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1、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。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
2、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。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
3、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
4、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 煤黑色褐黑色肥 煤黑色带褐色焦 煤瘦 煤黑色贫 煤黑色有时带灰和灰黑色无烟煤灰黑色带古铜色和钢灰色灰黑色、钢灰色或黑色2）光泽煤的光泽是指在自然光下，煤的新鲜断面的
5、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。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
6、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。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
7、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l4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1.52和22.5；无烟煤硬度最大，近于4。（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0.010.02kg）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
8、接触面上单位面积所承受的载荷重量来表示，即kg/cm。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。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)3）（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
9、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；长焰煤和气煤的脆度较小，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
10、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：1）条带状结构宏观煤岩成分（镜煤、亮
11、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13mm）、中条带状结构（宽度为35mm）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。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、
12、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
13、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。
14、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
15、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。表1-2 烟煤、无烟煤的宏观煤岩组分(据E.Stach等，1982)煤的类型煤岩成分宏观鉴别特征腐殖煤镜煤光亮，黑色，易碎，常具有裂缝亮煤光亮，黑色，很细的层状暗煤暗淡，黑色或灰黑色，坚硬，表面粗糙丝煤丝绢光泽，黑色，纤维状，软，很脆腐泥煤烛煤暗淡或微油脂光泽，黑色，均匀的，非层状，很硬，贝壳状断口，黑色条痕藻煤类似烛煤，但外表微带褐色，条痕为褐色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
