第五章煤體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

瓦斯地質(zhì)學(xué)第五章 煤體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造煤賈天讓Tel:安全學(xué)院306室研究表明，構(gòu)造煤控制著瓦斯災(zāi)害的發(fā)生和治理，煤礦地下開采中最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一煤與瓦斯突出幾乎都發(fā)生在構(gòu)造煤發(fā)育的煤層。

背景1:構(gòu)造煤控制著瓦斯突出問題背景我國煤層的特點

低孔隙率低滲透性低飽和度高含氣量

非均質(zhì)性強

三低一高一強背景2：構(gòu)造煤控制著煤層氣開發(fā)問題背景

煤儲層上述特點和復(fù)雜的瓦斯地質(zhì)條件控制著我國煤層氣（煤礦瓦斯）的抽采。構(gòu)造煤的低強度、低滲透性、高吸附和快速解吸瓦斯等特性，是構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)煤層氣難抽采的直接原因。構(gòu)造煤形成過程中是否產(chǎn)生過化學(xué)結(jié)構(gòu)變化？成因機制如何？煤中甲烷以吸附態(tài)為主，構(gòu)造煤與原生結(jié)構(gòu)煤相比，對甲烷的吸附性差異是否是造成構(gòu)造煤具有突出危險性的原因之一？

為什么構(gòu)造煤的瓦斯放散初速度較大？構(gòu)造煤具有突出危險性的內(nèi)在因素是什么？問題提出本章內(nèi)容一、煤體結(jié)構(gòu)和分類二、煤體變形和構(gòu)造煤分布三、煤的變質(zhì)作用四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用五、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法煤煤體結(jié)構(gòu)原生結(jié)構(gòu)煤構(gòu)造煤瓦斯突出煤體基本概念

一、煤體結(jié)構(gòu)和分類煤體結(jié)構(gòu)：

指煤層在地質(zhì)歷史演化過程中經(jīng)受各種地質(zhì)作用后表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征。煤體結(jié)構(gòu)歷經(jīng)變形和變質(zhì)作用過程后，使得煤體分為原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤。構(gòu)造煤原生結(jié)構(gòu)煤一、煤體結(jié)構(gòu)和分類原生結(jié)構(gòu)煤

是指煤層未受構(gòu)造變動，保留了原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征的煤層。煤層原生層理完整、清晰，僅發(fā)育少量內(nèi)生裂隙和外生裂隙。原生結(jié)構(gòu)煤一、煤體結(jié)構(gòu)和分類顯微鏡下顯微組分分層排列，界限清晰。原生結(jié)構(gòu)煤的煤巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、內(nèi)生裂隙清晰可辨。構(gòu)造煤

是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變化，引起煤層變形（破壞、粉化等）、流變（增厚、減薄等）和變質(zhì)（縮聚、降解等）作用的產(chǎn)物。構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)常見碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、粉粒結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)等，對應(yīng)的構(gòu)造煤命名為簡言之，構(gòu)造煤是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生變形、流變、變質(zhì)的產(chǎn)物。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類構(gòu)造煤國家發(fā)改委《煤礦瓦斯治理與利用總體方案》明確提出加強“瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究”高能瓦斯構(gòu)造煤高能瓦斯瓦斯突出煤體瓦斯地質(zhì)地質(zhì)構(gòu)造高突礦區(qū)、突出礦井的分布受瓦斯形成、賦存的控制煤層中的構(gòu)造煤控制著瓦斯災(zāi)害的發(fā)生和治理瓦斯突出煤體一、煤體結(jié)構(gòu)和分類一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.原生結(jié)構(gòu)煤的物理性質(zhì)顏色不同變質(zhì)程度的煤，其顏色有明顯差別，根據(jù)顏色特征可以區(qū)分褐煤、煙煤和無煙煤。

不同變質(zhì)程度煤的顏色和條痕色煤的種類顏色條痕色褐煤褐色、深褐色、黑褐色淺褐色、深褐色長焰煤褐黑色、黑色略帶褐的色彩深褐色、黑褐色氣煤黑色褐黑色肥煤黑色帶褐色焦煤瘦煤黑色貧煤黑色有時帶灰和灰黑色無煙煤灰黑色帶古銅色和鋼灰色灰黑色、鋼灰色或黑色（二）原生結(jié)構(gòu)煤煤巖學(xué)特征一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.原生結(jié)構(gòu)煤的物理性質(zhì)光澤

煤的光澤是指在自然光下，煤的新鮮斷面的反光能力。

影響煤的光澤變化的因素：主要有成煤的原始物質(zhì)，煤巖組分，煤的變質(zhì)程度，礦物雜質(zhì)的成分、含量以及分布情況，煤的表面性質(zhì)等。

根據(jù)鏡煤和亮煤的光澤，從褐煤到無煙煤變質(zhì)系列煤的光澤可以分為以下幾種：瀝青光澤、玻璃光澤、強玻璃光澤、金剛光澤及似金屬光澤等。

煤受風(fēng)氧化后，光澤都明顯變暗。風(fēng)化煤多為暗淡光澤。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.原生結(jié)構(gòu)煤的物理性質(zhì)硬度刻劃硬度、壓痕硬度、抗磨硬度顯微硬度與煤化程度的關(guān)系一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.原生結(jié)構(gòu)煤的物理性質(zhì)脆度和韌度不同變質(zhì)程度的煤，以肥煤、焦煤和瘦煤脆度為最大；無煙煤脆度最??；長焰煤和氣煤的脆度較小，并具有一定的韌性。斷口斷口的表面形狀可反映出煤物質(zhì)組成的不同特點，因此斷口可以作為煤巖鑒定的輔助標(biāo)志。煤中常見的斷口有貝殼狀、參差狀斷口等。裂隙根據(jù)成因不同，煤的裂隙可分為內(nèi)生裂隙、外生裂隙和氣脹裂隙等。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類2.原生結(jié)構(gòu)煤的結(jié)構(gòu)條帶狀結(jié)構(gòu)宏觀煤巖成分（鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭）多呈各種形狀的條帶，在煤層中相互交替的出現(xiàn)而形成條帶狀結(jié)構(gòu)。條帶狀結(jié)構(gòu)在中變質(zhì)煙煤中表現(xiàn)最為明顯，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常見；褐煤和無煙煤中條帶狀結(jié)構(gòu)不明顯。線理狀結(jié)構(gòu)線理狀結(jié)構(gòu)是指鏡煤、暗煤及粘土礦物等呈厚度小于1mm的線理斷續(xù)分布在煤層各部位面形成的結(jié)構(gòu)。在半暗型煤中常見到線理狀結(jié)構(gòu)。透鏡狀結(jié)構(gòu)常見于半暗型煤、暗淡型煤中。

均一狀結(jié)構(gòu)煤的成分較為單一、組成均勻的結(jié)構(gòu)。鏡煤的均一狀結(jié)構(gòu)較典型。煤的結(jié)構(gòu)是指煤巖組分的形態(tài)和大小所表現(xiàn)的特征，反映了成煤原始物質(zhì)的性質(zhì)、成分及其變化。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類2.原生結(jié)構(gòu)煤的結(jié)構(gòu)木質(zhì)結(jié)構(gòu)木質(zhì)結(jié)構(gòu)是植物莖部原生的木質(zhì)結(jié)構(gòu)在煤中的反映。這種結(jié)構(gòu)的煤在外觀上清楚地保存了植物木質(zhì)組織的痕跡，有時還可見到保存完整的已經(jīng)煤化的樹干和樹樁。木質(zhì)結(jié)構(gòu)在褐煤中比較常見。粒狀結(jié)構(gòu)煤的表面較粗糙，肉眼可清楚地見到顆粒狀。這種結(jié)構(gòu)多由煤中散布著的大量穩(wěn)定組分或礦物質(zhì)組成，為某些暗煤或暗淡型煤所特有。

纖維狀結(jié)構(gòu)絲炭就是典型的纖維狀結(jié)構(gòu)。葉片狀結(jié)構(gòu)煤的斷面上具纖細(xì)的頁理及被其分成的極薄的薄片，使其外觀呈現(xiàn)紙片狀、葉片狀。這種結(jié)構(gòu)主要是由于煤中順層分布有大量的角質(zhì)體和木栓體所致。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類3.原生結(jié)構(gòu)煤的構(gòu)造層狀構(gòu)造層狀構(gòu)造是指在垂直煤層層面方向上的煤層具有明顯不均—性特征。它反映了成煤物質(zhì)和成煤條件變化的情況。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層中層狀構(gòu)造最為明顯，煤中最常見的是水平層理，偶見波狀層理和斜層理。塊狀構(gòu)造不見層理，外觀均一的煤稱為塊狀構(gòu)造。塊狀構(gòu)造表明了成煤物質(zhì)的相對均勻和聚積條件相對穩(wěn)定的特征。原生塊狀構(gòu)造多見于腐泥煤、腐殖腐泥煤及腐殖煤中的某些暗淡型煤；次生塊狀構(gòu)造多見于某些變質(zhì)程度很深的無煙煤。煤的構(gòu)造是指煤中不同煤巖組分在空間排列上的相互關(guān)系，它與植物遺體的聚集條件及其變化過程有關(guān)。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類4.宏觀煤巖成分

煙煤、無煙煤的宏觀煤巖組分煤的類型煤巖成分宏觀鑒別特征腐殖煤鏡煤光亮，黑色，易碎，常具有裂縫亮煤光亮，黑色，很細(xì)的層狀暗煤暗淡，黑色或灰黑色，堅硬，表面粗糙絲炭絲絹光澤，黑色，纖維狀，很脆腐泥煤燭煤暗淡或微油脂光澤，黑色，均勻的，非層狀，很硬，貝殼狀斷口，黑色條痕藻煤類似燭煤，但外表微帶褐色，條痕為褐色一、煤體結(jié)構(gòu)和分類5.宏觀煤巖類型宏觀煤巖類型代碼分類指標(biāo)總體相對光澤強度光亮成成分含量/%光亮煤BC強>80半亮煤SBC較強>50-80半暗煤SDC較弱>20-50暗淡煤DC弱≤20

煙煤宏觀煤巖類型的劃分指標(biāo)(GB/T18023-2000)6.顯微煤巖組分一、煤體結(jié)構(gòu)和分類國際硬煤顯微組分分類與中國煙煤顯微組分分類國際硬煤顯微組分分類(1975)我國煙煤顯微組分分類(1978)組顯微組分類顯微組分、亞組分鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體(Telinite)無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體(Collinite)碎屑鏡質(zhì)體(Vitrodetrinite)鏡質(zhì)類結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體結(jié)構(gòu)半鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)半鏡質(zhì)體碎屑鏡質(zhì)體碎屑半鏡質(zhì)體殼質(zhì)組孢子體(Sporinite)角質(zhì)體(Cultinite)樹脂體(Resinite)碎屑穩(wěn)定體(Liptodetrinite)穩(wěn)定類孢粉體角質(zhì)體樹脂體不定形體樹皮體藻質(zhì)體(Alginite)腐泥類藻質(zhì)體、腐泥基質(zhì)體惰質(zhì)組微粒體(Micrinite)粗粒體(Macrinite)半絲質(zhì)體(Semifusinite)絲質(zhì)體(Fusinite)菌類體(Sclerotinite)碎屑惰質(zhì)體(Inertodetrinite)絲質(zhì)類微粒體半絲基質(zhì)體絲質(zhì)基質(zhì)體半絲質(zhì)體木質(zhì)鏡煤半絲質(zhì)體鏡煤半絲質(zhì)體半絲渾圓體絲質(zhì)體木質(zhì)鏡煤絲質(zhì)體鏡煤絲質(zhì)體絲質(zhì)渾圓體半絲菌類體絲質(zhì)菌類體碎屑半絲質(zhì)體碎屑絲質(zhì)體一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)特征

構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)分為碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、粉粒結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)4種類型，相應(yīng)的煤體為碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。碎裂結(jié)構(gòu)煤被密集的次生裂隙相互交切成碎塊，但碎塊之間基本沒有位移，煤層原生層理基本可見，時斷時續(xù)。碎裂結(jié)構(gòu)常常位于原生結(jié)構(gòu)與碎粒結(jié)構(gòu)的過渡部位。碎粒結(jié)構(gòu)煤被破碎成粒：主要粒級大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤層原生層理被破壞，層理不清，裂隙較發(fā)育，煤層煤體主要呈粒狀。碎粒結(jié)構(gòu)往往緊靠碎裂結(jié)構(gòu)分布，常常距離煤層頂板或底板一定距離，也常常位于斷裂帶的中心部位。（二）構(gòu)造煤及其煤巖學(xué)特征碎裂煤碎裂結(jié)構(gòu)煤被密集的次生裂隙相互交切成碎塊，但碎塊之間基本沒有位移，煤層原生層理基本可見，時斷時續(xù)。碎裂結(jié)構(gòu)常常位于原生結(jié)構(gòu)與碎粒結(jié)構(gòu)的過渡部位。2)碎粒結(jié)構(gòu)煤被破碎成粒：主要粒級大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤層原生層理被破壞，層理不清，裂隙較發(fā)育，煤層煤體主要呈粒狀。碎粒結(jié)構(gòu)往往緊靠碎裂結(jié)構(gòu)分布，常常距離煤層頂板或底板一定距離，也常常位于斷裂帶的中心部位。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類1.構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)特征粉粒結(jié)構(gòu)光澤暗淡、土狀、粉狀、無粒感，斷面平坦、塊狀構(gòu)造。糜棱結(jié)構(gòu)煤被破碎成很細(xì)的粉末，主要粒級小于1mm。有時被重新壓緊，煤層原生層理完全被破壞，已看不到煤層原生層理和節(jié)理，滑移面、摩擦面很多，煤體呈透鏡體狀、粉狀、鱗片狀，極易捻成粉末。糜棱結(jié)構(gòu)煤是強擠壓、剪切破壞的束縛，常出現(xiàn)在壓應(yīng)力很大的斷裂褶皺帶中。糜棱結(jié)構(gòu)

煤被破碎成很細(xì)的粉末，主要粒級小于1mm。有時被重新壓緊，煤層原生層理完全被破壞，已看不到煤層原生層理和節(jié)理，滑移面、摩擦面很多，煤體呈透鏡體狀、粉狀、鱗片狀，極易捻成粉末。糜棱結(jié)構(gòu)煤是強擠壓、剪切破壞的束縛，常出現(xiàn)在壓應(yīng)力很大的斷裂褶皺帶中。一、煤體結(jié)構(gòu)和分類2.構(gòu)造煤的顯微結(jié)構(gòu)特征

構(gòu)造煤的微觀特征研究能夠從更深層面刻畫瓦斯突出煤層的煤體結(jié)構(gòu)特征，為從瓦斯突出煤層的物理條件認(rèn)識瓦斯突出機理和瓦斯突出原因提供必要的理論基礎(chǔ)。在顯微鏡下，特別是電子掃描顯微鏡下，對構(gòu)造煤的顯微構(gòu)造標(biāo)志進(jìn)行了大量的描述，并對其進(jìn)行了顯微構(gòu)造類型劃分和命名。1）碎裂—棱角狀結(jié)構(gòu)煤(圖版I)2）碎裂—粒狀結(jié)構(gòu)煤(圖版II)3）葉片狀結(jié)構(gòu)煤(圖版III)4）透鏡狀結(jié)構(gòu)煤(圖版IV)5）揉流結(jié)構(gòu)糜棱煤(圖版V)圖版Iabcdef碎裂—棱角狀結(jié)構(gòu)煤圖版IIabcdef碎裂—粒狀結(jié)構(gòu)煤圖版IIIabcdef葉片狀結(jié)構(gòu)煤圖版IVabcdef透鏡狀結(jié)構(gòu)煤圖版Vabcdef揉流結(jié)構(gòu)糜棱煤一、煤體結(jié)構(gòu)和分類（三）煤體結(jié)構(gòu)的分類類型號類型賦存狀態(tài)和分層特點光澤和層理煤體破碎程度裂隙、揉皺發(fā)育程度手試強度堅固性系數(shù)f瓦斯放散指數(shù)ΔP突出危險程度Ⅰ原生結(jié)構(gòu)煤層狀、似層狀、與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰、原生條帶狀結(jié)構(gòu)明顯呈現(xiàn)較大的保持棱角的塊體，塊體間無相對位移內(nèi)、外生裂隙均可辯認(rèn)，未見揉皺鏡面捏不動或成cm級碎塊＞0.8＜10非突出Ⅱ碎裂煤層狀、似層狀、透鏡狀，與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶狀結(jié)構(gòu)斷續(xù)可見呈現(xiàn)棱角狀塊體，但塊體間已有相對位移煤體被多組互相交切的裂隙切割，未見揉皺鏡面可捻搓成cm、mm級碎粒0.8～0.310～15過渡Ⅲ碎粒煤透鏡狀、團(tuán)塊狀、與上下分層呈構(gòu)造不整合接觸光澤暗淡，原生結(jié)構(gòu)遭到破壞煤被揉搓捻碎、主要粒級在1mm以上構(gòu)造鏡面發(fā)育易捻搓成mm級碎?；蛎悍郏?.3＞15易突出Ⅳ糜棱煤透鏡狀、團(tuán)塊狀、與上下分層呈構(gòu)造不整合接觸光澤暗淡，原生結(jié)構(gòu)遭到破壞煤被揉搓捻碎的更細(xì)小，主要粒級在1mm以下構(gòu)造、揉皺鏡面發(fā)育極易捻搓成粉末或粉塵＜0.3＞20易突出煤體結(jié)構(gòu)分類特征表（焦作礦業(yè)學(xué)院）煤的破壞類型分類表（《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》）破壞類型光澤構(gòu)造及構(gòu)造特征節(jié)理性質(zhì)節(jié)理面性質(zhì)斷口性質(zhì)強度Ⅰ類（非破壞煤）亮與半亮層狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造，條帶清晰明顯一組或二到三組節(jié)理，節(jié)理系統(tǒng)發(fā)育，有次序有充填物（方解石），次生面少，節(jié)理、劈理面平整參差階狀，貝狀，波浪狀堅硬，用手難以掰開Ⅱ類（破壞煤）亮與半亮1、尚未失去層狀2、條帶明顯，有時扭曲，有錯動3、不規(guī)則塊狀，多棱角有擠壓特征次生節(jié)理面多，且不規(guī)則，與原生節(jié)理呈網(wǎng)狀節(jié)理節(jié)理面有擦紋、滑皮，節(jié)理平整，易掰開參差多角用手極易剝成小塊，中等硬度Ⅲ類煤（強烈破壞煤）半亮與半暗1、彎曲成透鏡狀構(gòu)造2、小片狀構(gòu)造3、細(xì)小碎塊，層理較紊無次序節(jié)理不清，系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，次生節(jié)理密度大有大量擦痕參差及粒狀用有手捻成粉末，硬度低Ⅳ類（粉碎煤）暗淡1、粒狀或小顆粒膠結(jié)而成，形似天然煤團(tuán)節(jié)理失去意義，成粘塊狀粒狀可捻成粉末，疏松Ⅴ類煤（全粉煤）暗淡1、土狀構(gòu)造，似土質(zhì)煤如斷層泥狀土狀一、煤體結(jié)構(gòu)和分類主要內(nèi)容一、煤體結(jié)構(gòu)和分類二、煤體變形和構(gòu)造煤分布三、煤的變質(zhì)作用四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用五、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法構(gòu)造煤是擠壓、剪切作用的產(chǎn)物河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)研究所以地質(zhì)觀點開展煤與瓦斯突出研究，從現(xiàn)場獲得的大量事實可知：煤與瓦斯突出與地質(zhì)因素密切關(guān)系，大多數(shù)瓦斯突出都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶，即強烈擠壓、剪切作用形成的瓦斯突出煤體。

構(gòu)造煤高能瓦斯瓦斯突出煤體瓦斯突出煤體

coal-gas-outburstbody煤構(gòu)造煤瓦斯突出煤體

二、煤體變形和構(gòu)造煤分布（一）煤體變形機制（自學(xué)）與煤層產(chǎn)狀一致的順煤層剪切帶這種大規(guī)模的順煤剪切帶的走向、傾向和傾角和煤層是近于一致的。形成大規(guī)模的構(gòu)造煤。剪切帶沿煤層發(fā)育，其位置可以在煤層上部，煤層下部，煤層中部或者整個煤層，其發(fā)育層位表現(xiàn)為一個順層剪切煤層破壞帶．一個煤層中可以發(fā)育一條剪切帶，也可以是多條．在后一種情況下，剪切帶可以相互交織，形成比較復(fù)雜的滑面結(jié)構(gòu)。（二）構(gòu)造煤的分布特點1.順煤層剪切帶——構(gòu)造煤分布范圍廣

順煤層剪切帶是指沿煤層發(fā)育的剪切面與煤層以小角度相交或者近于平行的剪切帶。順層剪切帶也叫逆掩斷層、順層斷層、緩傾角斷層、層滑構(gòu)造等。二、煤體變形和構(gòu)造煤分布

平頂山東部煤田下石盒子組中的戊9-10煤層中部發(fā)育一穩(wěn)定的順層剪切帶。據(jù)勘探資料及生產(chǎn)階段的井下編錄，該剪切帶橫跨一礦以東的十礦、十二礦、八礦三個井田，影響范圍近百平方公里。該剪切帶的上、下界面平直而規(guī)則，在大部分地段基本上沿煤巖層理界面展布。局部受一些切層斷層的影響，其產(chǎn)狀略有變化。剪切帶厚度僅1～1.5m，上界面距頂板0.8m，下界面距底板1m左右，主剪切面位于上部。在四礦及一礦的丁5-6煤層中發(fā)育的順層剪切帶形態(tài)也是如此。二、煤體變形和構(gòu)造煤分布平頂山礦區(qū)東部戊9-10煤層順層剪切帶二、煤體變形和構(gòu)造煤分布

在焦作煤田山西組的二1煤層中發(fā)育有兩條順層剪切帶，它們分別沿煤層的頂部和底部發(fā)生，形成煤層頂部和底部兩個構(gòu)造煤帶。這一組順煤剪切帶在整個焦作煤田的幾百千方公里范圍內(nèi)都相當(dāng)穩(wěn)定。在河南境內(nèi)，一個規(guī)模巨大的順煤層剪切帶發(fā)育在沿嵩山－觀音堂展布的山西組二1煤層中。涉及的煤田有陜澠、新安、宜洛、偃龍、榮鞏、登封、禹縣、新密，影響面積上萬平方公里。剪切帶被破壞了約6m厚的整個二1煤層及其頂、底板，形成所謂豫西地區(qū)著名的三軟煤層（頂板軟，煤層軟，底板軟）。二、煤體變形和構(gòu)造煤分布一些影響帶較窄但范圍較大的順煤層剪切帶在剖面上波狀起伏，剪切面產(chǎn)狀變化較大。如圖2—3所示，在巷道中連續(xù)追蹤同一剪切帶，它時而表現(xiàn)為正斷層，時而表現(xiàn)為逆斷層，它們或許穿過煤層的頂?shù)装?，但主體上是沿煤層發(fā)育的。波狀起伏的順煤層剪切帶（四川省白皎礦K3煤層）波狀起伏的順煤層剪切帶二、煤體變形和構(gòu)造煤分布

順煤層剪切帶的發(fā)生具有選層性。這一特性決定于煤層的巖石力學(xué)強度差異及其煤層所在構(gòu)造剖面中的位置。根據(jù)其選層的級別可以分為三種：即煤層、煤系和構(gòu)造層。在同一煤層中，剪切優(yōu)先選擇以鏡質(zhì)組為主的光亮煤充分層中。平頂山東部礦區(qū)戊9－10煤層中的剖面煤巖分層自上而下是暗淡型，光亮－半光亮半暗－暗淡型，剪切帶發(fā)生在中部光亮煤巖類型分層中，這是煤層中的軟弱層，煤的堅固性系數(shù)實驗表明，中分層強度（f=0.4～0.5）約是上分層（f=0.6～0.8）的一半。順煤層剪切帶的選層性二、煤體變形和構(gòu)造煤分布在一個煤組或煤系中，當(dāng)煤層間距及巖石組合類型大致相同時，順煤剪切帶優(yōu)先發(fā)生在厚度較大的煤層中。這在我國華北、華南的大多數(shù)煤層煤組和煤系中具有普遍性。在一個構(gòu)造層內(nèi)，順煤層剪切帶一般多發(fā)生在兩組巖層強度差異性較大的界面附近。煤層是弱面，滑動構(gòu)造常選擇在煤層頂板或底板。如下圖所示。順煤層剪切帶的選層性二、煤體變形和構(gòu)造煤分布蘆店滑動構(gòu)造剖面圖告成礦井１２線剖面圖

二、煤體變形和構(gòu)造煤分布

切層斷層使構(gòu)造煤呈現(xiàn)帶狀分布，構(gòu)造煤厚度的增加和分布的范圍，與斷層性質(zhì)、斷層落差有關(guān)，切層小型正斷層僅在斷面和斷層下降盤一側(cè)形成薄層構(gòu)造煤，延伸不遠(yuǎn)即行消失。如圖，斷層產(chǎn)狀240°∠50°，H=0.2m斷面平直、閉合，僅在斷層面上有1cm厚的粉煤，這是由兩盤相對剪切滑移所形成的。平頂山八礦丁5-6—12290迎頭斷面

2.切層斷層對構(gòu)造煤分布的控制二、煤體變形和構(gòu)造煤分布主要內(nèi)容一、煤體結(jié)構(gòu)和分類二、煤體變形和構(gòu)造煤分布三、煤的變質(zhì)作用四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用五、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法

溫度、壓力及其作用持續(xù)的時間是引起煤發(fā)生變質(zhì)作用的三個主要因素，溫度起主導(dǎo)作用。因此，根據(jù)熱量的來源和作用方式不同，可將煤的變質(zhì)作用劃分為不同類型，常見深成變質(zhì)作用和巖漿變質(zhì)作用。煤的動力變質(zhì)作用是指煤系形成以后，由于受構(gòu)造變動的影響使煤發(fā)生的變質(zhì)作用。三、煤的變質(zhì)作用（一）煤的深成變質(zhì)作用（二）煤的巖漿變質(zhì)作用（三）煤的動力變質(zhì)作用三、煤的變質(zhì)作用(一)煤的深成變質(zhì)作用

煤的深成變質(zhì)作用是指沉降到地下深處的煤層，受到地?zé)峒吧细矌r系產(chǎn)生的靜壓力作用，發(fā)生了變質(zhì)程度隨深度增加而升高的變質(zhì)作用。煤的深成變質(zhì)作用在大區(qū)域內(nèi)使煤普遍發(fā)生變質(zhì)作用，它的影響范圍最為廣泛，因此又稱為區(qū)域變質(zhì)作用。煤的深成變質(zhì)作用主要是由地?zé)嵋鸬?，所以也稱熱變質(zhì)作用。三、煤的變質(zhì)作用1．煤變質(zhì)程度的垂直分帶性—希爾特規(guī)律在同一煤田內(nèi)構(gòu)造條件正常并大致相同的情況下，隨著地層深度的增加，煤的揮發(fā)分（Vdaf）有規(guī)律地減少，煤的變質(zhì)程度則有規(guī)律地增高，此規(guī)律稱為希爾特規(guī)律(Hilt)。三、煤的變質(zhì)作用希爾特規(guī)律可用變質(zhì)梯度表示（又稱揮發(fā)分梯度），用來描述煤每加深100m煤變質(zhì)程度增高的程度。揮發(fā)分梯度、碳含量梯度和反射率梯度等各項指標(biāo)。三、煤的變質(zhì)作用

魯爾煤田煤質(zhì)的垂直分帶1—焦煤—瘦煤及貧煤—無煙煤帶；2—肥煤帶；3—氣煤帶；4—長焰煤—氣煤帶；5—覆蓋層2．煤質(zhì)的水平分帶煤質(zhì)水平分帶是傾斜煤層的煤質(zhì)垂直分帶在平面上的反映（圖5-24）。圖5-24煤質(zhì)分帶示意圖（據(jù)楊起、韓德馨，1979）三、煤的變質(zhì)作用2．煤質(zhì)的水平分帶變質(zhì)帶的分布特征與其所處的構(gòu)造位置也有一定關(guān)系。三、煤的變質(zhì)作用華北某煤田煤變質(zhì)程度的水平分帶性1—地層界線；2—煤田邊界；3—煤變質(zhì)程度3．煤的深成變質(zhì)作用與上覆巖層的關(guān)系深成變質(zhì)作用中，煤的變質(zhì)程度隨煤系及上覆巖系厚度的增加而升高。如，在其它條件大致相同的情況下，煤系的沉降幅度（厚度）愈大，煤的變質(zhì)程度就愈高；煤系厚度大致相同的情況下，上覆巖系厚度愈大，煤的變質(zhì)程度也愈高。由于各聚煤拗陷持續(xù)下降時間不等和各地的古地溫梯度不同，不同聚煤拗陷內(nèi)形成相同變質(zhì)程度的煤所需的下降深度是不同的。三、煤的變質(zhì)作用

在使用煤系上覆巖系厚度影響煤變質(zhì)程度的規(guī)律時，應(yīng)當(dāng)注意以下兩種情況：（1）上覆巖系與煤系為連續(xù)沉積或僅有短暫的沉積間斷，并與煤系共同褶皺，屬于同一個構(gòu)造形態(tài)時，可以認(rèn)為上覆巖系的厚度對煤變質(zhì)程度有直接影響，并可與煤系厚度等同看待，直接使用。（2）上覆巖系是在煤系形成之后，或是煤系褶皺之后沉積的，即不屬于同一構(gòu)造形態(tài)時，上覆巖系厚度對煤變質(zhì)程度影響的大小，取決于上覆巖系厚度和形成的早晚。一般而言，上覆巖系厚度大、形成時間早的，煤變質(zhì)程度高，反之則低。三、煤的變質(zhì)作用4．煤變質(zhì)程度隨賦存深度增加而升高在已有變質(zhì)程度基礎(chǔ)上，煤系發(fā)生構(gòu)造變動時，在新的賦存條件、溫度條件和時間等因素影響下，其變質(zhì)程度仍然可以繼續(xù)加深。如同一煤層的變質(zhì)程度，在褶皺的向斜部位中比在相鄰的背斜部位中要高，在斷層的下降盤中比上升盤中要高的現(xiàn)象，就是由此形成的。

河北開平向斜東翼5號煤層煤種分帶示意圖NW三、煤的變質(zhì)作用(二)煤的巖漿變質(zhì)作用

1．煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用

定義：指聚煤坳陷內(nèi)有巖漿活動，巖漿及其所攜帶流體的熱量可使地溫場增高，形成地?zé)岙惓?，從而引起的煤的變質(zhì)作用。影響：煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用是促成我國出現(xiàn)大量中、高變質(zhì)煙煤和無煙煤的主要原因。三、煤的變質(zhì)作用(二)煤的巖漿變質(zhì)作用

1．煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用分類：根據(jù)巖漿性質(zhì)、侵入方式、侵入深度、侵入層位、巖體規(guī)模以及沉積蓋層破碎程度等特點，可將煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用劃分為淺成、中深成和深成巖漿熱變質(zhì)作用3種亞型。三、煤的變質(zhì)作用

識別標(biāo)志：煤級環(huán)帶狀分布，越靠近巖體，煤的變質(zhì)程度越高；煤變質(zhì)梯度高，垂向上在較小的距離內(nèi)，就可引起變質(zhì)程度的明顯差異；受巖漿熱的影響，煤中常發(fā)育氣孔、小球體以及鑲嵌結(jié)構(gòu)等；高變質(zhì)煤帶發(fā)生圍巖蝕變，并往往與熱液礦床伴生；在巖漿活動區(qū)具有重磁異常等。三、煤的變質(zhì)作用圖5-27湖南騎田嶺龍?zhí)督M煤變質(zhì)環(huán)帶圖（據(jù)楊起等，1996）Ⅰ—石墨—半石墨帶；Ⅱ—高變質(zhì)無煙煤帶；Ⅲ—中變質(zhì)無煙煤帶；Ⅳ—低變質(zhì)無煙煤帶；Ⅴ—貧煤帶；1—入侵巖體；2—巖體隱伏部分界限；3—Ro,max(%)等值線；4—煤級分帶界線2．煤的接觸變質(zhì)作用定義：指巖漿直接接觸或侵入煤層，由其所帶來的高溫、流體和壓力，促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。分類：根據(jù)巖漿侵入體的規(guī)模，可將煤的接觸變質(zhì)作用分為三個亞型：脈巖巖漿接觸變質(zhì)作用、小型淺成巖漿接觸變質(zhì)作用和大型深成巖漿接觸變質(zhì)作用（楊起等，1996）。作用：煤的接觸變質(zhì)作用是中國煤變質(zhì)的次要原因。三、煤的變質(zhì)作用(三)煤的動力變質(zhì)作用煤的動力變質(zhì)作用是指地殼構(gòu)造變動促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。

1．煤的動力變質(zhì)作用類型按煤體變形機制，煤的動力變質(zhì)作用可分為脆性變形變質(zhì)作用、韌性變形變質(zhì)作用和介于兩者之間的脆—韌性變形變質(zhì)作用。三、煤的變質(zhì)作用煤的脆性變形變質(zhì)作用——一般而言，煤的脆性變形是在低溫、快速應(yīng)變條件下，煤體碎裂流變，主要表現(xiàn)為煤的物理煤化作用，化學(xué)煤化作用特征不明顯。即脆性變形時，煤的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但幾乎不引起化學(xué)成分改變。曹代勇（2002）認(rèn)為，煤體脆性變形時，煤中應(yīng)變能的消減是通過碎塊間的相互換位來實現(xiàn)的，煤體破裂緩沖了構(gòu)造變形對煤的大分子結(jié)構(gòu)的影響。三、煤的變質(zhì)作用

煤的韌性變形變質(zhì)作用地質(zhì)構(gòu)造作用下，煤不僅發(fā)生物理煤化作用，還發(fā)生了化學(xué)煤化作用。在古地溫較高的地質(zhì)環(huán)境中，煤中有機組分活動性增加，煤體在構(gòu)造應(yīng)力(特別是剪切應(yīng)力)作用下發(fā)生韌性變形變質(zhì)。煤體韌性流變時，煤中應(yīng)變能的消減可能與大分子的環(huán)縮合與拼疊有關(guān)，主要通過如下2種機制促進(jìn)煤結(jié)構(gòu)演化（曹代勇，2002）：

一是應(yīng)變能增加了煤化作用的熱活性，促進(jìn)化學(xué)鍵重新鍵合，為環(huán)縮合作用提供有利條件。二是定向壓力作為環(huán)縮合作用與拼疊作用的“催化劑”。當(dāng)應(yīng)變發(fā)展到芳香結(jié)構(gòu)層次時，應(yīng)力作用促使芳香碳網(wǎng)在平行于應(yīng)力方向擇優(yōu)生長，在垂直應(yīng)力方向則優(yōu)先拼疊。

煤核結(jié)構(gòu)示意圖

煤分子結(jié)構(gòu)

環(huán)縮合作用翁成敏等,1981煤BSU拼疊作用示意圖拼疊作用拼接作用疊合作用拼疊作用2．煤的動力變質(zhì)作用指標(biāo)

煤的動力變質(zhì)作用指標(biāo)包括：煤的雙反射率、晶體參數(shù)指標(biāo)，自由基參數(shù)等，主要是反映煤結(jié)構(gòu)變化的指標(biāo)。研究顯示，煤成份變化的指標(biāo)不敏感。三、煤的變質(zhì)作用主要內(nèi)容一、煤體結(jié)構(gòu)和分類二、煤體變形和構(gòu)造煤分布三、煤的變質(zhì)作用四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用五、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法(一)構(gòu)造煤的孔隙與滲透性了解(二)構(gòu)造煤分子結(jié)構(gòu)演化自學(xué)(三)構(gòu)造煤的力化學(xué)作用自學(xué)四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用1．構(gòu)造煤的比表面積煤的比表面積大小直接關(guān)系著煤與氣體介質(zhì)間的接觸面積、煤吸附氣體的能力。表5-16不同破壞程度煤的比表面積（據(jù)羅志明，1989，有改動）破壞類型Ⅰ、Ⅱ類煤（難突出煤）Ⅲ類煤（可能突出煤）Ⅳ,Ⅴ類煤（易突出煤）無煙煤比表面積m2/g54～170，平均128170～190，平均175＞190～287，平均236貧、瘦煤比表面積m2/g＞100＞100～140＞140大f小小S大實測結(jié)果（見表5-16）表明，高級煙煤和無煙煤的比面積隨煤體破壞程度增高而增大；煤的比表面積S（根據(jù)其數(shù)量級，應(yīng)是CO2比表面積）與瓦斯放散指標(biāo)ΔP呈線性相關(guān)，即：（5-1）比表面積隨堅固性系數(shù)f值降低急劇升高。這一結(jié)論有力地證明了隨煤體破壞程度增高比表面積升高的一般規(guī)律。2．構(gòu)造煤的甲烷吸附量

圖5-38是焦作無煙煤原生結(jié)構(gòu)煤與構(gòu)造煤等溫吸附實驗對比結(jié)果，構(gòu)造煤與原生結(jié)構(gòu)煤的吸附體積常數(shù)存在差異，構(gòu)造煤的吸附常數(shù)大于原生結(jié)構(gòu)煤的，但兩者的差異不大。圖5-38焦作原生結(jié)構(gòu)煤與構(gòu)造煤的等溫吸附曲線M-曲線為構(gòu)造煤，K-曲線為原生結(jié)構(gòu)煤2．構(gòu)造煤的甲烷吸附量3瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（ΔP）表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的程度，它是預(yù)測煤與瓦斯突出的一個指標(biāo)。ΔP值的與煤的微孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙表面性質(zhì)和大小有關(guān)。在瓦斯含量相同的條件下，ΔP越大，f值越小，越易于形成具有攜帶破碎能力的瓦斯流，越有利于煤與瓦斯突出的發(fā)生。

圖5-39煤的瓦斯放散特征圖（據(jù)何繼善，1999）4構(gòu)造煤瓦斯解吸指標(biāo)Δh2

粒度1～3mm，瓦斯壓力0.2MPa，不同煤體結(jié)構(gòu)類型煤樣瓦斯解吸特征，如圖5-40所示。原生結(jié)構(gòu)煤碎裂煤碎粒煤粉粒煤糜棱煤5構(gòu)造煤的滲透性滲透性是指煤儲層的孔裂隙系統(tǒng)在一定的壓差下，流體介質(zhì)可以發(fā)生滲流通過的性質(zhì)。滲透率是表征煤儲層滲透性大小的參數(shù)，單位一般用平方微米表示。與煤的結(jié)構(gòu)、氣體成份、孔隙度、煤的變質(zhì)程度、孔隙壓力及圍壓有關(guān)。研究表明，對于平行層理方向的試樣，當(dāng)圍壓小較時，在同樣孔隙壓力下，吸附瓦斯氣楔作用，煤的微裂隙擴展，煤體膨脹，瓦斯?jié)B透率變大。圍壓增加時，煤體孔隙、裂隙閉合，滲透性降低。煤體載荷與滲透率間的關(guān)系可用指數(shù)方程表示：

(5-14)

卸載時，可用冪函數(shù)方程表示：

(5-15)

具有強烈突出傾向的Ⅴ類構(gòu)造煤的滲透率隨壓力增加迅速降低而成為不滲透煤體，原生結(jié)構(gòu)煤的滲透率隨壓力升高而降低，在降低到一定程度后趨于某一穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)榈蜐B煤體。構(gòu)造煤和原生結(jié)構(gòu)煤滲透率與壓力間的關(guān)系（王佑安）主要內(nèi)容一、煤體結(jié)構(gòu)和分類二、煤體變形和構(gòu)造煤分布三、煤的變質(zhì)作用四、構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化和力化學(xué)作用五、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法五

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)特征是綜合研究突出的重要內(nèi)容。井下構(gòu)造煤編錄和室內(nèi)測試。5.1編錄要求

（1）及時準(zhǔn)確。要把構(gòu)造煤編錄工作和資料整理作為礦井的日常工作進(jìn)行規(guī)范化管理；及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造變動和巖性變化的地段，要對煤層厚度變化以及構(gòu)造煤厚度變化趨勢作出分析。井巷原始資料要求真實、可靠，避免因錯誤信息而造成錯誤的判斷。

（2）全面完整。巷道編錄、測點規(guī)劃和實施應(yīng)在礦井兩年生產(chǎn)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行。（3）巷道編錄和測點原則：

對具有代表性、能夠反映該區(qū)域構(gòu)造煤分布規(guī)律、瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制特征、瓦斯地質(zhì)規(guī)律的巷道必須進(jìn)行巷道編錄和測點布置；

在掘煤巷、半煤巖巷原則上應(yīng)進(jìn)行巷道編錄和測點布置；

已掘進(jìn)但沒有回采的煤巷、半煤巖巷，可以進(jìn)行巷道編錄和測點布置。

對井下有異常地質(zhì)變化的地段和重要巷道，需進(jìn)行詳細(xì)的觀察編錄。5.1編錄要求5.2丈量點選擇對確定的觀測地點，要測量觀測點的具體位置。以便繪圖。5.3觀察記錄觀測點周圍地質(zhì)條件觀測內(nèi)容包括：觀測點附近的煤、巖產(chǎn)狀、煤厚及變化。地質(zhì)構(gòu)造情況(有無褶曲、褶曲類型、軸向延伸、兩翼產(chǎn)狀。有無斷層、斷層性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)、產(chǎn)狀及落差，破碎帶寬度及充填情況、構(gòu)造巖、兩盤產(chǎn)狀等。五

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法

(1)斷層觀察觀察斷層附近煤結(jié)構(gòu)破壞是否隨斷層距離改變，煤體結(jié)構(gòu)破壞程度分帶現(xiàn)象、分帶寬度、破壞特征。觀察不同性質(zhì)、不同力學(xué)性質(zhì)、不同規(guī)律斷層及構(gòu)造組合部位對煤層的破壞。觀察上下盤煤結(jié)構(gòu)破壞程度的差異。斷層不同部位煤層中裂隙的發(fā)育情況。

(2)褶曲觀察觀察規(guī)模、類型、復(fù)雜程度、緊閉程度差異對煤結(jié)構(gòu)影響。不同部位煤破壞程度差異。五

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法5.4觀察觀測點周圍煤層情況按煤層從頂板到底板自然分層，傾斜、急傾斜煤層觀察先回采部分。按煤的平均光澤度劃分宏觀煤巖類型。根據(jù)煤結(jié)構(gòu)破壞類型劃分(按4分或5分法)。根據(jù)煤層中較穩(wěn)定的夾矸層劃分自然分層(>0.1m)。五

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法5.5記錄描述測量煤層及分層厚度煤層總體特征(形態(tài)、煤的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、煤層結(jié)構(gòu))和頂、底板巖性。按自上而下描述各自然分層煤巖類型特征。描述各自然分層煤結(jié)構(gòu)破壞類型。各自然分層的形態(tài)特征(層、似層狀、凸鏡狀、條帶狀、團(tuán)塊狀等)。分層間及頂、底板接觸關(guān)系。五

突出煤層煤體結(jié)構(gòu)研究方法光澤亮與半亮半亮與半暗暗淡

構(gòu)造與構(gòu)造特征層狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造，條帶清晰明顯1.尚未失去層狀，較有次序；2.條帶明顯，有時扭曲，有錯動；3.不規(guī)則塊狀，多棱角；4.有擠壓特征1.彎曲呈透鏡體構(gòu)造；2.小片狀