第五章 煤与含煤岩系(精品)

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 煤与含煤岩系,煤是可燃有机岩,=,大量有机物质,+,少量无机物质,第一节,:,成 煤 作 用,一、成煤,植物,成煤的原始物质是,植物,低等植物,-,没有根、茎、叶分化,(,如菌类、藻类,)-,腐泥,-,腐泥煤,高等植物,-,有根、茎、叶分化,(,苔藓、蕨类、裸子和被子,)-,泥炭,-,腐植煤,二、成煤的必要条件,1,、植物条件（植物的大量繁殖）,2,、气候条件（温暖潮湿的气候条件）,3,、自然地理条件（适合与大面积沼泽化的自然地理条件）,4,、地壳运动条件（地壳运动总的趋势是不断地缓慢沉降）,6-,内陆盆地型,7-,山间盆地型,8-,山间谷地型,9-,大陆冲积平原型,三、成煤作用,（一）泥炭化或腐泥化作用阶段（形成泥炭或腐泥）,1,泥炭化作用：,当生长在沼泽中的,高等植物,死亡之后，其,遗体,首先堆积在沼泽水体的,浅部,，由于大气中氧的影响，并在,喜氧细菌的作用,下，使植物有机组成（主要为木质素、纤维素等）中的一部分遭受一定程度的氧化分解和水解，部分被彻底破坏，变为气体和液体；部分转化为简单的化学性质活泼的化合物。随着沼泽,覆水程度的增强,及植物遗体的不断堆积,加厚,，使已部分遭受分解的植物遗体转入沼泽,深部,，逐渐与空气中的氧隔绝，在,厌氧细菌,的作用下，其植物遗体中的,分解产物之间以及分解产物与未分解的物质相互合成和作用，形成了新的化合物,（主要为腐植酸、沥青质等）。,这些物质与少量泥砂,等物质混合在一起，即形成了,泥炭,。这一过程为泥炭化作用。,2,腐泥化作用,当生活在湖泊、浅海等水体中的,低等植物,和,低等动物死亡,之后，在水体表层和下沉到水底的过程中，先遭受,一定程度的氧化分解,。沉向水底后，由于水层和随后沉积物的覆盖，转入缺氧的还原环境，在,厌氧细菌,的作用下，低等植物中的,蛋白质、脂肪等遭到分解,。然后经过化学合成作用，形成一种含水很多的,棉絮状胶体物质,（富含沥青质）。,这些物质与泥砂混合后进一步变化，即形成了腐泥,。这一过程为腐泥化作用,（二）煤化作用阶段（形成腐植煤或腐泥煤）,1,、成岩作用：,泥炭或腐泥被掩埋后，在温度、压力等影响下，泥炭逐渐被压紧、脱水、固结，趋于致密。同时，泥炭中有机质的分子结构和化学成分也发生一定变化，其中碳含量增加,C,、氢氧含量减少,OH,，腐植酸含量降低,F,。,泥炭转变为褐煤,，这一过程为成岩作用。,腐泥形成后，经成岩作用，转变为腐泥煤,。,2,变质作用,褐煤形成后，当地壳继续下降，使其沉降到地壳更深处，在,温度和压力的作用,下，褐煤内部的分子结构、物理性质、化学性质等发生变化，,碳含量进一步增加,C,，,氢氧,OH,含量继续减少，光泽增强，密度增大，挥发分逐渐减少，腐植酸完全消失,。褐煤转变为烟煤、无烟煤。这一过程为变质作用。腐泥煤形成后，经变质作用，使煤的变质程度不断提高，形成高变质的腐泥煤。,成,煤,作,用,变,化,产,物,原始物质,第一阶段,第二阶段,泥炭化作用或腐泥化作用,煤化作用,成岩作用,变质作用,高等植物,泥炭,褐煤,烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）,无烟煤,低等植物,腐泥,腐泥煤,腐泥煤,第二节 煤的组成和性质,一、煤的岩石组成和物理性质,（一）煤的宏观煤岩组成,1,宏观煤岩成分,（,1,）丝炭：,颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽，,外观象木炭,。丝炭,疏松多孔，性脆易碎，能染指,。其空腔中常被矿物质充填而成矿化丝炭，变得致密坚硬，密度增大。,在煤层中,，丝炭一般,数量不多,，常呈扁平透镜体沿煤层的层理面分布，通常厚,1,2mm,至几毫米，有时也能形成不连续的薄层。,（,2,）镜煤,：颜色深黑，光泽很强，为煤中颜色最深、光泽最强的成分。镜煤,质地均一，性脆易碎，往往破碎成棱角状小块，具贝壳状断口，内生裂隙特别发育,，裂隙中有时充填有方解石等薄膜。,在,煤层中,，镜煤常呈,透境状或条带状,，一般厚几毫米到,1,2,，有时呈线理状夹在亮煤或暗煤中。,（,3,）亮煤。,颜色黑，光泽较强，仅次于镜煤，,较脆易碎，内生裂隙较发育，比重较小，有时也具贝壳状断口，均一程度较镜煤差,，表面隐约可见微细的纹理。,在,煤层中,，亮煤常呈,较厚的分层或呈透镜状,出现。,（,4,）暗煤：,颜色灰黑，光泽暗淡，,致密坚硬，韧性较大，密度大，内生裂隙不发育,，有时呈粒状结构。,在煤层中，暗煤常呈,较厚的分层或单独成层,。,2,宏观煤岩类型,（,1,）光亮型煤,：光泽最强,.,主要由,镜煤和亮煤,组成,有时夹,少量丝炭,。由于其成分较均一，一般条带状结构不明显。,内生裂隙发育，脆度较大，容易破碎，常具贝壳状断口。,（,2,）半亮型煤。,光泽较强，仅次于光亮煤。主要以,亮煤为主,，,有时由镜煤、亮煤和暗煤组成,，也,可能夹丝炭,。最大的特点是,条带状结构明显,。,内生裂隙较发育，较易破碎，常具阶梯状或棱角状断口。,半亮煤是最常见的一种煤岩类型。,（,3,）半暗型煤。,光泽较弱。由,暗煤和亮煤,组成，常以暗煤为主，有时夹有镜煤和丝炭的线理、细条带和透镜体，,条带状结构较明显，内生裂隙不发育，比较坚硬，韧性较大，密度较大，常具参差状断口。,（,4,）暗淡型煤。,光泽十分微弱。主要由暗煤组成，有时夹有少量镜煤、丝炭或矸石透境体。内生裂隙不发育，质地坚硬，韧性大，密度大，常具棱角状或参差状断口。,（二）煤的物理性质,1,颜色,颜色是指煤新鲜表面的自然色彩。煤的颜色与成煤的原始物质、变质程度等有关。腐植煤的颜色，随煤的变质程度增高而变化，如褐煤为褐色、深褐色、黑褐色；烟煤为黑色；无烟煤为灰黑色，常带古铜色或钢灰色彩。腐泥煤颜色较浅，一般为褐色、褐黑色或灰色。,2,条痕,条痕是煤研成粉末的颜色，也称为粉色。煤的条痕略浅于颜色，但变化又较颜色固定。腐植煤的条痕，随煤的变质程度增高而加深，如褐煤为棕色；烟煤为棕色到黑色；无烟煤为灰黑色。,3,光泽,光泽是指常光下煤新鲜表面的反光能力。煤的光泽与成煤的原始物质、煤岩成分及变质程度等有关。腐植煤随变质程度的增高光泽增强，如褐煤无光泽或暗沥青光泽；烟煤为沥青光泽、玻璃光泽到金刚光泽；无烟煤为似金属光泽。腐泥煤光泽暗淡。,4,硬度,硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。外加机械作用力不同，煤的硬度表现也不一样，刻划硬度（用矿物中的摩氏硬度计刻划煤）介于,1,4,之间。腐植煤的（刻划）硬度，随煤的变质程度增高而变化，从长焰煤到焦煤硬度逐渐减小，而从焦煤到无烟煤硬度逐渐增大，褐煤和焦煤的硬度最小，为,2,2.5,；无烟煤的硬度最大，接近于,4,。,5,脆度,脆度是指煤受外力作用而破碎的性质。腐植煤的脆度，随煤变质程度的不同而变化，一般中变质的肥煤、焦煤、瘦煤的脆度最大；无烟煤的脆度最小；长焰煤和气煤的脆度较小。,6,密度,密度是指单位体积煤的质量。单位为,g/3,。其可分为真密度和视密度两种。真密度体积不包括煤内部的孔隙，而视密度体积则包括煤内部的孔隙。,一般褐煤的视密度为,1.05,1.20,；烟煤的视密度为,1.20,1.40,；无烟煤的视密度为,1.35,1.80,。,7,裂隙,煤中裂隙按成因可分为内生裂隙和外生裂隙两种。,（,1,）内生裂隙,。内生裂隙是在,煤化作用过程中,形成一种裂隙。,特点,：,裂隙垂直或大致,垂直于层理面,；裂隙面较平坦光滑，往往呈眼球状；通常有大致垂直或斜交两组，其中一组较发育、为主要裂隙组，另一组较稀疏，为次要裂隙组。,内生裂隙的发育程度与煤的煤岩类型、煤岩成分、变质程度等有关。一般在,光亮型煤中发育、特别是镜煤中最发育,。在不同变质程度的煤中，中变质烟煤中最发育，而在褐煤和无烟煤中则不发育。,（,2,）外生裂隙,。外生裂隙是,煤层形成后,，受构造应力的作用而产生的一种裂隙。特点：裂隙以各种角度与煤层,层面相交,；裂隙面往往有波状、羽毛状的滑动痕迹，但也有较光滑的；裂隙内有时可见到次生矿物或煤屑的充填。,由于煤的外生裂隙组的方向与附近断层延展的方向一致，,所以研究外生裂隙有助于确定断层的方向,。此外，研究外生裂隙对提高回采率，预测煤及瓦斯突出，也具有实际意义。,颜,色,条,痕,光,泽,内生裂隙,褐煤,褐色、深褐色、黑褐色,浅棕色、深棕色,无光泽或暗沥光泽,不发育,深棕色,沥青光泽,长焰煤,黑色带褐,棕黑色,强沥青光泽、弱玻璃光泽,不发育到较发育,气煤,黑,色,黑色带棕色,玻璃光泽,很发育,肥煤,强玻璃光泽,焦煤,黑色,瘦煤,贫煤,黑色、有时带灰色,金刚光泽,较发育,无烟煤,灰黑色，带古铜、钢灰色,灰黑色,似金属光泽,不发育,8,导电性,导电性是指煤传导电流的能力。通常用,电阻率,表示。,煤的导电性与煤的,变质程度,有关。一般,褐煤的电阻率小,；,烟煤的电阻率较大，为不良的导体,；,无烟煤的电阻很小，为良好的导体,。,此外，煤的导电性还与煤中灰分、水分、煤岩成分及孔隙度等有关，如烟煤中灰分增高，电阻率减小；而无烟煤中灰分增高，电阻率增大。褐煤中由于有大量的水分，所以电阻率较小。,二、煤的化学组成和工艺性质,（一）煤的元素组成,1,碳（,C,）,碳是煤中有机物质的,主要成分,，也是煤中最主要的,可燃物质,。燃烧时每千克碳能发出,34.11MJ,的热量。因此，一般,煤中碳含量越高，煤的发热量就越大,。煤中碳含量随煤的,变质程度增高而增加,。如褐煤中碳含量一般为,60,77%,，烟煤中碳含量一般为,75,92%,，而无烟煤中碳含量高达,89,98%,。,2,氢（,H,）,氢是煤中有机物质的,重要成分,，也是煤中重要的,可燃物质,。燃烧时每千克氢能发出,143.25MJ,的热量，大约,相当于碳发热量的,4.2,倍,。煤中氢含量一般随煤的,变质程度增高而减少,。此外，煤中氢含量还与成煤的原始植物有关，一般由低等植物（如菌、藻类）形成的煤，氢含量较高，一般均大于,6%,，有时高达,11%,；而由高等植物形成的煤，氢含量较低，一般均小于,6%,，最低为,1%,左右。,3,氧（,O,）,氧是煤中的不可燃成分。一般氧的含量也是随煤的变质程度增高而减少。如褐煤中氧含量为,15,30%,，烟煤中氧含量为,2,15%,，而无烟煤中氧含量为,1,3%,左右。,4,氮（,N,）,氮也是煤中的,不可燃成分,。燃烧时氮常呈游离状态逸出，,并不产生热量。,但在炼焦过程中，氮能转化成氨及其它含氮化合物，回收后可作化肥、硝酸等。煤中氮的含量随煤的,变质程度增高而略趋减少，但规律性不明显,。煤中氮含量很少，一般只有,1,3%,左右。,煤中碳、氢、氧、氮四种元素组成的百分含量,C,daf,（,%,）,H,daf,（,%,）,O,daf,（,%,）,N,daf,（,%,）,褐,煤,60,77,6,5,30,15,2.5,1,烟,煤,75,92,5,4,15,2,2.2,0.7,无烟煤,89,98,4,1,3,1,1.5,0.3,5,硫（,S,）,有害成分,。其包括,有机硫和无机硫两种,。,煤中,硫含量变化很大,，有的小于,0.2%,，有的则高达,15%,，一般在,0.5,3%,之间。,与沉积环境有关,，,近海环境中，含硫量较高,；,内陆环境中的煤层，含硫量则较低,。,硫分对煤的加工利用非常有害,。,煤中全硫（有机硫和无机硫）含量是评价煤质的重要指标,。我国现阶段,规定：工业用煤全硫不超过,3%,。,根据煤中干燥基全硫含量煤的分级,级别名称,代号,硫分,(,St,d,),范围,%,特低硫煤,SLS,0.50,低硫分煤,LS,0.51,1.00,低中硫煤,LMS,1.01,1.50,中硫分煤,MS,1.51,2.00,中高硫煤,MHS,2.01,3.00,高硫分煤,HS,3.00,6,磷（,P,）,有害成分。包括有机磷和无机磷。主要是无机磷，,如磷灰石,Ca3(PO4)CaF2,只有微量有机磷。,煤中磷含量不多，不超过,1%,，一般为,0.001,0.1%,。,煤中的有害杂质。含量很少，但危害却很大。,(,炼焦时，煤中的磷可以全部转入焦炭中，炼铁时焦炭中