煤层： 地壳中由植物遗体转变而成的成层可燃沉积矿产，由有机物质和混入的无机矿物质所组成。 第一节 煤的形成及物质组成 第二节 煤层

1. 煤及煤系 煤层：地壳中由植物遗体转变而成的成层可燃沉积矿产，由有机物质和混入的无机矿物质所组成。 第一节 煤的形成及物质组成 第二节 煤层 第三节 煤系

3. 第一节 煤的形成及物质组成 一、 煤的形成过程 二、 成煤的必要条件 三、 煤的物理性质 四、宏观煤岩成分与煤岩类型 五、常用的煤质指标

4. 一、 煤的形成过程 煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而形成的。 从植物死亡、堆积到转变为煤经历了一系列演化过程→ 成煤作用 1、泥炭化作用：从高等植物死亡后，到变成泥炭过程； 腐泥化作用：从低等植物死亡后，到变成泥炭过程； 腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤 2、煤化作用：由泥炭转化为煤的过程； 成岩作用：从泥炭（腐泥）变成褐煤的过程； 变质作用：从从褐煤→烟煤 → 无烟煤；

5. 二、 成煤的必要条件 1、植物条件 ——物质基础； 2、气候条件 ——影响植物生长，同时影响植物的分解； 3、自然地理条件 ——植物堆积； 4、地壳运动条件 ——埋藏条件

6. 三、 煤的物理性质 煤的物理性质：光泽、颜色、硬度、脆度、比重、断口、裂隙等方面。 1、光泽：从土状（褐煤）→ 从似金属光泽（无烟煤）； 2、颜色： 褐色（褐煤）→ 黑色（烟煤）→ 钢灰色（烟煤） ； 3、硬度：中等（褐煤）→ 低（烟煤）→ 高（无烟煤）； 4、脆度：小（褐煤）→ 大（烟煤）→ 小（无烟煤）； 5、比重：随变质程度增加，比重也增加； 6、断口：无烟煤； 7、裂隙：内生裂隙 外生裂隙

7. 四、宏观煤岩成分与煤岩类型 （一）煤的宏观组成（腐植煤） 1）镜煤：乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断 口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙 发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。 2）丝炭：外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结 构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻 者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。 3）亮煤：表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一 4）暗煤：含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介 质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组 多，成分结构不均一，氧化环境。

8. 四、宏观煤岩成分与煤岩类型 （二）宏观煤岩类型（腐植煤） 宏观煤岩类型 光泽 镜煤＋亮煤 光亮型煤　 　光泽极强　　 　>75% 半亮型煤　　　 光泽较强　　　　75%--50% 半暗型煤　　　 光泽暗淡　　　　50%—25 % 暗淡型煤　　　 光泽极暗　　　　　<25% ▲① 煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比， 新鲜面，不考虑具体光泽； 　　 ② 相同煤层中光泽最强的煤岩成分条带（镜煤） 为参考标准，相对光泽； 　　 ③ 最小分层厚度为3—10cm，视煤层厚度而定； ④ 每一种光泽类型，据构造、结构再分。

9. 五、常用的煤质指标 （一）煤的元素成分： 主要：C、H、O、N； 有害元素：S、P、As。。。； S的成因：单质硫 有机硫 无机硫 煤中全硫（ St,d %）的分级 特低硫煤 　低硫煤 　中硫煤 　富硫煤 高硫煤 <1.0 1.0~1.5 1.5~2.5 2.5~4.0 >4.0 稀有元素：Ga、Ge、U；

10. （二）煤质指标： 1、水分（W） 水分的来源：植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱水，地下水，开采、运输中掺入； 存在状态： ① 外在水分（Mf）: 大毛细管（d>200nm）中的游离水； ② 内在水分（Minh）: 存在d>200nm中的吸附水Minh≈Mad（空气干燥基水分）； ③ 结晶水（化合水）：以分子或离子形式参加矿物晶格构造的水分。 如：CaSO4•2H2O、Al2O3•SiO2•2H2O

11. （二）煤质指标： 2、煤的灰分（A） 指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余； 灰分划分等级（A%） 特低灰煤 低灰煤 中灰煤 　富灰煤 　高灰煤 <10 10~15 15~25 25~40 >40% 3、挥发分（V） 粒级 <0.2mm，1g，隔绝空气，900 ±10℃，7min， 测得V，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关； 4、固定碳（FC） FC不是纯碳，是由Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ组成的混合物。 随煤阶的增高，煤的固定碳产率也逐渐升高。 5、发热量（Q） 通常指每千克煤在锅炉中燃烧后能被实际利用的热量；

12. （四）影响因素： （三）煤种分类： 褐煤 长烟煤 不粘结煤 弱粘结煤 ½中粘结煤 气煤 气肥煤 烟煤 肥煤 1/3焦煤 焦煤 瘦煤 贫瘦煤 贫煤 无烟煤 1、温度 2、时间 3、压力

13. 第二节 煤层 一、 煤层的形成及一般特征 二、 煤层结构与厚度 三、 煤层厚度的变化 四、煤层对比

14. 一、 煤层的形成及一般特征 1、煤层聚集 • 成煤的必要条件 古植物—— 物质基础 古气候—— 生长与保存 古地理—— 埋藏场所 古构造——控制因素 • 补偿关系： 过度补偿 均衡补偿 不足补偿（或为：欠补偿）

16. 多煤层形成 时间推移 埋藏深度 沉积厚度 地壳沉降 （振荡） 盆地底 煤层

17. 伪顶 直接底 煤层顶板 直接顶 煤层底板 2、煤层顶底板 老顶 老底 煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，通常呈团块状，富含植物根茎化石和不规则滑面，俗称根土岩。根土岩常含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其它粘土矿物，尤以高岭石最富集，可形成具有工业价值的耐火粘土矿层。 煤层与顶板的接触关系： 明显接触：说明沉积环境变化较快！ 过渡接触：沉积环境是渐变的！常有不到1m的伪顶存在！ 冲刷接触：煤层与顶板沉积环境是剧变的。

18. 煤层顶、底板的稳定性： 对采掘巷道、采面的维护和正常生产循环影响很大。如果顶板松软，容易发生冒顶事故； 反之，如果顶板过于坚硬，则造成放顶困难。灰岩、砂岩为顶板：它们是矿井充水的重要来源； 如底板为遇水膨胀的粘土岩，会引起底鼓或软岩涌入巷道，破坏巷道，影响运输。 因此，在煤田地质勘探和煤矿生产过程中应加强对煤层顶、底板岩性和岩石力学性质的研究。

19. 二、 煤层结构与厚度 1、煤层的结构 煤层包含煤分层和岩石夹层，不含夹石层的称为简单结构煤层； 反之，含有夹石层的则称为复杂结构煤层。 煤层夹矸的物质来源，主要取决于泥炭沼泽所处的沉积环境。 煤层的结构对采煤方法、采掘机械的选择和原煤质量等，都有一定影响。当煤层中含有较厚夹矸时，可实行煤分层的分采；当煤层结构复杂而难以分采时，夹石将掺入煤中，使原煤质量降低。 因此在煤田地质勘探阶段，就应查明煤层结构，并作出原煤质量的初步评价。

20. 2、煤层的厚度 ——煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。 总厚度：是煤层顶、底板之间各煤分层 和夹石层厚度的总和； 有益厚度：指煤层顶、底板之间 各煤分层厚度的总和； 可采厚度 ：指在现代经济技条件 下适于开采的 煤层厚度。 最低可采厚度：按照国家目前有关技术 政策，依据煤种、产状、 开采方式和不同地区的资源 条件所规定的可采厚度的下 限标准。（影响因素：煤种、产状、开采方式、资源条件）

21. <5°近水平煤层 0.3-0.5m 极薄煤层 5° - 25°缓倾斜煤层 0.5-1.3m 薄煤层 按倾角分 按厚度分 25° -45°倾斜煤层 1.3-3.5m 中厚煤层 3、煤层厚度分类 3.5-8.0m 厚煤层 >25°急倾斜煤层 >8m 巨厚煤层 稳定煤层：均>可采厚度，煤层厚度变化有一定规律性； 较稳定煤层：煤厚有相当变化，大多可采，局部不可才； 按稳定性分 不稳定煤层：煤厚变化大，分岔、尖灭、增厚、变薄时有出现； 极不稳定煤层：常呈透镜状、断续分布、仅局部可采。 煤层厚度及其变化是影响煤矿开采的主要地质因素之一。煤层厚度级不同，采煤方法亦不同。 煤层发生分岔、变薄、尖灭等厚度变化，则直接影响煤炭储量平衡和煤矿正常生产。

22. 三、煤层厚度变化 引起煤厚变化的地质因素：原生变化和后生变化。 影响煤层形态和煤层厚度变化的因素有许多，常见的有： 1、泥炭沼泽基底不平影响煤层形态和厚度的变化 ①、煤层底版或基底岩层界面呈凹凸起伏而 顶板界面却比较平整，即“顶平底不平”。 ②、往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤 厚变化极为不规则。 ③、基底古地形低洼处煤层增厚，向突起部 位尖灭变薄。其分层和层理多为下伏的 基底岩层界面所截切，呈现超覆样式。 辽宁阜新盆地泥炭基底不平特征 湖北早二叠世梁山组煤层展布

23. 2、影响煤层形态和厚度变化的沉积因素 煤层形成时期的沉积环境对煤层的形态和煤层厚度有直接的关系。 （1）、沉积体系和煤层厚度、形态变化的关系； 冲积扇、河流、湖泊、三角洲、障壁岛、和碳酸盐台地等沉积体系中各种成煤模式，来确定沉积环境和煤层特征的关系。 （2）、对煤层分岔类型的影响 ； 煤层减薄或增厚的主要方式是煤层分岔。 由单一煤层分岔为两个（多个）煤分层或独 立煤层； 山东煤煤田煤分岔 煤层分岔类型

24. 3、同沉积构造对煤层形态和煤厚变化的影响 聚煤盆地基底的不均衡沉降，如基底断块差异性沉陷、同沉积褶皱和断裂等，通过对沉积环境的控制，能够对煤层形态和煤层变化产生深刻的影响。 （1）、基底断裂系控制的煤层分带——阜新煤盆地为例 ①、无煤带位于东南盆缘断裂内侧的边缘地带，煤层分叉尖灭，被冲积扇砾岩所代替。煤层与扇砾岩互为消长、指状交错； ②、分岔煤层带位于尖灭煤层带的内侧，煤层向盆缘断裂方向多次分岔形成马尾状分岔样式。 ③、聚结煤层 带位于盆地中央 地带，煤层密集 或合并，单层厚 度达到最大值， 而层间距最小。 阜新煤盆地为例 海洲组横向沉积断面图

25. （2）、盆内次级同沉积褶皱对煤层形态和煤厚变化的影响（2）、盆内次级同沉积褶皱对煤层形态和煤厚变化的影响 聚煤盆地内部往往发育次级隆起和拗陷或次级同沉积褶皱，它们对煤层形态和煤层厚度具有不同程度的控制作用。由于构造分异和沉积补偿之间的不同状态，煤层的发育状况是多样的。 一般情况下，盆地内的次级隆起、同沉积背斜构成蓄水盆地内的浅水地带，沼泽持续发育，出现厚煤层或聚结煤层带，煤层向拗陷部位分岔、尖灭；但也有相反的情况，即盆地内的次级拗陷部位，湖沼相持续发育，而隆起部位冲积相发育，并存在频繁的层序间断。 （3）、盆内同沉积断裂活动对煤层形态和煤厚的影响 聚煤盆地边缘和内 部的同沉积断裂活动可 以造成含煤岩系厚度和 岩相的显著变化，导致 煤层形态和厚度的突变。 德国下莱因 第三纪褐煤同沉积断裂

26. dd 4、煤层的冲蚀 煤层的冲蚀是指泥炭堆积过程中或泥炭层被沉积物覆盖以后河流等对煤层的冲刷剥蚀。 河流冲蚀：泥炭沼泽邻近同期发育的河道时，河道及其支流可能注入泥炭沼泽，河流充填物与泥炭层之间表现为冲蚀接触和逐渐过渡两种关系； 同生冲蚀 海水冲蚀：煤层形成灰岩为顶板； 河流后生冲蚀：煤层形成以后，煤层和含煤岩系常常遭受河流的切剥蚀，对煤层的破坏作用可以达到很大的规模，以致形成宽几十米、几百米，长数公里的薄煤带和无煤带。

27. 河流同生冲刷 特点： 1、河道沉积物：砂岩、粉砂岩。。。，沉积物内有煤屑； 2、冲蚀范围较小； 3、冲刷带不易查明； 4、在冲刷带附近，煤质明显变差；灰分增加，煤的光泽变暗； 5、煤层与河流冲刷沉积物具有同样的顶板； 淮南某矿

28. 河流后生冲刷 四川某矿河流的后生冲刷作用 特点： 1、冲蚀填积的沉积岩体以河流相砂岩为主，其底部常常含有砾石、泥质包体、煤屑和炭化树干等滞留沉积物，有时显示定向排列； 2、煤的光泽暗淡，后生裂隙发育，常见方解石、石膏等矿物次生充填，煤的灰分亦相应增高； 3、煤层遭受河流冲蚀部分，直接顶板为细砾岩、粗砂岩，切割煤层正常顶板和部分煤层，出现薄煤带和无煤带； 4、冲刷的规律性较好，相对较易差明。

29. 唐山矿——5#河流后生冲刷特征

30. 5、后期构造变动引起煤厚变化 构造挤压 特点： 1、有煤被挤入顶、底板裂隙中； 2、在煤层的增厚、减薄带，煤的原始结构被破坏； 3、煤中灰分增高； 4、煤层的增厚、减薄在平面上有一定的方向性，厚—薄相间出现； 5、挤压强烈之处，成串珠状、藕节状；

31. 6、岩浆侵入 我国东部中、新生代岩浆活动十分强烈，岩浆侵入煤系和煤层是十分常见的地质现象。 特点： 1、岩浆侵入煤层，使煤层形态和煤层厚度、煤层结构、煤质都发生变化，有时煤层变为天然焦或被吞食，从而丧失工业价值； 2、顺层侵入的不规则岩体形态、厚度和结构产生极不规则，煤层、天然焦、火成岩体和围岩俘虏体混杂在一起，严重影响生产的正常进行。 7、岩溶陷落柱的影响 含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可形成环形柱状陷落。

32. 煤矿煤层厚度和煤层形态的变化 往往是多种地质因素联合、叠加的结果。在研究煤厚变化和煤层形态时，要善于分析各种地质因素的表现形式和对煤层的影响程度、范围的特征，追索各种地质因素的内在联系，并从中找出主导因素，以指导地质煤矿生产实践。

33. 四、煤层对比 煤层对比是一项十分重要的工作，特别是多煤层地区，煤层间距小，岩性变化较大。对于中、小型构造特别复杂的地区，尤为重要。 主要对比方法： 1、标志层对比法； 特殊岩性段 2、古生物对比法； 标准化石、化石组合 3、岩矿特征对比法； 矿物成分、颜色、包裹体、重矿物组合 4、层间距对比法； 沉积较稳定区，煤层间距较稳定，便于对比 5、地球化学特征对比法 如：弱还原环境—菱铁矿；强还原——黄铁矿。。 6、地球物理测井对比法 7、同位素测年对比

34. 第三节 煤系 一、 煤系的概念 二、 煤系的特征 三、 煤盆地

35. 一、 煤系的概念 系指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。 1、一定在一套岩层系统中含有煤层； 2、主要由沉积岩组成，在地壳运动剧烈的地区，可能含有火山岩和火山碎屑岩； 3、含有大量的植物化石。

36. 二、 煤系的特征 煤系在地壳以沉降运动为主的振荡过程中形成的。由于振荡运动的性质与幅度不同，以及地理环境和范围的差异性，指使煤系的特点各不相同。 1、近海型煤系； 2、内陆型煤系； 3、浅海型煤系。

37. 1、近海型煤系 该煤系往往是滨海平原或海边的泻湖，海湾以及浅海。由于地壳的小型振荡运动，有时为海水侵入所淹，或为浅海，时而成为陆地，发育广阔的沼泽。 主要特点： 1）、分布面积一般较广； 2）、岩性、岩相均比较； 3）、标志层较多； 4）、旋回结构非常清楚； 5）、对比较易； 6）、煤层厚度较为稳定，但多数为薄—中厚煤层； 7）、煤层一般含硫量较高 8）、含有大量的植物化石和海生动物化石； 如：华北的石炭系煤系地层；华南二叠系煤系地层

38. 2、内陆型煤系 该煤系的沉积全部位于陆地上，常见内陆盆地、山间盆地及山前盆地。在沉积过程中未曾发生海水侵入，煤系全部由陆相沉积物组成。 主要特点： 1）、煤系厚度一般较大，分布面积一般较小，岩性、岩相变化也大，煤层不易对比； 2）、煤层厚度大，层数多，厚度变化大，分岔、尖灭时有出现； 3）、煤系结构复杂，含硫较低； 4）、煤系岩石成分复杂，富含大量的植物化石和淡水动物化石； 5）、某些地壳运动强烈的地方，煤系地层中可出现火山岩及火山碎屑岩； 3、近海型煤系

39. 三、 煤盆地的概念 • 煤盆地：在地质历史时期中，有聚煤作用广泛连续发生的广大地区，即同一地质发展过程中所形成的含煤岩系分布的范围； • 煤田：系指受后期构造作用而被分割的含煤区域； • 煤产地：煤炭的产出地； • 煤盆地分类： 拗陷型 基本类型 断陷型 构造一侵蚀型 还存在着各种过渡类型

40. 本章结束

41. 青海湖布哈河现代三角洲（远眺） 三角洲体系是由各种亚环境组成的复合体，泥炭沼泽发育于支流间泛滥盆地、间湾和废弃的分流河道和叶体上。泥炭堆积环境差异较大，一般煤厚变化较大，煤层延伸方向与沉积倾向平行。下三角洲平原的煤层侧向较稳定，但成层较薄，河流一上三角洲平原的煤层侧向不稳定，局部可出现厚煤层；最厚最稳定的煤层一般赋存于下三角洲平原和上三角洲平原的过渡带。

42. 拗陷型聚煤盆地——波状拗陷盆地 主要特征： 1、盆地的基底基本上为一连续界面，聚煤期地壳运动以宽缓开阔的波状隆起和拗陷为主，含煤岩系就形成于波状拗陷内； 2、在盆地形成演化过程中，基底脆性断裂变形不明显； 3、几何形态多呈圆形、椭圆形或湾口形，其横剖面有些是对称的，有些则不对称； 4、含煤岩系的形成主要受缓慢沉降过程所控制，沉降中心一般位于盆地的中部； 5、盆地中部距陆源区较远，往往出现欠补偿环境，可能过渡为含煤层序与碳酸盐或深水泥质岩层序的交替，呈现大体对称的旋回结构； 6、含煤岩系的岩性岩相和含煤性比较稳定，并沿走向和倾向作有规律的渐变； 7、煤层发育比较广泛、稳定，易于对比； 8、大型的拗陷聚煤盆地内部常常发育次一级隆起和拗陷，对沉积岩相、沉积厚度和聚煤作用有显著影响 。

43. 华北石炭二叠纪聚煤盆地示意剖面图 华北石炭二叠纪煤系由一个完整的海侵一海退旋回组成。在海域不断扩张的总趋势下形成以泻湖、潮坪一障壁体系为主的早期聚煤环境，以稳定的薄一中厚煤层和浅水碳酸盐岩层的广泛发育为特征，旋回结构清晰，煤层易于对比。 在富煤层段、聚煤带呈现规律性变化，大体为“东西向成带，南北向迁移”的总格局。

44. 断陷型聚煤盆地 主要特征： 1、断陷型聚煤盆地的基底为不连续界面，成盆期地壳运动以块状断裂运动为主 ； 2、盆地的基底界面一般为不整合构造一剥蚀面，并被先成断裂系所切割 ； 3、盆地一般呈狭长几何形态，其延伸方向与控制性断裂的展布方向相一致；盆地的横剖面一般不对称，沉降中心靠近主盆缘断裂一侧 ； 4、含煤岩系向盆缘断裂一侧倾斜和增厚，盆地内部的基底断裂系对沉积岩相、厚度有明显控制作用，尤以盆地发育的早期阶段最为显著 ； 5、靠近盆缘断裂的内侧发育粗碎屑冲积扇，煤层和煤层组沿走向形成富煤带，沿倾向与盆缘冲积扇带呈犬牙交错，急剧分岔、变薄、尖灭 ；

45. 构造一侵蚀型聚煤盆地 地质外营力（如河流、冰川、风等）的侵蚀和溶蚀作用形成的地形洼地，称为侵蚀盆地； 在适宜的气候、水文条件下，洼地可以沼泽化而堆积泥炭； 堆积作用主要是将侵蚀或溶蚀洼地填平补齐，含煤沉积厚度仅数米至数十米；沉积于沉积间断和剥蚀面上的含煤岩系，其底部层段和煤层常常具有这种填积特征。 如：我国云南东部的宜良、沾益等地的早石炭世含煤岩系直接超覆于泥盆系侵蚀面上，煤系厚度很薄，一般为数米至数十米。煤层赋存于剖面下部，含煤1～3层，层厚0．3～1.0m，局部可达10m。煤层发育明显地受古地形的影响，煤体呈透镜状，延伸不远即行变薄、尖灭，侵蚀盆地内含煤岩系的不断堆积必须以区域性沉降为构造背景。 流水侵蚀和溶蚀是盆地形成和扩展的直接动力，并提供了聚煤作用的场所，流水体系是盆地覆水程度和泥炭沼泽发育的重要控制因素。 区域性的缓慢沉降，提供了含煤岩系堆积、加厚的构造条件，即所谓构造一侵蚀盆地。