煤体结构(原生结构煤+构造煤)

煤体结构与构造煤
煤体结构指煤层在地质历史演化过程中经受各种地质作用后表 现的结构特征。煤体结构历经变形和变质作用过程后，使得煤体分 为原生结构煤和构造煤。
原生结构煤是指保留了原生沉积结构、构造特征的煤层，原生 结构煤的煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。
构造煤是煤层在构造应力作用下，发生成分、结构和构造的变 化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩 聚等变质作用的产物。构造煤的宏观结构常见碎裂结构、碎粒结构、 粉粒结构、糜棱结构等，对应的构造煤命名为碎裂煤、碎粒煤、粉 粒煤和糜棱煤。
丝炭，丝炭在煤层中多沿层理呈透镜状分布，厚度一般为 1～2mm 或
几毫米，有时也能形成不连续的薄层。煤层中丝炭的数量不多，但
煤受风氧化后，光泽都明显变暗。风化煤多为暗淡光泽。 煤中的矿物杂质的含量及分布情况对煤的光泽影响也很大。在 变质程度相同、煤岩成分差别不大的情况下，矿物杂质的存在可使 煤的光泽变暗。因此，光泽特征可大致反映出煤的灰分含量高低， 初步确定煤质的好坏；同时也可以比较有效地鉴定煤的变质程度， 确定煤的宏观（肉眼）煤岩成分、光泽和煤岩类型。 3）硬度
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显微硬度/ kg.cm-2
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0泥褐 长 气 肥焦瘦 贫 贫 无 炭煤 焰 煤 煤煤煤 煤 煤 烟
煤
无煤
烟
弱还原煤
强还原煤
煤
图 1-1 显微硬度与煤化程度的关系(Ammcob, 1965; 转引自杨 起，韩德馨,1979)
表 1-2 烟煤、无烟煤的宏观煤岩组分(据 E. Stach 等，1982)
煤的 类型
煤岩 宏观鉴别特征
成分
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镜煤 光亮，黑色，易碎，常具有裂缝
腐殖 亮煤 光亮，黑色，很细的层状
煤 暗煤 暗淡，黑色或灰黑色，坚硬，表面粗糙
丝煤 丝绢光泽，黑色，纤维状，软，很脆
腐泥 烛煤
煤 藻煤
暗淡或微油脂光泽，黑色，均匀的，非层状，很硬， 贝壳状断口，黑色条痕 类似烛煤，但外表微带褐色，条痕为褐色
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木质结构是植物茎部原生的木质结构在煤中的反映。这种结构 的煤在外观上清楚地保存了植物木质组织的痕迹，有时还可见到保 存完整的已经煤化的树干和树桩。木质结构在褐煤中比较常见。如 我国山东、山西俗称的柴煤或柴炭，就是以木质结构特别清晰而得 名。
6）粒状结构 煤的表面较粗糙，肉眼可清楚地见到颗粒状。这种结构多由煤 中散布着的大量稳定组分或矿物质组成，为某些暗煤或暗淡型煤所 特有。如淮南某些暗淡型煤含有大量小孢子和木栓体的即呈粒状结 构。 7）纤维状结构 纤维状结构是植物茎部组织经过丝炭化作用转变而成的一种结 构。其特点是沿着—个方向延伸并呈细长纤维状和疏松孔。丝炭就 是典型的纤维状结构。 8）叶片状结构 煤的断面上具纤细的页理及被其分成的极薄的薄片，使其外观 呈现纸片状、叶片状。这种结构主要是由于煤中顺层分布有大量的 角质体和木栓体所致。如我国云南禄劝角质层残殖煤即具有叶片状 结构，它可以像纸张一样一张一张地分开。 3．原生结构煤的构造 原生结构煤的构造是指煤中不同煤岩组分在空间排列上的相互 关系。它与植物遗体的聚积条件及其变化过程有关。层理是煤的主
人们根据煤的成因将煤分为腐殖煤和腐泥煤。腐殖煤由高等植
物形成的煤，腐泥煤由低等植物和浮游动物形成的煤。1919 年，英
国煤岩学家 M. Stopes 对腐殖煤进行了观察，并将宏观煤岩成分划分
为四种类型：镜煤、亮煤、暗煤和丝炭(见表 1-2)，并描述它们的特
征和性质之间的区别，将宏观煤岩组分与其工艺性质开始联系起来。
（3）抗磨硬度 煤的抗磨硬度是指煤岩组分的抗磨强度，即用研磨阻力的大小 表示磨光面上显微组分的硬度，常用突起表示。突起是反射光下研 究煤光片的一项重要指标。各类显微组分的突起在低变质煤中差别 最大。随煤化程度的增高，突起差别变小。煤化程度相同时，丝炭 化组分的突起较凝胶化组分的高。 不论测定哪种硬度，都应当注意排除矿物杂质、裂隙、孔隙以 及风氧化程度的影响。 4）脆度和韧性 脆度是指煤受外力作用时容易破碎的程度，韧性的性质则与脆 度相反。一般腐泥煤和腐殖腐泥煤脆度小，韧性大。在腐殖煤的煤
时，应当在干燥煤样的新鲜镜煤或较纯净的亮煤断面上观察。
表 1-1 不同变质程度煤的颜色和条痕色（据杨起、韩德馨，1979，
有改动）
煤的种 类
颜色
条痕色
褐煤
褐色、深褐色、黑褐色
浅褐色、深褐色
长焰煤
褐黑色、黑色略带褐的 色彩
深褐色、黑褐色
气煤
褐黑色
肥煤 焦煤
黑色
黑色带褐色
瘦煤
贫煤
黑色有时带灰和灰黑 色
黑色
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1）条带状结构 宏观煤岩成分（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）多呈各种形状的条 带，在煤层中相互交替的出现而形成条带状结构。按条带的宽窄又 可分为；细条带状结构（宽度为 1～3mm）、中条带状结构（宽度为 3～ 5mm）和宽条带状结构（宽度大于 5mm）。条带状结构在中变质烟煤中 表现最为明显，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常见；褐煤和无烟 煤中条带状结构不明显。 2）线理状结构 线理状结构是指镜煤、暗煤及粘土矿物等呈厚度小于 1mm 的线 理断续分布在煤层各部位面形成的结构。根据线理的间距，线理状 结构又分为密集线理状和稀疏线理状两种。在半暗型煤中常见到线 理状结构。
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岩成分中，镜煤和没有矿化的丝炭脆度最大，亮煤次之，暗煤则往 往因含有许多稳定组分和矿物杂质而韧性较大。不同变质程度的煤， 以肥煤、焦煤和瘦煤脆度为最大；无烟煤脆度最小；长焰煤和气煤 的ຫໍສະໝຸດ Baidu度较小，并具有一定的韧性。
5）断口 煤受外力打击而破裂时形成的断面称为断口。严格说来，断口 不应包括沿层理面或裂隙断开的表面。断口的表面形状可反映出煤 物质组成的不同特点，因此断口可以作为煤岩鉴定的辅助标志。煤 中常见的断口有贝壳状、参差状断口等。贝壳状断口是组成均匀的 煤的特征，腐泥煤、镜煤、较纯净的亮煤及一些块状无烟煤都常见 有贝壳状断口。 6）裂隙 裂隙是在成煤的不同时期中，各种自然力作用于煤层所造成的 裂开现象。根据成因不同，煤的裂隙可分为内生裂隙、外生裂隙和 气胀裂隙等。 2．原生结构煤的结构 原生结构煤的结构是指煤岩组分的形态和大小所表现的特征，反映 了成煤原始物质的性质、成分及其变化。原生结构煤的结构与构造 是反映成煤原始物质及其聚积和转变等特征的标志，是煤的重要原 生特征。煤化程度增高，煤的各种组分的肉眼鉴定标志逐渐消失， 至高变质阶段，煤的成分趋于一致，煤的宏观结构也逐渐趋于均一。 最常见的煤的宏观结构有下列几种：
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要构造，按层理特征可以将煤的构造分为层状构造和块状构造两种。 1）层状构造 层状构造是指在垂直煤层层面的方向上煤层的明显不均—性特
征。它反映了成煤物质和成煤条件变化的情况。在复杂结构煤层中 层状构造最为明显，煤中最常见的是水平层理，偶见波状层理和斜 层理。
2）块状构造 不见层理，外观均一的煤称为块状构造。块状构造表明了成煤 物质的相对均匀和聚积条件相对稳定的特征。原生块状构造多见于 腐泥煤、腐殖腐泥煤及腐殖煤中的某些暗淡型煤；次生块状构造多 见于某些变质程度很深的无烟煤。 （二）宏观煤岩成分与宏观煤岩类型 1．宏观煤岩成分
国外注意研究煤体结构始于上世纪 20 年代。前苏联和波兰对此 较为重视，他们对构造煤的破坏程度、光泽、微裂隙密度、间距等 作过详细地研究。上世纪 80 年代，河南理工大学最早强调研究构造 煤的重要性，到 90 年代构造煤研究已逐渐成为瓦斯地质学科核心内 容。
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第一章 煤体结构特征与分类
第一节 原生结构煤及其煤岩学特征 原生结构煤（即原生煤，亦称为非构造煤）是指煤层未受构造 变动，保留原生沉积结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰， 仅发育少量内生裂隙和外生裂隙。显微镜下显微组分分层排列，界 限清晰。原生结构煤的煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。 煤岩学中，煤的成分、结构、构造一般是对原生结构煤而言的，且 有宏观和显微之分。 （一）原生结构煤的物理性质、结构和构造 煤的物理性质、结构和构造是肉眼鉴定宏观煤岩成分和宏观煤 岩类型、确定煤的变质程度和成因类型以及评价煤矿瓦斯抽采技术 条件的依据。 1．煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它 是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧 化程度等因素所决定。此处主要介绍煤的颜色、光泽、硬度、脆度、 断口、裂隙等。 1）颜色 煤的颜色是指煤块新鲜表面的自然色彩，是煤对不同波长的可 见光吸收的结果。在不同条件下，煤呈现出不同的颜色。在普通反 射光下，煤的表面所显示的颜色称为表色。煤的表色变化很大，腐 泥煤的表色有时为浅黄色、棕褐色，有时为灰绿色以至黑色；腐殖
（2）显微硬度 是压痕硬度的一种，是专门用作测定显微组分 硬度的。显微硬度的测定方法是：在显微硬度计上，以很小的负荷 静压力（一般为 0.01～0.02kg）先将金刚石锥压入煤的显微组分， 然后测量所得压痕大小，即可确定出其显微硬度。即：压痕大的， 显微硬度低；压痕小的，显微硬度高。其数值是以压锥与煤实际接 触面上单位面积所承受的载荷重量来表示，即 kg/cm²。一般是变质 程度相同时，丝质组较镜质组的显微硬度为大；而在变质程度不同 时，各类显微组分的显微硬度也有一定的变化规律，即显微硬度随 煤化程度的增加而急剧上升。
杨起认为宏观煤岩成分是肉眼能分辨的煤的基本单位，它包括
镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种成分，其中镜煤和丝炭为简单的煤岩
成分，亮煤和暗煤则为复杂煤岩成分。
1）丝炭
丝炭的颜色为暗黑色，外观似木炭，简单煤岩成分，具明显的
纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆易碎，易染指。丝炭的细
胞腔被矿物质充填，变得致密坚硬，相对密度增大，则称之为矿化
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煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。由于外来机械作用 方式不同，煤所表现的硬度也不相同，据此可以将煤的硬度分为刻 划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三种。
（1）刻划硬度 接近于普通矿物鉴定中的摩氏硬度，即用标准 矿物（摩氏硬度计）刻划标本而得出的粗略相对硬度。煤的硬度一 般在 l～4 之间，主要与煤岩成分和煤化程度有关（图 1-1），暗煤较 镜煤、亮煤的硬度大，年轻褐煤和中等变质焦煤硬度最小，为 1.5～ 2 和 2～2.5；无烟煤硬度最大，近于 4。
煤的宏观煤岩成分不同，也能够引起煤的光泽变化，如镜煤的 光泽最强、亮煤的光泽较强，暗煤的光泽较弱，丝炭的光泽最弱。 但是镜煤、亮煤的光泽并不是在任何时候都很强，类似的，暗煤的 光泽也不总是暗淡的，煤的光泽还与煤化程度有关。如褐煤中镜煤 的光泽比烟煤中的弱；无烟煤中暗煤的光泽也较强，几乎与其镜煤、 亮煤没有差别。
3）透镜状结构 透镜状结构是条带状结构的一种特殊类型，而且二者常伴生， 多是以大小不等的镜煤、丝炭及粘土矿物、黄铁矿等的透镜体连续 或不连续地散布在暗煤或亮煤中，称透镜状结构。常见于半暗型煤、 暗淡型煤中。 4）均一状结构 煤的成分较为单一；组成均匀的结构。镜煤的均一状结构较典 型，某些腐泥煤、腐殖腐泥煤和无烟煤有时也有均一状结构。 5）木质结构
无烟煤
灰黑色带古铜色和钢
灰黑色、钢灰色
灰色
或黑色
2）光泽
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煤的光泽是指在自然光下，煤的新鲜断面的反光能力。它是煤 的重要物理性质和主要肉眼鉴定标志之一。影响煤的光泽变化的因 素较多，主要有成煤的原始物质，煤岩组分，煤的变质程度，矿物 杂质的成分、含量以及分布情况，煤的表面性质等。
成煤的原始物质不同，煤的光泽就有差异。如腐泥煤的光泽暗 淡，而腐殖煤的光泽较强。煤的光泽随煤变质程度的加深而增强， 即从褐煤到无烟煤，光泽呈有规律的增强。根据镜煤和亮煤的光泽， 从褐煤到无烟煤变质系列煤的光泽可以分为以下几种：沥青光泽、 玻璃光泽、强玻璃光泽、金刚光泽及似金属光泽等。
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煤的颜色则随煤化程度的增高而加深；褐煤可以由褐色变为深褐色、
黑褐色；烟煤呈褐黑色、黑色；无烟煤呈灰黑色，并常有古铜色或
钢灰色色彩。另外，水分通常可以使煤的颜色加深，矿物杂质则往
往使煤的颜色变浅。不同变质程度的煤，其颜色有明显差别，根据
颜色特征可以区分褐煤、烟煤和无烟煤，见表 1-1。在确定煤的颜色