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          煤是一种固体可燃有机岩，是由植物残骸在沉积过程中经过漫长复杂的生物 化学、物理化学及地球化学作用转变而成。煤层的形成和分布除受沉积因素影响 外，后期都经历了复杂的地质构造作用，造成煤层赋存的复杂性和多样性。依据 中国《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》中关于煤的破坏类型分类， 将煤体结构分为五类：即非破坏煤（Ⅰ类）、破坏煤（Ⅱ类）、强烈破坏煤（Ⅲ类）、 粉碎煤（Ⅳ类）和全粉煤（Ⅴ类）。 本章节根据现场条件煤的表观形态，将原始赋存状态的煤分为原生煤和构造 煤，对比构造煤与原生煤的物理结构差异，并分析构造煤的地质成因。利用对比 实验的方法，通过开展一系列构造煤和原生煤的力学实验，对比研究构造煤的物 理结构特征对其力学破坏行为的影响，获得构造煤的力学强度、变形特性和本构 关系。然后，通过改变气体压力开展不同静水压条件或三轴加载条件构造煤和原 生煤的渗透率测试，对比研究构造煤与原生煤的结构差异对其瓦斯渗流特性的影 响，并关注构造煤全应力-应变过程瓦斯渗透率演化规律。 2.1 构造煤的物理结构及其地质成因（Physical structure of  tectonic coal and its geological origin） 2.1.1 构造煤的物理结构 通过现场调研，原始赋存状态煤的表观形态分为原生煤和构造煤两大类]。其中，原生煤的物理结构完整、坚硬，层理清晰可见，原生条带结构保存完 好；这种煤以内生裂隙（包括继承性内生裂隙）发育为主，而构造裂隙发育较弱 。构造煤是一种由于地质构造活动而产生的伴生产物[16, 148, 149]。然而，受构造 成因和构造程度的不同，构造煤的物理结构较原生煤更为复杂[148-150]。王恩营等 [151]依据构造煤的形态结构特征，将构造煤细化为 8 个亚类，如表 2-1 所示。因 此，总体上，构造煤是一种由散体煤胶结而 表 2-1 构造煤的类型划分[115, 151] 16 2 构造煤的物理结构及对力学破坏行为和渗流特性的影响 17  Table 2-1 Classification of tectonic coal  类型 散体 形态 颗粒粒度手捻强度 宏观结构特征 微观结构特征 破裂 煤 角砾 状 >2 不易捏碎 角砾状颗粒无 序排列 微张裂隙普遍发育，煤 的异向光性紊乱 碎粒 煤 粒状 0.1-2 易捏成碎粒 等粒或斑状颗 粒无定向排列 碎粉 煤 粉状 <0.1 易捏成粉状 粉粒无定向排 列，类土状 透镜 状煤 磨砾 状 >2 难捏碎，但可 剥落 磨砾状颗粒叠 置，有序排列 显微节理或微劈理发育 并平行排列，煤的异向 光性紊乱 鳞片 状煤 鳞片 状 0.1-2 易捏成鳞片状 鳞片状颗粒紧 密叠置，有序 排列 粉片 状煤 粉片 状 <0.1 易捏成粉片 粉片状颗粒紧 密叠置，有序 排列 揉皱 煤 团块 状 - 易捏成碎 片和碎粉 团块状揉皱结 构明显 显微揉皱，网状结构 糜棱 煤 糜棱 状 极细 易捏碎呈细微 紧密碎粉颗粒 或粉状 细微紧密碎粉 颗粒的聚合体 细微裂隙杂乱弥散状密 集发育 若简单的按煤的破坏类型划分]，可认为Ⅰ和Ⅱ煤属于原生煤，而Ⅲ、Ⅳ和 Ⅴ煤则表现出构造煤的特性。按坚固性系数来表征煤的强度，原生煤的坚固性系 数普遍大于 0.5；而构造煤的坚固性系数小，且随构造作用的强弱离散较大，最 小值为 0.1。文献表明[16, 114]，构造煤的物理结构对其瓦斯赋存/流动特性和煤的 力学特性产生影响，因而决定了构造煤的突出危险性；尤其对于易破碎成粉状的 构造煤（碎粉状构造煤、鳞片状构造煤、粉片状构造煤、揉皱状构造煤和糜棱状 构造煤），这些构造煤具有强突出危险性。因此，文中将重点研究这些易破碎成 粉的构造煤。 由河南省古汉山煤矿 21 煤层 16031 工作面所取的构造煤和原生煤， 通过对比直观地表现易破碎成粉状的构造煤的宏观物理结构。构 造煤的原生结构遭到严重破坏，是由大量破碎甚至粉化的散体煤胶结而成，类似 于土状结构，这种煤节理不清或者节理失去意义；煤的取样块度小，或者受采掘 扰动后高度破碎/粉化。显示原生煤保持原生结构、较完整，煤的节理 清晰，棱角分明；这类煤的强度较高、不易破碎，利用落锤敲击煤主要沿着原生 裂隙形成的弱面破碎，且破碎后依然呈块状。上述构造煤和原生煤的微观几何形态进行观察，图 2-2 显示了不同比例尺度下构造煤和原生煤的表面形态。电镜扫描试验表 明构造煤的表面形态比较复杂，裂隙发育、相互贯通，煤基质尺度较小并呈现堆 积状；而原生煤表面比较平整，裂隙不发育，煤基质尺度较大并相对完整，偶有 断面且断面平整、棱角分明。

         构造煤的物理结构及对力学破坏行为和渗流特性的影响 煤层构造煤和原生煤扫描电镜图 但对于控制着煤的整体变形程度和主要破坏类型来说，构造应力为构造变形的主 导应力和能量来源研究认为随着时间的推移，原始煤系地层经 历多期、多种应力作用，伴随着原生煤的碎粒、剪切、揉皱和碎裂等构造运动， 煤的原生层理、条带状结构逐渐被破坏，煤体被切割成尖棱状、楔状细小颗粒， 进而形成粉化煤。在经过一定时期的地层温度和围压条件、以及地层运动下，原 生结构消失，受不同方向强烈的挤压构造应力作用，会产生再压实的重构作用， 使得破碎的粉化煤紧密结合。此时，煤体中裂隙细微密集发育，微小裂隙数量增 多，而大型拉张裂隙和剪切裂隙发育稀疏，同时内部化学成分和结构变化发生巨 大变化，形成低强度、弱粘结性的构造煤体。然而，当受采动影响后，原始应力 被解除，构造煤体再次被破坏，形成新的粉化煤体，这造成了现场发现的构造煤 体煤质松软，手拭强度低，可捏成粉末或小于 1 mm 颗粒，上述的地质形成过程 可以用图 2-3 表征。 构造煤在煤层中存在的形式有多种，包括大面积区域分布、局部区域分布、 和以“软硬分层”形式分布等。针对构造煤的不同分布形式，其主控因素又是不 同的。对于区域分布和“软硬分层”分布，构造煤主要是不同力学性质的煤/岩层 间的相对滑动造成的，这种相对滑动会反复揉搓煤体，并引起煤体产生流变活韧 性、剪切变形，诱发这种相对滑动的构造运动包括褶皱和顺层断层另一种局部分布形成的主控因素是正、逆断层构造这些断层在形成过程中断层上、下盘之间会反复的相互搓动，在构造 应力作用下，断层面附近煤体将破碎；同时，断层周围衍生出的次生断层加剧了 煤体的破坏；最终，在断层面附近形成明显的断层破碎带，这些区域通常是构造 煤储存的场所。

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