主，厚180—260米。局部含有薄煤层。南带是主要的含煤地层，厚500—800米。两淮地区的含煤性最好，含可采煤层十余层。•综上所述：华北地区PC纪煤系主要可采煤层的曾为，在时间和空间上有明显的迁移现象：既北部主要可采煤层位于太原组；中部山西组；南部下石盒子组。（二）华南晚二叠世煤系华南晚二叠世煤系分布地区广泛，遍及江南各省，煤种齐全，储量丰富。煤系厚度：西部云贵川一带较薄，几十米---200余米。东部江西、福建、浙江一带较厚，达400—600米。煤系的岩性、岩相在各地明显地受古陆及浅海的控制。1、云贵地区•靠近川滇古陆，以陆相碎岩为主，煤层较少。向东至六（枝）盘（县）水（城）地区，煤系厚度200—400米，岩性为较细的碎岩，夹几层灰岩，为海陆交互相，含煤20—30层，可采10余层。再向东灰岩增多，可采煤层1—2层，以海相为主。2、苏浙皖鄂地区•煤系由西北向东南逐渐增厚，几十米—及千米。以砂岩、粉砂岩、泥岩及灰岩、煤层组成，含煤性以苏南、浙北最好。3、湘干粤闽地区•煤系由西北向东南逐渐增厚，几十米—几千米。以过度相的砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成，除粤北外灰岩很少。湘中一带是本区含煤性最好的地区，可采煤层数较多且稳定。闽中一带煤系厚度大，可采煤层多，但多为薄煤层，且变化大不稳定。思考题1、煤是如何形成的？2、成煤的主要条件是什么？3、煤中的主要元素有那些？4、腐植煤的宏观煤岩组分、宏观煤岩类型有那些？5、煤的分类名称、分类指标，新的分类有那些特点？6、煤层顶、底板含义是什么？7、我国主要的聚煤区？