瓦斯地质学第五章煤体结构与构造煤.pdf

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1、11瓦瓦瓦瓦 斯斯斯斯 地地地地 质质质质 学学学学主讲主讲1 1魏国营魏国营教授教授主讲主讲2 2贾天让贾天让讲师讲师2第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第五章煤体结构与构造煤第五章煤体结构与构造煤23第一节煤体结构特征和分类第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第五章煤体结构与构造煤第五章煤

2、体结构与构造煤4基本概念1.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、缩聚等变质作用的产物。2.35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6一、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，

3、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。第一节第一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47abcdef原生结构煤原生结构煤8表5-2 烟煤、无烟煤的宏观煤岩组分(据E.Stach等，1982)类似烛煤，但外表微带褐色，条痕为褐色藻煤暗淡或微油脂光泽，黑色，均匀的，非层状，很硬，贝壳状断口，黑色条痕烛煤腐泥煤丝绢光泽，黑色，纤维状，软，很脆丝煤暗淡，黑色或灰黑色，坚硬，表面粗糙暗煤光亮，黑色，很

4、细的层状亮煤光亮，黑色，易碎，常具有裂缝镜煤腐殖煤宏观鉴别特征煤岩成分煤的类型59表表表表5 5 5 5-9 9 9 9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易突出200.3极易捻搓成粉末或粉尘构造、揉皱镜面发育煤被揉搓捻碎的更细小，主要粒级在1mm以下光泽暗淡，原生结构遭到破坏透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触易突出200.3极易捻搓成粉末或粉尘构造、揉皱镜面发育煤被揉搓捻碎的更细小，主要粒级在1mm以下光泽暗淡，原生结构遭到破坏透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触糜棱煤糜棱煤易突出150.3易捻搓成mm级碎粒或煤粉构造镜面发育

5、煤被揉搓捻碎、主要粒级在1mm以上光泽暗淡，原生结构遭到破坏透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触易突出150.3易捻搓成mm级碎粒或煤粉构造镜面发育煤被揉搓捻碎、主要粒级在1mm以上光泽暗淡，原生结构遭到破坏透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触碎粒煤碎粒煤过渡10150.80.3可捻搓成cm、mm级碎粒煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移煤岩类型界限清晰，原生条带状结构断续可见层状、似层状、透镜状，与上下分层整合接触过渡10150.80.3可捻搓成cm、mm级碎粒煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移

6、煤岩类型界限清晰，原生条带状结构断续可见层状、似层状、透镜状，与上下分层整合接触碎裂煤碎裂煤非突出100.8捏不动或成cm级碎块内、外生裂隙均可辩认，未见揉皱镜面呈现较大的保持棱角的块体，块体间无相对位移煤岩类型界限清晰、原生条带状结构明显层状、似层状、与上下分层整合接触非突出100.8捏不动或成cm级碎块内、外生裂隙均可辩认，未见揉皱镜面呈现较大的保持棱角的块体，块体间无相对位移煤岩类型界限清晰、原生条带状结构明显层状、似层状、与上下分层整合接触原生结构煤原生结构煤突出危险程度瓦斯放散指数P坚固性系数f手试强度裂隙、揉皱发育程度煤体破碎程度光泽和层理赋存状态和分层特点类型类型号突出危险程度瓦

7、斯放散指数P坚固性系数f手试强度裂隙、揉皱发育程度煤体破碎程度光泽和层理赋存状态和分层特点类型类型号二、构造煤及其煤岩学特征二、构造煤及其煤岩学特征二、构造煤及其煤岩学特征二、构造煤及其煤岩学特征10碎裂煤碎裂煤1)1)碎裂结构碎裂结构煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原生结构与碎粒结构的过渡部位。煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原生结构与碎粒结构的过渡部位。6112)2)碎粒结构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

8、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，也常常位于断裂带的中心部位。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，也常常位于断裂带的中心部位。123)糜棱结构糜棱结构煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、

9、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。713表5-10 煤的破坏类型分类表表5-10 煤的破坏类型分类表土状1、土状构造，似土质煤如断层泥状暗淡类煤（全粉煤）可捻成粉末，疏松粒状节理失去意义，成粘块状1、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤团暗淡类（粉碎煤）用有手捻成粉末，硬度低参差及粒状有大量擦痕节理不清，系统不发达，次生节理密度大1、弯曲成透

10、镜状构造2、小片状构造3、细小碎块，层理较紊无次序半亮与半暗类煤（强烈破坏煤）用手极易剥成小块，中等硬度参差多角节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理1、尚未失去层状2、条带明显，有时扭曲，有错动3、不规则块状，多棱角有挤压特征亮与半亮类（破坏煤）坚硬，用手难以掰开参差阶状，贝状，波浪状有充填物（方解石），次生面少，节理、劈理面平整一组或二到三组节理，节理系统发育，有次序层状构造，块状构造，条带清晰明显亮与半亮类（非破坏煤）土状1、土状构造，似土质煤如断层泥状暗淡类煤（全粉煤）可捻成粉末，疏松粒状节理失去意义，成粘块状1、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然

11、煤团暗淡类（粉碎煤）用有手捻成粉末，硬度低参差及粒状有大量擦痕节理不清，系统不发达，次生节理密度大1、弯曲成透镜状构造2、小片状构造3、细小碎块，层理较紊无次序半亮与半暗类煤（强烈破坏煤）用手极易剥成小块，中等硬度参差多角节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理1、尚未失去层状2、条带明显，有时扭曲，有错动3、不规则块状，多棱角有挤压特征亮与半亮类（破坏煤）坚硬，用手难以掰开参差阶状，贝状，波浪状有充填物（方解石），次生面少，节理、劈理面平整一组或二到三组节理，节理系统发育，有次序层状构造，块状构造，条带清晰明显亮与半亮类（非破坏煤）强度断口性质节理面性

12、质节理性质构造及构造特征光泽破坏类型强度断口性质节理面性质节理性质构造及构造特征光泽破坏类型14第一节煤体结构特征和分类第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第五章煤体结构与构造煤第五章煤体结构与构造煤815一、煤体变形机制一、煤体变形机制自学第二节第二节第二节第二节 煤体变形与构造煤分布煤体变形与构造煤分布煤体变形与构造煤分布煤体变形与构造煤分布16二、构造煤分布（一）顺煤层剪切带对构造煤分布的控制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

13、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。15 45 H=0.95230 30 H=0.910 0123m图图359 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9图图514 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）.泥 岩构造煤粉砂岩大花炭粉砂岩小花炭煤 玉小花炭粉砂岩构造煤泥 岩0.5-100.01-0.051.5-2.51.0-2.00.05-0.80.05-0.30.3-0.90.01-0.050.05-1.30.05-0.81110987654321分层名称柱 状厚 度序 号182波状起伏的

14、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。851231正断层；2逆断层；3粉砂岩；图5-15 波状起伏的顺煤层剪切带（四川省白皎矿K3煤层）10193顺煤层剪切带选层性顺煤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，顺煤层剪切带一般多发生在两组岩层强度差异性较大的界面附近，煤层是弱面，滑

15、动构造常选择在煤层顶板或底板。图图5-16 芦店滑动构造剖面图芦店滑动构造剖面图+4000-400-800煤芦 F12煤马鸣寺月台断层5000mT P T 1T 1O 2O 2P P1-P P P t32 2 2121211ZC NW100寨脖断层二1二1C C C+P F1 F告F232P23P23P212T1T1T1T134T1T12T13T11P12P21-1P21201105001201212009120071201012006CK5N31 W32.5 一1煤二1煤12008芦 告F10 F27告告F30芦F1-2告F2告F3告F27图图5-17 告成矿井线剖面图告成矿井线剖面图112

16、1（二）切层断层对构造煤分布的控制（二）切层断层对构造煤分布的控制断层使构造煤呈现带状分布，构造煤厚度的增加和分布的范围，与断层性质、断层落差有关。断层使构造煤呈现带状分布，构造煤厚度的增加和分布的范围，与断层性质、断层落差有关。图图518 平顶山八矿丁平顶山八矿丁5-612290 迎头断面图迎头断面图519 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22图520 平顶山八矿丁图520 平顶山八矿丁5-65-612230断层素描12230断层素描图521 平顶山八矿丁图521 平顶山八矿丁5-65-6机巷断层素描机巷断层素描12图图522 顺煤断层与切层断层的关系（平顶

17、山矿区八矿戊顺煤断层与切层断层的关系（平顶山矿区八矿戊9-1012121采面）图采面）图523 平顶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1234mH=0.65.200 30012m175 60 H=0.835524图图524 断层与构造煤的关系断层与构造煤的关系(平顶山十二矿平顶山十二矿16041风巷联络巷南风巷联络巷南52米处米处)SE 50 H=0.20mNS1325第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第三节煤的变质作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第四节构造煤

18、结构演化和力化学作用第五章煤体结构与构造煤第五章煤体结构与构造煤26一、煤的深成变质作用二、煤的岩浆变质作用三、煤的动力变质作用一、煤的深成变质作用二、煤的岩浆变质作用三、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1427温度、压力及其作用持续的时间是引起煤发生变质作用的三个主要因素，而其中起主导作用的是温度。因此，根据热量的来源和作用方式的不同，可将煤的变质作用划分为不同的类型。最常见的即深成变质作用和岩浆变质作用。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28一、煤的深成变质作用一、煤的深成变质作用煤的深成变质作用

19、是指沉降到地下深处的煤层，受到地热及上覆岩系产生的静压力的作用，发生了变质程度随深度增加而增加的变质作用。煤的深成变质作用在大区域内使煤普遍发生变质作用，它的影响范围最为广泛，因此又称为区域变质作用。煤的深成变质作用主要是由地热引起的，所以也称热变质作用。1煤变质程度的垂直分带性希尔特规律随着地层深度的增加而煤的挥发分（Vdaf）有规律地减少，煤的变质程度则有规律地增高，此规律称为希尔特规律。15292煤质的水平分带煤质水平分带是倾斜煤层的煤质垂直分带在平面上的反映（图526）。图526 煤质分带示意图（据杨起、韩德馨，1979）30图5-27 华北某煤田煤变质程度的水平分带性（据孙平，199

20、6）1地层界线；2煤田边界；3煤变质程度16313煤的深成变质作用与上覆岩层的关系3煤的深成变质作用与上覆岩层的关系在深成变质作用中，煤的变质程度随煤系及上覆岩系厚度的增大而增高。如在其它条件大致相同的情况下煤系的沉降幅度（厚度）愈大，煤的变质程度就愈高。如煤系厚度大致相同的情况下，上覆岩系厚度愈大。煤的变质程度也愈高。32在使用煤系上覆岩系厚度影响煤变质程度的规律时，应根据不同情况作具体分析，并注意以下两种情况：（1）上覆岩系与煤系为连续沉积或仅有短暂的沉积间断，并与煤系共同褶皱，同属于一个构造形态时，可以认为上覆岩系的厚度对煤变质程度有直接影响，并可与煤系厚度等同看待，直接使用。（2）上覆

21、岩系是在煤系形成之后，或是煤系褶皱之后沉积的，即不属于同一构造形态时，上覆岩系厚度对煤变质程度影响的大小，取决于上覆岩系厚度和形成的早晚，一般来说上覆岩系厚度大，形成早的，对煤变质程度的影响就大，反之就小。17334煤的变质程度随赋存深度加大而增高4煤的变质程度随赋存深度加大而增高煤的变质程度与现在的埋藏深度也有关系，即当地层厚度相等时，同一煤层的变质程度随着在现代构造中赋存深度的加大而增高。这就是说，在煤系发生构造变动时，煤在已有变质程度基础上，又在变动后的新的赋存条件、温度条件和时间因素的影响下，变质程度仍然可以继续加深。深度（m）1000800600400200HW吕家坨气煤焦煤(V-2

22、3.10)dafdaf(V-40.18)SE毕各庄范各庄肥煤图528 河北开平向斜东翼5号煤层煤种分带示意图（据孙平，1996）34二、煤的岩浆变质作用1煤的区域岩浆热变质作用二、煤的岩浆变质作用1煤的区域岩浆热变质作用杨起等（1996）认为煤的区域岩浆热变质作用是指聚煤坳陷内有岩浆活动。岩浆及其所携带气液体的热量可使地温场增高，形成地热异常带，从而引起煤的变质作用。煤的区域岩浆热变质作用是促成中国出现大量中、高变质烟煤和无烟煤的主要原因。根据岩浆性质、侵入方式、侵入深度、侵入层位、岩体规模以及沉积盖层破碎程度等特点，可将煤的区域岩浆热变质作用划分为浅成、中深成和深成三种亚型。1835煤的区域

23、岩浆热变质作用的识别标志有：煤级分布常为环带状，越靠近岩体，煤的变质程度越高；煤变质梯度高，垂向上在较小的距离内，就可引起变质程度的明显差异；由于受岩浆热的影响，煤中常发育气孔、小球体以及镶嵌结构等；高变质煤带发生围岩蚀变，并往往与热液矿床伴生；在岩浆活动区具有重磁异常等。3N4321 2435432km1050鲁塘袁家香花岭临武梅田金江杨梅山宜章岭田永春骑黄沙坪桂阳华塘王仙岭郴州图5-29 湖南骑田岭龙潭组煤变质环带图（据杨起等，1996）石墨半石墨带；高变质无烟煤带；中变质无烟煤带；低变质无烟煤带；贫煤带；1入侵岩体；2岩体隐伏部分界限；3Ro,max(%)等值线；4煤级分带界线19372

24、煤的接触变质作用2煤的接触变质作用煤的接触变质作用是指岩浆直接接触或侵入煤层，由其所带来的高温、气体、液体和压力，促使煤发生变质的作用。根据岩浆侵入体的规模，可将煤的接触变质作用分为三个亚型：脉岩岩浆接触变质作用、小型浅成岩浆接触变质作用和大型深成岩浆接触变质作用（据杨起等，1996）。煤的接触变质作用只是中国煤变质的次要原因。38三、煤的动力变质作用三、煤的动力变质作用1煤的动力变质作用类型煤的动力变质作用类型按煤体变形机制可分为煤的脆性变形变质作用、煤的韧性变形变质作用和介于两者之间的脆韧性变形变质作用。煤的脆性变形变质作用煤的脆性变形是在低温，快速应变条件下，煤体碎裂流变，主要表现为煤的

25、物理煤化作用，没有化学煤化作用的表现。即煤体脆性变形，煤的物理结构发生改变，不会引起化学成分的改变。2039煤的韧性变形变质作用在地质构造作用下，不仅发生煤的物理煤化作用，还发生了化学煤化作用。煤的韧性变形是在古地温较高的地质环境中，煤中有机组分活动性加大，在构造应力(尤其是剪切应力)作用下发生的。402煤的动力变质作用指标煤的动力变质作用指标主要是反映煤结构变化为主的指标，包括煤的双反射率、晶体参数指标，自由基参数等。而反映煤成份变化的指标不敏感。2141第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第一节煤体结构特征和分类第二节煤体变形和构造煤分布第三节煤的变质作用第

26、四节构造煤结构演化和力化学作用第四节构造煤结构演化和力化学作用第五章煤体结构与构造煤第五章煤体结构与构造煤42一、构造煤的孔隙与渗透性了解二、构造煤分子结构演化自学三、构造煤的力化学作用自学一、构造煤的孔隙与渗透性了解二、构造煤分子结构演化自学三、构造煤的力化学作用自学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2243一、构造煤的孔隙与渗透性一、构造煤的孔隙与渗透性（一）构造煤的孔隙结构与比表面积（一）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，煤是自然界最为复杂的多孔物质之一，孔隙容积、孔

27、隙容积、孔径分布及比表面积孔径分布及比表面积是其重要的物理参数。与原生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、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。改造，孔隙结构的各向异性增强。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441.1.构造煤的孔隙结构构造煤的孔隙结构1 1）孔径结构分类）孔径结构分类煤是一种孔隙系统的固态物质具有发达。煤煤是一种孔隙系统的固态物

28、质具有发达。煤的孔径结构特征与其孔隙的赋存状态有关，其孔径的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、液分子之间的相互结构可极地大影响煤孔隙与气、液分子之间的相互作用。因此，正确认识煤的孔径结构是研究煤孔隙作用。因此，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。性及煤空间结构特征的基础。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2345表5-14 孔结构类型划分的孔径方案比较单位：（直径）nm1515101081.22210微孔15-10015501010010508

29、1001.23025022010100过渡孔100-5000504501001000507501001000中孔5000200004501000150007501003050201000大孔20000超大孔琚宜文(2005)秦勇（1994）吴俊（1991）杨思敬等1991抚顺煤研所*（1985）H.Gan等(1972)IUPAC*(1966)Dubinin(1966)B.B.XouoT(1961)*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。462）孔隙形态与连通性构造煤中总孔隙空间

30、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”。使用压汞法仅能测出有效孔隙的孔容，构造煤中有效孔隙包括开放孔和半封闭孔等。根据“孔隙滞后环”的特征，可对孔隙的连通性及其基本形态进行初步评价。开放孔具有压汞滞后环，封闭孔则由于退汞压力与进汞压力相等而不具“滞后环”。24472构造煤的比表面积2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）140100140100贫、瘦煤比表面积

31、m2/g190287，平均236170190，平均17554170，平均128无烟煤比表面积m2/g,类煤（易突出煤）类煤（可能突出煤）、类煤（难突出煤）破坏类型48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。22.13.10+=PS2549（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

32、吸引力，当煤体与瓦斯接触,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子当其撞击到煤体孔隙表面时,要作短时的停留。因此,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,这就是瓦斯气体在煤体中的吸附。502构造煤的甲烷吸附量霍多特（1966）对顿巴斯20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没有明显区别。前苏联的研究表明，对于正常煤和破坏煤，其吸附能力的变化范围不超过10%，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，1990）。他们所说的突出危险性煤、破坏煤就是我们所说的构造煤。王佑安和杨思敬（1980）认为，煤的瓦斯吸附量不随煤的

33、破坏程度增高而增加，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持：一是实验表明，构造煤没有增大其吸附容量；二是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积的增加，从而也不提高瓦斯吸附容量。2651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。0510152025303502468101214压力/MPa实测吸附量/cm3.g-1.dafMK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523构造煤瓦斯放

34、散特征3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。2753h1h2hkAilhkAq=达西渗透实验与达西定律（达西渗透实验与达西定律（1856年年）kiAqv=达西（达西（Dracy）渗透定律）渗透定律54图一质量传输、扩散是浓度差存在的结果28图二x方向的浓度梯度（常数）稳态扩散（菲克第一定律）德国生理学家菲克（Fick）于1855年提出：系统中的

35、物质扩散达到稳定状态时，扩散通量与浓度梯度成正比。dxdpDJ=当dx-0时：当D不随时间变化时：非稳态扩散（菲克第二定律）29573）瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（P）表示充有瓦斯的煤样放散瓦斯快慢的程度，它是预测煤与瓦斯突出的一个指标。P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，越有利于煤与瓦斯突出的发生。58图5-39 煤的瓦斯放散特征图（据何继善，1999）30594）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

36、煤样瓦斯解吸特征，如图5-40所示。60（三）构造煤的渗透性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。煤的渗透率与煤的结构、气体成份、孔隙度、煤的变质程度、孔隙压力及围压有关。林柏泉和周世宁（1987）研究表明，对于平行层理方向的试样，当围压小较时，在同样孔隙压力下，吸附瓦斯气楔作用，煤的微裂隙扩展，煤体膨胀，瓦斯渗透率变大。3161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：(5-14)卸载时，可用幂函数方程表示：(5-15)baek=ckk=0王佑安曾指出，具有强烈突出倾向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。构造煤和原生结构煤渗透率与压力间的关系