构造煤的特征
构造煤的特征，除破碎外经常存在着构造镜面、揉皱构造（部分保留原生层面）、揉皱镜面以及鳞片状构造等。强变形的构造煤在显微镜下可见到煤粒的定向排列和构造流动引起的微形揉皱。在描述时根据构造特征，将上述按破碎程度划分的构造煤进一步划分为鳞片状碎粒煤、具揉皱镜面碎粉煤等。 较高煤级的煤受强构造应力作用时会产生光学异向性，可通过测定镜质体反射率确定，并据此推断古构造应力场。在显微镜下可在煤粒中见到构造作用引起的波状消光。
4.1.1 2＃煤层煤体结构分布规律
由钻孔资料编制的2＃煤层煤体结构分布图（图4.2，图4.3）可见，该煤层在北区以
图4.2 北区2＃煤层煤体结构分布图
1—块煤区；2—块粉煤区；3—粉末及鳞片煤区；4—钻孔编号；5—井田界线
图4.3 南区2＃煤层煤体结构分布图
1—块煤区；2—块粉煤区；3—钻孔编号；4—井田界线
原生结构的块煤为主，其分布规律是中部（下峪口井田）较两侧（桑树坪井田和燎原井田）煤层破碎。整个桑树坪井田都以原生结构的块煤为主，仅在井田南部的边浅部和临近下峪口井田处有小范围的块粉煤和粉末煤分布。燎原井田也以块煤为主，只是在靠近南部煤层尖灭线附近有小块粉末煤分布。但在下峪口井田粉末煤分布很广，甚至出现鳞片煤。这些粉末或鳞片煤体基本呈条带状，沿北东东向和北西方向分布，主要分布在北山子向斜轴部及其两侧。
图4.4 下峪口井田2216工作面2＃煤层煤体结构柱状图
在南区马沟渠井田和象山井田的北部边界附近，煤体结构以块煤为主，但在马沟渠井田南部两个断层密集发育区，煤层呈块粉状和碎块状。其余地带均为原生结构的块煤。
井下实际观测发现，在燎原井田，该煤层上部和下部煤体结构有明显的差异，顶部（厚度一般为0.4m）煤层比较坚硬，俗称护顶煤，煤层呈原生结构，在护顶煤之下普遍发育一层间滑动面，滑动面之下煤层呈粉末状（图4.4）；在下峪口井田，该煤层顶部一般发育一层厚约25cm的碎粒煤，其下多为碎裂煤。
4.1.2 3＃煤层煤体结构分布规律
据钻孔资料编绘的3＃煤层煤体结构分布图（图4.5、图4.6），3＃煤层煤体结构分布情况与2＃煤层相似，北区的桑树坪井田中部和靠近下峪口井田处煤层较破碎，且破碎程度
图4.5 北区3＃煤层煤体结构分布图
1—块煤区；2—块粉煤区；3—粉末及鳞片煤区；4—钻孔编号；5—井田界线
图4.6 南区3＃煤层煤体结构分布图
1—块煤区；2—块粉煤区；3—粉煤区；4—粉末煤及鳞片煤区；5—钻孔编号；6—井田界线
明显要较2＃煤层严重，一般都要提高一个等级，即以粉末煤和鳞片煤为主，在燎原井田的南部边界处有一粉末煤分布区，其余均为原生结构块煤。下峪口井田的煤体结构明显要较上述二井田复杂，在该井田浅部和沿北山子向斜轴部都有大面积的粉末煤分布。在北山子向斜区，粉末煤条带的延伸方向与该向斜轴向一致，在井田浅部，粉末煤主要分布于煤层倾角由大变小的挠折带区，其粉末煤条带的延伸方向与地层走向一致。
在南区马沟渠井田南部边界附近煤体结构主要为原生结构的块煤，在井田北部边界附近，主要为粉末煤及鳞片煤。在象山井田，3＃煤层下峪口井田2216工作层大面积为原生结构块煤，特别在井田南部和中部的较深区域内，煤层受构造影响不大，仅在井田露头线附近和浅部，煤层倾角由陡变缓的区段，煤层较破碎，多为块粉煤分布区。
从井下实际观测资料同样可以发现3＃煤层煤体结构分布的上述规律，如在下峪口井田，凡是紧邻北山子向斜两侧的工作面，煤层都比较破碎、松软，煤与瓦斯突出也多，而远离北山子向斜的工作面，煤层比较完整，很少发生煤与瓦斯突出。
不管从钻孔资料还是井下实际观测资料，都可以明显看出该煤层在北区要较南区破碎（图4.7）。在南区除在极小范围内的极薄层位中有粉末煤分布外，绝大部分地区几乎没有粉末状和鳞片状煤的分布。而在北区，粉末煤乃至鳞片煤则普遍发育。
图4.7 3＃煤层煤体结构对比图
4.1.3 5＃煤层煤体结构分布规律
在象山井田该煤层煤体结构的分布规律与3＃煤层相近。在井田中、深部的大面积范围内为原生结构的块煤；而在煤层露头线附近煤层由陡变缓的区段，褶皱的轴部以及煤层尖灭线附近有小范围的碎裂煤和碎粒煤分布（图4.8），从井下生产资料也可以证明5＃煤层主要为原生结构的块煤（图4.9）。
4.1.4 11＃煤层煤体结构分布规律
据钻孔资料编绘的11＃煤层煤体结构分布图（图4.10、图4.11）可以看出，在北区，从下峪口井田向南北两个方向，煤体结构破坏程度逐渐减弱。燎原井田该煤层几乎全为原生结构块煤，桑树坪井田除在井田中浅部靠近下峪口井田的局部以及井田北部靠近煤层露头线附近有小块碎裂煤及粉末煤分布外，其余均为原生结构的块煤。桑树坪井田块粉煤与粉末煤条带的展布方向与地层走向一致，下峪口井田粉块煤和粉末煤的展布方向基本与北山子向斜轴向一致，两者展布方向有明显差异，南区11＃煤煤体结构分布主要以原生结构的块煤为主。块粉煤及粉末状煤分布有如下特点：
1）在靠近煤层露头线附近，煤层由陡变缓的狭长地带多为粉末状煤，其方向与煤层露头线一致；
2）在马沟渠井田断裂构造密集发育的区段11＃煤呈粉块状；
图4.8 南区5＃煤层煤体结构分布图
1—块粉煤区；2—块煤区；3—粉煤区；4—钻孔编号；5—井田界线
图4.9 5＃煤层煤体结构图
（象山2502切眼）
图4.10 北区11＃煤层煤体结构分布图
1—块煤区；2—粉煤区；3—粉末及鳞片煤区；4—钻孔编号；5—井田界线
图4.11 南区11＃煤层煤体结构分布图
1—块粉煤区；2—块煤区；3—粉煤区；4—钻孔编号
3）在象山井田西北部，处于地层陡缓变化带，且发育两条较大的断层，该处煤层较破碎，为粉块煤及粉末煤。11＃煤层开采范围小，南区仅马沟渠井田局部开采，从井下收集的资料看，该煤层受构造影响较微，多为原生结构煤和碎裂煤（图4.12）。
图4.12 马沟渠一号进风斜井11＃煤层煤体结构柱状图
综上所述，本区煤体结构分布规律可归纳为以下几点：
1）南区煤体结构明显较北区简单。南区多为碎裂煤，很少有碎粒煤，北区不仅粉末煤发育，局部地带甚至变为糜棱煤，同时，南区粉末煤分布面积明显比北区小。
2）浅部煤体结构较深部复杂，特别在煤层边浅部地层由陡变缓的地带，煤层多为粉末煤。
3）各煤层碎裂煤、碎粒煤的分布范围和方向基本一致，如下峪口井田不同煤层构造煤基本都沿北山子向斜分布，其方向与北山子向斜轴向一致。
4）各煤层煤体结构破坏最严重的地带是北区的下峪口井田北部及桑树坪井田南中部。
5）煤体结构受煤质影响较大。凡灰分高、物性坚硬的煤层或煤分层，抵抗构造作用的能力强，煤层多为原生结构或碎裂结构。
6）煤体结构与构造展布规律有极密切关系。
华北晚古生代陆表海盆地形成广阔的聚煤区域，本次主要以山东的兖州煤田、巨野煤田的龙固井田为例，结合前人研究成果 ( 主要是安徽地区等) ，分析华北地区主采煤层顶板结构类型及其特点。
3.6.1 兖州煤田
3.6.1.1 顶板类型
兖州煤田山西组为浅水三角洲沉积序列，第 3 层煤就是在三角洲平原上聚积形成的。顶板的沉积层序可概化为向上变细层序、向上变粗层序和粗细相间层序，对应的顶板岩体沉积组合关系可分为下硬上软型、下软上硬型和复杂型 3 类。
( 1) 向上变细的层序———下硬上软型顶板
这种类型主要是在以河流作用为主的三角洲平原环境下形成的沉积层序。从下向上，由砂岩 - 粉砂岩 - 砂、泥岩互层 - 泥岩构成。顶板岩体强度由下往上迅速降低，中间存在明显的沉积弱面。由于河道砂岩横向上多呈透镜状，在砂体下两侧大都为泥岩，并随砂岩变薄尖灭，泥岩厚度逐渐加厚。砂岩与泥岩交界面常由于在成岩作用过程中产生的差异压实作用而产生滑面和纵向节理，从而使岩体强度降低，给支护带来一定的困难。
研究区东滩矿补 34 号孔 3上煤层顶板岩层组合为下硬上软型顶板 ( 图3.10) ，由下往上主要包括分流河道、泥炭沼泽、分流间洼地、决口扇及泛滥平原、堤外越岸沉积组合，具有明显向上变细的半韵律粒度结构，岩相变化快，砂体中层理发育，类型丰富。
东滩矿补 16 号孔 3上煤层顶板岩层组合也属于下硬上软型顶板 ( 图3.11) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤相，具有明显的旋回构造。层序底部有大型波状层理和交错层理，上部为水平交错层理。整个层序的底部具明显的冲刷构造，冲刷面常沉积为粗砂岩和中砂岩，向上沉积粉砂岩、泥岩和粘土岩，层理构造规模及层厚均有向上递减的趋势。
岩体工程性质与沉积环境存在着密切的关系，在分流河道内沉积的中砂岩与细砂岩形成于较高能量的沉积环境，总体上岩石的粘土含量较少，粒度以砂级为主，经成岩胶结后具有相当高的力学强度。同时在不同的河道深度上，水动力条件也有差异，即由下向上，水动力条件逐渐减弱，底部堆积含泥质包裹体、植物茎干及碎片和粒度较粗的沉积物，粘土质较少，原生孔隙较为发育，在成岩过程中化学胶结物往往难以完全充填胶结这些原生孔隙，成岩后尚存在较大的孔隙度而呈半充填型式，因此在分流河道层序中相对上部的砂岩而言，底部砂岩力学强度有所降低而在分流河道的中上部，水力条件较强，粘土杂质较少，并且具有较好的分选性，原生孔隙度适中，在成岩过程中化学胶结物可以较好地胶结充填这些孔隙，因此，整个沉积层序下部即分流河道相的中上部砂岩具有相当高的力学强度，向上至顶部，由于水动力减弱，水位变化等影响，以悬浮载荷沉积作用为主。因此，岩石体力学强度低。上部岩层沉积在分流间洼地、决口扇以及泛滥平原地区，砂泥岩粒度较细，一般为粉砂岩、黏土岩及粉泥或粉细砂岩互层沉积，水动力条件相对较弱，粘土杂质含量明显增加，力学性质有下降的趋势。
图3.10 东滩补 34 号孔煤层顶板组合特征 ( 下硬上软型)
图3.11 东滩补 16 号孔顶板岩层组合型式 ( 下硬上软型)
下硬上软型顶板，在采动过程中顶板稳定性极好，但易造成大面积冒顶事故，需采用特殊方法控制和管理。
( 2) 向上变粗层序———下软上硬型顶板
这种类型主要形成于三角洲平原沉积环境，如大型决口扇和分流间泛滥平原沉积，发育较好的三角洲沉积体系。从下向上粒度逐渐增大，因而沉积物的岩性及结构在垂直层序上具有下细上粗的特征，如煤田内鲍 2002 - 2 号孔煤层顶板组合为下软上硬型 ( 图3.12) 。煤层顶板沉积层序下部为泥炭沼泽、分流间洼地、决口扇三角洲以及分流间泛滥平原，上部为分流河道相及分流间洼地，整体为向上变粗的沉积层序。岩体工程性质由下向上有增高的趋势。
由于沼泽沉积中有大量的植物根茎，炭质含量高，破坏了沉积物的原始结构。定向排列的植物碎片、碎屑化石及镜煤条带形成大量的沉积软弱结构面，使岩体力学强度有所降低。沼泽相之上的泥岩、粉砂岩均形成于较弱的水动力条件，为低能静水环境，以悬浮载荷的沉积作用为主，发育水平层理或波状交错层理，因此岩体工程性质强度低，上部主要为分流河道相砂岩，岩体工程力学性质迅速增高。这类顶板为下软上硬型沉积组合结构，是一种顶板管理条件最为理想的类型 ( 图3.12) 。
下软上硬型顶板，符合岩层发育的一般规律，在采动过程中为比较理想的组合型式，通常要根据顶板下部软质岩石的厚度即直接顶和采高来控制和管理顶板。
( 3) 粗细相间层序———复杂型顶板
这类组合主要形成于越岸沉积、分流间湾和大型决口扇环境，与分流河道相沉积伴生，分布于分流河道的一侧或两侧，其沉积均以灰白色中细粒石英砂岩与深灰色粉砂质泥岩及互层为特征。砂岩中见小型交错层理和波状交错层理 ( 图3.13) 。
复杂型顶板沉积层序由下向上沉积有分流间洼地、分流河道、决口扇、分流间泛滥平原、堤坝等 ( 图3.13) 。沉积形成复杂型顶板时，水动力条件起决定作用。砂泥岩互层形成于水动力强弱交替、变化频繁且剧烈的环境，使得沉积物在成分和结构上产生不均一性和交互性，沉积软弱结构面发育。此外，在较厚的泥岩中往往发育一层或数层炭质页岩或薄煤层。在细砂岩沉积层中局部发育裂隙，充填方解石脉，底部具大型槽状交错层理，具冲刷结构。
顶板岩体沉积组合结构对顶板稳定性产生很大影响。复杂型顶板，从本质上讲，主要有两种组合型式:
1) 煤层顶板由下向上硬度不同，岩性岩层在垂向上旋回变化，因此岩层内层理面发育，类型丰富，分层厚度小，顶板易产生弯曲变形 ( 图3.14) 。
2) 软硬岩层间夹有煤线或薄弱软岩层，形成一软弱结构面，构成复合关系。由于薄顶煤层及其下伏含植物根的粘土岩力学强度小，在采动过程中沿此层易于产生离层冒落。因此，这类顶板稳定性差，管理困难 ( 图3.15) 。
图3.12 鲍 2002 -2 号孔煤层顶板组合 ( 下软上硬型)
图3.13 南屯丁 18 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.14 东滩 6 -2 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.15 东滩补 27 号孔煤层顶板岩性组合 ( 复杂型)
3.6.1.2 煤层顶板沉积特征横纵对比
由于煤层顶板沉积岩层形成于不同的时期，因此在横向和纵向上均有变化。
( 1) 顶板岩性分布特点研究区内顶板岩层岩性可以分成两种类型，一类是性质较软弱的泥岩，包括粘土岩、泥岩、粉砂岩以及粉砂质泥岩和泥质粉砂岩等另一类是性质较坚硬的砂岩，包括砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩以及相互间的夹层和它们之间的过渡岩性等。
对两类岩层砂岩和泥岩厚度进行统计，分别作出了泥岩厚度等值线图、砂岩厚度等值线图和砂泥比等值线图( 图3.16 至 3.18) ，用来分析岩性在整个兖州煤田的分布规律。
从图3.16 中可以看出兖州煤田内泥岩厚度变化呈近似椭圆状的圈层向外围增厚。特别是在鲍店矿区，中部泥岩厚度较薄，最小值为14.94m ( 鲍3 孔) ，四周向外厚度均有增大的趋势，最大值 60.93m ( 鲍补 15 孔) 。泥岩统计厚度较大的数据还有 60.11m ( 鲍补20 孔) 、50.06m ( 鲍 17 孔) 、50.85m ( 鲍 88 - 5 孔) 、58.08m ( 鲍 1 孔) 。
图3.16 泥岩厚度等值线 ( m) 图
泥岩厚度比较集中的区域，煤层顶板统计厚度的岩层主要由泥岩组成，只有少量粉砂岩和细砂岩的夹层存在。平面上泥岩厚度展布似盆形，中心厚度小，四周厚度大。南屯矿区内存在一个泥岩厚度增高区，最大值为 55.72m ( 231 孔) ，向外泥岩厚度逐渐变薄，最小值为5.58m ( 南补26 孔) ，形态表现似穹窿状。总体上泥岩厚度在整个矿区内呈有规律的带状变化，穿越井田中心大致北东 - 南西向存在一条泥岩薄层带，向两侧泥岩厚度均有所增加，但再向西北及东南方向延伸，泥岩厚度又变薄。
图3.17 砂岩厚度等值线 ( m) 图
砂岩在兖州煤田 3上煤层顶板岩层中的展布规律不如泥岩明显 ( 图3.17) ，但还是可以看出砂岩在全区内有两条贯穿南北、断续分布的厚度增高带，分别位于矿区的东西两侧，且中部零星分布有穹状砂岩增厚区。南部丁 65 号孔砂岩厚度为 53.91m，南补 21 号孔砂岩厚 53.02m，均为砂岩厚度较大区域。向北到东滩井田补 13 号孔砂岩厚 56.78m，东补 14 号孔砂岩厚 55.41m，东补 12 号孔砂岩厚 45.43m。再往北程 18 号孔砂岩厚40.14m，兴 56 号孔砂岩厚 42.95m，兴 49 号孔砂岩厚 48.03m。鲍店矿区内鲍 3 号孔砂岩厚 51.08m，向周围厚度逐渐减小。
砂岩厚度和泥岩厚度变化可以通过图3.16 和图3.17 进行观察对比，分析全区的岩性、岩相变化规律。泥岩厚度变化 ( 图3.16) 与砂岩分布 ( 图3.17) 进行对比，可以看出在泥岩厚度增大的区域，砂岩厚度逐渐减小，而砂岩厚度明显增大的区域，泥岩厚度则相对降低。
图3.18 砂泥比等值线图
图3.18 由砂/泥统计数据编制而成，结合图3.17 和图3.16，可以看出，矿区南部即南屯井田中部，砂泥厚度比值由外围向中心逐渐增大，如南补 26 号孔和丁 65 号孔砂泥比值分别为 6.20 和 5.53，表明本区砂岩最大厚度是泥岩厚度的 5～ 6 倍之多。东滩井田中部，也有一个比值较大的区域，如东补13、14 号孔统计砂泥比值分别为8.16 和9.22，表明这一区域砂岩厚度是泥岩厚度的 8～9 倍。另外在鲍店井田内也有一个砂岩较厚的区域，比值在 3 左右。
( 2) 煤层顶板岩性岩相横向对比
由于不同的沉积环境形成不同的岩层，因此横向上各环境单元也表现出明显的差异性。根据钻孔统计数据和岩性描述特征，在整个矿区进行横向比较，对顶板岩层厚度及岩性相变的过程进行分析研究。
图3.19 主要反映兖州煤田 3上煤层顶板在横向上岩性由泥岩相变为砂岩，再由砂岩逐渐相变为泥岩的横向变化，顶板岩层厚度起伏明显，即使为同一层泥岩或砂岩横向上比较也有很大差异。
如鲍 4 号孔 3 煤层之上直接顶为薄层粉砂岩，到东补 33 号孔相变为粉细砂岩互层，还有薄层泥质岩夹层，至东 15 号孔相变成泥岩，再至东 12 号孔和东 7 号孔又相变为粉砂岩。
直接顶上部一般出现厚层的中砂岩老顶。从鲍 4 号孔直接顶上部为厚层中砂岩，到鲍5 号孔相变为厚层细砂岩，至鲍 44 号孔为厚层中砂岩，东 15 号孔出现厚层中砂岩夹一薄层粉砂岩，东 12 号孔相变为粉细砂岩互层，东 7 号孔出现厚层粗砂岩和中砂岩互层以及薄层细砂岩和中砂岩互层，东2 号孔见细砂岩、中砂岩与粉砂岩互为夹层状薄层产出。
老顶之上为 2 煤层底板，鲍 4 号孔沉积为薄层粉砂岩 - 泥岩的组合方式，鲍 5 号孔出现厚度增大的粉砂岩，鲍 44 号孔为粉砂岩及较厚的泥层组合，东 12 号孔由下向上有粉砂岩、泥岩、细砂岩和粉砂岩的组合型式，东 7、东 2 号孔又相变为粉砂岩、泥岩的组合型式。
再向上一层为 2 煤层，全区基本稳定，厚度在不同地方有所变化。
2 煤层之上，泥岩、粘土岩厚度明显增加，特别在鲍 44 号孔、东补 33 号孔、东 15号孔都有厚层泥岩、粘土岩出现，整体上表现出岩体力学性质低的特点。
由于岩性、岩相全区变化，因此岩体表现出不同的工程地质性质。厚层砂岩且粒度较粗的岩体较稳定发育粉砂岩、泥岩或有软弱夹层的岩体工程地质性质相对较弱，由此可以对全区进行横向对比研究。
3.6.1.3 煤层顶板沉积分区
( 1) 3上煤层顶板岩性分区
根据钻孔统计数据，每个钻孔按顶板研究厚度分别计算出泥岩、粘土岩、砂质泥岩以及煤线的厚度总和，粉砂岩和细砂岩、粉细砂岩互层的厚度总和，中砂岩和粗砂岩的厚度总和，然后比较 3 个数据大小，记录其中最大者，以此作为每个钻孔的顶板岩性主体，划分顶板岩性分区 ( 图3.20) 。
图3.19 3煤层顶板岩性横向对比
图3.20 3上煤层顶板岩性分布
图3.20反映了3上煤层顶板岩性分布特点，可以看出顶板以泥岩为主的分区呈零星状展布，面积较小，全区均有分布，局部集中。顶板以中粗砂岩为主的区域，呈近似条状断续分布，北部面积较大，中部和南部呈窄条带状。其余面积煤层顶板以细砂岩和粉砂岩为主体，约占全区的50%，说明井田大部分区域从岩性上判断属比较稳定型。
(2)3上煤层顶板岩性组合类型分区
统计3上煤层直接顶岩性与第一层老顶砂岩之间的组合关系，把顶板岩层组合类型分为老顶与煤层直接接触、煤层-泥岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-老顶组合、煤层-泥岩-粉细砂岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-泥岩-老顶组合等类型。按照各钻孔统计的岩性组合不同，绘出顶板岩性组合分区图(图3.21)。
图3.21主要反映3煤层上部直接顶岩性与老顶岩层的组合关系，本区直接顶与老顶岩层组合可分为5种类型。
1)老顶直接位于煤层之上，这种类型主要位于兖州煤田北部兴隆庄井田内，南部有小面积出现，约占井田面积的15%。老顶砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定情况才会受到影响，一般较小作用对顶板稳定性影响微弱。所以这类顶板在工程地质上属最稳定顶板。但由于采后应力集中，常发生大面积塌顶，因此采后需要特殊的治理措施控制顶板。
图3.21 3上煤层顶板岩层组合分区
2)粉砂岩、细砂岩-老顶组合型式，指煤层之上有数层较薄的粉砂岩和细砂岩岩层，之上为一厚层老顶砂岩。这样的顶板组合型式全区均有分布，且整体上集中，约占井田面积的35%左右。这类顶板是比较稳定的类型，老顶下部的细砂岩、粉砂岩直接顶具有一定的力学强度，在不考虑其他方面因素的影响时，这种组合方式一般是稳定的，但实际情况往往很复杂，岩层中常有裂面、节理等结构面存在，使岩层的稳定情况大不相同。直接顶板岩层不太厚时常因采动影响而垮落下来，给顶板的稳定分析带来一定的难度。
3)泥岩-粉砂岩-老顶组合型式指直接顶由泥岩和粉砂岩构成，上部与厚层砂岩老顶相接。这类顶板类型主要在矿区北部和中部较集中，一般呈连续带状，约占全区面积的25%。此类顶板属于较不稳定类型，直接顶岩性工程性质很低，随采随落，如果老顶强度不够大，有可能随直接顶一起冒落，造成整个顶板的失稳。
4) 粉砂岩 - 泥岩 - 老顶组合与泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式性质类似，岩体工程性质较低，属较不稳定顶板组合类型。仅在煤田东部成窄条带状分布，约占全区面积的 5%左右。
5) 泥岩 - 老顶组合型式指 3上煤层之上为泥岩和厚层老顶砂岩组合，当泥岩很薄时被称为伪顶，如果泥岩有一定的厚度，则归为直接顶。这种类型的顶板是最不稳定的，泥岩的工程性质很低，随煤层向前开采，直接顶泥岩失稳，垮落下来，破坏顶板岩层原有的平衡状态，常产生顶板冒顶事故。
3.6.2 巨野煤田龙固井田
3.6.2.1 顶板类型
巨野煤田龙固井田山西组煤层形成于三角洲平原环境，为浅水三角洲沉积序列，第 3层煤就是在三角洲平原上聚积形成的。顶板的沉积层序可概化为向上变细层序、向上变粗层序和粗细相间层序，对应的顶板岩体沉积组合关系可分为下硬上软型、下软上硬型和复杂型 3 类。
( 1) 向上变细层序———下硬上软型顶板
主要为在以河流作用为主的三角洲平原环境下形成的沉积层序。从下向上，由砂岩 -粉砂岩 - 砂、泥岩互层 - 泥岩构成。顶板岩体力学强度由下往上迅速降低，中间存在明显的沉积弱面。由于河道砂岩体横向上多呈透镜状，在砂体下两侧大都为泥岩，并随砂岩变薄尖灭，泥岩厚度逐渐加厚。砂岩与泥岩交界面常由于在成岩作用过程中产生的差异压实作用而产生滑面和纵向节理，从而使岩体强度降低，给支护带来一定的困难。
研究区 L -1 号孔 3 煤层顶板岩层组合为下硬上软型顶板 ( 图3.22) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤、决口扇及泛滥平原沉积组合，具有明显的向上变细的半韵律结构，岩相变化快，砂体中层理发育，类型丰富。层序底部有大型板状交错层理和槽状交错层理，上部为水平层理。整个层序的底部具明显的冲刷构造，冲刷面常沉积为粗砂岩和中砂岩，向上沉积粉砂岩、泥岩和粘土岩，层理构造规模及层厚均有向上递减趋势。龙固 L -12 号孔 3 煤层顶板岩层组合亦属于下硬上软型顶板 ( 图3.23) ，由下往上主要包括分流间湾、分流河道、天然堤、决口扇及分流间洼地沉积组合，具有明显的旋回构造。岩相变化快，砂体常呈透镜体产出，层理发育，类型丰富。
岩体工程性质与沉积环境存在着密切的关系，在分流河道内沉积的中砂岩与细砂岩形成于较高能量的沉积环境，总体上岩石的粘土含量较少，粒度以砂级为主，经成岩胶结后具有相当高的力学强度。同时在分流河道沉积环境中，不同的河道深度水动力条件也有差异，即由下向上水动力条件逐渐减弱，底部堆积了含泥质包裹体、植物茎干及碎片和粒度较粗的沉积物，粘土质较少，原生孔隙较为发育，在成岩过程中化学胶结物往往难以完全充填胶结这些原生孔隙，成岩后尚存在较大的孔隙度而呈半充填型式，因此在分流河道层序中相对上部的砂岩而言，底部砂岩力学强度有所降低而在分流河道的中上部，水力条件较强，粘土杂质较少，并且具有较好的分选性，原生孔隙度适中，在成岩过程中化学胶结物可以较好地胶结充填这些孔隙，因此，整个沉积层序下部即分流河道相的中上部砂岩具有相当高的力学强度，向上至顶部，由于水动力减弱、水位变化等影响，以悬浮载荷沉积作用为主。因此，岩石体力学强度低。上部岩层沉积在分流间洼地、决口扇以及泛滥平原地区，砂泥岩粒度较细，一般为粉砂岩、粘土岩及粉泥或粉细互层沉积，水动力条件相对较弱，粘土杂质含量明显增加，力学性质有下降的趋势。
图3.22 龙固矿 L -1 号孔煤层顶板组合特征 ( 下硬上软型)
图3.23 龙固矿 L -12 号孔煤层顶板沉积组合特征 ( 下硬上软型)
下硬上软型顶板，在采动过程中顶板稳定性极好，但易造成大面积冒顶事故，需采用特殊方法控制和管理。
( 2) 向上变粗层序———下软上硬型顶板
这种类型主要形成于三角洲平原沉积环境，如大型决口扇和分流间泛滥平原沉积，发育较好的三角洲沉积体系。从下向上粒度逐渐增大，因而沉积物的岩性及结构，在垂直层序上具有下细上粗的特征，如 L -2 号孔煤层顶板组合为下软上硬型 ( 图3.24) 。煤层顶板沉积层序下部为泥炭沼泽相、分流间洼地及分流间湾相，上部为分流河道相及分流间泛滥平原，整体为向上变粗的沉积层序。岩体工程性质由下向上有增高的趋势。
由于沼泽沉积中有大量的植物根茎，炭质含量高，破坏了沉积物的原始结构。定向排列的植物碎片、碎屑化石及镜煤条带，形成大量的沉积软弱结构面，使岩体力学强度大大降低。沼泽相之上的泥岩、粉砂岩均形成于较弱的水动力条件，一般为低能静水环境，以悬浮载荷的沉积作用为主，发育水平层理或波状交错层理，因此岩体力学强度低，上部主要为分流河道相砂岩，岩体工程力学性质迅速增高。
下软上硬型顶板，符合岩层发育的一般规律，在采动过程中为比较理想的组合型式，通常要根据顶板下部软质岩石的厚度即直接顶和采高来控制和管理顶板。
( 3) 粗细相间层序———复杂型顶板
这类组合主要形成于越岸沉积、分流间湾和大型决口扇环境，与分流河道相沉积伴生，分布于分流河道的一侧或两侧，其沉积均以灰白色中细粒石英砂岩与深灰色粉砂质泥岩及互层为特征。砂岩中见小型交错层理和波状交错层理。
复杂型顶板沉积层序由下向上沉积有分流间洼地、分流河道、决口扇、分流间泛滥平原等 ( 图3 -25) 。沉积形成复杂型顶板时，水动力条件起决定作用。砂泥岩互层形成于水动力强弱交替、变化频繁且剧烈的环境中，使得沉积物在成分和结构上产生不均一性和交互性，沉积软弱结构面发育。此外，在较厚的泥岩中往往发育一层或数层炭质页岩或薄煤层。在细砂岩沉积层中局部发育裂隙，充填方解石脉，底部具大型槽状交错层理，具冲刷结构。
顶板岩体沉积组合结构对顶板稳定性产生很大影响。复杂型顶板，从本质上讲，主要有两种组合型式:
1) 煤层顶板由下向上硬度不同，岩性岩层在垂向上旋回变化，因此岩层内层理面发育，类型丰富，分层厚度小，顶板易产生弯曲变形 ( 图3.26) 。
2) 软硬岩层间夹有煤线或薄弱软岩层，形成一软弱结构面，构成复合关系。由于薄顶煤层及其下伏含植物根的粘土岩力学强度小，在采动过程中沿此层易于产生离层冒落。因此，这类顶板稳定性差，管理困难 ( 图3.25) 。
3.6.2.2 煤层顶板结构分区
( 1) 龙固井田 3 煤顶板岩性分区
根据钻探、测井资料和物探解释结果，确定煤层顶板岩性空间展布，划分顶板岩性分区 ( 图3.27) 。
图3.24 龙固矿 L -2 号孔煤层顶板沉积组合特征 ( 下软上硬型)
图3.25 龙固 144 号孔煤层顶板组合 ( 复杂型)
图3.26 龙固 G -40 号孔煤层顶板岩性组合 ( 复杂型)
图3.27 龙固井田 3 煤顶板岩性分布图
由图3.27 可以看出，龙固井田 3 煤层顶板以泥岩为主的地区呈条带状连续分布，中南部面积较大，北部南北窄条带状分布，面积较小顶板以中粗砂岩为主的区域也以条带状分布在井田的中部和南部，面积较小其余地区煤层顶板以细砂岩和粉砂岩为主，约占全区的 60%，说明全区大部分区域从岩性上看属于比较稳定区域。
( 2) 龙固井田 3 煤顶板岩性组合类型分区
统计 3 煤层直接顶岩性与第一层老顶砂岩之间的组合关系，把顶板岩层组合类型分为: 老顶与煤层直接接触、煤层 - 泥岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 -泥岩 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 泥岩 - 老顶组合等类型。按照各钻孔统计的岩性组合不同，绘出顶板岩性组合分区图( 图3.28) 。
图3.28 龙固井田 3 煤层顶板岩层组合分区图
图3.28 主要反映 3 煤层上部直接顶岩性与老顶岩层的组合关系，本区直接顶与老顶岩层组合可分为 5 种类型。
Ⅰ.老顶直接位于煤层之上，这种类型主要位于井田东部，呈条带状出现，出现面积较大，约占井田面积的 20%左右，老顶砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定情况才会受到影响，一般较小作用对顶板稳定性影响微弱。所以这类顶板在工程地质上属最稳定顶板。但由于采后应力集中，常发生大面积塌顶，因此采后需要特殊的治理措施控制顶板。
Ⅱ.粉砂岩、细砂岩 - 老顶组合型式，指煤层之上有数层较薄的粉砂岩和细砂岩岩层，之上为一厚层老顶砂岩。这样的顶板组合型式主要分布在井田西部，井田北部和东南部小面积出现，约占井田的 25%左右。这类顶板是比较稳定的类型，老顶下部的细砂岩、粉砂岩直接顶具有一定的力学强度，在不考虑其他方面因素的影响时，这种组合方式一般是稳定的，但实际情况往往很复杂，岩层中常有裂面，节理等结构面存在，使岩层的稳定情况大不相同。直接顶板岩层不太厚时常因采动影响而跨落下来，给顶板的稳定分析带来一定的难度。
Ⅲ.泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式指直接顶由泥岩和粉砂岩构成，上部与厚层砂岩老顶相接。这类顶板类型主要在矿区中部呈连续带状出现，东北部也有部分出现，约占全区面积的 25%。此类顶板属于较不稳定类型，直接顶岩性工程性质很低，随采随落，如果老顶强度不够大，则有可能随直接顶一起冒落，造成整个顶板的失稳。
Ⅳ.粉砂岩 - 泥岩 - 老顶组合与泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式性质类似，岩体工程性质较低，属较不稳定顶板组合类型。仅在煤田南部零星出现，约占全区面积的 5%左右。
Ⅴ.泥岩 - 老顶组合型式，指 3 煤层之上以泥岩和厚层老顶砂岩组合，当泥岩很薄时被称为伪顶，如果泥岩有一定的厚度，则归为直接顶。这种类型的顶板是最不稳定的，泥岩的工程性质很低，随煤层向前开采，直接顶泥岩失稳，垮落下来，破坏顶板岩层原有的平衡状态，常产生顶板冒顶事故。
聚煤作用的发生与地史期古构造、古地理、古气候和古植物等因素密切相关，聚煤盆地则是各种成煤控制因素综合作用的结果。从区域地质背景着眼研究和分析含煤沉积盆地的形成和演化，是揭示聚煤规律和进行能源预测的有效途径。
20世纪80年代以来，我国在煤地质学领域的研究工作有了很大的进展，特别是对一些地区聚煤盆地的研究，在理论和方法上都取得了卓有成效的成果。与此同时，各省(自治区)在煤炭资源远景调查和研究过程中，又发现了一批新的煤田和煤产地，通过所获取的丰富的第一手材料，有的在岩相古地理研究方面达到了80年代国内先进水平。此外，以石油、天然气为目的的勘查工作，在研究有关的含煤岩系岩相古地理方面也取得了丰硕的成果。
一、主要聚煤期及沉积环境
从早古生代腐泥煤类的石煤至第四纪泥炭，共有14个聚煤期，其中最重要的聚煤期是:南方早石炭世，华北石炭二叠纪，华南二叠纪，华南晚三叠世，西北早、中侏罗世，东北晚侏罗早白垩世，以及东北、西南和沿海古近新近纪，共7个主要聚煤期。早、中侏罗世聚煤期煤炭资源量占全国总量的60%，华北石炭二叠纪聚煤期资源量占全国煤炭资源总量的26%。
中国各主要聚煤期的沉积环境与聚煤规律可以按5个时期加以概括:
1)在石炭纪、二叠纪时期，华北和华南大型陆表海坳陷盆地的总体古地理格局是，从陆到海依次出现冲积扇—辫状河、曲流河—湖泊、碎屑滨岸带(包括三角洲、有障壁海岸，无障壁海岸)、滨浅海沉积、浅海碳酸盐沉积。其中，碎屑滨岸带是最有利的聚煤地带，碎屑滨岸带形成和迁移的主导因素是物源区的构造作用和区域性海水进退作用。富煤带的形成则受控于同沉积基底构造的活动性、海水的进退和岩相带的迁移。滨海三角洲体系或三角洲—碎屑海岸体系(体系域)是最重要的成煤环境，通常形成聚煤中心，如华北山西的大部地区、开滦、峰峰、豫中豫东、两淮，华南的六盘水、织金—纳雍、华蓥山等地区便是。
2)晚三叠世华南聚煤古地理环境，在西部川滇前陆坳陷的四川盆地，主要是滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原和滨海山间平原，龙门山前缘的推覆构造带是控制盆地相带展布与迁移的主导因素，受其影响的滨海湖泊三角洲平原和滨海三角洲平原可以形成富煤带攀西地区和滇中盆地则属滨海山间平原，前者有利的赋煤部位是张性裂谷盆地，在那里形成了中国大陆晚三叠世含煤性最好的宝鼎煤田、永仁煤田、红坭煤田滇东南盆地及贵州贞丰盆地，总体呈现滨海潮坪环境，聚煤特征与滇中盆地西部相似，仅有3～5m厚的可采煤层零星分布。在湘、赣、闽、粤、浙及苏南、皖南、鄂东南地区，含煤岩系沉积在强烈褶皱后来被充分夷平的基底之上，构造面貌是一系列以北东方向为主的狭长坳陷。含煤盆地沉积范围小，分隔性强，但后期却相互连通，超覆扩张现象普遍。沉积序列是海湾潟湖沉积与陆相沉积交替。含煤性以滨海—海湾聚煤环境为最佳，基本上大面积可采煤层连续分布，可采总厚度一般为2～5m，最厚达10m，以湘东南至萍乡一带最具有代表性。含煤性其次者为潟湖河口湾环境。
3)早—中侏罗世含煤盆地类型与盆地大地构造位置及基底性质密切相关。在大型、特大型坳陷含煤盆地中，湖泊—三角洲体系的广泛发育是最重要的环境特色，盆地内岩相带展布具环带状分异，自盆缘向沉积中心依次发育冲、洪积相带，滨湖三角洲相带，湖泊沉积相带。富煤带均沿盆地边缘展布，其发育规模和稳定程度受滨湖三角洲岩相带控制，已知的富煤中心与大型湖泊三角洲发育部位完全吻合。中、小型山间(谷地)湖盆含煤盆地，早期为河流充填阶段，形成底砾岩、粗碎屑岩和含煤碎屑岩沉积组合晚期为湖泊充填阶段，形成以湖泊为主的细碎屑岩沉积组合。而在湖盆充填阶段和山间谷地向山间湖盆转化的充填阶段，往往有较强的聚煤作用发生。分布于甘肃、青海的大通河盆地、柴达木北缘盆地、民和盆地等是这类山间湖盆的典型代表。其富煤带往往呈断续状分布于盆地中心，展布方向与盆地延伸方向一致。分布于新疆南部的伊宁盆地、焉耆盆地、塔里木北缘盆地也比较典型，但其富煤带则呈断续状分布于盆地周边。分布于中国北方东部的一系列中、小型山间湖盆，可以北票盆地、吉林万红盆地、北京盆地、内蒙古大青山盆地为代表，其富煤带主要分布于盆地边缘部位，煤层总体较薄，但稳定程度较高。这类盆地的充填演化受太平洋板块构造活动的影响较大，盆地基底含构造类型多为波状坳陷，古地理环境为内陆山间湖盆，聚煤期的滨湖三角洲或河流环境均可导致泥炭沼泽化成煤。
4)中国北方晚侏罗—早白垩世内陆断陷盆地、山间坳陷盆地和近海坳陷盆地的沉积环境又别具一格。其中，主要分布在东北部地区的断陷盆地充填序列、沉积样式及相带展布，受到盆地构造格架，特别是盆缘断裂的明显控制。在代表最大湖盆发育期的厚层湖相泥岩段上、下常常是盆地内的两个主要聚煤单元，富煤带的展布往往同盆缘断裂一侧的冲积扇—辫状河三角洲及缓斜坡上的小型滨湖三角洲沉积相带位置一致。分布于黑龙江东部的三江—穆棱河盆地(即鸡西鹤岗盆地)是发育在大陆边缘地块基底上的近海坳陷盆地，在经历了晚侏罗世晚期的最大海侵之后，于早白垩世早期大规模海退基础上形成了聚煤作用最强的大面积废弃三角洲平原。分布于甘肃北部和南部的早白垩世山间坳陷盆地聚煤作用较弱，聚煤古地理环境为内陆湖泊三角洲，只是在盆地早期大潮充填阶段之前的水进序列中发育有稳定性较差的煤层，以褐煤为主。分布于黑龙江北部的霍拉盆、黑宝山—木耳气、大杨树等晚侏罗世火山岩型断陷盆地的聚煤古地理景观则为火山间歇期的扇三角洲—湖泊环境，往往形成的煤量少，且以长焰煤和气煤为主。
5)古近纪含煤盆地主要分布于大兴安岭—太行山以东和秦岭以北，以及广西西南部。新近纪含煤盆地绝大部分分布在云南境内。台湾则属于海相沉积为主的海陆交互相含煤沉积。聚煤强度以古近纪始新世、新近纪中新世和上新世为最。古近新近纪含煤盆地的沉积环境，除台湾外，皆为纯陆相环境。由于盆地生成的背景条件不尽一致，因此含煤岩系的沉积面貌和充填演化特征也不一样。已知大部分盆地为汇水盆地，但盆地周缘物源补给强度不同，所以沉积相的平面配置不呈现明显的环带状，而多成不对称状。在盆地的充填演化过程中，平静的湖泊相和泥炭沼泽相较为发育，有些盆地中湖相泥岩和泥炭沼泽甚至直接覆盖在古老基底之上。大多数古近新近纪含煤盆地，其沉积中心、沉降中心、富煤中心往往是一致的。古近新近纪含煤盆地的聚煤作用可以分为两类:第一类，煤层主要集中在沉积序列中下部，煤层层数少，但厚度大，属于总体为水进序列的冲洪积粗碎屑岩到湖泊相的细碎屑岩与含煤细碎屑岩的充填稳定阶段，如梅河、昭通等盆地第二类，整个序列中煤层均较发育，层数多而薄，如珲春、百色盆地。古近新近纪含煤盆地的聚煤方式主要是经过湖泊淤浅达到泥炭沼泽化，常见许多煤层下面就是较稳定的湖泊相细碎屑岩。煤层结构则一般从盆地中心向边缘变复杂，煤层厚度也从盆地中心向边缘变薄尖灭。
二、中国的含煤地层
中国含煤地层的时间分布与全球主要聚煤期基本一致。聚煤作用较强的时期是:早寒武世，早石炭世，晚石炭世—早二叠世，晚二叠世，晚三叠世，早、中侏罗世，早白垩世，古近新近纪。中国南方和北方含煤地层时代的差异主要受控于潮湿气候带的变迁和构造沉积环境的变化。晚古生代，潮湿气候和大型陆表海坳陷盆地在华北区和华南区相继出现，海陆交替的滨海平原或滨海冲积平原构成了聚煤的有利场所，因此含煤地层集中分布。中生代，陆地范围不断扩展，潮湿气候带逐渐变窄并向北迁移，聚煤带随之由南而北，因此晚三叠世含煤地层主要分布于南方，早、中侏罗世含煤地层主要展布于北方，早白垩世潮湿气候带更向北移，导致含煤地层集中于内蒙古和东北地区。
由于煤盆地构造特征和含煤性的差异，中国含煤地层的空间分布形成了东北、西北、华北、西南、华南五大聚煤区。就各时期主要含煤地层分布的地域来看，早寒武世、早石炭世含煤地层主要分布于华南，晚石炭世—早二叠世含煤地层主要分布于华北，晚二叠世、晚三叠世含煤地层主要分布于华南，早、中侏罗世含煤地层主要分布于华北和西北，早白垩世含煤地层主要分布于东北，古近纪含煤地层主要分布于东北及华北东部，新近纪含煤地层则主要分布于华南西部及东部。就各聚煤区含煤地层分布的特点看，东北聚煤区包括内蒙古地轴北缘深断裂以北(或称内蒙古—大兴安岭海西印支褶皱带)的内蒙古、黑龙江、吉林地区，以内陆断陷含煤盆地成群分布为特征，盆地多呈北东方向展布其次为鸡西鹤岗近海含煤盆地，也是北东方向展布，含煤层位为下白垩统、上侏罗统、古近系，含煤性较好。西北聚煤区位于贺兰山以西、昆仑山以北广大地区，含煤盆地多呈东西向和北西向展布，主要是在稳定地台或地块的基础上发育的大型坳陷湖盆，含煤性甚佳，如准噶尔盆地及吐鲁番哈密盆地的早、中侏罗世含煤地层。在古生代褶皱基底上，还有不少小型断陷或坳陷含煤盆地发育，含煤层位为石炭系、下二叠统和上三叠统，含煤性一般较差。华北聚煤区位于华北地台贺兰山以东地区，以发育巨型陆表海坳陷盆地为特征，西部还上叠有鄂尔多斯大型内陆坳陷含煤盆地。前者石炭二叠纪含煤地层受盆地南北两侧巨型构造带的控制，沉积相及富煤带呈近东西方向展布后者早、中侏罗世含煤地层受湖盆构造轮廓控制，多呈环带状展布。两者含煤性都好，是中国最重要的聚煤区。西南聚煤区包括昆仑山以南，龙门山红河深断裂以西广大地区。石炭系和二叠系为复理石式或浅海碳酸盐沉积，三叠系为地槽型沉积，古近新近系为小型断陷或坳陷湖盆沉积，含煤性均差。盆地展布方向往往受褶皱系或基底构造控制，变化较大，华南聚煤区位于秦岭—大别山以南、龙门山红河深断裂以东地区。华南古陆石炭系和二叠系为浅海、滨海坳陷盆地沉积，含煤地层总体上呈北东向展布，含煤性较好川滇地区上三叠统为大型前陆坳陷和小型内陆山间盆地含煤沉积并存，含煤性差异较大华南地区上三叠统呈狭长港湾状海湾型近海盆地，发育有海陆交替相含煤沉积，含煤性亦优劣不一华南地区古近新近系含煤沉积多为陆相断陷和坳陷湖盆沉积，含煤性较好，盆地展布方向受控于基底构造，海南琼州海峡及雷州半岛则为近海湖盆沉积，台湾新近纪含煤地层系地槽型沉积，受环太平洋构造带控制，呈北东方向展布。
中国含煤地层的沉积类型，可以划分为地台区海陆交互相沉积、过渡区海陆交互相沉积、内陆坳陷盆地沉积、断陷盆地沉积四大类。前两类属于近海型沉积，其含煤地层下部多为海相沉积，中上部以陆相沉积为主，并且都具有下细上粗的反粒序结构。其中，产于地台区者属于稳定型沉积，往往岩性简单，煤层稳定，如晚古生代的含煤地层便是而处于过渡区者稳定性差，岩性多变，煤层层多而薄，如华南晚三叠世的含煤地层。后两类属于陆相沉积，垂向沉积序列都具有粗—细—粗的完整韵律结构，但内陆坳陷盆地多为纯陆相沉积，没有同生断裂影响，沉积较稳定，如早、中侏罗世含煤地层而断陷盆地沉积往往受同沉积断裂控制，活动性强，并常发育有火山喷发含煤碎屑沉积组合，沉积稳定性差，如早白垩世和古近新近纪含煤地层。以上4种沉积类型从时间上看，恰好是由老至新依次出现的，反映了聚煤环境在地质历史上由海向陆的演化过程。此外，不同聚煤时期沉积物的岩性组合也呈现出明显的差异，大致在早古生代为浅海碳酸盐岩、硅质岩含石煤组合，晚古生代为碳酸盐岩、碎屑岩交互沉积含煤组合，晚三叠世兼有碳酸盐岩与碎屑岩交替含煤沉积组合及陆相含煤碎屑岩沉积组合，侏罗纪主要为陆相含煤碎屑岩沉积组合，早白垩世及古近新近纪较侏罗纪又增加了火山喷发含煤碎屑岩沉积组合。
在中国含煤地层的时代划分与对比方面，从年代地层单位与岩石地层单位的角度看，以石炭、二叠系界限之争问题最多，本书考虑到编制等时岩相古地理图的需要，在华北聚煤区仍以太原西山标准剖面厘定的界线为准，以重要门类化石为依据，结合稳定标志层和沉积特征，对区内南带太原组和山西组的界线进行了年代地层单位的重新划分对比。结果认识到各剖面地点的最高海相层位并不相当于太原西山东大窑灰岩的层位，而是高于东大窑灰岩的层位，过去在南带划分之太原组实为一穿时岩石地层单位。这种新的认识将有助于沉积环境和聚煤规律的研究。对于华南聚煤区的上、下二叠统界线，传统的划分是将界线置于峨眉山玄武岩顶面或茅口组顶部侵蚀面上，但由于下二叠统顶部缺失Neomisellina-Codonofusiella生物带，造成茅口组顶部侵蚀面并非真正的上、下二叠统界线，经过重新对比发现，该界线在川滇黔区应位于蛾眉山玄武岩中间，而不在顶面。对于东北聚煤区陆相侏罗系与白垩系的界线，过去将有争议的岩组划为“侏罗白垩系”，本书依据近年来的资料和当前研究趋势，认为阜新之沙海组、内蒙古东部之白彦花群(霍林河群)、大磨拐河组均应划归下白垩统。
三、中国煤盆地构造
中国煤盆地构造类型和构造特征的差异，决定于不同地壳演化阶段的大地构造事件和构造古地理背景，也决定于成盆期的构造事件和盆地的基底性质。按照聚煤期构造稳定程度，可以划分为稳定型盆地、活动型盆地、过渡型盆地3类。稳定型盆地主要是以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地，通常煤系沉积稳定，同沉积构造及同期火山活动不发育，如华北石炭二叠纪巨型坳陷盆地、华南扬子区晚二叠世大型坳陷盆地等，都是在早古生代地台区继承发育的其次是上叠于早古生代活动带或地堑(裂陷槽)之上的近海型盆地，如贺兰山东、西两侧的带状坳陷盆地及华南东部的三叠纪坳陷盆地等或者是位于环太平洋构造带内构造活动微弱区，如东北晚中生代海拉尔二连盆地群。活动型盆地主要发育在地槽区和环太平洋构造带内，煤系沉积很不稳定，同沉积构造与同期火山活动强烈，如台湾古近新近纪盆地、喜马拉雅地槽区古近新近纪盆地、大兴安岭晚侏罗世大杨树盆地群等。过渡型盆地则发育在环太平洋构造带及尚未完全稳定的地槽褶皱带之上，如京西下花园侏罗纪盆地、阜新营城早白垩世盆地等。按照聚煤期后煤盆地受到的构造改造程度(成盆后构造挤压、岩浆活动、后期剥蚀)又可以划分为强改造型、弱改造型、中间型3类。强改造型盆地以环太平洋构造带东部及喜马拉雅地槽区的中、新生代盆地为主。弱改造型盆地，如我国中部和西北部中生代的鄂尔多斯盆地、四川盆地、新疆吐鲁番哈密盆地，以及新生代的滇东盆地群等。中间型盆地，如环太平洋构造带的中生代鸡西鹤岗盆地东侧，中西部基底稳定性较差的侏罗纪木里盆地、鱼卡盆地，古近新近纪的滇西盆地群等。此外，在我国相当多的煤盆地中分布有推覆构造，尤以环太平洋构造带为多，如华北盆地南缘大别山北侧、华南盆地之北缘、河北兴隆、江西萍乡、湘中涟源、福建大田等地。
中国煤盆地构造的演化，从板块构造观点来看，可以分为两个主要阶段:古生代—中生代初期为板块漂移阶段(华北、华南两大板块盆地从古生代的远距离漂移到中生代初期的对接)，中、新生代为板内盆地(中国西北部、中部)和板缘盆地(中国西南部、东部)阶段，古生代的盆地以巨大型浅海、近海坳陷盆地为主，往往占据了板块的大部分空间中、新生代的盆地由大型近海盆地转向中小型、群体陆相断陷盆地和山间坳陷盆地为主。演化的总趋势是:板内盆地较稳定，板缘盆地由活动趋向稳定，东部盆地类型趋向复杂化(先拗后断盆地与先断后拗盆地并存，以后者更为常见先张后挤与先挤后张现象并存，以前者较常见)，大盆地后期趋向解体，小盆地后期多有联合。由于板块内各地块原来大地构造属性的差异和受到西伯利亚、太平洋、印度三大板块作用的强度不同，导致分布于板内或板缘不同部位的各个盆地构造特征不同。受板块作用影响较小的西北部和中部的侏罗纪盆地为稳定型，后期改造较弱受板块作用影响较大的东部和西南部的侏罗白垩纪、古近新近纪盆地为过渡型受板块构造作用影响强烈的台湾、雅鲁藏布地区的古近新近纪盆地为活动型，后期受到强烈改造。
中国煤盆地富煤带的展布和特厚煤层的形成，也受着盆地构造演化的制约。厚煤层或特厚煤层的形成，主要是在基底沉降稳定和拗陷速率适当的部位。通常，大的坳陷型盆地煤层展布广阔而较薄，较厚的煤层或富煤区多位于盆内凹陷及隆起斜坡部位断陷型盆地中煤层分布则较局限，煤层形态及厚度变化较大，在盆缘断裂一侧或构造缓慢沉降的部位有时可形成特厚煤层。最有利于聚煤的盆地是发育在刚性地块上的晚古生代坳陷型盆地及继承性的中生代坳陷盆地，其次是发育在已经稳定的褶皱带上的中、新生代盆地。
中国煤盆地的分布主要受板块运动形成的海陆变迁和暖湿气候带更迭的控制。也可以说，不同时代的聚煤盆地是分别受到板块构造和三大构造带控制的。石炭二叠纪煤盆地及晚二叠世煤盆地主要受华北、华南两个汇聚板块的控制，但由于两个板块后来对接，导致石炭、二叠纪聚煤集中三叠纪由于p-T事件影响，聚煤量很少华北和东北的早侏罗世、早白垩世盆地分布主要受蒙古弧形构造带的控制东部一系列古近纪煤盆地主要受西环太平洋构造带控制，由于太平洋板块俯冲，导致火山带、地温异常带及暖湿气候带出现，形成了西环太平洋古近新近纪聚煤带西南部新近纪煤盆地主要受喜马拉雅构造带控制。三大构造带对煤盆地的控制作用，实际上反映了太平洋板块、西伯利亚板块、印度板块对我国煤盆地的影响，这是我国晚古生代以后煤盆地形成、演化最主要的宏观控制条件。这一展布特征，正好与我国周边邻区煤盆地的分布特征协调一致。
总结中国煤盆地的主要构造特点可以归纳为:①克拉通盆地聚煤广泛而强烈，以华北板块为例，石炭二叠纪含煤岩系分布范围与块体近似，聚煤广泛丰富，各时代煤炭资源总量达35600×108t，高于世界其他块体资源总量②克拉通盆地古生代含煤地层后期构造变形普遍强烈，而世界各主要古生代克拉通煤盆地内，褶皱变形却普遍微弱③陆间活动带或地槽区，聚煤作用普遍微弱，如天山兴安地槽的石炭二叠纪含煤岩系④分布于古生代地槽褶皱带上的中生代“地台型”盆地(吐鲁番哈密盆地、海拉尔二连盆地)，往往聚煤丰富，后期变形微弱⑤成盆后的造山、造盆作用主要是新构造运动，使不少盆地又分别被强烈抬升或下陷。
四、中国聚煤期与地壳演化规律
中国地壳演化阶段与聚煤盆地的形成演化关系密切。主要聚煤期与地壳演化的大阶段基本一致。大体可划分为海西、印支、早燕山、中燕山、喜马拉雅5期(在不同成盆阶段，盆地类型、充填特征、聚煤强度都有明显的差异)。
1)海西期:在加里东构造运动之后，晚古生代聚煤坳陷已见雏形，随着新的海侵到来，华北地台和华南地台都开始了陆表海陆源碎屑盖层的发育阶段。沉积和构造的稳定，提供了形成大面积稳定煤层的区域条件。在华北地区，海水主要来自东和南。贺兰山一带海水来自西南，在物源区构造作用与区域海水进退共同作用下，形成了从海进到海退的充填序列。其中，在最大海侵前、后的沉积体系域导致了聚煤作用的发生。在华南地区，海水主要从西南的特提斯海域侵入在下扬子一带海水则来自东部古太平洋，并且总体表现为不断的海侵。在早石炭早二叠世，由于物源区构造作用较弱，所以只有短暂的、局部的聚煤作用，早、晚二叠世期间，由于东吴运动的抬升伴随玄武岩浆喷发，导致华南地台西部强烈隆升，构造了区内主要陆源碎屑供应区，使南方最重要的扬子区晚二叠世聚煤坳陷得以形成。
2)印支期:由于华北南侧陆缘区与华南扬子北侧陆缘区对接拼合，伴随着南方拉丁期大面积海退，使中国东部形成一片大陆。此时，西部特提斯的演化成为极其重要的构造事件。正是由于来自西部的推挤，才形成了大型的、类前陆的鄂尔多斯三叠纪内陆湖盆坳陷和龙门山—大巴山三叠纪前聚煤坳陷。
3)早燕山期:这是中国大陆聚煤作用最强的时期之一，鄂尔多斯早—中侏罗世聚煤坳陷处于相对稳定的河流—浅水湖盆发育时期，成为特大型聚煤盆地。准噶尔盆地属于前陆挠曲坳陷，盆地南侧由于强烈的逆冲挠曲下沉，湖盆内细碎屑充填很发育，聚煤作用一般沿盆地边部发生。与此同时，在中国北方东部地区也出现了小型的山间聚煤坳陷。
4)中燕山期:中国东部进入裂陷作用为主的构造阶段。主要的聚煤盆地为半地堑或地堑成群出现，并多以断陷湖盆充填为特征。它们在构造格架、充填演化以及排列方式上都具有特殊的相似性，应属于东北亚晚中生代断陷盆地的一部分。
5)喜马拉雅期:聚煤盆地总体分布格局明显受环太平洋构造域的控制，同时又受海洋性气候影响，所以古近新近纪含煤盆地具有环太平洋分布的特点。除已知分布于大陆上的含煤盆地外，沿渤海、黄海、东海、珠江口的陆棚区分布着一系列的古近新近纪含煤盆地。在陆域的依兰伊通断裂带和抚顺密山断裂带上，由于裂陷作用形成了抚顺、梅河口等煤盆地在中国西南部，由于先存断裂网络的影响，形成了众多以南北方向为主导的小型断陷盆地，盆地面积小，数目多，常有巨厚煤层赋存。这类盆地集中分布于云南、广西，如昭通、小龙潭、开远、百色、南宁等盆地。
综上所述，中国聚煤盆地从晚古生代到中、新生代，总体演化趋势是:大型内陆碎屑陆表海聚煤坳陷→大型内陆湖盆坳陷(古前陆塌陷)→断陷盆地群(湖盆为主)→山间小型坳陷和断陷盆地。聚煤盆地这种由海到陆、由大到小的古地理变迁，是与地壳各演化阶段的古构造背景紧密关联的。同时，聚煤作用的气候条件随着植物的发展演化，也由热带、亚热带迁移扩展到温带。因而，古生代聚煤盆地多分布于热带、亚热带潮湿气候区中、新生代聚煤盆地多分布于温带潮湿气候区。
中国聚煤盆地的充填特征和聚煤古地理演化:盆地充填具有特定的沉积相组合或体系域构成。通过盆地充填特征的研究，可以重塑聚煤盆地古地理环境的演化过程:
1)晚古生代滨海平原是发生泥炭化的主要场所，主要聚煤沉积环境有滨海冲积平原、滨海三角洲、潮坪和潟湖障壁岛、碳酸盐潮坪等。这些体系在一定充填阶段形成特定的沉积体系配置沉积体系域，而滨海三角洲或三角洲碎屑海岸体系是最重要的成煤古地理环境，并常与聚煤中心相吻合。
2)晚三叠世，华南西部大型川滇近海盆地和华南东部海湾型近海盆地含煤岩系主要形成于海退充填序列。主要聚煤沉积环境有滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原、滨海山间平原，以及滨海海湾、潟湖河口湾等体系。聚煤作用总体较弱，盆地充填岩系厚度变化大，岩相复杂，一般缺少大面积稳定分布的厚煤层。
3)早—中侏罗世聚煤盆地以大型内陆坳陷盆地为主，含煤岩系形成于内陆湖盆的不同充填演化阶段，主要煤层形成于湖泊三角洲充填阶段。与以往概念不同的是，早—中侏罗世大型内陆坳陷在盆地充填演化过程的长时间内存在着固定的湖泊水体，并且从盆缘向湖中心可划分出冲积体系—三角洲体系、湖滨带湖泊、水下三角洲带等体系构成的沉积体系域。
4)晚侏罗—早白垩世和古近新近纪聚煤盆地基本上是相互隔离的中、小型盆地。但在三江—穆棱河晚侏罗早白垩世近海坳陷盆地和内蒙古东部的早白垩世断陷盆地，以及环太平洋分布的众多古近新近纪小型断陷坳陷湖盆中，聚煤密度均较大，巨厚—特厚煤层均形成于湖盆充填演化过程中的湖泊淤浅阶段。
中国煤聚集规律的最主要结论:
1)海西和印支期的煤主要集中在以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地中，如华北石炭二叠纪聚煤坳陷和华南扬子区晚二叠世聚煤坳陷。物源区构造作用和区域性海水进退是控制陆表海—近海盆地富煤带形成与迁移的主要因素。碎屑滨岸带的滨海三角洲或三角洲—碎屑海岸体系是最重要的聚煤环境，也往往是富煤的中心部位。
2)燕山早期重要的聚煤盆地是以稳定的古老地台或地块为基底的大型内陆湖盆，如鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地。湖盆大规模扩张期前后在盆缘地带的滨浅湖—湖泊三角洲体系和冲积扇—扇三角洲体系是最重要的聚煤环境，富煤带常与之相吻合。
3)燕山中期—喜马拉雅期的煤主要聚集于和基底先存断裂有关的中、小型内陆断陷期盆和坳陷湖盆中。这些盆地常以含有巨厚—特厚煤层为特征，盆地面积虽小，但含煤率普遍较高。燕山中期位于大陆边缘地块基底上的三江穆棱河近海坳陷盆地也以赋存有数百亿吨的优质炼焦煤资源而著称。
4)基底具有稳定沉降构造背景的拗拉槽、前陆坳陷、裂谷型含煤盆地，也可形成一定规模的富煤带。
5)泥炭沼泽沉积与其上、下沉积物的成因过程截然不同，因此泥炭沼泽化事件对煤层的煤岩、煤质参数产生了重要的影响。
概括言之，硫分与海水有关，形成于海陆交互相含煤岩系中的煤层硫分较高灰分与泥炭沼泽的矿物质补给有关，形成于近源地带的煤层灰分较高煤岩组分与泥炭沼泽的覆水程度有关，覆水较深时煤中的镜质组含量较高，反之丝质组含量较高。这些观点对预测煤质和有效地开采煤炭始终有着理论指导意义。
1、煤的工业分类中的一些基本概念
①基的概念：基准，前提条件。例如d,ad,daf,dmmf,ar分别代表干燥基、空气干燥基，干燥无灰基、干燥无矿物质基和收到基。
②煤的粘结性。是指煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气加热后能否粘结其本身或惰性物质形成块的能力。
③煤的结焦性。是指煤粒隔绝空气加热后能否生成优质焦炭的性质。
④煤的全水分。是煤的外在水分（表面水）和内在水分之和。外在水是空气中干燥失去的水分，剩下的是内在水。
⑤挥发分。空气干燥基煤样在900℃条件下隔绝空气加热7分钟后减少的质量扣除水和二氧化碳的质量。常用干燥无灰基挥发分表示。Vdaf/%
⑥灰分：空气干燥基煤样加热到815℃完全燃烧后残余物的质量。
⑦弹筒发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、硝酸、硫酸、液态水和固态灰时放出的热量。
⑧高位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、液态水和固态灰时放出的热量。其数值等于弹筒发热量扣除硝酸和硫酸的形成热。
⑨低位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、气态水和固态灰时放出的热量。其数值等于高位发热量扣除水的汽化热。
2、煤的用途
火力发电31%，工业锅炉31%，民用20%，炼焦8%，蒸汽机4%，煤化工3%，出口3%
3、煤的工业分类依据
根据煤化程度指标（挥发分等）和热加工工艺性质（粘结性、发热量等）。
4、中国煤炭分类表及说明
①煤的数码编号说明：十位数表示干燥无灰基挥发分的大小，个位数表示它的粘结性大小。十位数字大，表示挥发分高；个位数字大，表示粘结性高。
②无烟煤分类：3个编号。 类别 编号 挥发分Vdaf/% 氢含量Hdaf/% 无烟煤一号 01 老无烟煤 0-3.5 0-2 无烟煤二号 02 典型无烟煤 3.5-6.5 2-3 无烟煤三号 03 新无烟煤 6.5-10 3-4 ③烟煤分类：24个编号
挥发分10-20%，20-28%，28-37%，37%以上，分别为低、中、中高和高挥发分。
粘结指数G 0-5，5-20，20-50，50-65，65以上，分别为不粘、弱粘、中低粘、中高粘和强粘结性。
④褐煤分类：2个编号 类别 编号 挥发分Vdaf/% 目视比色法透光率PM 褐煤一号 51 新褐煤 37以上 ≤30 褐煤二号 52 老褐煤 37以上 30-50 ⑤中国煤的分类
14大类：褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。
17小类
5、煤的可选性及评价方法
①选煤的概念
利用煤与矿物杂质物理化学性质的不同，设法除去矿物杂质，提高煤质量规格的过程。
②选煤方法
主要是重力选煤，利用煤与矿物杂质密度的不同，采用跳汰选煤或重介质洗煤。
③煤的可选性
把矿物杂质从煤中分离出来达到工业用煤要求的难易程度。用±0.1临近密度物产率表示。
④评价方法
筛分试验和浮沉试验。
煤岩学
第一节 宏观煤岩组成及煤的物理性质
1、宏观煤岩成分：肉眼可以区分的煤的基本组成单位。
①镜煤。颜色深黑，光泽最强，贝壳状断口，内生裂隙发育，呈条带状或透镜状，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成，是一种简单的宏观煤岩成分。
②丝炭。颜色灰黑，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，被矿物充填后坚硬致密，比重较大，由植物的木质纤维组织经丝炭化作用形成，也是一种简单的宏观煤岩成分。
③亮煤。亮煤是复杂的宏观煤岩成分，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由风或水带来的矿物杂质形成。光泽和亮度仅次于镜煤，断面平坦，内生裂隙不如镜煤发育，常呈较厚分层，是最常见的宏观煤岩成分。
④暗煤。暗煤是复杂的宏观煤岩成分，富含壳质组、惰质组或矿物质，光泽暗淡，灰黑色，致密坚硬，比重大，韧性大，不易破碎，断面粗糙，一般不发育内生裂隙。较为常见。
2、宏观煤岩类型
按宏观煤岩成分组合及其反映出来的平均光泽强度划分为4种宏观煤岩类型。
①光亮煤。主要由镜煤和亮煤组成（大于80%）。
②半亮煤。亮煤和镜煤占多数（50-80%）。
③半暗煤。亮煤和镜煤占20-50%，硬度、韧性、比重较大。
④暗淡煤。镜煤与亮煤小于20%，硬度、韧性、比重大。
二、煤的物理性质
1、光学性质
①颜色：表色、粉色、体色、反射色、反射荧光色
表色指普通白光照射下煤表面反射的颜色。
粉色指煤研成粉末或用钢针刻划煤表面形成条痕的颜色。又称条痕色。
体色指把煤表面磨光，在显微镜下观察反射光的颜色。
反射荧光色：把煤表面磨光，用蓝光或紫外光激发后呈现的颜色。 煤类 表色 粉色 体色 反射色 反射荧光色 褐煤 褐色 褐色 煤级越高，透光性越差 煤级越高，反射色越浅 煤级越高，荧光色越弱 低阶烟煤 黑色 深褐色 高阶烟煤 黑色 黑色 无烟煤 黑色 深黑色 ②光泽。煤的新鲜断面的反光能力。与煤成因、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。镜煤→亮煤→暗煤→丝炭，光泽减弱。随煤级增高，光泽增强。
③反射率、折射率和吸收率
煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比。
煤的折射率是在光线入射煤的界面时，入射角和折射角的正弦之比。
煤的吸收率是被吸收的光能与入射光能量之比。
2、机械性质
①硬度。抵抗硬物压入表面的能力，分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度。
刻划硬度指用标准矿物刻划煤得到的相对硬度。
压痕硬度指用专门的仪器测定的煤的显微硬度。
抗磨硬度指用煤磨光面上耐磨阻力的大小表示的硬度。
②脆度。物体受外力作用后破碎的性质。脆度大，韧性差，与硬度不直接相关。焦煤脆度最大。
③可磨性。研磨的难易程度。煤的可磨性系数指风干状态下将相同重量的标准煤样和试验煤样由相同粒度研磨到相同细度所消耗的能量比。
④压缩性。煤在恒温加压下体积变化的百分数。
⑤断口。煤受力后断开的截面。
⑥比重、密度。
⑦比表面积。每克煤具有的总表面积。M2/g
可采用湿润法、BET法、Langmuir等温吸附法、气相色谱法。褐煤和无烟煤比表面积最大。
⑧孔隙率。煤中孔隙和裂隙总体积与煤总体积之比，又称孔隙度。
⑨导电性。通常用电阻率表示。与煤化程度、水、矿物质、孔隙度和风化程度有关。
⑩磁性。煤是抗磁性物质。
⑾导热性。煤的比热介于水和矿物之间。水比热大，矿物比热小。
三、煤中的裂隙
1、内生裂隙：凝胶化物质在温度、压力作用下均匀收缩产生内张力而形成的裂隙。与层理面垂直发育两组。
2、外生裂隙：后期构造应力作用的产物，与层理面呈不同角度相交，裂隙内有煤屑。
四、煤的结构与构造
1、煤的结构分为原生结构和次生结构。原生结构指煤化作用过程中未经构造运动作用形成的煤结构。次生结构指煤层遭受构造运动后的结构，包括碎裂、碎粒、縻棱结构。
2、煤的构造
煤作为一种沉积岩，具有沉积构造，包括层理、波痕等；有些不具有层理特征，呈块状构造。原生构造经构造运动后产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。
第二节 煤的显微组成
一、煤的有机显微组分
1、镜质组。由植物的木质纤维组织在还原条件下经凝胶化作用形成。镜质组分为结构镜质体、无结构镜质体和碎屑镜质体。保存有植物细胞结构的称为结构镜质体，没有植物细胞结构的称为无结构镜质体，呈碎屑状分布的称为碎屑镜质体。
2、惰质组。又称丝质组，是木质纤维组织在氧化环境下经丝炭化作用形成。C含量高，芳构化程度高，较硬，反射率高，挥发分低，无粘结性。
3、壳质组。又称稳定组，类脂组。壳质组还有大量脂肪族成分，氢含量高，加热时产生大量的焦油和气体。粘结性较差或没有，具有荧光性。
二、煤的无机显微组分
1、煤中矿物质来源
①原生矿物。植物通过根吸收的矿物质。
②同生矿物。由风、水携带与泥炭同时沉积的矿物质。
③后生矿物。煤层形成后，由于水或岩浆的侵入形成于煤体内的矿物。
2、煤中矿物质种类
粘土矿、碳酸盐矿、氧化物、硫化物、氢氧化物等。
第三节 煤岩学应用
1、根据煤层剖面、生物化石、煤核可以推断煤层沉积史。
2、根据煤层形成曲线可以推断沉积历史。
3、利用同等深度不同变质程度可以推断构造运动史。
第四节 煤岩学研究方法
一、宏观研究方法
肉眼观察煤层剖面，绘制煤岩柱状图，描述分层名称、厚度、结构、构造、矿物质等。
二、显微研究方法
1、显微煤岩组分定量
煤粒d≤1mm，平均d=0.8mm
2cm 颗粒数约为25×25=625
2cm
测量步距0.6mm时，测量点数是33×33=1089。统计原则：以目镜十字丝交点下组分进行统计，十字丝交点下没有显微组分的不统计。判断原则：如果十字丝交点落在组分边界时，按充满某个象限的组分参与统计。
2、显微煤岩类型定量
目镜插入网格微尺，网格数20，网格尺寸0.5mm×0.5mm，测量步距0.6mm。统计原则：网格与煤粒交叉点数在10个以上时参与统计。数据点的判断原则：①矿物点数<20%且无硫化物时，该数据点定为显微煤岩；②矿物点数>50%或硫化物点数>15%重叠点数时，该点定为矿物体；③其它数据点定为微矿质煤。
3、显微组分和显微煤岩类型综合分析
在目镜中插入网格微尺，以网格微尺某一点作为十字丝，综合前面的统计和判断依据进行统计和分析。
三、煤的反射率测定
显微光度计
四、仪器设备
1、自动显微光度计
根据灰度值计算出反射率，判断煤化程度、显微组分或煤岩类型。
2、扫描电子显微镜：用于研究固体的表面形态。
3、核磁共振：特定的原子核在特定的外加磁场中，只吸收特定频率的射频能量。用于研究煤分子的化学结构。芳香度改变，相当于外加磁场改变，被吸收的射频频率也改变。
4、电子顺磁共振
第五章 含煤沉积体系
1、 含煤岩系的概念
是指充填于盆地内含有煤层的具有共生关系的沉积总体。含煤岩系的颜色主要由灰色、灰绿色和黑色组成，岩石类型包括砂、泥岩、炭质泥岩、灰岩、煤等。
2、 煤层形成的条件
煤层的前身是泥炭层，泥炭层的形成和保存与沼泽中的水位密切相关，根据植物遗体的堆积速度和沼泽水面的上升速度对比，可分为三种情况，又称为三种补偿方式：过度补偿、均衡补偿和欠补偿。
3、 煤层的结构
煤层包含煤分层和岩石夹层，煤层内不含夹石层者称为简单结构煤层，煤层内含夹石层者称为复杂结构煤层。
4、 煤层的底板和顶板
煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，富含植物根茎化石，俗称根土岩；如果底板为砾岩或石灰岩，则为植物遗体异地沉积。根土岩含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其他粘土矿物，呈灰白色。
煤层顶板的岩石类型有多种，最常见的是泥岩、砂岩和石灰岩，与沉积环境有关。例如，我国华北石炭二叠纪含煤岩系太原组是海进型充填序列，成煤环境主要为泻湖-障壁岛体系，发育石灰岩顶板。华北地区山西组为海退型充填序列，成煤环境主要为三角洲、河流体系，煤层顶板为湖相泥岩、冲击相砂岩。
5、 煤层中的结核、包体和化石
顶板为海相沉积物的煤层，煤层中、顶部常见黄铁矿结核，煤层下半部常见硅质结核。
泥炭中混入外来漂砾，形成包体。
煤层中有时可见到动植物化石。
6、 煤层厚度、形态及其控制因素
煤层总厚度、有益厚度、可采厚度、可采煤层、厚度级别
煤层形态控制因素：泥炭沼泽基底形状、沉积环境（冲积扇、河流、湖泊、三角洲、泻湖-障壁岛）、同期构造变动（河流或湖泊相碎屑沉积体侵入煤层产生煤层分叉现象、基底发生断裂、褶皱）、后期构造变动（褶皱、断裂、岩浆侵入、岩溶陷落柱）
7、 含煤沉积体系
山地冲积扇地带沉积体系成煤特征：扇间、扇内或扇前盆地可形成煤层，侧向连续性差
河流沉积体系成煤特征：岸后沼泽和废弃河道有利于形成煤层
湖泊沉积体系成煤特征：湖泊淤浅过程中，沉积粒度下细上粗
三角洲沉积体系成煤特征：上三角洲平原地带，近河岸由于决口扇沉积而出现煤层分岔和灰分增高现象，多形成低硫煤；下三角洲平原，受海水和潮汐影响明显，煤层顶板多为海相沉积，硫分含量高。
泻湖-障壁岛沉积体系成煤特征：泻湖淤浅沼泽化形成煤层，厚度变化较大，煤层硫分含量较高。
第六章 聚煤盆地与聚煤规律
1、根据聚煤盆地的形成条件，分为凹陷型聚煤盆地，断陷型聚煤盆地和构造侵蚀型聚煤盆地。
①我国华北石炭二叠纪聚煤盆地是一个比较典型的波状凹陷型聚煤盆地。盆地南侧是秦岭-大别山构造带，盆地北侧是阴山构造带，总体是一个西北向东南方向缓倾斜的簸箕状盆地，呈现“东西向分带，南北向迁移”的格局。
②断陷型聚煤盆地。由断裂作用和断块沉陷作用形成。
③侵蚀型聚煤盆地。基底为具有剥蚀面的凹地。
2、聚煤盆地的演化
①聚煤盆地的演化受古植物、古气候、古地理和古构造的影响。
②盆地内存在不均匀沉降现象。
③聚煤盆地在构造运动、海水进退和气候影响下，具有侧向迁移现象。
涉及的词汇：海进、海退、海退退覆、超覆、进积（海退时）、退积（海进时）、沉积基准面
3、聚煤规律
在古植物、古气候、古地理和古构造影响下，聚煤作用总是发生于盆地中的一定部位，在时空上表现出一定的规律性。
①富煤带。指煤层发育较好、相对富集的块段，在空间上具有带状分布的特点。
②富煤中心。富煤带内煤层厚度较大的部位。
一般情况下，大型盆地富煤带呈圆形或椭圆形，受地质构造控制时沿构造线延展方向展布。
4、成煤作用研究
受海水影响的煤中，硫含量高，黄铁矿含量高，富集云母、白云石、方解石和磷灰石等矿物。
具有海相顶板的煤层，由于是深水环境，暗煤发育。
第七章 煤的伴生矿产资源
第一节 油页岩
油页岩中的有机物质几乎完全由藻类遗体组成，油页岩的形成环境主要为静水沉积还原环境。
第二节 煤层气
一、煤的物理性质
煤的物理性质主要包括5个方面，即光学性质、机械性质、空间结构性质、电磁性质和热性质，具体如颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率，硬度、脆度、可磨性、断口，密度、表面积、孔隙度、压缩性，介电常数、导电性、磁性，比热、导热性等。煤的物理性质是煤的化学组成和分子结构的外部表现，受到煤化程度、煤岩组成和煤风化程度的影响。
1.颜色
煤的颜色是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤表面反射光线所显示的颜色称为表色。腐植煤的表色随煤化程度的增高而变化，褐煤通常为褐色、褐黑色低中煤化程度的烟煤为黑色，高煤化程度的烟煤为黑色略带灰色，无烟煤往往为灰黑色，带有铜黄色或银白色的色彩。因此，根据表色可以明显地区别出褐煤、烟煤和无烟煤。腐泥煤的表色变化较大，有深灰色、棕褐色，甚至灰绿色至黑色。煤中的水分能使颜色加深，而煤中的矿物质往往使煤的颜色变浅。
煤研成粉末的颜色称为粉色。它可用钢针刻划煤的表面或用镜煤在未上釉的瓷板上刻划条痕而得，粉色也称条痕色。煤的粉色一般略浅于表色。粉色较固定，用粉色判断煤的煤化程度效果较好。褐煤的粉色为浅褐色、褐色，低煤级烟煤为深褐色到黑褐色，中煤级烟煤为褐黑色，高煤级烟煤为黑色有时略带褐色，无烟煤为深黑色或灰黑色。腐泥煤的粉色一般比腐植煤要浅，随煤级的增高，粉色也逐渐加深。煤的粉色不但取决于煤化程度，还与煤岩类型和风氧化程度有关。为了统一对比条件，一般应以新鲜的较纯净的光亮型煤的粉色为准。
把煤磨成薄片(厚约0.03mm)，用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜色为透光色，又称体色。透光色是煤对不同波长可见光选择性吸收的结果。不同的煤岩组分具有不同的透光色，常见的有黄色、红色和黑色同一煤岩组分在不同煤化阶段显示出不同的透光色。煤级越高，透光性越差，无烟煤几乎不透明。
把煤的表面磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面上显示出的颜色称为反光色。各种煤岩组分的反光色均呈灰至白色色调。不同的煤岩组分反光色不同，同一煤岩组分在不同煤化阶段反光色也不同。随煤化程度的增高，煤反光色逐渐变浅。
煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜色，称为反射荧光色。反射荧光色随煤岩组分和煤化程度的不同而变化，有绿黄色、黄色、棕色等。随煤级增高，荧光减弱，至高煤级荧光消失。
2.光泽
煤的光泽是指煤新鲜断面的反光能力。光泽与煤的成因类型、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。腐泥煤的光泽一般都比较暗淡。腐植煤的4种宏观煤岩成分中，镜煤的光泽最强，亮煤次之，暗煤和丝炭的光泽暗淡。随着煤化程度的增高，各种宏观煤岩成分的光泽有不同程度的增强。丝炭和暗煤的光泽变化小，而镜煤和较纯净的亮煤变化明显。根据镜煤或较纯净亮煤的光泽可判断煤级，即年轻的褐煤无光泽，老褐煤呈蜡状光泽或弱的沥青光泽，低煤级烟煤具沥青光泽、弱玻璃光泽，中煤级烟煤具强玻璃光泽，高煤级烟煤具金刚光泽，无烟煤具半金属光泽。
3.反射率、折射率和吸收率
煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比，以百分率表示。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断增强。油浸介质中，煤的最大反射率Romax=0.26%～11.0%，空气介质中煤的最大反射率Romax=6.40%～22.10%。当Cdaf≥85%时，反射率出现最大值和最小值，即双反射现象。随煤级升高，双反射逐渐增强(表5-1)。煤的反射率是确定煤化程度最重要的光学常数，它对煤质评价、煤加工利用、油气勘探等地质问题均有十分重要的意义。
表5-1 镜质组的反射率、折射率和吸收率
(据周师庸，1985)
煤的折射率是光线通过煤的界面时，在界面发生折射后进入煤的内部，其入射角和折射角的正弦之比。随着煤化程度的增高，煤的折射率也相应增高，从1.680增至2.02。在Cdaf≥85%后，折射率出现最大值和最小值，其差距随煤级增高而增大。
煤的吸收率一般比较小，随煤化程度的增高，煤的吸收率逐渐增大，从0.02增至0.39。当Cdaf≥92%后，吸收率出现最大值和最小值，其差值随煤级增高而增大。在高煤级阶段煤的分子结构中，芳香层状结构不断增大，排列越来越规则化，在平行和垂直于芳香层面两个方向的光学性质出现显著差异，即出现光学各向异性现象。
4.硬度
煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。随着外加机械作用力的性质不同，煤的硬度表现形式也不一样。煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度3类。
图5-1 煤的显微硬度与煤化程度的关系(据E.M.泰茨，1993)
刻划硬度是用标准矿物刻划煤所测定的相对硬度。宏观煤岩成分中，暗煤硬度最大，亮煤、镜煤硬度小。煤的硬度还与煤级有关，褐煤和中煤化程度的烟煤硬度最小，为2～2.5，无烟煤硬度最大，接近4。
显微硬度是压痕硬度的一种，可用专门仪器测定显微组分的硬度。测定是在显微硬度计上进行的。煤的显微硬度与煤化程度有关(图5-1)。年轻褐煤和中煤级烟煤的显微硬度最小，无烟煤的显微硬度最大，且上升的幅度很大。
抗磨硬度是磨损硬度的一种。它是用研磨阻力的大小来表示煤磨光面上显微组分或矿物的硬度，表现为显微组分或矿物的突起现象，是显微镜下鉴定标志之一。抗磨硬度与煤化程度有关，在低、中煤级煤中，丝炭比较硬，在磨光面上显示突起，而镜煤比较软，磨光面上不显突起，随着煤级的增高，镜煤与丝炭抗磨硬度逐渐接近，丝炭的突起变小，甚至消失。抗磨硬度还与煤中的矿物质、煤的裂隙、风氧化程度有关。石英、黄铁矿、菱铁矿增加，煤的抗磨硬度增大煤中的裂隙增多或煤受风氧化，则使煤的抗磨硬度降低。
5.脆度和可磨性
煤的脆度是指煤受外力作用而破碎的性质，表现为抗压强度和抗剪强度。强度小者，煤易破碎，脆度大反之，脆度小。脆度和硬度同属抵抗外来机械作用的性质，但受力性质不同，表现的形式也不一样，所以两者概念不同。丝炭的脆度大，硬度也大镜煤的脆度大，但硬度小，暗煤的硬度大，脆度小。不同的宏观煤岩成分和类型，其脆度不同。腐泥煤和残植煤的脆度都较小，如我国抚顺的煤精，是一种腐植腐泥煤类，其脆性小、韧性好。煤的脆度还与煤化程度有关，中煤级的烟煤脆度最大，低煤级煤的脆度变小，无烟煤的脆度最小。
有人提出显微脆度的概念，它是在显微镜下根据金刚石压锥压入显微组分后，压痕产生裂纹的程度来测定，在一定静载荷下，每100个压痕中出现裂纹的压痕数来表示。数值越大，显微脆度越大。由图5-2可见，中煤级的焦煤显微脆度最大，随煤级的增高或降低，显微脆度变小。强还原煤比弱还原煤的脆度要大。
图5-2 显微脆度与煤化程度的关系(据И.И.Ammocob，1963)
煤的可磨性是指粉碎煤的难易程度，可用可磨性系数KHG来表示。可磨性越大的煤越易粉碎反之，越难。测定煤可磨性的方法有许多种，我国和美、英、日、印等国均采用哈德格罗夫(Hardgrave)法，已作为国家标准。煤中各显微组分的KHG不同，其中丝质组最高，半丝质组其次，其后是镜质组，壳质组最低。它们随煤化程度而变化，但在中挥发分(Cdaf=90%附近)时都有一个最大值。
6.煤的压缩性
煤在恒温下加压，其体积变化的百分数，称为煤的压缩性。压缩性与煤化程度有关，煤化程度越高，压缩性越小。加压后丝质组体积变化极少，镜质组有变化，稳定组分变化最大，但到高煤级时，其压缩性比镜质组小。显微组分的压缩性随压力的增大而增加，壳质组变化最大，镜质组其次，惰性组最小。
7.断口
煤受外力打击后断开的表面，称为断口。断口不包括层理面或裂隙面。煤中常见的断口有贝壳状断口、阶梯状断口、参差状断口、棱角状断口、粒状断口等。断口反映了煤物质组成的均一性和方向性的变化。组成较均一的煤，如腐泥煤、腐植腐泥煤、镜煤等常具有贝壳状断口而组成不均一的煤，常见其他类型的断口。
8.比重与密度
煤的比重是指20℃时煤的重量与同温度、同体积水的重量之比，用符号d2020表示。煤的密度是指单位体积煤的质量。比重和密度的数值相等，但物理意义不同。比重没有单位，而密度有单位。煤的比重与煤岩成分、煤化程度及煤中矿物质的性质和含量有关。
同一煤级的煤中，不同煤岩组分的真比重不同。丝质组的真比重最大，镜质组次之，壳质组最小。随着煤化程度的增高，各种煤岩组分的真比重逐渐接近。丝质组的真比重为1.35～1.80，镜质组为1.24～1.80，壳质组为1.12～1.80(图5-3表5-2)。腐泥煤的比重明显低于腐植煤。
图5-3 煤岩组分真比重与煤化程度的关系(据杨起等，1979)
表5-2 煤岩组分在不同煤化程度时的真比重
注:V代表镜质组E为壳质组I为惰性组Cdaf为干燥无灰基碳含量。(据白浚仁，1989，略修改)
镜质组在煤化程度较低时(Cdaf＜85%)真比重随煤化程度的升高而逐渐减少，至Cdaf至85%～87%时，真比重为最小值(dtr=1.24)。过此点后，真比重又随碳含量的增加而增大。当Cdaf＞90%以后，即到了无烟煤阶段，真比重急剧增加，从1.35一直上升至2.25(Cdaf=100%，石墨)。
煤中矿物的比重比煤岩组分大得多，如黏土矿物的比重为2.4～2.6，石英、方解石为3.7，菱铁矿为3.8，黄铁矿的比重为5.0等。因此煤中矿物对煤比重影响较大，随着矿物含量的增高，煤的比重也增大。但煤中矿物质的准确含量是很难测定的，所以要测得纯煤的真比重比较困难。有人研究，煤的灰分每增加1%，煤的真比重约增高0.01。因此，煤的真比重的近似值可用下式计算:
纯煤真比重=无水含灰煤的真比重－0.01×干燥煤的灰分
煤的视比重是计算储量的重要参数之一。由于煤中矿物质含量变化大，所以煤的视比重变化也大。在矿物质含量较低的情况下，褐煤的容重为1.1～1.2，烟煤的容重为1.2～1.4，无烟煤的容重为1.4～1.8。在地质勘探工作中，煤的容重要专门取样测定。
9.煤的表面积
(1)煤的润湿热
固体和液体接触时，如果固体分子和液体分子间的作用力大于液体分子之间的作用力，则固体可以被液体润湿反之，则不能润湿。当煤被液体润湿时，由于煤分子和液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力，故有热量放出，称为润湿热。润湿热的大小与液体的种类和煤的表面积有关。常用的液体是甲醇，它的润湿力强，作用快，几分钟内润湿热基本上可全部释放出来。据测试，润湿热与煤的表面积大致存在的对应关系是:0.42J的润湿热相当于1m2的表面积。
煤的润湿热与煤岩组分和煤化程度有关，镜质组的润湿热最大，次为丝质组，壳质组较小。
(2)煤的表面积
煤的表面积包括外表面积和内表面积两部分，但外表面积所占比例极少，主要是内表面积。煤的表面积用比表面积表示，即每克煤所具有的表面积，单位为m2/g，煤比表面积大小与煤的分子结构和孔隙结构有关。
煤中孔径小于10nm的微孔的比表面积在总比表面中占有的比例最大。测定煤的比表面积有各种方法，如润湿法、BET(三位物理、化学家名字的缩写)法、微孔体积法、吸附法和气相色谱法等。用不同方法测量比表面积的结果不同，通常CO2作吸附质，采用吸附法测量比表面积，其结果为:长焰煤90m2/g、气煤50～70m2/g、肥煤10～20m2/g、焦煤20～120m2/g、瘦煤80～130m2/g、贫煤90～130m2/g，而无烟煤最高可达287m2/g。
煤的比表面积与瓦斯吸附量呈正比关系，比表面积大，瓦斯吸附量也大。煤的比表面积对研究煤层中的瓦斯含量和瓦斯突出、研究煤在气化时的化学反应性都具有实际意义。
10.孔隙率
煤中毛细孔和裂隙之总体积与煤的总体积之比称为煤的孔隙率或孔隙度，也可用单位重量煤包含的孔隙体积(cm3/g)表示。
煤的孔隙率可以根据煤的真比重和视比重，用计算求得，因为氦分子能充满煤的全部孔隙，而水银在不加压条件下完全不能进入煤的孔隙，故用下式可求出煤的孔隙度:
煤地质学
式中:d氦和d汞为用氦和汞测定的煤的密度，g/cm3。
煤孔隙率的大小与煤级有关(表5-3)，褐煤的孔隙率高，为15%～25%，无烟煤的孔隙率也较高，约为5%～10%，而低中煤级烟煤的孔隙率较低，为2%～5%。煤的孔隙率与显微煤岩组分和煤中矿物质含量有关。相同煤级的煤，孔隙率可有相当大的波动范围。
表5-3 孔隙率与煤化程度的关系
煤中孔隙的大小并不是均一的。在煤矿的瓦斯研究工作中，煤中的孔隙大小一般分为三级，即大孔、过渡孔和微孔。大孔的孔径一般大于100nm，中孔的孔径为100～10nm，微孔的孔径小于10nm。
在大孔中，甲烷气体可以产生层流或者紊流渗透，煤中大孔的分布直接影响到煤中瓦斯运移的能力，在过渡孔中，可以产生毛细管凝结、物理吸附及扩散现象，它影响到煤层储藏瓦斯的能力，微孔则被甲烷分子充满，形成类似于固溶体的形式。
11.煤的导电性
煤的导电性是指煤传导电流的能力，通常以电阻率表示。煤的导电性与煤化程度、煤中的水分、煤中矿物质的性质和含量、煤岩成分，以及煤的孔隙度、风化程度等有关。
褐煤的孔隙度大，含水多，并有溶于水中的腐植酸离子，所以褐煤的导电性好，电阻率小，属于水溶液离子导电。烟煤是不良导体，电阻率大，高煤级的烟煤至无烟煤，电阻率迅速减小，煤的导电性大大增强，无烟煤为良导体，属于自由电子导电。褐煤的电阻率变化于10～200Ω·m之间，低中煤级烟煤的电阻率ρ=4000～5000Ω·m，高煤级烟煤的电阻率ρ=1000～10Ω·m，无烟煤的电阻率ρ=10～0.0001Ω·m。
低中煤级的煤中，镜煤、亮煤比暗煤和丝炭的导电性差但在高煤级烟煤和无烟煤中，情况相反，镜煤、亮煤的导电性比暗煤好。
煤的导电性与煤中矿物的性质和数量有关。一般烟煤的电阻率随矿物含量的增高而变小，而无烟煤则相反，电阻率随矿物含量的增高而增大。但煤中含黄铁矿时，则电阻率会显著降低。煤的电阻率还与煤的层状构造有关，沿层理面煤的电阻率较小，垂直层理面方向煤的电阻率较大。当煤遭受风氧化时，电阻率明显下降。
12.磁性
物体置于磁场内，和磁场相吸者称顺磁性物质，和磁场相斥者称抗磁性物质。抗磁性物质，其内部结构的原子或分子具有闭合的电子外层，即电子都已成对顺磁性物质，其电子层上尚有未配对的电子。煤属于抗磁性物质。
物质置于磁场内，由于其原子核吸收了磁场能，引起物质相对于磁场的自旋方向发生变化，这就是物质的核磁共振。煤的核磁共振是煤的重要磁性质之一。
在一高斯磁场下，1g物质所呈现的磁化率称物质的抗磁性磁化率或单位质量磁化率。煤的抗磁性磁化率随煤化程度的增高而增高。但在煤的Cdaf=80%～90%的区间内，抗磁性磁化率增高缓慢当煤的Cdaf＞90%以后，煤的磁化率剧增。
煤的抗磁性和煤的核磁共振是研究煤结构的有效方法。
13.导热性
煤作为燃料或者进行干馏、气化、液化都需要考虑到煤的导热性。
煤的比热是指1g质量的煤，温度变化1℃所需(释放)的热量(即热容)与水的热容(15℃的水)的比值。水的热容为4.18J/g(15℃)，故煤的比热和热容在数值上是一致的。比热没有单位，室温下煤的比热为0.2～0.4。煤的比热有一定的波动范围，这是因为煤是复杂的有机高分子物质，并含有无机矿物质和水。煤的比热除受煤的煤化程度影响外，还受非煤物质及其含量的影响。
煤的比热随煤中水分的增加而呈直线增大，这是因为水的比热比煤大得多。无机矿物质的比热较小，一般约0.19，故煤的灰分增高，则煤的比热下降。煤的比热还受温度影响，测定温度升高，煤的比热增大。
煤的导热性是煤加工利用时重要的物理性质。煤的导热性与煤的孔隙率及孔隙中的气体有关，还与煤级及煤中无机矿物质有关。随煤化程度的增高，煤的导热性增强。
二、煤的裂隙
煤的裂隙是指煤受到自然界各种应力作用而造成的裂开现象。按成因不同可分为内生裂隙和外生裂隙两种。
1.内生裂隙
内生裂隙是在煤化过程中，煤中的凝胶化物质受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种张裂隙。
内生裂隙主要出现在镜煤中，有时也出现在均匀致密的光亮型煤分层中。内生裂隙一般都垂直或大致垂直于层理面，只发育在镜煤或光亮煤条带或分层内。内生裂隙面较平坦光滑，有时可见到十分细密的环纹组成的眼球状张力痕迹。内生裂隙有大致互相垂直的两组，其中，一组较发育，称为主要裂隙组另一组则较稀疏，称为次要裂隙组(图5-4)。
图5-4 煤的内生裂隙示意图
内生裂隙的发育程度与煤化程度有关。中煤化阶段的焦煤、高煤化阶段的瘦煤内生裂隙最发育，5cm内约有30～60条(主要裂隙组)而低煤阶的长焰煤、气煤或高煤阶的贫煤则减少，5cm内为10～20条无烟煤和褐煤中内生裂隙很少或没有。褐煤由于失水，常常有切穿煤岩成分或层理的干缩裂纹。所以，可根据煤的内生裂隙发育程度来大致判断煤的煤化阶段。观察煤的内生裂隙时，要在打开的镜煤层理面上观察，而在垂直层理的断面上往往看不清楚。
2.外生裂隙
外生裂隙是在煤层形成之后，受构造应力的作用而产生的。外生裂隙可出现在煤层的任何部分，与煤层的层理呈不同角度相交，并切穿煤岩成分和煤分层的层理。外生裂隙面上常有波状、羽毛状或光滑的滑动痕迹，有时可见到次生矿物或破碎的煤屑。外生裂隙面有时与内生裂隙面重叠。
在矿井下，要经常注意测量外生裂隙方向，这对判断断层有一定的帮助。研究外生裂隙的方向，对提高采煤效率、预测瓦斯突出也有实际意义。
三、煤的结构和构造
1.煤的结构
煤的结构是指煤岩成分的形态、大小、厚度、植物组织残迹，以及它们之间相互关系所表现出来的特征，它反映了成煤原始物质的成分、性质及在成煤时和成煤后的变化。在低煤级煤中，煤的结构很清楚随着煤化程度的增高，各种煤岩成分的性质逐渐接近，因而煤的结构就逐渐变得均一。
煤的结构分原生结构和次生结构两种。
(1)原生结构
煤的原生结构是指由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。常见的原生结构有以下8种:
1)条带状结构:煤岩成分呈条带状相互交替出现。按条带的宽窄，可分为宽条带状结构(条带宽大于5mm)、中条带状结构(条带宽3～5mm)和细条带状结构(条带宽1～3mm)。条带状结构在烟煤的半亮型煤和半暗型煤中最为常见，年轻褐煤和无烟煤中条带状结构不明显。
2)线理状结构:指镜煤、丝炭、黏土矿物等以厚度小于1mm的线理断续分布于煤中，形成线理状结构。半暗型煤和半亮型煤中常见。据线理之间交替的线距，又可分为密集线理状结构和稀疏线理状结构。
3)凸镜状结构:指镜煤、丝炭、黏土矿物、黄铁矿等，常以大小不等凸镜体形式散布于煤中，构成凸镜状结构。半暗型和暗淡型煤中常见，有时光亮型煤中也可见到。
4)均一状结构:指组成成分较单纯、均匀，形成均一状结构。如镜煤、腐泥煤、腐植腐泥煤类等，都具有均一状结构。光亮型煤和暗淡型煤有时也表现出均一状结构。
5)粒状结构:由于煤中散布着大量的孢子或矿物杂质，使煤呈现出粒状结构。多见于暗煤或暗淡型煤中。有时含黄铁矿鲕粒或含黄铁矿结核而呈鲕粒状结构或豆状结构，它们为粒状结构的变种。
6)叶片状结构:煤中有大量的木栓层或角质层，使煤呈现纤细的页理，如叶片状、纸片状等，煤易被分成薄片。角质残植煤和树皮残植煤具有叶片状结构。
7)木质状结构:煤中保存了植物茎部的木质纤维组织的痕迹，植物茎干的形态清晰可辨，称木质状结构。褐煤中常可见到木质状结构，有些低煤级烟煤中也可见到。如我国山西繁峙褐煤中保存有良好的木质状结构而被称为“紫皮炭”。
8)纤维状结构:为丝炭所特有，它是植物根茎组织经丝炭化作用而形成的，可见到植物原生的细胞结构沿着一个方向延伸呈现出纤维状，疏松多孔。观察时要在煤层层面的丝炭上才可见到。
(2)次生结构
煤的次生结构是指煤层形成后受到应力作用产生的各种次生的宏观结构。
1)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，可看到煤层的层理。碎裂结构往往位于断裂带的边缘。
2)碎粒结构:煤被破碎成粒状，主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤的层理被破坏，碎粒结构往往位于断裂带的中心部位。
3)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，已看不到煤层的层理和节理，煤易捻成粉末。糜棱结构一般出现在压应力很大的断裂带中。
2.煤的构造
煤的构造是指煤岩成分空间排列和分布所表现出来的特征。它与煤岩成分自身的特征(形态、大小等)无关，而与成煤原始物质聚积时的环境有关。煤的原生构造分为层状构造和块状构造。
(1)层状构造
沿煤层垂直方向上可看到明显的不均一性，主要是由组成成分不同而引起的，或是煤岩成分的变化，或含无机矿物夹层所引起，表现为层理。
按层理的形态，可分为水平层理、波状层理和斜层理等。水平层理(连续状、不连续状)反映泥炭沼泽内成煤原始物质是在平静的环境中几乎没有水流动的条件下沉积形成的。波状层理(不连续状、水平波状、凸镜状)反映植物堆积时沼泽内的水介质有微弱的运动。斜层理则反映水介质有强度较大的定向流动的堆积环境。
(2)块状构造
煤的外观均一，看不到层理。主要是成煤物质相对均匀，在沉积环境稳定滞水的条件下形成。腐泥煤、腐植腐泥煤及一些暗淡型腐植煤具有块状构造。
由于构造变动，使煤产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。次生构造可改变或破坏煤的原生构造。次生构造与构造变动有关，对煤层进行观察和描述时应加以注意。
