煤質特征煤的巖石學特征

煤的巖石學特征受植物群落和沉積環(huán)境背景的影響。植物群落一方面與自身的時代演替和古氣候演替有關，其主要受沉積環(huán)境背景的影響。覆水較深的泥炭沼澤易于形成以草本植物為主體的泥炭沼澤 或以 低等藻 類植物 為主 的腐泥，煤常以線理狀和塊狀為特征。覆水較淺的泥炭沼澤易于形成以木本植物為主體的泥炭沼澤，煤常以條帶狀和透鏡狀為特征。撫順盆地是我國一個非常著名的古近紀含煤盆地，其煤的類型豐富多彩，包括腐殖煤、腐泥煤、腐殖 -腐泥混合煤和琥珀殘殖煤。以煤的類型和煤的結構構造類型為基礎建立撫順煤田煤的巖性相類型，發(fā)現(xiàn)煤的巖性相類型與煤的顯微組分組成和形成條件，以及植物群落類型和泥炭的堆集機制有著密切的關系(莊新國等，1999b)。

煤的礦物學特征包括有機顯微組分和無機礦物質兩部分。有機顯微組分主要來自成煤植物，可劃分為三大類，即鏡質組、殼質組和惰質組。煤中有機顯微組分的構成主要受泥炭沼澤類型、埋藏速率、氧化還原條件和水介質條件等因素影響。將中國北方相對快速沉降的斷陷盆地與緩慢沉降的大型坳陷盆地對比研究，發(fā)現(xiàn)相對快速沉降的斷陷湖盆內煤多以富鏡質組和貧惰質組為特征，例如：東北早白堊世阜新盆地海州組不同煤層的顯微組分組成，中間層、太平層和孫家灣層煤層均以高的鏡質組(86% ～94%)、低的惰質組(1.7% ～6.5%)和殼質組(4.6% ～7.5%)含量為特征(X.Querol，etal.，1997);東北古近紀撫順盆地古城子組煤層以腐殖煤為主，并夾多層腐泥煤。腐殖煤的鏡質組含量平均可達96%以上(莊新國等，1999)。云南新近紀先鋒盆地煤的顯微組分以腐殖組占絕對優(yōu)勢，平均為 91.6%(邢軍等，1999)。而在緩慢沉降的大型坳陷盆地中，由于盆地基底處于一種相對的穩(wěn)定階段，泥炭沼澤在緩慢沉降背景下發(fā)育，易于形成高位化表蓋突起而遭氧化。例如：早、中侏羅世鄂爾多斯盆地延安組煤層煤多以富惰質組為特征，常夾有富惰質組的分層，煤中惰質組含量一般大于 30%(李思田等，1992);煤中惰質組的含量分布受沉積體系類型的控制，沖積平原煤層的惰質組含量通常高于三角洲體系。除了中、新生代斷陷盆地具有快速沉降條件外，一些中生代前陸盆地、新生代大型裂谷以及大陸邊緣裂陷也都具有快速沉降、充填和埋藏的有利條件，因而有利于形成富鏡質組煤。

煤中的無機礦物相組成主要有硅酸巖類、碳酸巖類和硫化物類，其次是磷酸鹽類和硫酸鹽類等。ColinR.Ward(2002)對煤和煤低溫灰化中發(fā)現(xiàn)的主要礦物進行了系統(tǒng)的概括。煤中礦物質的來源主要有四個方面：即，主要通過水流的機械搬運進入泥炭沼澤的陸源碎屑;通過水流機械搬運或通過火山噴發(fā)直接進入泥炭沼澤的火山碎屑;在泥炭沼澤中沉積的生物骨骼顆粒;在泥炭沼澤或泥炭層孔隙中溶液物質的沉淀;在后期地質作用(包括煤化作用、熱液作用、巖漿作用和風化作用等)過程中，由于煤層中離子的遷移和相互作用形成的礦物質。煤中礦物質的類型和豐度受泥炭沼澤形成時的構造環(huán)境、沉積環(huán)境、物源條件、沼澤水介質條件以及后期的地質作用控制。

煤化學特征包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分、碳、氫、氧、氮和煤化程度等。煤化學特征取決于煤的礦物學特征和煤化作用。煤中的灰分含量主要來自煤中的無機礦物質。對于相同變質程度的煤來說，煤的揮發(fā)分、碳、氫和氧含量與煤的有機顯微組分有關，富鏡質組和殼質組的煤具有相對高的揮發(fā)分和氫、氧含量;富惰質組的煤具有相對低的揮發(fā)分含量和高的碳含量。隨著煤化作用程度的增高，煤的揮發(fā)分產率、氫和氧元素含量減少，碳含量增高。

煤的地球化學特征主要包括煤中常量和微量元素的豐度和賦存狀態(tài)，其主要受控于泥炭沼澤形成時的沉積環(huán)境背景、物源區(qū)的巖石組成和火山噴發(fā)，以及煤化作用和巖漿侵入過程中的熱液活動。大量研究表明不同地區(qū)和不同煤層煤中常量和微量元素的豐度變化較大，但總體與煤中的礦物質有關。因此，煤中常量和微量元素的總量一般與煤的灰分產率具有明顯的相關性。常量元素是構成煤中常見礦物的主要元素，Si、Al、Na和 K主要來自硅酸鹽礦物;Ca和 Mg主要來自碳酸鹽礦物;S主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)，部分硫與有機質和硫酸鹽有關;煤中的硫含量主要與泥炭沼澤形成時海水的影響有關，局部地區(qū)與物源條件和巖漿侵入有關。

大量研究表明一般受海水影響的泥炭沼澤，而后形成的煤中硫含量較高;硫化物礦物含量較高的物源區(qū)和巖漿侵入煤層也可形成煤層中硫含量的局部增高。Fe主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)和碳酸鹽礦物(菱鐵礦);P主要來自磷酸鹽礦物。江西樂平晚二疊和晚三疊世煤的礦物學和地球化學研究表明晚三疊世煤中 Si、Al、Ca、P、K和 Mg含量明顯高于晚二疊世煤，主要由于晚三疊世煤中具有相對較高含量的高嶺石、石英、伊利石、菱鐵礦和白云石礦物;而受海水影響明顯的晚二疊世煤中 S和 Fe含量較高主要由于煤中具有相對較高含量的黃鐵礦和白鐵礦礦物(X.Querol等，2001)。

分為十四大類，大類及煤質特征如下：

1）無煙煤：煤化程度最高，含碳量高達90%—98%，含氫量較少，一般小于4%。外觀呈黑至鋼灰色，因其光澤強，又稱白煤。硬度高，不易磨碎。純煤的真密度為1.4—1.9g/cm3,燃點高,火焰短,化學反應弱.主要生產氮肥和民用,少數(shù)電廠也用。.

2）貧煤：是煤化程度最高的煙煤，受熱時幾乎不產生膠質體，所以叫貧煤。含碳量高達90%—92%，燃點高，火焰短，發(fā)熱量高持續(xù)時間長，主要用于動力和民用。

3）瘦煤：是煤化程度最高的煉焦用煤。特性和貧煤一樣，區(qū)別是加熱時產生少量的膠質體，能單獨結焦。因膠質體少，所以稱瘦煤?；胰谛圆?，多用于煉焦。

4）1/3焦煤：介于焦煤、肥煤與氣煤之間的含中等或較高揮發(fā)分的強粘結性煤。單獨煉焦時，能生成強度較高的焦炭。

5）氣肥煤：揮發(fā)分高、粘結性強的煙煤。單獨煉焦時，能產生大量的煤氣和膠質體，但不能生成強度高的焦炭。

6）1/2中粘煤：粘結性介于氣煤和弱粘煤之間的、揮發(fā)分范圍較寬的煙煤。

7）貧瘦煤：變質程度高，粘結性較差、揮發(fā)分低的煙煤。結焦性低于瘦煤。

8）焦煤：是結焦性最好的煉焦煤，也稱主焦煤。中等揮發(fā)分，一般大于18%—30%，大多能單獨煉焦。Y值一般大于12%—25%，主要是煉焦用。

9）氣煤：是煤化程度最底的煉焦煤，干燥無灰基揮發(fā)分均大于30%，膠質層最大厚度大于5—25mm，隔絕空氣加熱能產生大量煤氣和焦油。主供煉焦，也作為動力煤和氣化用煤。煤質低灰低硫，可選性好，是我國煉焦煤中儲量最多的一種。

10）肥煤：中等煤化程度的煙煤，高于氣煤。揮發(fā)分一般為24%—40%，膠質層最大厚度大于25mm，軟化溫度低，有很強的粘結能力，是配煤煉焦的重要成分。主要用于煉焦，也作動力用煤。

11）弱粘煤：粘結性較弱，煤化程度較低的煤，介于煉焦煤和非煉焦煤之間，結焦性較好，低灰低硫高熱量，可選性較好。部分煉焦，多部分作動力煤和民用。

12）不粘煤：揮發(fā)分相當于肥煤和肥氣煤，但幾乎沒有粘結性，水分高，發(fā)熱量低，主要作動力煤。 13）長焰煤：煤化程度僅高于褐煤的最年輕煙煤，揮發(fā)分高，水分高，不粘，主要是發(fā)電和其他動力用煤。

14）褐煤：是煤化程度最低的煤，外觀呈褐色或黑色，與煙煤最主要的區(qū)別是褐煤含有數(shù)量不等的原生腐植酸，而煙煤不含。高水分高揮發(fā)分，低發(fā)熱量低灰熔點，熱穩(wěn)定性差，主要是發(fā)電和動力用煤。 2100433B

十二、焦渣特征（CRC )

煤炭熱分解以后剩余物質的形狀。根據(jù)不同形狀分為8 個序號，其序號即為焦渣特征代號。

1──粉狀。全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒．

2──粘著。用手指輕碰即為粉末或基本上是粉末，其中較大的團塊輕輕一碰即成粉末。

3──弱粘性。用手指輕壓即成不塊。

4 ──不熔融粘結。用手指用力壓才裂成小塊，焦渣上表面無光澤，下表面稍有銀白色光澤．

5 ──不膨脹熔融枯結。焦渣形成扁平的塊，煤粒的界限不易分清．焦渣上表面有明顯的銀白色金屬光澤，下表面銀白色光澤更明顯。

6──微膨脹熔融粘結。用手指壓不碎，焦渣的上、下表面均有銀白色金屬光澤，但焦渣表面具有較小的膨脹泡．

7──膨脹熔融粘結。焦渣的上、下表面均有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm。

8──強膨脹熔融粘結。焦渣的上、下表面有銀白色金屬光澤，焦渣高度大于15mm。

十三、煤炭工業(yè)分析指標的基準（詳見有關章節(jié)）

通常是指按照國家技術標準測定煤炭的基本物理、化學特性的分析項目，主要有工業(yè)分析、元素分析、灰成分分析，煤、煤粉和灰分性質的測定等。

煤質分析工業(yè)分析

包括對水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的測定，有時還包括硫分和發(fā)熱量等項數(shù)據(jù)的測定。

煤質分析元素分析

測定煤中有機質的碳、氫、氧、氮和可燃硫等主要元素組分，以質量百分數(shù)表示，收到基中連同水分和灰分總和為100%。

煤質分析成分分析

煤中的水分和灰分含量常隨開采、運輸、貯存及氣候條件而異，其他成分的含量也將隨之發(fā)生變化，為了便于生產和科研，通常采用四種成分分析基準：①收到基：以收到狀態(tài)的煤為基準的表示方法；②空氣干燥基：以空氣干燥狀態(tài)的煤為基準的表示方法;③干燥基：以無水狀態(tài)的煤為基準的表示方法;④干燥無灰基：以假想的干燥無灰狀態(tài)的煤為基準的表示方法。

除水分和低位發(fā)熱量以外，不同基準成分數(shù)值間的換算系數(shù)見表1。

煤質分析成分特性

灰分是由金屬氧化物和非金屬氧化物及其鹽類組成的復雜物質，以SiO₂和Al₂O₃為主，還有Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、SO₃、Na₂O和K₂O等，以及一些Mn、V和Mo等元素的氧化物。

(1)灰成分測定：按工業(yè)分析條件灼燒煤樣制得灰樣，用NaOH溶融，沸水浸取，加HCl溶解，蒸發(fā)至近干，再制備試液。不同成分用不同方法測定，如，SiO₂用動物膠凝聚質量法，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃、CaO和MgO用EDTA容量法，Na₂O和K₂O用火焰光度法，P₂O₅用比色法等，還可以用原子吸收光譜法來測定除磷以外的其他灰成分。

(2)灰的熔融特性：通常稱為灰熔點，煤灰沒有固定的熔化溫度，僅有一個熔化溫度范圍。中國和世界上大多數(shù)國家以角錐法作為標準測定方法，記錄在半還原氣氛中的三個特征溫度：變形溫度DT，即灰錐尖開始變圓或彎曲時的溫度;軟化溫度ST，即灰錐體彎曲。

表1 不同基準成分數(shù)值間的換算系數(shù)

注： 表中M表示水分，A表示灰分。

到錐尖觸及托板或錐體變成球形和高度不大于底長的半球時的溫度；流動溫度FT，即灰錐完全熔化或展成高度≤1.5 mm薄層時的溫度，也稱為熔化溫度。有的國家用熱顯微鏡觀測柱體試樣的熔融特征來確定其特征溫度。

(3) 灰黏度： 表征灰在高溫熔融狀態(tài)下的流動特性，通常根據(jù)牛頓摩擦定律用鉬絲扭矩式黏度計測定1750℃以下1～10 Pa·s范圍內的熔體黏度。

煤質分析煤粉性質

煤是一種成分、結構非常復雜且極不均一，包括有機和無機化合物的混合物，以及無機物和有機質組成的金屬有機絡合物，其性質是多方面的，其中與燃燒關系較密切的有可磨系數(shù)、磨損指數(shù)、煤粉細度、密度、自由膨脹序數(shù)五項。

(1)可磨系數(shù)：表征煤被粉碎的難易程度，測定的依據(jù)是破碎定律，即在研磨煤粉時所消耗的能量與新產生的表面面積成正比。廣泛采用的主要方法有哈德葛羅夫 (Hardgrove) 法與全俄熱工研究所(ВТИ)法，其近似換算關系為：KВТИ=0. 0034(K) 0.61。

(2)磨損指數(shù)：表征煤在破碎過程中對金屬研磨部件磨蝕的強烈程度，現(xiàn)多使用YGP (Yancey，Geerand Price)法來測定在規(guī)范條件下煤樣對純鐵的磨損量。

(3)煤粉細度：煤粉是由各種尺寸不同(一般在1～500 μm)、形狀不規(guī)則的顆粒所組成，其細度一般用標準篩來測定，以篩孔尺寸為x (μm) 的篩子篩后剩余量占粉樣的百分數(shù)Rx(%)來表示。

(4)密度：煤的密度通常以不同的方式表示，有真密度、視密度和堆積密度之分。真密度是在20℃時，煤的質量與同溫度、同體積(不包括煤內外表面孔隙)水的質量之比；視密度為在20℃時，煤的質量與同溫度、同體積(包括煤內外表面孔隙)水的質量之比，又稱為假密度；煤粉堆積密度是煤粉在自然堆積狀態(tài)下的視密度。

(5)自由膨脹序數(shù)：表征煤的黏結特性，把煤按規(guī)定方法加熱，所得焦塊與一組標準焦塊側面圖進行比較來確定的序號數(shù)。