煤化指标与煤质分析

一、煤级分析中的有关概念

煤的工业分类即煤的分类主要是依据煤级，而煤级划分的依据是煤质指标，特别是一些关键的煤质指标。一些煤质指标即煤化程度指标在前面已经做过介绍，本节将围绕煤的工业分类对一些煤级指标的获得做概略介绍(煤质学和煤化学已是独立的学科)。

“基”是表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的，煤质分析中常用的“基”有空气干燥基、干燥基、收到基、干燥无灰基、干燥无矿物质基。在新旧标准中，“基”采用的符号不同(表7-1)。

表7-1 新旧标准中各种基采用的符号对照

空气干燥基是指以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准，表示符号为 ad(air dry ba-sis); 干燥基是指以假想无水状态的煤为基准，表示符号为 d(dry basis); 收到基是指以收到状态的煤为基准，表示符号为 ar(as received); 干燥无灰基是指以假想无水、无灰状态的煤为基准，表示符号为 daf(dry ash free); 干燥无矿物质基是指以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，表示符号为 dmmf(dry mineral matter free)。

可以看出，新的 “基”是用英文名词的开头字母表示的，而旧 “基”是用汉语拼音的字头表示。

二、主要的煤化指标

煤化指标是通过煤的工业分析获得的。工业分析也叫技术分析或实用分析，包括煤中水分、灰分和挥发分的测定及固定碳的计算。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据，根据工业分析的各项测定结果可初步判断煤的性质、种类和各种煤的加工利用效果及其工业用途。

煤化程度指标简称煤化指标，又称煤级指标。由于煤化作用是个复杂的过程，不同煤化阶段中各种指标变化的显著性各不相同，因此对于一定煤化阶段往往具有不同的煤化程度指标(表7-2)。

表7-2 常用煤级指标在不同煤级阶段的变化情况

注:①各指标测值的变化范围按煤级增加的方向排列;②规律性差。(据杨起等，1988)

有关煤的化学组成和煤的元素已在第六章中介绍，这里仅就煤质分析中的一些关键指标如水分、灰分、挥发分、镜质体反射率等做简略介绍。

1水分

水分是一项重要的煤质指标，它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用。

在现代煤炭加工利用中，有时水分高反是一件好事，如煤中水分可作为加氢液化和加氢气化的供氢体。在煤质分析中，煤的水分是进行不同基的煤质分析结果换算的基础数据。可以根据煤的水分含量来大致推断煤的变质程度。

2灰分

煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物。它是煤中矿物质在一定条件下经一系列分解、化合等复杂反应而形成的，是煤中矿物质的衍生物。它在组成和质量上都不同于矿物质，但煤的灰分产率与矿物质含量间有一定的相关关系，可以用灰分来估算煤中矿物质含量。煤中矿物质来源有三，一是“原生矿物质”，即成煤植物中所含的无机元素;二是“次生矿物质”，即煤形成过程中混入或与煤伴生的矿物质，三是“外来矿物质”即煤炭开采和加工处理中混入的矿物质。煤中存在的矿物质主要包括黏土或页岩、方解石(碳酸钙)、黄铁矿或白铁矿以及其他微量成分，如无机硫酸盐、氯化物和氟化物等。

煤中灰分是另一项在煤质特性和利用研究中起重要作用的指标。在煤质研究中由于灰分与其他特性，如含碳量、发热量、结渣性、活性及可磨性等有程度不同的依赖关系，因此可以通过它来研究上述特性。由于煤灰是煤中矿物质的衍生物，因此可以用它来算煤中矿物质含量。此外，由于煤中灰分测定简单，而它在煤中的分布又不易均匀，因此在煤炭采样和制样方法研究中，一般都用它来评定方法的准确度和精密度。在煤炭洗选工艺研究中，一般也以煤的灰分作为一项洗选效率指标。

3挥发分

煤样在规定的条件下，隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率即为挥发分。

煤的挥发分主要是由水分、碳氢的氧化物和碳氢化合物(以CH4为主)组成，但煤中物理吸附水(包括外在水和内在水)和矿物质二氧化碳不属挥发分之列。

工业分析中测定的挥发分不是煤中原来固有的挥发性物质，而是煤在严格规定条件下加热时的热分解产物，改变任何试验条件都会给测定结果带来不同程度的影响。

影响挥发分测定结果的主要因素是加热温度、加热时间、加热速度，此外试验设备的型式和大小，试样容器的材质、形状和尺寸以及容器的支架都会影响测定结果，即测定结果取决于所规定的试验条件，因此说它是一个规范性很强的试验项目。

煤的挥发分产率与煤的变质程度有比较密切的关系———随着变质程度的加深，挥发分逐渐降低(表73)，因此根据煤的挥发分产率可以估计煤的种类。在我国及前苏联、美国、英国、法国、波兰和国际煤炭分类方案中，都以挥发分作为第一分类指标。

表7-3 挥发分与煤的变质程度的关系

根据挥发分产率和测定挥发分后的焦块特性可以初步决定煤的加工利用途径。如高挥发分的煤，干馏时化学副产品产率高，适于作低温干馏原料，也可作为气化原料;挥发分适中的烟煤，粘结性较好，适于炼焦。在配煤炼焦中，要用挥发分来确定配煤比，以将混煤的挥发分控制到适宜范围25%～31%。此外，根据挥发分，可以估算炼焦时焦炭、煤气、焦油和粗苯等产率。在燃煤中，可根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源。在气化和液化工艺条件的选择上挥发分也有一定的参考作用。在环境保护中，挥发分还作为制定烟雾法的一个依据。

此外，挥发分与其他煤质特性指标，如发热量、碳和氢含量都有较好的相关关系。利用挥发分可以计算煤的发热量和碳氢含量。

4煤的镜质体反射率

煤的镜质体反射率是不受煤的岩石成分含量影响，但却能反映煤化程度的一个指标。煤的镜质体反射率随它的有机组分中碳含量的增加而增高，随挥发分产率的增高而减少。也就是说同一显微组分，在不同的变质阶段，反射率不同，它能较好地反映煤的变质程度。因此，镜质体反射率是一个很有前途的煤分类指标。特别是对无烟煤阶段的划分，灵敏度大，是区分年老无烟煤、典型无烟煤和年轻无烟煤的一个较理想的指标。目前在国际上已有许多国家采用镜质体反射率作为一种煤炭分类指标。此外，煤的镜质体反射率在评价煤质及煤炭加工利用等方面都有重要意义，如日本、西德等国家用镜质体反射率来指导炼焦配煤来控制煤质量等等，而且在石油、地质勘探研究方面也很有价值。

反射率是指垂直反射时，反射光强度和入射光强度的百分比值，一般用R表示。

煤地质学

测定煤的镜质体反射率是将已知反射率的标准片和煤样(镜质体)放在显微镜下，在一定强度的入射光中，它们反射出的微弱光流，通过光电倍增管转变为电流并被放大成较强的电信号，然后将电信号输出并馈入到记录装置。根据记录装置刻度盘上读出标准片的反射光强度值和煤的镜质体的反射光强度值，按下式求出煤的镜质体反射率:

煤地质学

式中:R镜为煤的镜质体反射率;I标为标准片的反射光电流强度;I镜为煤的镜质体反射光电流强度;R标为标准片的反射率。

标准片的反射率R标按下式计算:

煤地质学

式中:n为标准片的折射率;n0为样品和物镜之间介质的折射率，空气为1，香柏油一般为1515～1518。

1含煤性

昭通地区万寿山组含煤3～11层，总厚280～650m。其中可采煤层1～3层，可采总厚170～400m，鲍家地一带为聚煤中心，含煤11层，总厚＞6m，可采煤层3～5层，可采总厚366～506m。

（1）鲍家地煤矿：含煤地层厚120m，以4号煤层底为界，分为上、下两个含煤段：下含煤段：地层平均厚4718m，含煤5层，其中比较稳定的3层，自下而上编号为1、2、3号煤，其平均厚度分别为150m、045m、050m。上含煤段：地层平均厚72m，含煤6层，其中较稳定者4层，编号为4、5、6、7号煤，其平均厚度分别为070m、070m、100m、166m。7号煤为全区的主煤层，在鲍家地煤厚162～300m，在凉风台煤厚140m。

（2）小发路煤矿区801钻孔含煤性。含煤地层厚15189m，中部含煤段地层厚7194m，含煤7层，总厚488m，其中全区可采及大部可采煤层2层，平均M3煤厚118m、C5煤厚202m，可采总厚320m，含煤段顶部最主要的可采煤层M5煤层，距煤系顶界4485m。

（3）沉积区西北部煤系薄化区的含煤性。沉积区西北部煤系超覆薄化区，如靖安大坪、王家山、大关石灰、阿多罗等地，煤系厚25～60m，含煤2～4层，一般可采煤煤层1层，厚180m，较稳定。大坪矿段煤系厚53m，含煤8～11层，煤层总厚425～700m，其中可全区对比的C1（C4）煤层结构简单，厚度稳定，在走向长43km内，煤厚140～310m，一般厚200m，上距上司段灰岩42m，之间夹薄煤，煤线或炭质泥岩3～7层，下至下伏岩关组硅质灰岩5～10m，之间有015～050m的薄煤1～3层（表5-4）。煤层对比。主煤层C1（小发路C5、鲍家地C7、大坪C4、石灰及阿多罗C2）是含煤段上部的一层稳定煤层，一般厚150～250m，其上一般无煤层出现，个别点其上5m左右偶见一层不稳定的薄煤（表5-5）。主煤层以光亮煤为主，顶、底板均为富含黄铁矿结核的炭质泥岩。在沉积中心小发路—鲍家地一带，煤层在煤系的中上部，距煤系顶界40～45m，在煤系超覆变薄区，煤系下部缺失一段，因而煤层在煤系的下部，距煤系顶界20～30m，距煤系底5～10m，对比可靠（图5-11）。

表5-4 云南东部昭通地区万寿山组（C1w）矿区含煤性表

表5-5 小发路煤矿区C5煤层煤岩显微组分测定结果表

图5-11 昭通地区下石炭统万寿山组岩煤层对比图略图

2煤质及煤类

（1）煤的宏观及微观特征。煤呈亮黑色、玻璃 金刚光泽，条带状结构、层状构造，平坦阶梯状及贝壳状断口，内生裂隙不发育，硬度3～5度，以块煤为主。宏观煤岩类型为半亮型 光亮型，煤岩组分较均一，以镜煤为主，亮煤次之，夹少量暗煤条带，丝炭少见。矿物基煤岩显微组分镜煤化基质均质体占960%～943%，平均952%，夹少量呈条带状及透镜状分布于煤岩中的丝煤化基质体及丝质体，占40%～57%，平均48%。镜质组最大反射率Rmax为294%，属无烟煤。

（2）煤的化学分析特征。据煤质化验结果，为特低灰—低灰，中高—高硫，高发热量无烟煤三号（WY3），见煤质附表。煤的灰分：原煤灰分一般小于10%，最小为187%，灰分大于15%时，常与煤层变薄或含黄铁矿多有关，以小发路煤矿区煤灰分最低，西北部矿区的煤灰分稍高。全硫（St，d）及各种硫：原煤全硫一般大于4%，最大达15%，硫铁矿硫和有机硫都高，但在一层煤中，从下往上硫铁矿硫升高，有机硫减少。只有小发路矿区M5煤层，以硫铁矿硫为主，有机硫只占其1/4 以下，一般小于05%。浮煤全硫一般仍大于2%，最小035%，最大达453%（靖安大坪），一般硫铁矿硫可洗去85%，而有机硫却不能用一般洗选方法脱除，甚至洗后还略有增加，故洗后仍为高硫煤，其中有机硫占浮煤全硫的85%左右，只有小发路矿区以硫铁矿硫为主的M5煤层，浮煤全硫可低到060%。煤中硫的高低，主要取决于受海水的影响程度和泥炭沼泽水介质的还原程度。高硫煤中含量高的有机硫是原生的，即成煤植物生长在受海水浸泡的沼泽中，硫已与植物的有机质结合，很难洗选脱除；煤中的硫铁矿硫是准同生的，它是在泥炭阶段及成岩过程中受海水的影响形成的，多以黄铁矿结核或浸染状存在于煤层的上、下部或呈条带状夹在煤层之中，一般较易洗选脱除。如果以煤中有机硫含量的高低，来衡量受海水影响程度的话，那么，昭通聚煤区下部煤层受海水的影响大于上部煤层；聚煤区中心的煤层受海水影响大于边缘煤层。因此，也许只有小发路煤矿区及其以东巴爪一带，煤系上部的5号煤，是以硫铁矿硫为主，有机硫含量较低的，可以洗选为特低硫煤，是有利于深加工的优质无烟煤。昭通区凉风台一大垭口的上部主采煤层（7号煤），有机硫含量为过渡带。聚煤区西部白草坪背斜西翼的丁家坡煤矿点，是否为有机硫低的煤层，尚需今后采样验证。各主要矿区煤质特征如下：各矿区中，小发路的C5煤层、鲍家地的C7煤层及靖安大坪、大关石灰、阿多罗的C2煤层，是可以对比的同一层主要可采煤层（表5-6、表5-7）。上表所列大关石灰煤矿C2煤层厚180m，以等厚连续采分层煤样8件，化验结果有如下特征：①各分层样均为高硫煤，由下往上全硫升

表5-6 大关石灰煤矿M2煤层主要煤质分析表

表5-7 小发路矿区C5煤层分层煤质特征表

高，其中硫铁矿硫明显升高，有机硫降低，硫酸盐硫含量甚微。②全硫：原煤为672%，浮煤为383%，其中浮煤有机硫高达329%，占全硫的86%，洗选后仍为高硫煤。③全硫的洗选脱硫率为1270%～701%，平均为430%，硫铁矿硫含量高的煤，脱硫率高。④硫铁矿硫的脱除率为528%～9280%，平均8470%；洗选的全硫脱硫量289，与硫铁矿硫的脱硫量298很相似。说明硫铁矿硫大部分能洗选脱除，而且能洗选脱除的主要是硫铁矿硫。⑤各分层煤样原煤的有机硫与浮煤的很接近，全层煤有机硫原煤为320%，浮煤为329%，洗选后浮煤有机硫略有升高。说明用一般的洗选方法，有机硫不能脱除。上列两个钻孔C5煤层分层煤质特征如下：①煤层中部约占全层厚度1/2的煤为特低灰、低硫煤。煤层顶、底部各占全层厚度1/4的煤为灰分稍高的低灰、高硫煤。②全层原煤为高硫煤，浮煤为低硫煤。③原煤各种硫以硫铁矿硫为主，平均含量334%，占全硫的874%，容易洗选脱硫，平均脱除量317%，脱除率达949%。④与其他矿区相同煤层比较：其他矿区为有机硫含量很高的高硫煤，有机硫不能洗选脱除，洗后仍为高硫煤；小发路矿区C5煤层为以硫铁矿硫为主的高硫煤，有机硫含量很低，可以洗选为低灰、低硫的优质煤（表5-8）。小发路矿区801钻孔煤层煤质特征显示以下规律：①各煤层均为高硫煤，从下往上煤层有机硫含量由高变低，其中C1、C3煤层以有机硫为主，C5煤层以硫铁矿硫为主，显示成煤植物生长期沼泽受海水的影响由强到弱。②因C1、C3煤层有机硫洗选后反而增加，故各煤层从下而上浮煤全硫含量由高硫到低硫变化，C1、C3煤仍为高硫煤，C5为低硫煤。③各煤层基本上为低灰煤（C1为中低灰煤），洗后均为特低灰煤，浮煤回收率从下而上由低变高，以C5煤层最好。

表5-8 小发路矿区801钻孔垂向煤层煤质特征变化表

1、外观上：虽然从色泽上看都是黑色的，但是黑得不同，一般优质的煤黑的发亮、颜色较纯正；劣质煤炭则显得发污、发黄、发红。

2、重量上：优质的轻，劣质的则重，而且也可以采用煤试烧进行辨别。

3、火候上：质煤一般都烧不着或者不旺，存在热量低、点火难、易熄火等缺陷；而且还存在异味，臭味大。

扩展资料：

煤炭的使用注意事项：

1、合理使用煤炉，及时安装烟筒并使其完整。

2、煤炉、烟筒一定要密封。

3、烟筒伸向窗外的部分一定要加装防风帽。

4、白天烧火做饭时要打开窗户，确保空气流通。

5、每2—3个月要清扫1次烟筒，以防烟灰堵塞烟筒，影响煤烟出路。

Mt代表全水份、Mad代表空气干燥基水份、Aad代表灰分、Vad代表挥发分。

煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。

煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。

灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。

扩展资料：

常报的水份指标有：

1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。

2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。

也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。

固定碳含量是指除去水分、灰分和挥发分的残留物，它是确定煤炭用途的重要指标。从100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即煤的固定碳含量。根据使用的计算挥发分的基准，可以计算出干基、干燥无灰基等不同基准的固定碳含量。

参考资料来源：百度百科-煤质化验

参考资料来源：百度百科-全水分

参考资料来源：百度百科-空气干燥基

参考资料来源：百度百科-灰分

参考资料来源：百度百科-挥发分

221 煤的变质程度与煤层气富集

影响煤层含气量的内在煤质因素有煤阶、煤质（显微组分）、水分和矿物质含量等，但最主要的为煤的变质程度，其次为煤的显微组分等。如鄂尔多斯盆地东缘地区石炭－二叠纪煤田，从北到南变质程度增高，在埋深等基本地质条件相当的情况下，北部长焰煤、气煤（R°＝056%～080%）的平均甲烷含量242m3/t，中部焦煤（R°＝12%～16%）为1120m3/t，南部瘦贫煤（R°＝16%～20%）为1697m3/t。又如我国著名的煤层气富集区（如晋城、焦作、阳泉、湘中、湘东南等）均分布在高变质的无烟煤地区，也反映了煤变质程度对煤层含气量的影响。

由于就煤的任何生气阶段都足以满足煤层的吸附气量，因此随煤变质程度增加，煤的累计生气量确实增大，但这并不是其含气量增高的主要原因。煤层含气量随煤变质程度增高而增大的原因主要有：①煤变质程度影响煤吸附气的能力，在其他条件相同时，煤层吸附能力随煤变质程度增高而增加（图218）；但是当煤层进入超变质阶段（无烟煤1号曲线）之后，吸附能力迅速下降，甲烷吸附量几乎为0（图219）。②煤阶是影响割理发育的主要因素，通常低煤阶的煤割理不甚发育，到烟煤阶系列时割理发育，并且割理面最密集的发生在低挥发分烟煤阶附近。煤在R°＝13%左右时，割理密度最大，约为60条/5cm。

Law等学者曾专题研究过割理间距（或割理频率），认为割理频率（割理数/线性单元）与煤阶存在函数关系。割理频率从褐煤到中等挥发分烟煤随煤阶升高而增大，然后到无烟煤时随煤阶上升而下降，形成一条钟形曲线（图219）。

值得注意的是，煤的变质程度除与其埋藏史有关外，局部热力作用（如火成岩活动）会加速一定区域煤层的热变质，鄂尔多斯盆地东部紫金山地区、沁水盆地南部地区和南方六盘水地区的煤层都是经受热变质的煤层。

222 韩城矿区煤质特征

2221 元素分析

根据煤的元素分析资料，本区2＃、3＃、5＃、11＃精煤Cdaf含量为8006%～9216%，一般为8803%～9110%。其中11＃煤Cdaf含量偏低，一般为8006%～8906%。各煤层的Hdaf含量比较接近，变化在408%～440%。Ndaf各煤层含量一般在15%以下，其中11＃煤层为10%左右。各煤层Cdaf含量一般为210%～270%。

图218 不同变质程度的煤岩吸附等温曲线变化特征

（据张胜利等，1997）

图219 不同煤阶甲烷吸附量演化图

（据赵庆波等，1997）

对比分析南北区元素分析资料，北区下峪口井田各煤层的Hdaf、Ndaf、Odaf含量一般略高于南区象山井田，其中Hdaf含量平均高出019%，Ndaf平均高出003%，Odaf平均高出015%左右。

2222 工业分析

据煤的工业分析资料，研究区2＃煤层原煤灰分为712%～389%，平均2044%，3＃煤层原煤灰分为479%～3917%，平均1896%；5＃煤层原煤灰分为887%～3778%，平均1876%，11＃煤层原煤灰分为528%～3951%，平均2338%。垂向上，不同煤层间相比，3＃、5＃煤层平均灰分最低，11＃煤层平均灰分最高，2＃煤层平均灰分介于两者之间；横向上，不同区域之间，各煤层灰分变化情况是，北区各煤层平均灰分均低于南区相应煤层。北区2＃、3＃及11＃煤层平均灰分分别为993%，1758%及2236%，南区则分别为2136%，2122%及2418%。

研究区2＃煤层平均挥发分产率为1708%，3＃煤层平均为1515%，5＃煤层平均为1328%，11＃煤层平均为1473%。不同煤层间，除5＃煤层外，垂向上均具有自上而下挥发分产率降低的规律。横向上不同区域间相比，南区各煤层的平均挥发分产率均低于北区相应煤层。在南区2＃、3＃及11＃煤层平均挥发分产率分别为1601%，1445%及1374%，在北区则分别为1745%，1558%及1591%。纵向上各煤层挥发分产率均具有随着煤层埋藏增加，由浅而深逐渐降低的趋势。

2223 宏观煤岩特征

研究区煤均属腐植煤类的中高煤级烟煤。根据相对平均光泽类型划分煤岩类型，各煤层宏观煤岩特征如下：

2＃煤层以半光亮型煤为主，部分井田出现光亮型煤区，半暗型煤和暗淡型煤含量少，这与显微煤岩定量的情况基本一致。具条带状结构，层状构造明显，具水平层理。

3＃煤层以半亮型煤和暗淡型煤为主，其次为光亮型和半暗淡型煤。显微组分中，丝炭化组分和半丝炭化组分含量一般在10%左右，高于2＃煤。在4303－2煤样中见到大量方解石细脉。

5＃煤层主要是半光亮型煤，其次为暗淡型煤，具条带状结构，水平层理发育。在煤层的中下部断续分布有黄铁矿结核层。煤中方解石含量较高。部分样点方解石含量达540%。该煤层较为疏松。

不同井田11＃煤层煤岩类型有所不同。在象山煤矿和下峪口矿以半光亮型煤为主，次为暗淡型煤，下峪口井田边部局部煤层以半暗煤为主；桑树坪矿以光亮煤为主，暗淡型煤次之；马沟渠煤矿，四种煤岩类型均有产出，半光亮型煤为主，次为半暗型、暗淡型和光亮型煤。11＃煤层比较坚硬，可能与灰分含量偏高有关。

总之，2＃、3＃、5＃煤层基本以半光亮型煤为主，其中象山井田较下峪口井田各煤层光亮型煤所占比例稍高。宏观煤岩特征在微组分上有较明显的反映。

2224 显微煤岩特征

研究区太原组煤的显微组分以镜质组为主，惰质组次之，壳质组含量极少，矿物组分中黄铁矿含量较高。山西组煤的显微组分同样以镜质组为主，但矿物组分中黄铁矿含量较少，而石英、粘土等矿物含量较高。

矿区不同煤层和不同区域煤的显微组分存在一定差异。南区3＃煤层，镜质组平均含量8701%，其中以无结构镜质体为主，结构镜质体很少，并见有粘土充填。丝质组和半丝质组平均含量725%，此外还含有少量的粗粒体和碎屑丝质体，一般含量均在1%以下，未见壳质组分。5＃煤层镜质组平均含量为83%，以无结构均质体为主，半丝质组、丝质组含量为71%，并以结构丝质体为特点，胞腔的长轴为004～012mm，胞腔中部分为粘土矿物充填，碎屑丝质体极少。11＃煤层镜质组平均含量为7810%，丝质组、半丝质组平均含量为1075%，粘土矿物含量少。综观南区各煤层，镜质组含量以3＃煤层最高，次为5＃煤层，11＃煤层相对最低，相反，丝质体含量11＃煤层最高。

北区2＃煤层镜质组平均含量为8485%，丝质组和半丝质组含量为474%，镜质体主要以无结构镜质体为主，半镜质体和丝质体多具结构细胞特征，在相当多的煤光薄片中，观察到排列整齐的细胞组织，细胞壁呈亮**，胞腔中见有粘土充填物，3＃煤层镜质组含量平均8519%，以无结构镜质体为主，丝质组和半丝质组含量为33%，大部分为碎片状，在部分煤样中还含有很少量的粗粒体、碎屑丝质体和极少量的壳质组。粗粒体呈椭圆形，内部不显结构，含量1%左右。碎屑丝质体常呈棱角状碎片，含量约为12%，壳质组含量极少，在少数煤样中可见到大孢子，含量仅02%。此外，还观察到浑圆体和单孢菌类体等。无机组分中，方解石含量较高，达4%～8%，呈脉状形式存在。11＃煤层镜质组含量平均为8051%，次为丝质组和半丝质组，含量平均为719%，粗粒体含量极少。无机组分中，粘土呈分散状态存在，黄铁矿以颗粒分散状态分布，颗粒平均粒径31μm左右。

综观北区各煤层镜质组含量以3＃煤层最高，次为2＃煤层，11＃煤层相对较低。

从南北区对比来看，各煤层均由镜质组（包括半镜质组）及丝质组（包括半丝质组）组成。其中以镜质组为主要成分，含有极少量的壳质组和粗粒体。壳质组含量极低与本区煤层有机显微组分处于中高煤级演化阶段，壳质组分解消失有一定关系。从3＃和11＃煤层来看，3＃煤层在南区的镜质组平均含量略低于北区，相反丝质体含量略高于北区。11＃煤层正好相反，镜质体平均含量为北区高南区低，丝质体为南区高，北区低。

此外，据对北区受构造作用较显著的3＃煤层煤样镜下观察，这类煤中残留的细胞被压偏拉长，呈定向排列，细胞长轴平均93～124μm。最长达124μm，被粘土矿物充填。还可观察到挤碎的棱角状丝质体和半丝质体碎片，这可能成为北区构造强烈部位煤层气渗透性降低的原因之一。

2225 煤岩显微组分反射率

煤岩显微组分的反射率受煤化程度和煤岩组分的控制。随着煤化程度的加深，煤镜质体逐渐增大，煤的光学异向性增强。即使在同一煤级的煤中，由于不同的显微组分在化学组成和结构上的不同，它们的反射率值也存在差异。下面分区介绍煤岩显微组分反射率的变化情况。

南区象山井田，煤镜质组平均最大反射率为168%～181%，最小值139%，最大值240%，标准差012%。与国内同类煤岩组分反射率标准值R°max相一致。丝质组最大平均反射率为232%～280%，最小值195%，最大值328%，标准差014%。马沟渠井田煤岩镜质组平均最大反射率为156%～183%。总体南区各煤层煤岩镜质组平均最大反射率变化不大。

北区下峪口井田，煤岩镜质组平均最大反射率为139%～173%，最小值132%，最大值189%，标准差007%；丝质组平均最大反射率为229%～238%，最小值为190%，最大值为276%。桑树坪井田，镜质组平均最大反射率为150%～163%，最小值为135%，最大值为199%。燎原井田镜质组平均最大反射率为149%～184%，最小值 120%，最大值 205%，标准差为 011%。北区镜质组平均最大反射率为149%～184%，最小值120%，最大值205%，标准差为011%。总体北区镜质组平均最大反射率低于南区，而且由下峪口井田向桑树坪井田方向煤岩镜质组反射率逐渐变小。

从理论上分析，镜质组反射率值在130%～20%的范围内，有可能形成有工业价值的煤层气藏。对于南区的象山和北区的下峪口井田，煤岩镜质组反射率虽有差异，但各煤层镜质体反射率均处在这个范围内，具有较好的产气条件。丝质组反射率对研究煤层气没有直接的关系，但它与镜质组反射率的变化有明显的一致性，因此，丝质组反射率可作为煤层气评定的参考数值。

2226 显微组分与孔隙特征

在煤化作用过程中，煤的孔隙率、孔容、内表面积等有关参数均发生有规律的变化。从总的变化趋势看，孔容、中孔、大孔体积随变质程度的增高而降低，微孔和小孔体积的内表面积逐渐增高。在中高煤级阶段的焦、瘦、贫煤段，镜质组反射率R°max处在130%～20%的范围内，显示出煤的微、小孔发育，内表面积增大的特点。

在煤岩组分中，丝质组分含量越高，煤的孔隙率越大。同时孔隙率还取决于丝质组胞腔结构的保存情况和被其他物质的充填程度。从丝质组分胞腔结构看。细胞胞腔在构造作用下被定向拉长，且排列整齐，胞腔仅有少部分被粘土充填，这种残留结构在3＃、5＃煤中多个样点被观察到。由于北区下峪口井田3＃煤层丝质组含量高于南区象山井田，因此，北区3＃煤层中孔和大孔孔隙率较南区大。镜质组在中高煤级段以小孔、微孔为主，南区象山井田3＃煤镜质组含量高于北区，预计南区3＃煤层小孔和微孔孔隙率较北区大。南区5＃煤与北区2＃煤显微组分含量相近，但均低于南区3＃煤层镜质组含量，故它们的孔隙率应较南区3＃煤层为高，本区壳质组含量极少，壳质组孔隙不发育。一般丝质组分具有好的细胞腔通道，当被无机组分充填或被破坏，有可能成为不利于气体流动的因素。北区可能具有这类不利因素。

无机组分对孔隙的影响不可忽视，煤中的矿物组分主要充填于大孔和中孔中，对微孔和小孔影响不大。本区煤中矿物组分主要是粘土矿物，其次为黄铁矿和方解石。粘土矿物以分散的形式存在，胞腔中可观察到部分粘土充填。黄铁矿以星点状分布在煤中，对孔隙充填影响较小。方解石以微细脉状充填于后生裂隙之中，对细胞腔几乎没有影响。本区11＃煤层灰分含量较其他煤层为高，故灰分对11＃煤层渗透性的不良影响要较别的煤层为大。

中国的煤岩煤质特征，在不同地区、不同时代的煤之间存在着明显的差别。这是由于古地理、古气候、古构造、古植物条件不同，以及地球化学条件和煤化作用有所差异造成的。早古生代没有陆生高等植物生长，但是在广阔的浅海中，特别是在边缘近岸浅海内，藻类等低等生物大量繁殖，为形成早古生代煤提供了充分的原料。中国早古生代的煤统称石煤，以高灰、高硫、低碳、低发热量为特点，主要分布在湖北西部、陕南实康、浙江余杭及常山、湖南常德及汉寿等地，聚煤时代以寒武纪、志留纪为主，某些地区有震旦纪和奥陶纪石煤分布(如浙江余杭、常山，湖南常德等)。早古生代煤变质程度高，普通达到无烟煤阶段。其灰分和硫含量高，发热量低。按照灰分和发热量的高低，早古生代石煤基本上分成劣质腐泥无烟煤和优质腐泥无烟煤两类。其次，劣质腐泥无烟煤灰分高达40%～90%，发热量低，多为炭质泥岩和炭质板岩，优质腐泥无烟煤，灰分一般小于20%～40%，发热量高达1675～2512kJ/g，少数可达2931kJ/g。早古生代煤中有机组分以均一基质为主，颜色和色调呈均匀状，异向光性明显。早古生代煤中矿物质含量高达30%～75%，成分以石英、黏土矿物和方解石为主，少量黄铁矿;矿物呈微粒状与有机质均匀混合。晚古生代的煤主要生成于陆表海盆内较平坦的滨海地区，经历了最长久的煤化作用时期，加之地壳早期海水中含电解质较多，凝胶化作用显著，因此显微组分中镜质组一般大于60%。灰分的高低则决定于距陆源区的远近，愈近大陆，灰分愈明显增加(如北方石炭二叠纪煤靠近阴山古陆，南方晚二叠世煤靠近康滇古陆的部分)，而灰分(和硫分)相对较低的煤通常总是与冲积体系向三角洲体系过渡或向碎屑海岸体系过渡的部位有关，或与上、下三角洲平原过渡带的沉积组合共生。晚古生代沉积物以富铝为特点，古煤岩系中常有铝质黏土赋存，因此在灰分中，Al2O3常大于20%;在煤的无机矿物中，黏土类通常占很大比重，因此灰熔点常大于1250℃，并且也使煤变得难以洗选。晚古生代煤的硫分以中富硫为主，只在近古陆方向煤中含硫显著下降。煤种多为中变质烟煤，闽、赣、粤煤化作用强烈地区则以无烟煤为主。中生代的聚煤环境以内陆盆地为主，早、中侏罗世鄂尔多斯、准噶尔等大型内陆盆地的气候曾经历了较干旱—温湿—较干旱的变化，造煤植物为松柏类—苏铁类—松柏类交替出现，而煤岩宏观类型则为半暗煤、暗淡煤—半亮煤、半暗煤—半暗煤、暗淡煤组合，煤岩显微组分以富丝质组为最大特征。盆地虽然经历了几个煤化作用期，但作用较弱，所以煤种以低变质烟煤和褐煤为主。煤质以低灰、特低灰、低硫、低磷为主。早白垩世小型断陷盆地的褐煤，多数以低硫、中灰为主。灰分、硫分的变化通常与物探区的远近有关，往往靠近盆缘灰分、硫分均增高。早白垩世黑龙江省东部有规模较大的近海聚煤盆地，由于有利的覆水条件造成煤岩的宏观类型以光亮型和半亮型为主，显微组分中镜质组含量可高达709%。煤中灰分由中到低。由于当时海水是淡化的半咸水，所以煤中含硫在08%以下，属特低硫煤。煤种多为中变质烟煤。古近新近纪煤大部分为褐煤，以低硫中灰煤为主;一些与海水有关的煤盆地中也出现了中硫与富硫煤。有些煤盆地中煤的壳质组，特别是树脂体含量较高，显微组分中有结构的成分增加。古近新近纪煤中的褐煤蜡和焦油产率较高。

图12-3 我国晚二叠世古气候略图(据韩德馨等，1980)

各种成因类型含煤盆地中同沉积碎屑物是各种煤灰分的主要构成部分。一些含煤盆地因为有岩浆活动和矿化强烈的地下水作用也可导致煤中后生灰分的增加，如辽宁阜新、陕西彬长、内蒙古东胜等煤田便是。中国煤的硫分，在晚古生代海陆交互相的煤中，总以中硫到高硫煤为主。中生代陆相煤则以低硫或特低硫为标志。黑龙江东部早白垩世与海水有关的含煤沉积，也以产特低硫煤为特征，这是由于当时海湾已深入内陆、海水已大为淡化的结果。南方晚二叠世与海水密切有关的煤，当硫含量超过了3%时，有机硫又占据上风，这可能是含硫的海水从泥炭沼泽阶段就不断侵入，并与有机质结合，形成了高有机硫的煤。煤的挥发分产率决定于煤化程度，但煤岩组分的影响也不容忽视，如鄂尔多斯盆地中生代低变质烟煤挥发分产率较正常值略有偏低，就是由于煤中惰质组含量较高所致。

本书对中国煤岩煤质的环境标志和若干特殊属性值做了初步归纳，结果如下:

1)沉积环境对煤质具有一定的影响。煤中灰分的高低主要决定于成煤泥炭沼泽距陆源区及海线的远近。古生代近海远陆的煤层一般为低灰煤，古陆边缘的煤层一般为高灰煤;在冲积平原上生成的煤灰分的变化还与距分流河道的远近有关。分布于分流河道或决口扇厚砂岩带一侧的煤，灰分往往较低，发育在分流河道、决口扇、潮汐水道下游的泥炭沼泽生成的煤层灰分一般较高。煤层下伏为潮道砂体和障壁岛砂体时，煤中灰分较高，坝后泥坪或涨潮三角洲前缘，煤层灰分较低。在潟湖间湾处，往往形成高灰煤。煤成分中CaO及MgO较高与海水有关，因为海水中的Ca和Mg离子伴随海水进入或渗入泥炭沼泽，可与沼泽中的CO2离子结合形成CaCO3和MgCO3沉淀下来。水介质条件不同的泥炭沼泽，形成煤的灰成分不同。通常，在咸水—半成水—淡水泥炭沼泽中形成之煤层，SiO2+A12O3含量逐渐增高，FeO+CaO+MgO+SO3含量逐渐降低。研究资料表明，在近海远陆地区煤灰成分中FeO+CaO+MgO含量大于30%～54%，在近陆远海地区煤灰成分中，SiO2+A12O3含量可高达90%以上。泥炭沼泽受海水影响程度，是导致煤中全硫及各种硫变化的主要原因。

2)华北地区的腐泥煤具有自身独特的属性。山西的腐泥煤多呈透镜状或薄层夹在腐植煤中，构成藻煤烛藻煤腐植煤的组合系列，它们是由湖泊中的藻类和漂游生物经过部分腐解生成。山西河东煤田及霍西煤田，见有腐泥煤出露，厚度为05m左右，含油率可达18%～24%。单独藻煤则产于山西大同、浑源、洪洞、蒲县及山东肥城、兖州等地。烛煤(腐植腐泥煤)则产于山西浑源及山东新泰、兖州、枣庄，常与藻煤互层产出，挥发分、含氢量、焦油产率均高。

3)中国南方晚二叠世煤中瓦斯亦独具特征。瓦斯煤主要分布于湘、赣、川、黔、滇、粤、皖诸省。其特征是:腐植煤多形成高沼气煤矿，残植煤多形成低沼气煤矿;煤层厚、含煤性好的地区多形成高沼气煤矿，中、低变质煤种多形成低沼气煤矿，高变质煤种多形成高沼气煤矿，超高变质的无烟煤既可以形成低沼煤矿，亦可形成高沼煤矿。围岩透气性的强弱是瓦斯保存的先决条件，同一地区盖层越厚，煤层埋藏越深，瓦斯积聚量越多;地质构造的有利部位控制着瓦斯的储存和运移。研究表明，瓦斯的形成与含煤岩系沉积环境关系密切，晚二叠世龙潭组煤层中的瓦斯，几乎都分布在滨海三角洲和滨海平原含煤沉积区内，前者高沼气煤矿达978%，后者高沼气煤矿占678%;而在浅海和局限海碳酸盐台地环境形成的含煤沉积区内，则以低沼气煤矿为主。

4)关于中国晚古生代煤的还原程度，不同学者看法不同。我国学者认为，煤的还原性是除煤岩成分和变质程度以外，影响煤质的第三个成因因素。相同煤岩成分和相同变质程度的煤，由于成煤原始植物属性和成煤初期转变环境的不同，可以使它们的物化性质、粘结性有所差异，也就是由于煤的还原性质不同造成的，或者说煤的不同还原程度是由不同成煤环境(或不同煤相)所造成的。赵师庆根据煤岩的显微特征研究了华北东部石炭二叠系煤层的煤质差别，识别出太原组煤一般具较强还原性，山西组煤属弱还原性，由此提出了环境—煤型—煤质的概略成因模型。韩德馨等则从华北若干地区煤的挥发分产率、碳含量、全硫量、煤灰成分及镜煤反射率的计算分析中，进一步表述了太原组煤和山西组煤还原性的差异。由于煤的还原系数(K)有明显的分带规律，因此可用以划分煤的还原类型。

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