煤的岩石组成(煤岩学基础)

第四部分第四章煤的岩相组成第五章煤的化学组成第六章煤的族组成 第四章煤的岩相组成 煤是一种有机生物岩 煤岩学是用研究岩石的方法来研究煤的学科 它是与煤地质学 古生物学 煤化学和煤工艺学等学科相关的一门边缘学科 它以显微镜为主要工具 兼用肉眼和其他技术手段 研究自然状态下煤的岩相组成 成因 结构 性质 煤化度及其加工利用特性 煤岩学研究的目的在于 通过煤岩成分的鉴定来阐明煤的成因和煤岩成分在成煤过程中的变化对煤质的影响 更合理地进行煤的分类 并搞清楚煤岩成分的各种不同的物理 化学及工艺性质 从而指导煤的合理利用和工艺加工 主要内容 煤岩组成的研究方法 有机显微组分的特征及其成因 煤岩学应用 1 什么是煤岩学 用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质 2 煤岩学研究方法宏观方法 用肉眼或放大镜观察煤 根据其颜色 条痕色 光泽 硬度 断口等特征 识别煤岩类型 判断煤的性质 适用于野外勘探和采煤工作 太粗略 微观方法 用显微镜研究煤 第一节概述 微观方法 用显微镜研究煤透射光下 薄片2 2cm 厚0 02mm 根据颜色 形态和结构识别显微煤岩组分 判断煤的性质反射光下 光片直径2cm 厚1 5 2cm圆柱体 在普通反射光或油浸反射光下 根据颜色 形态 结构 突起 反光性等特征识别煤岩组分 判断煤的性质 普通反射光油浸反射光为什么要采用两种方法 光片的制备方法见P71 由于浸油的折光率与物镜透镜光学玻璃的折光率相近 使物镜透镜与光片之间形成一个介质均匀的整体 使射入物镜的成象光线增多 提高了视野中各显微组分影象的反差和清晰度 使其更易于识别 从长焰煤到无烟煤的变质系列中 在油浸物镜下反射率增长了十几倍 而在干物镜下只有2 3倍 这说明油浸物镜的解象力远比干物镜强 对反射率的分辨率也高 测试误差小 具有较大优越性 因此 反射光下通常用油浸物镜进行观察 第二节煤的显微组分及显微煤岩类型 煤的显微组分 maceral micropetrologicalunit 是指煤在显微镜下能能够区别和辨识的基本组成成分 分为 有机显微组分 在显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物组织转变而成的显微组分 无机显微组分 在显微镜下能观察到的无机矿物质 显微煤岩类型 各种显微组成的典型组合 1 煤的有机显微组分 腐植煤的有机显微组分包括 镜质组Vitrinite 惰质组Inertinite和壳质组Exinite 在显微镜下的特征是 镜质组 透射光呈橙红 棕红 棕黑 黑 透明或半透明 较均一 不含或少含矿物质 普通反射光下呈灰色 油浸反射光下呈深灰色灰 浅灰 白 无突起 煤中最主要的有机显微组分 50 80 对煤的工艺性质有很大的影响 焦化液化 1 煤的有机显微组分 惰质组 丝质组 透射光下呈棕黑到黑色 不透明 反射光下突起高 呈白色 油浸反射光时呈亮白色 壳质组 透射光下透明到半透明 呈黄色或橙红色 轮廓清晰 外形特殊 普通反射光下大多有突起 呈深灰色 油浸反射光下 灰黑色或黑灰色 蓝光激发下绿黄色 亮黄色 橙黄色 褐色 1 1镜质组 又称凝胶化组分 的成因 通过凝胶化作用形成 成煤植物的组织在气流闭塞 积水较深的沼泽环境下 一方面微生物作用下 分解 水解 化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构 另一方面在沼泽水的浸泡下吸水膨胀 使植物细胞结构变形 破坏乃至消失 或进一步再分解为凝胶的过程 植物组织经凝胶化作用并经煤化作用后形成镜质组 1 1镜质组 又称凝胶化组分 的成因 根据凝胶化程度的不同 镜质组还可细分为 结构镜质体 结构镜质体1 结构镜质体2无结构镜质体均质结构镜质体胶质镜质体基质镜质体团块镜质体碎屑体 A 结构镜质体 能在显微镜下见到一定植物细胞结构 即来源于植物的树干 树枝 叶和根等组织器官 以细胞形态保留在煤中的镜质化细胞壁 细胞结构完整或受压变形 细胞腔往往被无结构镜质体充填 透射光 松柏银杏结构镜质体 横切面示生长年轮 透射光 鳞木结构镜质体 透射光 真菌结构 镜质 体 透射光 科达木结构镜质体 横切面 正方形或近等径多边形大管腔 透射光 科达木结构镜质体 径切面 显示交叉场或紧挤的纹孔 透射光 结构镜质体 红 树脂体 黄 透射光 松柏 银杏结构镜质体 木质部 胞腔充满树脂体 透射光 结构镜质体 具有裸子植物单列射线 长焰煤 B 无结构镜质体 经历了强烈的凝胶化作用在一般反射光和透射光下难以见到植物细胞结构的凝胶化组分 a均质镜质体 煤中比较大的条带状无结构镜质体 宽窄不一的条带状和透镜状均一 纯净 透射光 均质镜质体 有细粒黄铁矿 透射光 均质镜质体 透射光 均质镜质体 具有角质体镶边 透射光 均质镜质体 b基质镜质体 由植物的木质纤维组织经凝胶化作用彻底分解 胶体溶液凝聚而成 不显示任何细胞结构没有固定形态胶结其他各种显微组分 透射光 基质镜质体 粗粒体 树皮体 透射光 富氢基质镜质体 橙红色 结构半镜质体 暗红色 透射光 结构镜质体 基质镜质体 小孢子 角质体 透射光 富氢基质镜质体 红色中显黄色调 透射光 富氢基质镜质体 红色中显黄色调 c胶质镜质体 泥炭和褐煤阶段腐植溶胶充填在死亡植物的细胞或其它空腔中的胶状沉淀物 充填于细胞腔或裂隙中的均一致密的胶状无结构镜质体 数量很少无确定形态 不含其他杂质一种真正没有结构的凝胶 透射光 结构镜质体 胶质镜质体 d团块镜质体 多为圆形或卵圆形均质镜质体 孤立分布或作为填充物 木栓质体 胞腔充填团块镜质体 d团块镜质体 多为圆形或卵圆形均质镜质体 孤立分布或作为填充物 C 碎屑镜质体 由镜质组碎屑 10微米 组成 呈粒状或不规则形状 1 2 惰质组 又称丝质组 的成因 丝质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成 丝炭化作用 在积水较少 湿度不足的条件下 木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后 又转入缺氧的环境 进一步经煤化作用后转化为丝炭化组分 火焚作用 有的丝炭化组分是由于古代沼泽森林火灾后 由烧焦的炭化组织转化而来的 称为火焚丝质体 在显微镜下观察 组分细胞结构完整清晰 且由于没有经受凝胶化作用 细胞壁没有发生吸水膨胀 因此 胞壁薄 煤中含量在10 20 对煤的性质有重要影响 凝胶和丝炭化作用也可能交替发生 除完全丝炭化的物质不可能再进行凝胶化外 处于丝炭化过程中的中间产物都可以再凝胶化 处于凝胶化任何阶段的产物也都可再进行丝炭化 半丝质体 微粒体和无结构丝质体等就是这样形成的 A丝质体镜下特征 保存着明显的细胞结构 胞腔大而胞壁薄 胞腔形状有长方形 圆形或扁圆形 反射油浸镜下呈亮白色或亮黄白色 高突起 透射光下呈黑色 在煤中常呈透镜状或碎块状出现 有时可成一薄层而形成单组分 保存着明显的细胞结构 胞腔大而胞壁薄 胞腔形状有长方形 圆形或扁圆形 透射光 丝质体 透射光 丝质体 结构半镜质体 基质镜质体 树皮体 丝质体 透射光 丝质体 镜质体 B半丝质体 结构镜质体与丝质体之间的过渡组分 细胞结构保持较差 丝炭化作用中等或较弱时形成 透射光 半丝质体丝质体 E1 结构半镜质体 上部 半镜质体向半丝质体过渡 下部 E2 半丝质体向丝质过体渡 C粗粒体 一种无结构或者没有显示结构的无定形的丝炭作用基质 胶结着孢子体 角质体 树脂体和丝质体等显微组分 具有不固定的形态特征 其大小为10 100微米或更大 透射光 粗粒体 孢子体 基质镜质体 浑圆形颗粒 透射光下黑褐色 反射光下白色至浅灰色 粗粒体 孢子体 镜质体 角质体 基质镜质体 粗粒体 无定型无结构 基质镜质体 粗粒体 树皮体 均质镜质体 中部 小孢子体 粗粒体 基质镜质体 粗粒体 树皮体 D微粒体 呈圆形 粒径很小 一般小于1微米 往往呈分散状态存在于无结构镜质体体中 有时充填于镜质组的孢腔中 透射光 结构镜质体微粒体 E碎屑镜质体 碎屑惰质体 E菌类体 由菌类和分泌物 主要指树脂 形成的惰质体 蜂窝状 似菊花状 发射荧光 蓝光激发 结构镜质组 结构半镜质组 半丝质组渐变过渡 1 3 壳质组 又称稳定组 的成因 壳质组又称稳定组 是由成煤植物中化学稳定性强的组织器官转化而来的 在泥炭化作用阶段 因化学稳定性强 没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中 经煤化作用后转化为稳定组分 稳定组分在煤中的含量不大 对煤的性质影响很小 个别情况下 有稳定组分富集的煤出现 如乐平树皮煤 抚顺烛煤 稳定组分的氢含量高 发热量高 1 3 壳质组 又称稳定组 的成因 煤中常见的稳定组分有 孢子体 树脂体 角质体 木栓体 藻类体等 稳定组分在透射光下透明到半透明 呈现黄色到橙红色 轮廓清楚 外形特殊 在反射光下呈现深灰色 大多数有突起 A 孢子体 包括孢子和花粉的外包壁雌性的孢子体称大孢子 直径为0 1 0 3mm雄性的孢子体一般小于0 1mm 称小孢子 在煤中被挤压呈扁平体 纵切面为封闭的长环状 折曲处呈钝圆形 透射光 大胞子体 在煤中被挤压呈扁平体 纵切面为封闭的长环状 折曲处呈钝圆形 基质镜质体 红 孢子体和树皮体 黄 透射光 光面大孢子体 厚壁小孢子体 透射光 小孢子体 角质体 透射光 均质镜质体 小孢子 B 角质体 主要来自于植物的叶以及叶柄 枝芽等表皮的角质蜡和角质层 呈宽度不等的长条带状特征 一边外缘平滑另一边呈明显的锯齿状转折端为尖角状 透射光 角质体 透射光 角质体 透射光 均质镜质体 角质体镶边 透射光 小孢子体 角质体 C 木栓质体 主要由植物的周皮组织中木栓层转变而来有多层扁平的长方形木栓细胞壁组成 排列规则 细胞腔有时中空 有时充填团块镜质体纵切面呈叠砖状或叠瓦状构造弦切面呈鳞片状 透射光 木栓质体 胞腔充填团块镜质体 透射光 木栓质体 黄色 鞣质体 红色 鞣质体细胞分泌物转变成的团块腐植体 透射光 木栓质体 黄色 鞣质体 红色 透射光 木栓质体 黄色 鞣质体 红色 D 树脂体 植物分泌组织的分泌物形状多样 圆形 椭圆形 也有不规则形状透射光 黄色 浅黄色 透明或半透明 透射光 微暗亮煤 树脂体 透射光 树脂体 黄色 透射光 树脂体 基质镜质体 小袍子体等 透射光 树脂体 树脂体 基质镜质体 小孢子 结构镜质体 胞腔充填树脂体 E 树皮体 细胞壁和细胞腔充填物栓质化的植物根或茎的皮层的组织 多由扁平的长方形或砖形木栓细胞组成 排列规则 迭瓦状结构 不规则的鳞片状结构 色调不均一 透射光 树皮体 鳞片状结构 透射光 树皮体 透射光 弦切面 近等粒状细胞结构 透射光 树皮体 叠瓦状构造 透射光 树皮体 叠瓦状构造 树皮体 树脂体树皮体 F 藻类体 由藻类残体形成的显微组分 透射光下 淡黄绿色 柠檬黄色 黑褐色等放射状 菊花状排列纵切面椭圆形 纺锤形 透射光 腐植 腐泥煤 藻类微亮煤 藻类体 透射光 结构藻类体 水平层状分布 透射光 藻类体 小胞子体 2 煤中的矿物质 无机显微成分 煤的无机显微成分主要是指粘土矿物 黄铁矿 石英 方解石等 在显微镜下可以进行区分 粘土类矿物 高岭石 伊利石 水云母 硫化物类矿物 黄铁矿 白铁矿 碳酸盐类矿物 方解石 菱铁矿 氧化物类矿物 石英 硫酸盐类矿物 石膏 3 显微煤岩组分分类及显微煤岩类型 3 1显微煤岩组分分类与命名关于煤岩显微组分的分类 国内外曾提出许多分类方案 名词术语也不尽一致 方案可分为两种类型 一类侧重于成因研究 组分划分得较细 常用透光显微镜观察 煤田地质部门另一类侧重于工艺性质及其应用的研究 组分划分得较为简明 常用反光显微镜观察 煤炭使用部门 1 中国烟煤显微组分的分类与命名 1986由煤炭科学研究院地勘分院提出 经讨论修改后定为国家标准 该分类方案考虑了研究和使用两个方面 按组 组分及亚组分进行分类 此分类方案将烟煤有机显微组分划分为镜质组 半镜质组 惰质组及壳质组 以上各组又进一步划分成若干组分及亚组分 在制定方案时 考虑了以下几个问题 显微组分的划分及名词术语的选用尽量与国际分类一致 以便于国际交流 考虑到煤炭使用部门便于应用 因此显微组分不宜分得过细 结合我国煤岩显微组成的具体情况进行分类 例如 国际分类方案中并无半镜质组这类显微组分 而我国某些煤田中半镜质组含量较多 因此将其单列为一组 国家标准 GB T15588 1995 新标准 GB T15588 2001 表4 9 与老标准的不同点 四分法改成三分法去掉菌类体 增加真菌体和分泌体 增加火焚丝质体 氧化丝质体显微亚组分 2 国际硬煤 即烟煤 显微组分的分类与命名 由国际煤岩学委员会提出该方案是侧重工艺性质的分类方案 煤的有机显微组分仅分为三组 即镜质组 壳质组及惰性组 以下分组分 亚组分及组分种 根据形态和结构特征分出组分及亚组分显微组分的种则是根据成煤植物所属的门类及所属器官而定名的 国际硬煤的显微组分分类方案 国际硬煤的显微组分分类方案 木栓体 国际硬煤的显微组分分类方案 3 2显微煤岩类型 表4 12 不同显微组分的典型组合 国际上将显微煤岩类型组别分为微镜煤virtriteV 95 微稳定煤liptiteE 95 微惰煤I 95 微亮煤clariteV E 95 微镜惰煤vitrinertiteV I 95 微暗煤dariteI E 95 微三合煤trimaceriteV E I 95 各组分均 5 两组分之和大于95 4 煤岩显微组分的性质 4 1煤岩显微组分的分离和富集为了研究工作或某些特殊需要 希望得到纯度尽可能高的显微组分 为此需要进行显微组分的分离和富集工作 分离方法一般是先手选 再筛选 最后用密度法精选 即可分离出纯度较高的煤岩显微组分 手选主要根据煤岩成分的光泽以及其他物理特征的差别加以挑选 如壳质组多集中于暗淡煤中 致密而硬 密度较小 用肉眼鉴别手选 即可达到初步富集某一显微组分的目的 对于煤岩组成不均一的煤 可利用煤岩组分抗破碎性的不同 将煤样进行筛分 一般丝炭最脆 集中在最小的粒级 镜煤抗破碎性弱 富集在较小的筛级中 暗煤的韧性较大 抗破碎性强 集中在粗粒级 也可取所需的筛级 再用氯化锌溶液进行初步分离 即可使某显微组分有较高的富集程度 初步分离后 煤样尚需进一步细粉碎 然后在有机密度液中作精细分离 精细分离后 一般即可获得所要求纯度的显微组分样品 4 2煤岩显微组分的化学组成 4 2 1工业分析和元素分析煤岩显微组分的工业分析和元素分析结果按其煤化度和显微组分不同 显示出有规律的变化 中国科学院煤化学研究所对我国若干煤田显微组分的工业分析和元素分析的结果 各显微组分的氢含量与煤化度的关系图中煤化作用的轨迹以实线表示 而煤化度相同的各点则以虚线相连 当煤化度相同时 丝质组的碳含量最高 壳质组次之 镜质组稍低于壳质组 氢含量以壳质组最高 镜质组次之 丝质组最低 氧含量和挥发分与煤化度的关系图中煤化作用的轨迹以实线表示 而煤化度相同的各点则以虚线相连 氧含量以镜质组最高 丝质组次之 壳质组最低 挥发分与煤化度的关系 挥发分以壳质组最高 镜质组次之 丝质组最低 4 2 2炼焦性质 处于一定变质阶段的镜质组具有良好的膨胀性和黏结性 并随煤化度的变化而变化 先由低到高 再由高到低 大致在肥煤处出现最大值 稳定组的软化温度最低 有良好的流动性 也是炼焦的活性组分 丝质组在隔绝空气条件下加热时既不软化 也不黏结 属惰性组分 干馏时 稳定组的煤气和焦油产率最高 其次是镜质组 最低是丝质组 加氢液化时 稳定组和镜质组为活性组分 丝质组为惰性组分 很难液化 4 2 3显微煤岩组分的反射率 矿物对垂直入射光于磨光面上光线的反射能力 称为矿物的反射能力即反射光强度和入射光强度之比 它在显微镜下的直观表现是矿物磨光面的明亮程度 同一强度的入射光照射到矿物光片后 不同的矿物对入射光的反射能力是不同的 反射率是不透明矿物最重要的特性 也是鉴定煤的煤化度的重要指标 反射率的测定 根据光电元件所接受的反射光强与其产生的光电流强度成正比的原理 测量已知反射率的标准片 标准 与欲测物反射光转变为电能的光电流强度 以计算欲测物反射率的方法 测定时 在显微镜一定强度的入射光下 先将 标准 置于单偏光下 测定其反射光电流强度I0 再测定未知物的反射光电流强度I 若 标准 的反射率为Ro 则未知物的反射率R的计算式为 反射率可以在空气中即干物镜下测定 以R 表示 也可以在油浸物镜下测定 以Ro 表示 从长焰煤到无烟煤 Ro增加十几倍 而R只增加两三倍 在与煤层层面成任意交角的切面上 最大反射率Rmax不变 而最小反射率Rmin则随交角不同而变化 在与煤层层面成任意交角的切面上可测得随机反射率Rran 在粉煤光片上测得的大量随机反射率的统计平均值即为平均随机反射率 经过大量统计 随机反射率与最大反射率之间 有如下关系式 在三种有机显微组分中 随煤化程度的变化 只有镜质组呈现较为均匀的变化 因此 一般将油浸物镜下测定的镜质组最大反射率Romax作为煤变质程度分析指标 煤的反射率是煤岩学定量研究煤性质的重要指标 特别是在反映煤的变质程度 预测煤的粘结性 用于煤炭分类 指导煤炭加工利用等方面 具有十分重要的实用价值 显微煤岩组分的定量方法 原理 先测定各组分所占的面积百分比 此百分数与体积百分数成正比 如果已知各组分的密度 即可换算成质量百分数 方法1传统方法 显微光度计 电动计点器2现代方法 计算机 自动扫描反射显微镜可以快速取得Roran分布 进一步可以确定煤岩组成 第三节煤的宏观岩石成分和类型 根据颜色 光泽 硬度 裂隙和断口等 利用肉眼或放大镜可以区分的煤的基本组成单位 包括镜煤 亮煤 暗煤和丝炭 在显微镜下观察 镜煤和丝炭是单一成分 亮煤和暗煤是混合成分 1 腐植煤的煤岩成分 1 1镜煤镜煤呈黑色 光泽最强 质地均匀 性脆 断口多呈贝壳状 内生裂隙特别发育 在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状 大多厚几毫米到1 2cm 有时呈线理状夹在亮煤或暗煤中 镜煤的显微组成单一 主要是植物的木质显微组织经凝胶化作用形成的 性质 V H高 粘结性强 矿物质含量少 1 2丝炭 丝炭外观象木炭 颜色灰黑 具有明显的纤维状结构和丝绢光泽 丝炭疏松多孔 性脆易碎 碎后成为纤维状或粉末状 能染指 在煤层中丝炭的数量一般不多 常呈扁平透镜体 大多厚1 2mm至几mm 有时也能形成不连续的薄层 在显微镜下观察 丝炭的显微组成也是单一的 是简单的煤岩成分 主要是植物经受火灾后的木炭转化而来的 性质 致密坚硬 比重大 H低 C高 V低 无粘结性 可选性差 孔隙大 1 3亮煤 颜色深黑 光泽较强 仅次于镜煤 性较脆 内生裂隙发育 亮煤的均一程度不如镜煤 表面隐约可见微细纹理 内生裂隙发育程度不及镜煤 在显微镜下观察 亮煤组成比较复杂 它以镜质组为主 并含有不同数量的丝质组 稳定组和矿物质 亮煤是最常见的宏观煤岩成分 不少煤层是以亮煤为主组成的 有的整个煤层都是亮煤组成的 性质 亮煤的性质接近镜煤 但由于丝质组和矿物质的存在 质量比镜煤差 1 4暗煤 光泽暗淡 一般呈灰黑色 致密 比重大 内生裂隙不发育 坚硬而具韧性 断面粗糙 暗煤也是煤层中常见的宏观煤岩成分 在煤层中 可以由暗煤为主形成较厚的分层 甚至单独成层 在显微镜下观察 暗煤组成复杂 一般镜质组较少 矿物质含量较高 性质 取决于各组分的含量 如富含稳定组分 V H高 粘结性强 富含丝炭化组分 矿物含量高 密度大 V低 弱粘结 腐植煤的宏观岩石类型与显微组分之间的关系 2 煤的光泽岩石类型 煤的光泽岩石类型一般按平均光泽强度把煤的光泽岩石类型依次划分为光亮煤 半亮煤 半暗煤和暗淡煤四种基本类型 3煤岩学的应用 煤的成因研究在选煤中的应用在煤化工领域的应用在地质勘探中的应用 3煤岩学的应用 1 煤的成因研究在显微镜下观察煤的薄片 可以确定成煤植物的种类 根据煤中保存的植物遗体 表皮 孢子 花粉 确定成煤植物的种属 2 煤岩学在选煤中的应用 选煤就是利用物理方法和物理化学等方法 除掉煤中有害矿物杂质 并生产出具有各种质量规格的煤炭产品的机械加工过程 常用的选煤方法 跳汰 重介和浮选 用煤岩学可以评价煤的可选性 用显微镜测定煤岩光片中的煤岩成分的类型及含量 并确定矿物的形态 大小 成因和赋存状态等 进行定量统计 可以快速评定煤的可选性 并提出合理的破碎粒度 为制定合理的选煤工艺和流程提供技术依据 2 煤岩学在选煤中的应用 矿物质在煤中的分布对可选性的影响煤岩组成对可选性的影响煤化程度对可选性的影响 3 评价煤质 指导煤炭加工利用 镜质组反射率及显微组分在煤分类中的应用 以镜质组反射率和惰质组含量为基础 研究开发出多种煤岩配煤方法 用反射率分布图来判别混煤利用不同煤岩类型硬度与强度的不同 在焦化领域开发出分级破碎工艺以提高焦炭质量 对焦炭显微结构 中间相成焦理论 煤沥青衍生产品及碳素材料进行研究 指导生产实践 4 在地质勘探中的应用 一 在煤田地质勘探中 钻探所取的煤心煤样很少 故不可能进行全面的工业分析 元素分析和工艺性试验 但可利用少量煤样通过煤岩学的研究方法进行煤层及各分层的对比 从而进一步确定煤用地质构造 计算储量和评价煤质 煤的岩相变质比周围的沉积岩开始得早 变化明显 前者从褐煤阶段已开始 而后者要到无烟煤阶段才开始 而且变化不明显 难以分辨 所以 煤岩学研究对确定周围的沉积岩的变质程度很适用 在地质勘探中的应用 二 许多学者对沉积岩中分散的有机质的反射率进行了系统的研究 发现油气形成阶段与镜质组反射率之间有很好的对应关系 因此 根据镜质组反射率 可判断所勘探的地层中有无石油和天然气 例如 德国发现当镜质组反射率为0 3 1 0 时 可出现具有工业开采价值的石油 最经济的油田反射率 0 7 而当镜质组反射率达到1 0 2 0 时 只能出现具有工业开采价值的天然气 在我国镜质组反射率为0 3 0 7 时 常有石油出现 当镜质组反射率为0 7 1 0 时 不常有石油 当镜质组反射率为1 0 1 3 时 很少有石油 当镜质组反射率在1 3 2 0 之间时 石油消失 而有天然气出现 当镜质组反射率超过2 0 时 天然气也消失了 结构镜质体徐州夏桥太原组16煤层透射光95 透射光下呈橙红色 透明或半透明 较均一 不含或少含矿物质 无结构镜质体 均质镜质体徐州张小楼下石盒子组1煤层透射光135 无结构镜质体 均质镜质体湖南涟邵恩口龙潭组2煤层油浸反射光270 普通反射光下呈灰色 无突起 结构镜质体 细胞腔中充填粘土和微粒体 山东变州南屯 油浸反射光 270 油浸反射光下呈灰色 无突起 惰质组 丝质体 微丝煤山西朔县杨涧山西组4煤层透射光55 透射光下呈黑色 不透明 惰质组 丝质体 星状 结构贵州盘县龙潭组C12煤层油浸反射光270 反射光下突起高 呈白色 油浸反射光时呈亮白色 透射光下透明到半透明 呈黄色或橙红色 轮廓清晰 外形特殊 透射光下透明到半透明 呈黄色或橙红色 轮廓清晰 外形特殊 普通反射光下大多有突起 呈深灰色 油浸反射光下 灰黑色或黑灰色 壳质组 角质体 渗出沥青体徐州张小楼山西组7煤层反射荧光蓝光激发230 蓝光激发下绿黄色 亮黄色 橙黄色 褐色 反射率的自动测定 特点速度快 每分钟可扫描测定出5万多点的反射率 且快速进行数据分析 使用简便 自动分辨组分 减少人工 问题 如何分辨 获得各组分含量 如何取得镜质组平均最大反射率 反射率的自动测定 原理图 自动反射率测定仪确定煤岩组成 煤中显微组分反射率分布直方图从图可见 不同组分的Rran有不少是相互重叠的 自动反射率测定仪确定煤岩组成 将样品反复测定两次第一次测定煤中镜质组的反射率 并作出分布图 由于镜质组比较均匀 颗粒比其它显微组分大 故规定当测定相隔10微米相邻两点的反射率相差在0 025 以内时 即为镜质组 虽然丝质组和稳定组混合很好时也会使相邻两点的数值相近 但这种情况毕竟是不多的 当然 有时两点反射率不同 不一定是不同的显微组分 因为有裂纹或边界等因素的影响 然而当测点足够多时 其影响就会变小 第二次测定煤中全部显微组分的反射率 当两个反射率分布图重叠后 就会出现镜质组以外的其它显微组分 在镜质组分布图峰的左边为稳定组和矿物 右边为丝质组 小于0 02 的均为粘结剂 随机反射率与平均最大反射率的关系 用反射率分布图来判别混煤 不向煤阶的煤 其反射率测值不同且有不同的分布 从长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤到无烟煤的反射率分布图 特点是均呈正态分布 测值标准差一般都在0 1 范围之内 七个不同煤阶煤反射率的平均值从0 61 到贫煤1 99 及至无烟煤的2 65 用反射率分布图来判别混煤 华东某焦化厂购进的洗精煤 用常规化学方法来检测该混煤的挥发分产率 粘结指数等 它具有一般焦煤的性质 但从分布图上 可以分辨出这一混煤是由典型的肥煤 Rmax 1 059 配上贫煤 Rmax 2 05 而成 计点法测定煤岩组分 电动计点器由两个主要部分组成 一部分是机械台 夹持薄片或光片用 另一部分是自动记录器 又称电磁计数器 记录器上一般有个8 10键 当按记录器上的键时 计数继电器就计下一个数字 并通过传递讯号 控制机械台使试片移动一个距离 仪器上的间距可按需要在一定范围内调节 计数时 每一个键代表一种固定的组分 在视域中见到那种组分落在十字丝中心 即按相当于该组分的键 试片随之移动 如此测定第一 第二 等测线 直至测完整个试片 计点法测定煤岩组分 显然 含量高的组分 出现在视域中心 十字丝交点上 的机会多 按的次数必然愈多 因此 每一个键上按的次数与所有键上按的总数之比 就是该组分的体积百分含量 根据不同显微组分在显微镜下所具有的不同颜色和结构进行定量分析 一般用粉煤制成的光片 显微镜放大倍数为400 500倍 在一个光片上测量400 500个点 按五大组即镜质组 半镜质组 丝质组 稳定组和矿物组计数 再计算百分比 Romax测定中注意以下几个问题 采用煤岩光片 以无结构镜质体作为测定对象 测点选定后 使反射光投射到光电倍增管上 缓慢转动载物台360 应出现两次相同的最大值 一般以油为介质 在一个煤岩光片上一般要测20 50个点 然后计算平均值 矿物质在煤中的分布 原煤的可选性 或者分选的难易 取决于原煤中矿物杂质的成分 大小 形态 分布特征以及与有机组分的组合关系等 如原煤中矿物质粒度大 分布较集中 与有机质的密度差别大 数量少且易与有机质解离 则该原煤就易选 反之如矿物质粒度小 在有机质中又分散均匀 该原煤就很难选 把原煤制成光片可直接看到矿物质在煤中的赋存状态 种类 形态 数量 颗粒大小及与有机质的结合关系等 并以此判断煤的可选性 选择适宜的选煤工艺流程 如煤中黄铁矿密度约为5 0 其他无机矿物密度约为2 7 而煤有机质的真密度约在l 23 1 72之间 煤岩组成对可选性的影响 密度大小差别直接影响分选效果 不同煤岩组分的密度不同 但差别较小 由于不同煤岩组分所含的矿物质含量不同 导致密度的差异 一般镜质组和壳质组所含的矿物质少 而惰质组所含的矿物质较多 这是由于惰质组多保留细胞结构 矿物易于充填在细胞腔内 镜煤 亮煤比暗煤和丝炭有更好的浮选性 表面润湿性不同 煤化程度对可选性的影响 煤化程度直接影响煤粒表面的天然润湿性中等变质程度的煤比低煤化程度和高煤化程度的煤易于浮选 中等变质程度的煤中镜质组内生裂隙较多 机械强度低 镜煤和丝炭可分性增强 而高煤化程度的煤中有机组分差别减小 密度相近 机械强度高 从而分离性能变差 在煤分类中的应用 为了正确评价煤质 使煤炭得到合理的开发 分配和利用 必须选择有效的煤质指标 将煤炭进行分类 利用煤的镜质组反射率和惰性组分 或活性组分 含量这两个指标 进行煤的分类 是煤炭分类的方法之一 因为镜质组最大反射率随煤化程度的加深而增加 且增加的幅度很大 所以用它可以确切地反映煤化程度 判断高变质烟煤和无烟煤的煤化程度 尤其是区分高变质烟煤效果更佳 而惰性组分含量可以反映煤的工艺性质 配煤炼焦技术现状 一 配煤技术现状从单种煤炼焦到多种煤配合炼焦是促进焦化工业发展的 个重大成果 现代焦炉几乎都采用多种炼焦煤配合炼焦 有的供煤基地多达十几个以上 为了尽最少用日益稀缺的中变质程度煤而又能使焦炭质量保持稳定 配煤技术就因此而作为 个科研领域不断发展 传统配煤技术分为两个方而 一是配煤方法 现行配煤方法是以炼焦煤分类为基础的 根据炼焦配煤需要 选择认为合适的指标 把煤划分成类 每一类煤在配煤炼焦中具有相似的作用 然后根据煤的牌号及煤在配煤炼焦中应起的作用 再根据配煤炼焦实践所得到的经验 拟定几个允许选用煤的配煤方案 通过实测 最后从几个配煤方案中选用最合适的配煤方案 二是配煤试验工具 上世纪50年代铁箱试验60年代200公斤小焦炉试验 存在的问题 1 因为现行配煤技术是以现行炼焦煤分类为基础的 它希望将成煤因素十分复杂而使性质实际上千差万别的煤 划分后 使每类煤性质十分相同 生产实践证明 有时 即使在某些方面性质相同 而其它方面性质却迥异 所以影响配煤的预期效果 这也就是配煤中人们认为出现不易解释的反常现象的重要原因 以这样现行煤分类为基础的配煤技术也不易跳出定性的 经验的范围 存在的问题 2 至于配煤试验工具 200公斤小煤炉 本身不失为模拟性较好的试验焦炉 是生产和科研中一个有用的手段 但是此试验的人力多 成本高 煤样多 周期长 对于供煤其地众多 配煤方案调整频繁 供煤质量不稳定的焦化企业 要求200公斤小焦炉及时指导生产配煤是有困难的 煤岩配煤方法 用煤岩学方法来预测焦炭质量和指导炼焦配煤 是应用煤岩学发展中的一个重要研究方向 也是焦化工业中近三十年来的重要研究成果 煤岩配煤原理是配煤技术发展的理论基础 目前各国所发展的配煤技术 凡是效果比较好的 大都与煤岩学密切相关 煤岩配煤原理要点 1 煤是由多种有机化合物和矿物质组成的混合体 由多种煤岩成分组成 不同的显微组分性质不同 它们在配煤中的作用也不同 根据煤中各种组分在加热过程中的变化 按其加热特性划分为两种成分 在加热过程中能熔融并能形成活性键的成分 称为活性成分 具有粘结性 加热时不能熔融 也不能 或甚少 形成活性键的成分 称惰性成分 没有粘结性 大量研究表明 在炼焦煤阶段里 镜质组和壳质组是活性成分 丝质组和矿物组是惰性成分 半镜质组介于二者之间 煤岩配煤原理要点 2 煤中活性成分的质量是不均一的 其质量差别很大 即使是同一种煤 所含的活成分的质量也有明显的差别 这些差别可用反射率的分布图解来表示 煤岩配煤