煤地质学的煤炭分类

专家解说：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=0.8mm2cm 颗粒数约为25×25=6252cm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