第三章煤层

2．构造煤 原生结构、构造发生物理化学变化的煤称为构造煤 （变形煤），又叫软煤。它是煤层在构造应力作用下发生 破碎甚至强烈的韧塑性变形和流变迁移的产物，也是煤层 在区域变质的基础上叠加了动力变质作用的产物。
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1）构造煤煤体的宏观结构
构造煤煤体的宏观结构分为碎裂结构、碎粒结构、糜棱结构3种 类型，相应的煤体为碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。 （1）碎裂结构 煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本 没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原 生结构与碎粒结构的过渡部位。 （2）碎粒结构 煤被破碎成粒：主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相 互位移摩擦失去棱角，煤层原生层理被破坏，层理不清，裂隙较发育， 煤层煤体主要呈粒状。碎粒结构往往紧靠碎裂结构分布，常常距离煤 层顶板或底板一定距离，也常常位于断裂带的中心部位。 （3）糜棱结构 煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重 新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理， 滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉 末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的 断裂褶皱带中。
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（2）碎裂—粒状结构煤
这种煤由粒径较大的颗粒和粒径较小的粒状基质所组成。大、小 颗粒是近于等轴的椭圆形，没有明显的棱角，表面比较光滑或具有明 显的构造磨蚀痕迹。大粒径的圆形颗粒被直径较小的圆形颗粒基质所 包围，二者的接触边界在断面上呈一不规则的园环形。大颗粒直径在 10～30µm，小颗粒直径不足1～5µm左右。在这两种粒径差异较大 颗粒共存时，形成所谓斑状结构；在颗粒直径大小近似时，形成等粒 结构。理想的基质在斑状结构中赋存于大颗粒的周围，这种基质可能 是高度粉碎的微粒经构造压实作用的产物，表面平整、光滑，无颗粒 状形特征。这种构造基质细小到在微米级别上无法辩认出的粒度，因 此它们是纳米级大小的颗粒。从这种意义上讲，构造变形很可能已波 及到了芳核结构的层次上，并有可能从煤中分离纳米材料级煤颗粒材 料。 粒状结构煤发现于一种构造鳞片或构造透镜体内。这种鳞片的厚 度30～50µm，或100多微米不等，其长度约50µm或100多微米。原 始的鳞片是四周封闭的光滑的剪切磨光镜面，镜面上布满定向的平行 的显微擦痕，其起伏变化反映了其内部颗粒的分布。这种镜面类似于 鞘褶皱中的某个理想褶层界面。
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（3）叶片状结构煤
叶片状结构煤是由一组平行的近于等距的剪裂隙切割而成的具 板状、片状结构的煤。板、片同向，大致等厚。厚度从几十微米到毫 米级，其长度为几百微米到厘米级。板片的上、下界面是两个构造磨 光的镜面，具有清楚的定向显微擦痕。据此，这种片状结构是剪裂而 不是张裂的结果。板、片断面具原生结构的特征，呈均匀断口。尽管 一些剪裂隙延伸不远即中止于具原生结构的均质层内，它们仍具有明 显的磨光镜面，显示多多少少的位移痕迹。这种煤被李康和钟大赉 （1992）命名为微劈煤。 叶片状结构煤在煤层中呈透镜状，似层状沿煤层分布，一般规模 较小。宏观上光泽暗淡，叶片、鳞片发育，但叶片和鳞片个体的硬度 较大，手试时有强烈的刺疼感，说明叶片个体呈原生结构，没有遭受 强烈的揉皱和粉碎过程。叶片状结构煤有时呈斜穿煤层的带状。与产 状近似的高一级优势构造节理相伴出现。叶片状煤的形成与简单剪切 有关。
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第一节 煤层结构与煤层形态 第二节 煤层顶底板 第三节 煤体结构分类与构造煤
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第三节 煤体结构分类与构造煤
一、煤体结构分类
河南理工大学瓦斯地质研究所从瓦斯地质角度研究瓦 斯突出，在总结我国瓦斯突出煤层构造特征的基础上，给 不同类型构造煤的煤结构赋予了地质涵义。1980年，根 据煤体宏观和微观结构特征，以构造煤的类型为基础，以 突出的难易程度为依据，把煤体结构划分成4种类型，即 原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，后3种类型为构 造煤，如表3—2示。通过十几年的实践，此种分类方案实 用、易于鉴别，得到广泛地认同。
煤层的层数、厚度、结构和赋存状态及其变化
等直接决定了煤田的经济价值。
第一节 煤层结构与煤层形态 第二节 煤层顶底板 第三节 煤体结构分类与构造煤
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第一节 煤层结构与煤层形态
一、煤层结构
煤层结构是指煤层含其它岩石夹层（又称矸石层或夹 矸）的情况。夹矸是指煤层中厚度为0.1m至煤层最低可 采厚度的岩石夹层。根据煤层中有、无夹矸存在，可将煤 层结构分为简单结构和复杂结构。
二、煤层底板
直接伏于煤层之下的岩层称为 煤层底板。煤层底板根据岩性分为 直接底和老底两种。 （1）直接底 直接位于煤层之下的岩 层，称为直接底。多为富含植物根 化石的泥岩。由于这种岩石遇水膨 胀、容易引起底鼓现象，可造成运 输线路或巷道支架的破坏。 （2）老底 它位于直接底之下，常为 厚层状砂砾岩或石灰岩。
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内、外生裂 捏不动或 隙均可辩认， 成cm级 未见揉皱镜 碎块 面 煤体被多组 互相交切的 裂隙切割， 未见揉皱镜 面 可捻搓成 cm、 mm级碎 粒
＞0.8
＜10
非突 出
Ⅱ
0.8～ 0.3
10～ 15
过渡
Ⅲ
碎 粒 煤
光泽暗淡， 原生结构遭 到破坏
构造镜面发 育
易捻搓成 mm级碎 粒或煤粉
＜0.3
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粒状结构煤仅存在于强烈的剪切带内。这种剪切带具有两次构造 变形的历史。第一次构造变形形成了棱角状颗粒，第二次变形发生在 已形成的棱角状构造煤分层中。强烈的顺层剪切作用使棱角状颗粒流 变，磨圆和重新定向。从棱角上构造磨蚀下来的细粉或进一步圆化， 或研磨成粉成为填隙基质。同时，沿其剪切面形成镜面构造及其鳞片。 鳞片表面的擦痕和其内部的椭圆形颗粒可以确定第二次构造剪切方向。 从形成过程及力学机制看，这种煤具有早期的脆性碎裂和二次韧性剪 切流变特征。倘若在第二次构造变形仍然是脆性流变机制，具有很多 脆性的镜质体棱角状颗粒将继续发生脆性破裂，而不是棱角的磨蚀和 圆化。所以第二次韧性流变必须具备很高的围压或者较高的温度。
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图示
透镜状
扁豆状
马尾状
第一节 煤层结构与煤层形态 第二节 煤层顶底板 第三节 煤体结构分类与构造煤
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第二节 煤层顶底板
一、煤层顶板
直接覆于煤层之上的岩层称为煤层顶板。煤层顶板根 据其岩性、厚度及在采煤过程中垮落的难易程度，分为伪 顶、直接顶和老顶三类。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。 （2）直接顶 位于伪顶或直接位于煤层（无伪顶时）之上的 岩层，常为数米厚的砂岩、粉砂岩、泥岩及少量石灰岩。 它比伪顶稳定，在采煤过程中，常撤去支柱后能自行垮落， 少数需要放顶。 （3）老顶 位于直接顶或煤层（无伪顶、无直接顶时）之上 的岩层。一般为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩。采空后， 较长时间内不易垮落，仅发生缓慢的变形。 8
＞15
易突 出
Ⅳ
糜 棱 煤
光泽暗淡， 原生结构遭 到破坏
煤被揉搓捻 碎的更细小， 构造、揉皱 主要粒级在 镜面发育 1mm以下
极易捻搓 成粉末或 粉尘
＜0.3
＞20
易突 出 13
二、原生结构煤与构造煤
1．原生结构煤 原生结构煤是指未受构造变动，保留原生沉积结构、 构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅有少量内生、外 生裂隙发育，煤体呈块状。显微镜下显微组分层排列，界 限清晰的煤层。原生结构煤的煤岩成分、结构、构造、内 生裂隙清晰可辨。
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表3—2 煤体结构类型的四类划分
类 型 号 类 型 原 生 结 构 煤 碎 裂 煤 赋存状态 和分层特 点 层状、似 层状、与 上下分层 整合接触 层状、似 层状、透 镜状，与 上下分层 整合接触 透镜状、 团块状、 与上下分 层呈构造 不整合接 触 透镜状、 团块状、 与上下分 层呈构造 不整合接 触 光泽和 层理 煤岩类型界 限清晰、原 生条带状结 构明显 煤岩类型界 限清晰，原 生条带状结 构断续可见 煤体破 碎程度 呈现较大的 保持棱角的 块体，块体 间无相对位 移 呈现棱角状 块体，但块 体间已有相 对位移 煤被揉搓捻 碎、主要粒 级在1mm以 上 裂隙、揉皱 发育程度 手试 强度 坚固性 系数f 瓦斯放 散指数 ΔP 突出 危险 程度
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二、煤层Fra Baidu bibliotek态
煤层是自然界中由古植物遗体堆积起来，经泥炭化和 煤化作用转变而成的固体可燃有机岩。是由有机质和矿物 质所组成的层状沉积岩体。 煤层形态是指煤层的空间展布特征。根据煤层在一定 范围内连续成层的程度和可采情况，可将煤层形态分为层 状、似层状、不规则状和马尾状四种，详细划分见表3—1。
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表3—1 煤层的基本形态
煤层顶底板示意图
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煤层顶、底板的发育程度，受当时沉积作用和后期构 造变动的影响，因此不同煤层顶、底板性质及发育程度不 同。有的煤层顶板发育完好，几种类型的顶、底板都有， 有的煤层则缺少某种类型的顶板或底板。 在观察和研究煤层顶、底板时，要注意顶、底板的岩 性，及其与煤层之间的接触关系。因为它们是反映煤层形 成前、后的沉积环境及其变化情况的标志。有的煤层顶、 底板岩石本身就是有用矿产，有的特征明显又可作为煤层 对比的标志层。 此外，煤层顶板岩石特征与煤层顶板管理，地下水处 理以及底鼓情况都有很大关系。因此，研究煤层的顶、底 板，对煤矿开采有着现实的重要意义。
碎裂—棱角状结构煤是指由碎裂作用所产生的具有棱角状颗粒的 构造煤。这是一种脆性变形的结果。颗粒的最重要特征是具棱角状结 构，颗粒间的脆性破裂裂隙闭合或张开，由此产生的颗粒之间的平动 位移可以在几到几十微米，但在裂隙闭合后多数颗粒尚可复元到原始 位置上。颗粒间的旋转位移不甚明显。颗粒的大小分布在微米级到毫 米级。就是说在这一类型中，对粒度大小没有作具体要求，着重考虑 的是颗粒的形态特征。按照颗粒粒度的分布，这种类型又可分为两种 亚类，即等粒棱角状结构和斑状棱角状结构。前者指棱角颗粒大致在 同一数量级范围内。后者指颗粒粒度分布相差较大，大的棱角状颗粒 漂浮在小的棱角状颗粒基质中，或二者等量分布。 棱角状结构煤的另一特征是颗粒本身呈近等轴形态，颗粒组合及 其中的裂隙均无明显的定向性，压裂作用比较明显。
煤层形态 层状 似 层 状 藕节状 串珠状 鸡窝状 规 则 状 基本特征 煤层在一个井田范围内是连续的，厚度变化不大 全部或大部可采 煤层不完全连续或大致连续。而厚度变化较大。 煤层的可采面积大于不可采面积 煤层不完全连续或大致连续。而厚度变化较大。 煤层的可采面积大于不可采面积 煤层断断续续，形状不规则，呈鸡窝状。其中煤 层的可采面积多小于不可采面积。有的鸡窝状煤 层的煤包较大，也常具可采价值 煤层断断续续，形状不规则，呈透镜状。煤层的 可采面积多小于不可采面积 煤层断断续续，形状不规则，呈扁豆状。煤层的 可采面积多小于不可采面积 煤层基本连续，总的是由厚到薄，以致完全消失， 它是由厚煤层分岔，尖灭形成的。煤层的可采面 积与不可采面积之比变化较大
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2）构造煤煤体的显微结构
构造煤煤体的微观特征研究能够从更深层面刻画瓦斯突出煤层的 煤体结构特征，为从瓦斯突出煤层的物理条件认识瓦斯突出机理和瓦 斯突出原因提供必要的理论基础。在显微镜下，特别是电子扫描显微 镜下，对构造煤的显微构造标志进行了大量的描述，并对其进行了显 微构造类型划分和命名。
（1）碎裂—棱角状结构煤
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（1）简单结构 是指煤层中不含矸石层或仅局部含有矸石层 （图3—1）。 （2）复杂结构 指煤层中含有一层或数层连续的矸石层（图 3—2）。煤层中的矸石层成分为粘土岩、炭质泥岩、泥质 岩或粉砂岩，有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩甚 至砾岩等。
图3—1 简单煤层结构
图3—2 复杂煤层结构
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煤层中矸石层的层数多少，厚度大小及矸石层的形态 和稳定程度，主要取决于聚煤期的古构造和古地理条件。 一般说来，在聚煤期沉积环境比较稳定情况下形成的煤层 所含的矸石层层数少、厚度小，且稳定，多为层状、似层 状，而聚煤期沉积环境不稳定情况下形成的煤层所含的矸 石层层数多，形态多为透镜状，而且不稳定。 煤层中矸石的层数、厚度、成分、赋存形态，所含化 石的种类和保存及其变化情况等，对于恢复成煤环境、对 比煤层、评价煤田等都有重要意义。因此，在观察和描述 复杂结构煤层时，应注意矸石层的这些特征。