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n1、植物条件（植物的大量繁殖）• •2 2、气候条件（温暖潮湿的气候条件）、气候条件（温暖潮湿的气候条件）• •3 3、自然地理条件（适合与大面积沼泽化的自然地、自然地理条件（适合与大面积沼泽化的自然地 理条件）理条件）• •4 4、地壳运动条件（地壳运动总的趋势是不断、地壳运动条件（地壳运动总的趋势是不断 地缓慢沉降地缓慢沉降 ））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n（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 n2．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 物原始物质质第一阶阶段第二阶阶段泥炭化作用 或腐泥化作 用煤化作用成岩作用变质变质 作用高等植物泥炭褐煤烟煤（长长焰煤、气煤 、肥煤、焦煤、瘦煤 、贫贫煤）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n一、煤的岩石组成和物理性质n（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n（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n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n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 5．脆度．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 n7．裂隙n煤中裂隙按成因可分为内生裂隙和外生裂隙两种n（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n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。
n（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n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%n2．氢（H）n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 Cdaf （ % ）Hdaf （ % ）Odaf （ % ）Ndaf （ % ）褐 煤60～ 776～530～ 152.5 ～ 1 烟 煤75～ 925～415～ 22.2 ～ 0. 7 无烟 煤89～ 984～13～11.5 ～ 0. 3n5．硫（S）n有害成分其包括有机硫和无机硫两种n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n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n硫分对煤的加工利用非常有害n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LS0.51～1.00低中硫煤LMS1.01～1.50中硫分煤MS1.51～2.00中高硫煤MHS2.01～3.00高硫分煤HS＞3.00n6．磷（P）n 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n煤中磷含量不多，不超过1%，一般为0.001～0.1%n 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 焦炭中的磷又进入生铁，使钢铁发脆，降低质量 生产中不仅增加焦炭和熔剂的消耗量，而且还 降低高炉的生产率)n煤中磷含量也是评价煤质的重要指标n根据煤的干。