煤的形成过程及煤系
第5章-煤及煤系
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。
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。
补偿关系: 过度补偿 均衡补偿 不足补偿（或为: 欠补偿）
时间推移
埋藏深度
沉积厚度
地壳沉降 （振荡）
煤层
盆地底
多煤层形成
2.煤层顶底板
煤层顶板
伪顶
直接顶
老顶
煤层底板
直接底
老底
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。
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。
煤矿地质学5煤、煤层、煤系、煤田
煤级
HM1 HM2
CY
QM
FM
JM
SM
PM
WY3
WY2
WY1
Vdaf% 65~55
55~4 48~4 40~3 36~2 28~18 20~14 16~10 10~6.5 6.5~3.5 <3.5 8 0 6 6
4.固定碳（C）:煤中有机质分解后的不挥
发物质。
凸处则薄；③在煤层与底板岩石接触的界面上，可以看到
煤层被底板截断的现象，以及上下煤分层呈超覆关系。
第一节 煤
• 一、煤的形成 • （一）成煤的原始物质 • 植物：低等植物：菌类和藻类低等生物最 后形成腐泥煤。 • 高等植物：形成腐植煤 • （二）煤的形成过程 • 植物从死亡及其遗体堆积到转变成煤的一 系列演变过程，称为成煤作用。分为两个 阶段
• 1.腐泥化及泥炭化作用阶段
对象：菌藻类低等植物
• 2）丝炭 • 外观像木炭，颜色黑灰色或深灰色，具明显的 纤维状结构和丝绢状光泽。丝炭疏松多孔、质轻 性脆易碎、能染指。丝炭的胞腔有时被矿物质充 填，称矿化丝炭，坚硬而致密，密度大。 在煤层 中，丝炭常呈扁平的透镜体沿煤层的层面分布， 厚度多为1~毫米至几毫米，有时能形成不连续的 薄层。个别地区，丝炭层的厚度可达几十厘米甚 至几米。 • 3）亮煤 • 亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色，较脆易 碎，但断面比较平坦。亮煤的均一程度不如镜煤， 表面隐约可见微细的层理。较纯净的亮煤有时也 可见内生裂隙，但不如镜煤发育。在煤层中，亮 煤是最常见的宏观煤岩成分，常呈较厚的分层， 有时甚至组成整个煤层。
• 4）暗煤 • 暗煤的光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密坚硬、韧性好， 不易破碎，断面比较粗糙，一般无内生裂隙。在煤层中， 暗煤是常见的宏观煤岩成分，常呈厚薄不等的分层，也可 组成整个煤层。
煤化学 第二章 煤的生成
第二章煤的生成煤是植物遗体经过生物化学作用，又经过物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物，它是极其重要的能源和工业原料。
从植物死亡、堆积到转变为煤经过了一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。
成煤作用大致可以分为两个阶段:第一阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物的参与下不断分解、化合、聚积的过程。
这个过程起主导作用的是生物地球化学作用。
低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。
当已形成的泥炭或腐泥，由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用就转为第二阶段一一煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下转变为煤的过程。
成煤第二阶段又包括成岩阶段和变质阶段。
在这一阶段中起主导作用的是物理化学作用。
在温度和压力的影响下，泥炭进一步转变为褐煤(成岩作用)，再由褐煤变为烟煤和无烟煤(变质作用)。
煤与煤之间的性质千差万别，不仅不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大。
若同一煤田同一煤层，但在不同地点采的煤样，其煤质也有较大的差别。
甚至是在同一煤田同一煤层同一地点采样，而采样时，将煤层从上到下分成若干个分层采样，各分层的煤质也有差别。
引起煤质千差万别的原因与成煤物质、成煤环境和成煤作用密切相关。
第一节成煤物质一、成煤的原始物质19世纪以前，人们对于成煤的原始物质并没有正确的认识。
人们对煤成因的认识并不一致，曾提出过很多假说，归纳起来主要有三种：一是认为煤和地壳中的其他岩石一样，一有地球就存在;二是认为煤是由岩石转变而成;三是认为煤是由植物残骸形成的。
随着煤炭的大规模开采，人们在煤层中常常发现保存完好的古植物化石和由树干变成的煤，在煤层底板岩层中发现了大量的根化石、痕木化石等植物化石，证明它曾经是植物生长的土壤。
随着煤岩学的发展，人们利用显微镜在煤制成的薄片中观察到许多原始植物的细胞结构和其他残骸，如孢子、花粉、树脂、角质层、木栓体等;在实验室用树木进行的人工煤化试验，也可以得到外观和性质与煤类似的人造煤。
第一章 煤、煤层、煤系、煤田
2）直接顶 位于伪顶之上，多为粉砂岩、泥 岩，厚约1-2m，采煤回柱后能自行垮落。 3）老顶 位于直接顶之上，多为砂岩、石灰 岩，厚度较大，强度也大，采煤后长时期不 易自行垮落，只发生沉降。
2、 底板
位于煤层下方一定距离的岩层。
分为二种：
1）直接底 直接伏于煤层之下的岩层，多
见炭质泥岩，常几十厘米厚。
概念—— 高等植物遗体在泥炭沼泽中经受
复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥
炭的过程叫泥炭化作用。
它分为二个阶段：
①第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧 化、分解。 ②第二阶段：随积水深度增加，氧化环境 被还原环境代替，产生腐植酸和 沥青质，形成泥炭。
泥炭——黄褐、黑褐色，无光泽、质地疏
松状物质，风干可作燃料，也可作化 工原料和肥料。
6、 导电性
指煤传导电流的能力，以电阻率
表示，它与煤的变质程度密切相关。
褐煤多孔隙、湿度大、电阻率低； 烟煤电阻率大，是不良导体；
无烟煤电阻率小，具良好的导电性。
四、煤岩成分和煤岩类型
1.宏观煤岩成分
煤岩成分指肉眼能见到的煤的基本组成单位， 又称为宏观煤岩类型，即丝炭、镜煤、暗煤、亮 煤。 丝炭 灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和 丝绢光泽； 疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指； 没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、 易成煤尘； 在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体， 数量不多，但分布广。
四、煤层形态
层状
似层状
不规则状
五、煤层厚度及其变化原因
（一）煤层厚度的分类
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Байду номын сангаас件
煤化学
1.煤的形成过程泥炭化作用过程和煤化作用。
图示如下：2.煤化程度由低到高依次是：褐煤、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤。
3.泥炭化作用的概念:高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。
4.泥炭的有机组成:腐植酸,沥青质，未分解的纤维素，半纤维素,果胶质,木质素5.成岩作用阶段:在上覆沉积物的压力下,泥炭发生了压紧,失水，胶体老化，团结等一系列的变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是物理化学作用，泥炭变成了致密的岩石状的褐煤6.变质作用阶段:碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。
7.变质作用的三种类型:岩浆变质作用,深成变质作用,动力变质作用8.变质作用的因素:温度，时间，压力9.希尔特定律:指同一煤田大致相同的构造条件下，随着煤层的埋深的增加，煤的挥发分减少，变质程度增加第二章课后习题1.煤是由什么物质形成的？P6答：植物2.成煤植物的主要化学组成是什么,他们各自对成煤的贡献有哪些？答:糖类及其衍生物,木质素,蛋白质,脂类化合物3.什么是腐植煤?什么是腐泥煤?答:高等植物☞腐植煤,低等植物腐泥煤5.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？P22、P25、P26答：泥炭化作用是指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。
成岩作用：泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下沉的速度超过植物堆积速度时，泥炭将被黏土、泥砂等沉积物覆盖。
无定形的泥炭在上覆无机沉积物的压力作用下，逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化，转变为具有岩石特征的褐煤的过程。
变质作用：褐煤沉降到地壳深处，受长时间地热和高压作用，组成、结构、性质发生变化，转变为烟煤和无烟煤的过程。
6.影响煤质的成因因素答:成煤物质,成煤环境，成煤作用7.什么是煤层气？答:煤层气是储存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离在煤空隙中的烃类化合物第三章（煤的结构）1.煤的有机质是由大量相对分子质量不同,分子结构相似，但又不完全相同的相似化合物组成的混合物2.煤的大分子是由多个分子结构相似的基本机构单元通过乔建链接，这些基本结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团3.随着煤化程度的提高,构成核的环数增多,周围的官能团减少4.煤的结构基本参数:芳碳率,芳氢率,芳环率5.芳碳率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子与总的碳原子之比6.芳氢率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子与总的氢原子之比7.芳环数:指煤的基本结构单元中芳香环数的平均值第三章课后习题1.煤分子结构单元是如何构成的？结构单元间是怎样构成煤的大分子的？答：结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团结构单元通过乔建链接成煤的大分子结构2.煤分子中有哪些官能团答:含氧官能团（羟基，羧基，羰基，甲氧基，醚键），含硫官能团（硫醇）含氮官能团（氨基）3.研究煤分子结构的方法有哪些？P45答：煤结构的研究方法主要有三类：物理研究法、化学研究法和物理化学研究法。
煤炭形成的过程和条件
煤炭形成的过程和条件煤炭是地球表面地质历史的重要产物之一，是一种以生物质为主要原料的矿物燃料。
在地球历史上，煤炭的形成是一个漫长而复杂的过程，其形成与多种多样的地质条件密不可分。
本文将介绍煤炭形成的过程和条件，以期为该领域的研究提供一些帮助。
1. 生物体死亡煤炭的最初形成需要有大量的生物残体（如木材、植物根、枝干以及动物遗骸等）作为原料。
这些生物残体在形成煤炭的过程中被称为“煤系物质”。
2. 堆积和埋藏当这些生物残体死亡后，它们会被风化和水流等自然力量分解成小碎片。
这些碎片被沉积在河、湖、海等水体中，同时沉积层的增加又使得这些碎片不断地被压缩，形成了“沉积物”。
3. 生成泥炭沉积过程中，生物残体分解产生的有机物被“埋藏”在泥土中。
随着不断的沉积和压缩，这些有机物逐渐被压缩，形成了棕色、软、多孔的泥炭。
4. 生成烟煤、韧性煤、无烟煤当泥炭沉积层不断增厚，同时地壳运动等外部条件影响作用下，它们的热量和压力逐渐增加。
这样，在热量和压力的作用下，泥炭中的有机物质不断转化、聚合、失水反应，逐渐形成了煤炭资源，如烟煤、韧性煤、无烟煤等。
5. 生成褐煤在煤炭形成的早期，由于热量和压力相对较低，煤系物质并没有完全热解和转化成成煤的有机物。
这时形成了含有大量原始有机质的褐煤，它通常颜色较浅、水含量较高、燃烧效率比较低。
煤炭是以生物质为主要原料形成的，生物质在形成煤炭的过程中具有重要意义。
植物遗体如树枝、树叶、杂草等是煤系物质的主要来源，而动物遗体也可参与煤炭的形成。
2. 湿润环境在煤炭形成的过程中，最初的生物遗体被暴露在潮湿的环境中，以达到不分解的目的。
这就需要大量降雨，也就是要有湿润的环境。
3. 压力和温度压力和温度是煤系物质转化成煤的基本条件。
在地质历史中，经过了漫长的时间，煤炭形成了一定深度，底部沉积物的压力增大，压缩煤系物质，使之转化成煤炭资源。
地壳运动和岩浆活动也可以提供热源，使煤炭资源的形成快速进行。
《煤的形成过程》课件
利用高压水柱将煤层破碎，然后通 过水将煤冲刷出来。这种方式适用 于松软的煤层。
煤的利用方式
火力发电
利用煤燃烧产生的热量 发电。
工业锅炉
利用煤作为燃料，为工 业生产提供蒸汽或热水
。
炼焦
将煤加热到一定温度， 经过一系列化学反应，
生产出焦炭和煤气。
化工原料
煤经过加工可以生产出 各种化工产品，如化肥 、塑料、合成橡胶等。
煤化程度
随着温度和压力的增加，泥炭逐渐转 化成不同种类的煤，如褐煤、烟煤和 无烟煤等。
04 煤的开采和利用
CHAPTER
煤的开采方式
露天开采
将煤层上方的土层移除，使煤暴 露出来，再进行开采。这种方式
适用于煤层较浅的情况。
地下开采
通过挖掘矿井或巷道进入煤层，再 进行开采。这种方式适用于煤层较 深的情况。
煤的形成时间和地点
煤的形成时间跨度较大，从石炭纪到新近纪都有成煤作用发 生。
不同煤阶的煤形成于不同的古地理环境和气候条件下，例如 石炭纪的湿润气候和沼泽环境有利于泥炭的形成，而二叠纪 和三叠纪的干旱气候则有利于形成低煤阶的煤。
煤的形成环境和条件
煤的形成环境主要包括沼泽、湖泊、河流和海岸等水体环境以及森林、草原等陆地 环境。
《煤的形成过程》ppt课件
目录
CONTENTS
• 煤的形成概述 • 煤的种类和特征 • 煤的形成过程 • 煤的开采和利用 • 煤的形成与环境变化
01 煤的形成概述
CHAPTER
煤的形成过程简介
煤的形成过程是一个长期的地质作用过程，主要包括成煤植物的生长、死亡、堆 积和转化等阶段。
在成煤过程中，植物遗体在沼泽环境中不断堆积，在缺氧或微氧环境下，经过生 物化学作用和物理作用，逐渐转化为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等不同煤阶。
简述煤的形成过程
1.简述煤的形成过程？煤是由古代植物演变而来的，成煤的作用大致可分为2个阶段：第一阶段：泥炭化阶段。
在地表常温常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用的过程称为泥炭化作用阶段。
这一阶段以生物化学降解为主。
第二阶段：煤化阶段。
泥炭或腐泥被埋藏后，由沉积盆地基底沉降至地下深部，经成岩化作用转变成褐煤，以至无烟煤的过程称为煤化作用。
这一阶段以物理化学变化为主。
2.煤的物理和化学性质主要包括几种？常用的煤质指标和工业分类指标各有哪些？植物条件，气候条件，地理条件，地壳运动条件。
煤质指标有水分（M），灰分（A），挥发分（V），发热量（Q），胶质层厚度（Y），固定碳(FC)工业分类指标主要以结焦性能，挥发分含量（v,%）和胶质层厚度来划分(Y,mm)3.反应煤层赋存状态的指标主要有几种，煤层按厚度和倾角如何分类？倾斜分类：煤层露天开采地下开采近水平煤层＜5＜8缓斜煤层5～108～25中斜煤层10～4525～45急斜煤层>45 >45厚度分类：煤层露天开采地下开采薄煤层<3.5m <1.3m中厚煤层 3.5~10m 1.3~3.5m厚煤层>10m >3.5m4.反应煤岩层产状要素是什么？走向，倾向，倾角5.断层的要素有哪几部分？什么叫正断层，逆断层，平推断层？断层线是指岩层断裂发生位移的破裂面位于断层面上方的岩块叫做上盘，反之叫做下盘。
当断层面直立时，则无上下盘之分，可用方位命名。
上下盘发生相对位移的，相对往上位移的叫做上升盘，反之叫做下降盘。
断距是指断层两盘沿断层面相对移动的距离。
断层两盘对应层中某一对应点之间的铅直高度差称为落差。
正断层：指断层的上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。
逆断层：指断层的上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。
平推断层：指由于岩体受到扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。
6.煤田地质勘查的任务是什么？煤田地质划分那几阶段？煤田地质勘查有哪几种方法？煤田地质勘查是运用科学和技术方法来分析研究探测煤层，查明地层地质构造，煤层以及开采条件等因素，正确评价矿床的经济意义，划分出各种不同类型的资源的数量和储量。
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煤的形成过程及煤系
1．煤的形成过程---成煤植物和地质条件
1.1 煤是由不同地质年代的植物经过长时间的地质作用而形成。
1.2 在自然界中分布最广、最常见的是腐殖煤，如泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。
残殖煤分布非常少。
1.3 煤的原始物质主要是植物的根、茎等木质纤维组织，则煤的氢含量就低，形成的为腐殖煤；如果由角质层、树脂和孢粉质等所形成的煤，期含氢量就高，如残殖煤；如果有藻类形成的煤，则其氢含量就更高，如腐泥煤。
1.4 根据煤化的程度的不同，腐殖煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四个大类。
1.5 成煤期
1.5.1 主要的成煤期有三个，古生代的石炭纪、二迭纪；古生代的侏罗纪；新生代的第三纪。
1.5.2 中国成煤期较多，但以二迭纪的成煤最为丰富，煤源分布较为广泛。
成煤作用的阶段化
2．煤系的概念
煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。
含煤岩系是指一套含有煤层并且在成因上有联系的沉积岩系（含煤地层、含煤建造）。
成煤植物和地质条件
煤层：
结构：简单结构复杂结构
厚度：薄煤层﹤1.3m 中厚煤层﹤1.3—3.5m 厚煤层﹥3.5 m
结构与厚度变化原因：地壳不均衡沉降、沼泽基底不平、煤层同生冲蚀、构造变动、岩浆侵入等。
（如下图）
地壳不均衡沉降造成煤厚变化泥炭沼泽基底不平造成煤厚变化
河流同生冲蚀造成煤厚变化海水同生冲蚀造成煤厚变化
河流冲蚀造成煤厚后生变化（a）煤系内的后生冲蚀（b）煤系形成后的后生冲蚀。