第五章煤体结构与构造煤

《第五章煤体结构与构造煤》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章煤体结构与构造煤（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1、什么叫游离瓦斯？吸附瓦斯？、什么叫游离瓦斯？吸附瓦斯？2、简简述郎述郎缪缪尔尔方程方程 基本假基本假设设，公式及各物理量的意，公式及各物理量的意义义。3、简简述温度、述温度、压压力、瓦斯成分、煤的力、瓦斯成分、煤的变质变质程度、水分程度、水分对对瓦斯瓦斯吸附的影响吸附的影响4、什么叫做解吸？解吸、什么叫做解吸？解吸时间时间？5、什么叫做瓦斯含量、煤、什么叫做瓦斯含量、煤层层原始瓦斯含量、煤原始瓦斯含量、煤层层残存瓦斯含残存瓦斯含量、煤的可解吸瓦斯瓦斯含量？量、煤的可解吸瓦斯瓦斯含量？6、简简述背斜的瓦斯逸散区、瓦斯集聚区述背斜的瓦斯逸散区、瓦斯集聚区7、简简述断述断层层的开的开发发性与封性

2、与封闭闭性的条件？性的条件？8、简简述煤述煤层层瓦斯的垂直分瓦斯的垂直分带带？9、简简述划分瓦斯述划分瓦斯风风化化带带下界的指下界的指标标？10、什么叫煤、什么叫煤储层压储层压力、力、储层压储层压力梯度和力梯度和压压力系数。力系数。11、什么叫孔隙率、什么叫孔隙率、简简述其公式和物理量的意述其公式和物理量的意义义12、简简述煤的述煤的变质变质程度、破坏程度、破坏类类型、地型、地应应力力对对孔隙率的影响。孔隙率的影响。13、什么叫做、什么叫做绝对绝对渗透率、相渗透率、相对对渗透率、有效渗透率渗透率、有效渗透率14、简简述气体穿述气体穿过过煤煤储层储层孔隙介孔隙介质质的流的流动动机制？机制？作作业

3、业：2021/3/1012主讲：史广山主讲：史广山 讲师讲师安全学院瓦斯地质研究所安全学院瓦斯地质研究所2021/3/1023第一节第一节 煤体结构特征和分类煤体结构特征和分类 第二节第二节 煤体变形和构造煤分布煤体变形和构造煤分布 第三节第三节 煤的变质作用煤的变质作用 第四节第四节 构造煤结构演化和力化学作用构造煤结构演化和力化学作用第五章第五章 煤体结构与构造煤煤体结构与构造煤 2021/3/1034基本概念煤原生结构煤构造煤是指保留了原生沉积结构和原生构造特征的煤层。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

4、产物。2.1.煤体结构：指煤层在地质历史演化过程中经受各煤体结构：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。种地质作用后表现的结构特征。2021/3/1045构造煤构造煤原生结原生结构煤构煤2021/3/1056基本概念构造煤碎裂结构粉粒结构3.碎粒结构糜棱结构碎裂煤粉粒煤碎粒煤糜棱煤宏观结构2021/3/1067一、原生结构煤及其煤岩学特征一、原生结构煤及其煤岩学特征一、原生结构煤及其煤岩学特征一、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。第一节第一

5、节第一节第一节 煤体结构特征与分类煤体结构特征与分类煤体结构特征与分类煤体结构特征与分类 2021/3/10781、宏观煤岩成分和宏观煤岩类型u （1）宏观煤岩成分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2021/3/1089u（1） 宏观煤岩成分镜煤： 是煤中颜色最深光泽度最强的成分，多呈黑色，结构致是煤中颜色最深光泽度最强的成分，多呈黑色，结构致密均一

6、，呈贝壳状、眼球状断口，性脆，内生裂隙比较发育，密均一，呈贝壳状、眼球状断口，性脆，内生裂隙比较发育，在煤层中它多呈厚度为几毫米到在煤层中它多呈厚度为几毫米到12cm的透镜状分布于暗煤的透镜状分布于暗煤或亮煤之中。或亮煤之中。2021/3/10910丝煤： 颜色为黑暗色，外观似木炭，简单的煤岩成分具有纤维状颜色为黑暗色，外观似木炭，简单的煤岩成分具有纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆易随。丝炭在煤层中多沿着结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆易随。丝炭在煤层中多沿着层理程透镜状分布，厚度一般为层理程透镜状分布，厚度一般为12mm或几毫米，有时也能形或几毫米，有时也能形成不连续的薄层。成不连续的薄层

7、。u（1） 宏观煤岩成分2021/3/101011 光泽较强，仅次于镜煤，较脆易碎，内生裂隙较为发育，相对密度较小，结构比较均一，呈贝壳状断口。可单独成层较厚的煤分层，也可呈贝壳状分布。亮煤：u（1） 宏观煤岩成分2021/3/101112暗煤： 颜色为灰黑色，光泽暗淡、致密坚硬，断口粗糙，内生裂颜色为灰黑色，光泽暗淡、致密坚硬，断口粗糙，内生裂隙不发育，相对密度较大，韧性较强。暗煤在煤层中普遍发育，隙不发育，相对密度较大，韧性较强。暗煤在煤层中普遍发育，可单独构成煤层或煤分层。可单独构成煤层或煤分层。u（1） 宏观煤岩成分2021/3/101213u（2）宏观煤岩类型烟煤宏观煤岩类型的划分2

8、021/3/101314u 2 煤的原生结构和构造条带结构条带结构:1、细条带，、细条带，13mm2、中条带，、中条带， 35mm3、宽条带，大于、宽条带，大于5mm煤的原生结构煤的原生结构是是由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。煤的宏观结构指宏观煤岩成分的煤的宏观结构指宏观煤岩成分的形态、大小、排列形态、大小、排列方式所表方式所表现的特征。现的特征。2021/3/101415线理状结构：线理状结构：u 2 煤的原生结构和构造2021/3/101516u 2 煤的原生结构和构造透镜状结构：2021/3/101617u 2 煤的原生结构和构造木质构造：20

9、21/3/1017u 2 煤的原生结构和构造18纤维状结构：2021/3/1018u 2 煤的原生结构和构造19粒状结构：2021/3/1019u2 煤的原生结构和构造20叶片状结构叶片状结构：2021/3/1020u2 煤的原生结构和构造21原生结构煤的构造：煤的构造：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，它与植物遗体的聚集条件及其变化过程有关。层状构造：层状构造：是指在垂直煤层层面方向上的煤层具有明显不均性特征。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。块状构造：块状构造： 不见层理，外观均一的煤称

10、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。2021/3/102122显微结构：镜质组、壳质组、惰质组 3 显微煤岩组分与类型2021/3/102223abcdef原原生生结结构构煤煤 显微镜下显微组分分层排列，界限清晰。原生结构煤的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。煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。u 3 显微煤岩组分与类型显微煤岩组分与类型2021/3/102324二、构造煤及其煤岩学特征二、构造煤及其煤岩学特征原生结构煤构造煤碎裂结构碎粒结构粉粒结构糜棱结构煤结构类型构构造造煤煤结结构构类类型型分分类类

11、 2021/3/102425碎裂煤碎裂煤1）碎裂结构碎裂结构 煤被密集的次煤被密集的次生裂隙相互交生裂隙相互交切成碎块，但切成碎块，但碎块之间基本碎块之间基本没有位移，煤没有位移，煤层原生层理基层原生层理基本可见，时断本可见，时断时续。碎裂结时续。碎裂结构常常位于原构常常位于原生结构与碎粒生结构与碎粒结构的过渡部结构的过渡部位。位。u1 宏观结构特征宏观结构特征2021/3/1025262)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

12、常常位于断裂带的中心部位。宏观结构特征宏观结构特征2021/3/102627u1 宏观结构特征宏观结构特征2021/3/1027283）糜糜棱棱结结构构 煤煤被被破破碎碎成成很很细细的的粉粉末末，主主要要粒粒级级小小于于1mm。有有时时被被重重新新压压紧紧，煤煤层层原原生生层层理理完完全全被被破破坏坏，已已看看不不到到煤煤层层原原生生层层理理和和节节理理，滑滑移移面面、摩摩擦擦面面很很多多，煤煤体体呈呈透透镜镜体体状状、粉粉状状、鳞鳞片片状状，极极易易捻捻成成粉粉末末。糜糜棱棱结结构构煤煤是是强强挤挤压压、剪剪切切破破坏坏的的束束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。缚，常出现在压应力很大的断

13、裂褶皱带中。2021/3/102829u1 宏观结构特征宏观结构特征2021/3/102930u2 构造煤的显微结构特征碎裂煤：碎裂煤：2021/3/103031u2构造煤的显微结构特征碎粒煤碎粒煤2021/3/103132糜棱煤u2构造煤的显微结构特征构造煤的显微结构特征2021/3/103233类类型型号号类类型型赋存状态和分赋存状态和分层特点层特点光泽和层理光泽和层理煤体煤体破碎程度破碎程度裂隙、揉皱裂隙、揉皱发育程度发育程度手试强手试强度度坚固坚固性系性系数数f瓦斯放瓦斯放散指数散指数P突出突出危险危险程度程度原原生生结结构构煤煤层状、似层状、层状、似层状、与上下分层整与上下分层整合接

14、触合接触煤岩类型界煤岩类型界限清晰、原限清晰、原生条带状结生条带状结构明显构明显呈现较大的保呈现较大的保持棱角的块体，持棱角的块体，块体间无相对块体间无相对位移位移内、外生裂内、外生裂隙均可辩认，隙均可辩认，未见揉皱镜未见揉皱镜面面捏不动捏不动或成或成cm级碎块级碎块0.810非非突突出出碎碎裂裂煤煤层状、似层状、层状、似层状、透镜状，与上透镜状，与上下分层整合接下分层整合接触触煤岩类型界煤岩类型界限清晰，原限清晰，原生条带状结生条带状结构断续可见构断续可见呈现棱角状块呈现棱角状块体，但块体间体，但块体间已有相对位移已有相对位移煤体被多组煤体被多组互相交切的互相交切的裂隙切割，裂隙切割，未见揉

15、皱镜未见揉皱镜面面可捻搓可捻搓成成cm、mm级碎级碎粒粒0.80.31015过渡过渡碎碎粒粒煤煤透镜状、团块透镜状、团块状、与上下分状、与上下分层呈构造不整层呈构造不整合接触合接触光泽暗淡，光泽暗淡，原生结构原生结构遭到破坏遭到破坏煤被揉搓捻碎、煤被揉搓捻碎、主要粒级在主要粒级在1mm以上以上构造镜面构造镜面发育发育易捻搓易捻搓成成mm级级碎粒或碎粒或煤粉煤粉0.315易易突突出出糜糜棱棱煤煤透镜状、团块透镜状、团块状、与上下分状、与上下分层呈构造不整层呈构造不整合接触合接触光泽暗淡，光泽暗淡，原生结构原生结构遭到破坏遭到破坏煤被揉搓捻碎煤被揉搓捻碎的更细小，主的更细小，主要粒级在要粒级在1m

16、m以下以下构造、揉皱构造、揉皱镜面发育镜面发育极易捻极易捻搓成粉搓成粉末或粉末或粉尘尘0.320易易突突出出u3 3煤体结构类型的四类划分煤体结构类型的四类划分煤体结构类型的四类划分煤体结构类型的四类划分2021/3/103334煤的破坏类型分类表煤的破坏类型分类表破坏类型破坏类型光泽光泽构造及构造特征构造及构造特征节理性质节理性质节理面性质节理面性质断口性质断口性质强度强度类类（非破坏煤）（非破坏煤）亮与亮与半亮半亮层状构造，块状构造，条层状构造，块状构造，条带清晰明显带清晰明显一组或二到一组或二到三组节理，三组节理，节理系统发节理系统发育，有次序育，有次序有充填物（方解有充填物（方解石），

17、次生面少，石），次生面少，节理、劈理面平节理、劈理面平整整参差阶状，参差阶状，贝状，波贝状，波浪状浪状坚硬，用坚硬，用手难以掰手难以掰开开类类（破坏煤）（破坏煤）亮与亮与半亮半亮1 1、尚未失去层状、尚未失去层状2 2、条带明显，有时扭曲，、条带明显，有时扭曲，有错动有错动3 3、不规则块状，多棱角、不规则块状，多棱角有挤压特征有挤压特征次生节理面次生节理面多，且不规多，且不规则，与原生则，与原生节理呈网状节理呈网状节理节理节理面有擦纹、节理面有擦纹、滑皮，节理平整，滑皮，节理平整，易掰开易掰开参差多角参差多角用手极易用手极易剥成小块，剥成小块，中等硬度中等硬度类煤类煤（强烈破坏煤）（强烈破坏

18、煤）半亮半亮与半与半暗暗1 1、弯曲成透镜状构造、弯曲成透镜状构造2 2、小片状构造、小片状构造3 3、细小碎块，层理较紊、细小碎块，层理较紊无次序无次序节理不清，节理不清，系统不发达，系统不发达，次生节理密次生节理密度大度大有大量擦痕有大量擦痕参差及粒参差及粒状状用有手捻用有手捻成粉末，成粉末，硬度低硬度低类类（粉碎煤）（粉碎煤）暗淡暗淡1 1、粒状或小颗粒胶结而、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤团成，形似天然煤团节理失去意节理失去意义，成粘块义，成粘块状状粒状粒状可捻成粉可捻成粉末，疏松末，疏松类煤类煤（全粉煤）（全粉煤）暗淡暗淡1 1、土状构造，似土质煤、土状构造，似土质煤如断层泥状如断

19、层泥状土状土状2021/3/103435第一节第一节 煤体结构特征和分类煤体结构特征和分类 第二节第二节 煤体变形和构造煤分布煤体变形和构造煤分布 第三节第三节 煤的变质作用煤的变质作用 第四节第四节 构造煤结构演化和力化学作用构造煤结构演化和力化学作用第五章第五章 煤体结构与构造煤煤体结构与构造煤 2021/3/103536一、煤体变形机制一、煤体变形机制 自学第二节第二节 煤体变形与构造煤分布煤体变形与构造煤分布 2021/3/103637二、构造煤分布u1 构造煤受构造逐级控制 煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度和厚度分布均受构造控制。张子敏（1998）论述了煤与瓦斯突出危险区的分布特征

20、，发现深层构造陡变带、深层断裂带、推覆构造带、强变形带控制了中国众多的煤与瓦斯突出矿区和矿井的分布，实际上，这些地带都是区域构造挤压、剪切应力集中带和构造变形最强烈的地带，它常是煤层瓦斯富集带，也是构造煤发育的部位。2021/3/103738二、构造煤分布u2 顺煤层剪切带构造煤分布范围广构造煤分布范围广 顺煤层剪切带是指沿煤层发育的剪切面与煤层以小角度相交或者近于平行的剪切带。顺层剪切带也叫逆掩断层、顺层断层、缓倾角断层、层滑构造等。图图3-59 平顶山矿区东部戊平顶山矿区东部戊9-10煤层顺层剪切带煤层顺层剪切带2021/3/103839二、构造煤分布（1）与煤层产状一致的顺煤层剪切带 这

21、种大规模的顺煤剪切带的走向、倾向和倾角和煤层是近于一致的。形成大规模的构造煤。 剪切带沿煤层发育，其位置可以在煤层上部，煤层下部，煤层中部或者整个煤层，其发育层位表现为一个顺层剪切煤层破坏带，一个煤层中可以发育一条剪切带，也可以是多条，在后一种情况下，剪切带可以相互交织，形成比较复杂的滑面结构。 2021/3/103940 平顶山东部煤田下石盒子组中的戊9-10煤层中部发育一稳定的顺层剪切带。据勘探资料及生产阶段的井下编录，该剪切带横跨一矿以东的十矿、十二矿、八矿三个井田，影响范围近百平方公里。该剪切带的上、下界面平直而规则，在大部分地段基本上沿煤岩层理界面展布。局部受一些切层断层的影响，其产

22、状略有变化。剪切带厚度仅11.5m，上界面距顶板0.8m，下界面距底板1m左右，主剪切面位于上部。 在四矿及一矿的丁5-6煤层中发育的顺层剪切带形态也是如此。二、构造煤分布2021/3/1040焦作二焦作二1煤层顺煤层剪切带（构造煤为标志）煤层顺煤层剪切带（构造煤为标志） 2021/3/104142（2）波状起伏的顺煤层剪切带 一些影响带较窄但范围较大的顺煤层剪切带在剖面上波状起伏，剪切面产状变化较大。图5-15 波状起伏的顺煤层剪切带（四川省白皎矿K3煤层）二、构造煤分布 2021/3/104243（3）顺煤层剪切带选层性 顺层剪切带的发生具有选层性。这一特性决定于煤层的岩石力学强度差异及其

23、煤层所在构造剖面中的位置。根据其选层的级别可以分为三种：煤层、煤系和构造层。 在同一煤层中，剪切优先选择以镜质组为主的光亮型煤分层中。在一个煤组或煤系中，当煤层层间距及岩石组合类型大致相同时，顺煤层剪切带优先发生在厚度较大的煤层中，在一个构造层内，顺煤层剪切带多发生在两组岩性强度差异较大的界面附近，煤层是弱面，滑动构造常选择在煤层顶板或底板。2021/3/1043图图5-16 芦店滑动构造剖面图芦店滑动构造剖面图图图5-17 告成矿井线剖面图告成矿井线剖面图 2021/3/104445u（三）切层断层对构造煤分布的控制（三）切层断层对构造煤分布的控制断断层层使使构构造造煤煤呈呈现现带带状状分分

24、布布，构构造造煤煤厚厚度度的的增增加加和和分分布布的的范围，与断层性质、断层落差有关。范围，与断层性质、断层落差有关。图图5-16 平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-612290 迎头断面迎头断面 图图5- -17 平顶八矿丁平顶八矿丁5-612230 采面断层点剖面采面断层点剖面 2021/3/104546图5-18 平顶山八矿丁5-612230断层素描图图5-195-19平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-65-6机巷断层素描机巷断层素描2021/3/1046图图5-22 顺煤断层与切层断层的关系顺煤断层与切层断层的关系（平顶山矿区八矿戊（平顶山矿区八矿戊9-1012121采面）采面）图图5-23 平顶

25、山八矿己平顶山八矿己1513160顺煤断层与切层断层关系图顺煤断层与切层断层关系图2021/3/104748第一节第一节 煤体结构特征和分类煤体结构特征和分类 第二节第二节 煤体变形和构造煤分布煤体变形和构造煤分布 第三节第三节 煤的变质作用煤的变质作用 第四节第四节 构造煤结构演化和力化学作用构造煤结构演化和力化学作用第五章第五章 煤体结构与构造煤煤体结构与构造煤 2021/3/104849一、煤的深成变质作用一、煤的深成变质作用二、煤的岩浆变质作用二、煤的岩浆变质作用三、煤的动力变质作用三、煤的动力变质作用第三节第三节第三节第三节 煤的变质作用煤的变质作用煤的变质作用煤的变质作用 2021

26、/3/104950第一节第一节 煤体结构特征和分类煤体结构特征和分类 第二节第二节 煤体变形和构造煤分布煤体变形和构造煤分布 第三节第三节 煤的变质作用煤的变质作用 第四节第四节 构造煤结构演化和力化学作用构造煤结构演化和力化学作用第五章第五章 煤体结构与构造煤煤体结构与构造煤 2021/3/105051一、构造煤的孔隙与渗透性一、构造煤的孔隙与渗透性u1 构造煤的孔隙结构与比表面积 煤是自然界最为复杂的多孔物质之一，孔隙容积、孔径分布及比表面积是其重要的物理参数。与原生结构煤相比，构造煤在构造应力作用下历经变形变质过程，其原生的孔隙结构遭受构造破坏、变形、改造，孔隙结构的各向异性增强。 第四

27、节第四节第四节第四节 构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用2021/3/105152（ 1） 构造煤的孔隙结构 1）孔径结构分类 第四节第四节第四节第四节 构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用构造煤结构演化与力化学作用煤是一种孔隙系统的固态物质具有发达。煤的煤是一种孔隙系统的固态物质具有发达。煤的孔径结构特征与其孔隙的赋存状态有关，其孔径结孔径结构特征与其孔隙的赋存状态有关，其孔径结构可极地大影响煤孔隙与气、液分子之间的相互作构可极地大影响煤孔隙与气、液分子之间的相互作用。因此，用。因

28、此，正确认识煤的孔径结构是研究煤孔隙性正确认识煤的孔径结构是研究煤孔隙性及煤空间结构特征的基础。及煤空间结构特征的基础。2021/3/105253表5-14 孔结构类型划分的孔径方案比较 单位：（直径）nmB.B. XouoT(1961)Dubinin(1966)IUPAC*(1966)H. Gan等等(1972)抚顺煤抚顺煤研所研所*（1985）杨思敬杨思敬等等1991吴俊吴俊（1991）秦勇秦勇（1994）琚宜文琚宜文(2005)超大孔超大孔20000大孔大孔1000205030100750100015000450500020000中孔中孔1001000507501001000504501

29、00-5000小孔小孔101002202501.2308100105010100155015-100微孔微孔10221.2810101515*IUPAC为“国际纯化学与应用化学联合会”代号(转引自M.A. Elliott,1981)。*据抚顺煤炭科学研究所进行的煤层烃类气体组合与煤岩煤化关系的研究。2021/3/105354 u 不同不同类类型煤的渗透孔隙体型煤的渗透孔隙体积积分分别为别为：原生结构煤：原生结构煤：0.01606cm3/g；类煤：类煤：0.01305cm3/g；类煤：类煤：0.02155cm3/g；类煤：类煤：0.03166cm3/g；类煤：类煤：0.0825cm3/g。严重破

30、坏的严重破坏的类煤的渗透孔隙体积是原生结构煤的类煤的渗透孔隙体积是原生结构煤的6.5倍倍引起构造煤渗透孔体积增加的主要原因是中孔体积大幅度增引起构造煤渗透孔体积增加的主要原因是中孔体积大幅度增加了。加了。类煤的中孔体积是原生结构煤的类煤的中孔体积是原生结构煤的16.69倍。倍。u 在原生结构煤中，中孔占在原生结构煤中，中孔占24.3%，而在，而在类煤中，中孔体积类煤中，中孔体积占占59.2%。结论：结论： 构造煤主要增加了中孔的孔容，但不影响微孔的孔容。构造煤主要增加了中孔的孔容，但不影响微孔的孔容。 1）孔径结构分类）孔径结构分类2021/3/1054552）孔隙形态与连通性 构造煤中总孔隙

31、空间由有效孔隙空间和孤立孔隙空间构成，前者为气、液体能进入的孔隙，后者则为全封闭性的“死孔”。 (a)半封闭孔半封闭孔(b)开放孔开放孔(c)细颈瓶孔细颈瓶孔2021/3/1055562）孔隙形态与连通性构造煤孔隙连通性主要可分为两种类型：一种是中孔较多、连通性较强。如脆性变形煤碎裂煤、碎斑煤。另一种是以半封闭孔为主，存在大量细颈瓶孔，孔隙连通件较弱。如脆性变形煤碎粒煤、薄片煤，韧性变形条件下的糜棱煤等。2021/3/1056572构造煤的比表面积构造煤的比表面积 煤的比表面积（specific surface area）与孔隙特征具有密切的联系，其大小直接关系着煤与气体介质间的接触面积、煤吸

32、附气体的能力。 表5-16 不同破坏程度煤的比表面积（据罗志明，1989，有改动）破坏类型破坏类型、类煤（难突类煤（难突出煤）出煤）类煤（可能突类煤（可能突出煤）出煤）,类煤（易突类煤（易突出煤）出煤）无烟煤比表面积无烟煤比表面积m2/g54170，平均，平均128170190，平均，平均175190287，平，平均均236贫、瘦煤比表面积贫、瘦煤比表面积m2/g1001001401402021/3/105758 实测结果（见表5-16）表明，高级烟煤和无烟煤的比面积随煤体破坏程度增高而增大；煤的比表面积S（根据其数量级，应是CO2比表面积）与瓦斯放散指标P呈线性相关，即： （5-1） 比表面

33、积随坚固性系数f值降低急剧升高。这一结论有力地证明了随煤体破坏程度增高比表面积升高的一般规律。2构造煤的比表面积构造煤的比表面积2021/3/105859（二）构造煤瓦斯吸附与解吸理论（二）构造煤瓦斯吸附与解吸理论1构造煤的吸附理论构造煤的吸附理论 煤体表面分子与气体分子之间的吸引力大于气体煤体表面分子与气体分子之间的吸引力大于气体分子之间的吸引力，当煤体与瓦斯接触分子之间的吸引力，当煤体与瓦斯接触, , 或煤体孔隙、或煤体孔隙、裂隙中含有瓦斯气体时，作随机热运动的瓦斯气体分裂隙中含有瓦斯气体时，作随机热运动的瓦斯气体分子当其撞击到煤体孔隙表面时子当其撞击到煤体孔隙表面时, , 要作短时的停留

34、。因要作短时的停留。因此此, , 煤体孔隙表面处的气体分子浓度要高于气体本体煤体孔隙表面处的气体分子浓度要高于气体本体相中的分子浓度相中的分子浓度, , 这就是瓦斯气体在煤体中的吸附。这就是瓦斯气体在煤体中的吸附。2021/3/1059602构造煤的甲烷吸附量构造煤的甲烷吸附量 霍多特（霍多特（1966）对顿巴斯）对顿巴斯20个煤样的实验证明，突出危险个煤样的实验证明，突出危险和非突出危险层在瓦斯吸附性质方面和非突出危险层在瓦斯吸附性质方面没有明显区别。没有明显区别。前苏前苏联的研究表明，对于正常煤和破坏煤，其吸附能力的变化联的研究表明，对于正常煤和破坏煤，其吸附能力的变化范围不超过范围不超过

35、10%，对英国威尔士无烟煤的研究也得出了同，对英国威尔士无烟煤的研究也得出了同样结果（巴克里德和拉德琴科，样结果（巴克里德和拉德琴科，1990）。他们所说的突出）。他们所说的突出危险性煤、破坏煤就是我们所说的构造煤。危险性煤、破坏煤就是我们所说的构造煤。2021/3/1060612构造煤的甲烷吸附量构造煤的甲烷吸附量 王佑安和杨思敬（王佑安和杨思敬（1980）认为，）认为，煤的瓦斯吸附量不随煤的煤的瓦斯吸附量不随煤的破坏程度增高而增加破坏程度增高而增加，这表明，决定煤比表积的微孔体积，这表明，决定煤比表积的微孔体积不受煤破坏程度的影响。这一结果受到来自两个方面的支不受煤破坏程度的影响。这一结果

36、受到来自两个方面的支持：一是持：一是实验表明，构造煤没有增大其吸附容量实验表明，构造煤没有增大其吸附容量；二是；二是构构造破坏不影响到微孔体积的增加，进而也不影响到比表面造破坏不影响到微孔体积的增加，进而也不影响到比表面积的增加，从而也不提高瓦斯吸附容量积的增加，从而也不提高瓦斯吸附容量。2021/3/106162 图5-38是焦作无烟煤原生结构煤与构造煤等温吸附实验对比结果，构造煤与原生结构煤的吸附体积常数存在差异，构造煤的吸附常数大于原生结构煤的，但两者的差异不大。图5-38 原生结构煤与构造煤的等温吸附曲线M-曲线为构造煤，K-曲线为原生结构煤2构造煤的甲烷吸附量构造煤的甲烷吸附量202

37、1/3/1062633构造煤瓦斯放散特征 1）构造煤瓦斯放散过程 煤是一种多孔介质，当煤体内瓦斯放散存在解吸、扩散、渗流等过程。目前国内外提出了一些有关瓦斯扩散、渗流的微观数学模型和宏观经验公式，主要微观模型有：纯扩散模型，认为瓦斯在煤层中的流动服从菲克扩散定律；纯渗透模型，瓦斯在煤层中的流动服从线性达西渗透定律。2021/3/1063643.构造煤瓦斯放散特征2021/3/1064653）瓦斯放散初速度 煤的瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（P）表示）表示充有瓦斯的煤样放散瓦充有瓦斯的煤样放散瓦斯快慢的程度斯快慢的程度，它是预测煤与瓦斯突出的一个指标。，它是预测煤与瓦斯突出的一个指标。P值的

38、值的大小，与煤的微孔隙结构、孔隙表面性质和大小有关。在瓦大小，与煤的微孔隙结构、孔隙表面性质和大小有关。在瓦斯含量相同的条件下，煤的放散初速度越大，煤的破坏类型斯含量相同的条件下，煤的放散初速度越大，煤的破坏类型越严重，越易于形成具有携带破碎能力的瓦斯流，越有利于越严重，越易于形成具有携带破碎能力的瓦斯流，越有利于煤与瓦斯突出的发生。煤与瓦斯突出的发生。2021/3/106566图5-39 煤的瓦斯放散特征图（据何继善，1999） 2021/3/1066674）构造煤瓦斯解吸指标 煤科总院抚顺分院王佑安博士测定了粒度13 mm，瓦斯压力0.2 MPa，不同煤体结构类型煤样瓦斯解吸特征，如图5-

39、40所示。2021/3/106768 渗透性是指煤储层的孔裂隙系统在一定的压差下，流体介质可以发生渗流通过的性质。渗透率是表征煤储层渗透性大小的参数，单位一般用平方微米表示。 围压增加时，煤体孔隙、裂隙闭合，渗透性降低。煤体载围压增加时，煤体孔隙、裂隙闭合，渗透性降低。煤体载荷与渗透率间的关系可用指数方程表示：荷与渗透率间的关系可用指数方程表示： (5-14)(5-14) 卸载时，可用幂函数方程表示：卸载时，可用幂函数方程表示： (5-15)(5-15) （三）构造煤的渗透性（三）构造煤的渗透性2021/3/106869 王佑安曾指出，具有强烈突出倾向的王佑安曾指出，具有强烈突出倾向的类构造煤的类构造煤的渗透率随压力增加迅速降低而成为不渗透煤体，而原生结构渗透率随压力增加迅速降低而成为不渗透煤体，而原生结构煤的渗透率随压力升高而降低，在降低到一定程度后趋于某煤的渗透率随压力升高而降低，在降低到一定程度后趋于某一稳定状态，变为低渗煤体。一稳定状态，变为低渗煤体。构造煤和原生结构煤渗透率与压力间的关系构造煤和原生结构煤渗透率与压力间的关系（三）构造煤的渗透性（三）构造煤的渗透性2021/3/1069