chap 6 煤岩学基础

1、 第六章第六章 煤岩学基础煤岩学基础Basic Knowledge of Coal Petroloy 煤的岩石组成煤的岩石组成第六章第六章 煤岩学基础煤岩学基础 主要内容：主要内容：煤岩组成的研究方法煤岩组成的研究方法有机显微组分及其成因有机显微组分及其成因有机显微组分的性质有机显微组分的性质宏观煤岩学概述宏观煤岩学概述微观煤岩学在炼焦配煤中的应用微观煤岩学在炼焦配煤中的应用 1、什么是煤岩学什么是煤岩学( (coal petrologycoal petrology) )？ 用用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质。主要应用于煤的。主要应用于煤的成因、煤层对

2、比、煤油勘探、成因、煤层对比、煤油勘探、选煤、炼焦。选煤、炼焦。2 2、煤岩学研究方法、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、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。光泽、硬度、断口等特征，识别煤岩类型、判断煤的性质。 微观方法用显微镜研究煤，将煤岩组分分为镜质组、壳质微观方法用显微镜研究煤，将煤岩组分分为镜质组、壳质组、丝质组、矿物组组、丝质组、矿物组 ，判断煤的性质。，判断煤的性质。 第一节 概述：煤岩学研究方法 微观方法用显微镜研究煤微观方法用显微镜研究煤研究方法：研究方法：透射光：透射光：薄片薄片

3、2 22 cm2 cm，厚，厚 0.2 mm0.2 mm。根据颜色、形态和结。根据颜色、形态和结构识别微煤岩组分、判断煤的性质。构识别微煤岩组分、判断煤的性质。反射光：反射光：光片直径光片直径 2 cm2 cm，厚，厚1.5-2 cm 1.5-2 cm 圆柱体。在普通反射圆柱体。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。性等特征识别煤岩组分、判断煤的性质。 光片分为煤光光片分为煤光片和粉光片（砖光片）。片和粉光片（砖光片）。油浸物镜：油浸物镜：就是观察前要再切片上的滴一滴油的物镜，因为就是观

4、察前要再切片上的滴一滴油的物镜，因为油的光学特性跟玻璃差不多，不会产生折射，使物镜的分油的光学特性跟玻璃差不多，不会产生折射，使物镜的分辨率大幅提高。辨率大幅提高。显微镜下研究煤的方法： 研究方法 研究对象 研究内容 侧重点透射光法煤的薄片 煤的有机显微组分的透光色、透明度、形态、结构和轮廓等 煤的成因研究 反射光法 普通反射光（a） 煤光片、煤砖光片 煤的有机显微组分的反射色、形态、结构、轮廓、突起、反射率、显微硬度等 煤的加工利用 油浸反射光 （o） 其它方法其它方法 荧光显微镜、扫描电子显微镜、电子探针微区分析技术、煤的核磁共振（NMR）研究技术、煤的电子顺磁共振（ESR）研究技术、煤的

5、红外光谱研究技术、煤的X射线光电子能谱（XPS）等 微观方法用显微镜研究煤微观方法用显微镜研究煤第二节第二节 煤的显微组分煤的显微组分 煤的显微组分煤的显微组分( (maceralmaceral, , micropetrological micropetrological unitunit) )，是指煤在显微镜下能够区别和辨识的基本，是指煤在显微镜下能够区别和辨识的基本组成成分。分为：组成成分。分为： 有机显微组分有机显微组分： 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（煤的有机质）。转变而成的显微组分（煤的有机质）。 无机显微组分无机

6、显微组分： 在显微镜下能观察到的无机矿物质。在显微镜下能观察到的无机矿物质。1、煤的有机显微组分（Organic Macerals ）腐植煤的有机显微组分包括：镜质组、惰质组和壳质组。在显微镜下的特征是：镜质组：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，见垂直裂纹。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。惰质组：透射光下呈黑色，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。1.1 镜质组（镜质组（ VitriniteVitrinite

7、）的成因）的成因 通过木质素组织凝胶化作用形成。成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化。一方面是植物组织在微生物作用下，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；另一方面植物组织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凝胶化组分（镜质组）。镜质组是煤中最主要煤岩组分，含量5080，甚至90。 根据凝胶化程度的不同，镜质组还可细分为：结构镜质体，无结构镜质体和碎屑体。 1.2、惰质组（ InertiniteInertinite，又称丝质组）的成因 丝质组是通过丝炭化

8、作用或火焚作用形成。 丝炭化作用：成煤植物的组织在积水较少、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。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。 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，该类丝炭化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1020，对煤的性质有重要影响。1.3、壳质组（ ExiniteExinite又称稳定组）的成

9、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。 煤中常见的稳定组分有：孢子体、花粉体、树脂体、角质体、木栓体等。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。 稳定组分在煤中的含量不大。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。煤显微组分的在煤化过程中变化煤显微组分的在煤化过程中变化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

10、、黄铁矿、石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。英、方解石等，在显微镜下可以进行区分。 粘土类矿物：高岭石（粘土类矿物：高岭石（kaolinite)，伊利石，水云，伊利石，水云母，母， 硫化物类矿物：黄铁矿，白铁矿，硫化物类矿物：黄铁矿，白铁矿， 碳酸盐类矿物：方解石，菱铁矿，碳酸盐类矿物：方解石，菱铁矿， 氧化物类矿物：石英，氧化物类矿物：石英， 硫酸盐类矿物：石膏，硫酸盐类矿物：石膏， 反射光下煤中常见矿物的鉴定标志反射光下煤中常见矿物的鉴定标志 我国一些煤样的显微组分分析我国一些煤样的显微组分分析%3.1分离和富集方法和流程分离和富集方法和流

11、程 测定煤岩组分常用的方法是计点法（数点法）计点法（数点法）。使用电动计点器(又称电动求积仪)测定，电动计点器电动计点器内两个主要部分组成、一部分是机械台(央持薄片或光片用)；另一部分是自动记录器(又称电磁计数器)，记录器上一般有8一l0个键，最多有14个键。当按记录器上的键时，计数继电器就计下一个数字，并通过电子管传递的讯号，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，3.2 煤岩组分的定量方法煤岩组分的定量方法 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。

12、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，其计算公式为：3.2 煤岩组分的定量方法煤岩组分的定量方法 式中 V欲测组分的体积百分数； n 欲测组分在各视域中的总点数 N试片个各级分点数的总和。 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400500倍。在一个光片上测量400500个点，以煤炭加工利用为测定目的时，按四大组即镜质组、丝质组、稳定组和矿物组计数，在计算百分比。3.2 煤岩组分的定量方法煤岩组分的定量方法3.2 煤岩组

13、分的定量方法煤岩组分的定量方法第三节第三节 煤显微组分的性质煤显微组分的性质煤显微组分的性质煤显微组分化学组成和性质煤显微组分化学组成和性质 随煤化度增加，镜质组的挥发分、氢含量降低，而随煤化度增加，镜质组的挥发分、氢含量降低，而碳含量、碳氢比增加。碳含量、碳氢比增加。 煤化度相同或近似的各显微组分，其中煤化度相同或近似的各显微组分，其中V Vdafdaf、H Hdafdaf和和C Cdaf daf 、H Hdafdaf也有相当大的差别；也有相当大的差别； 此外，镜质组此外，镜质组C Cdafdaf小于小于8787时，芳香度时，芳香度f fa a变化不大；变化不大； 当当C Cdafdaf于于

14、8787时，时， f fa a随煤化度提高而增大。随煤化度提高而增大。 壳质组的芳香度比同生的镜质组小得多。壳质组的芳香度比同生的镜质组小得多。煤显微组分的性质煤显微组分的性质 当煤化度相同时当煤化度相同时: : 1. 1.碳含量碳含量: :丝质组丝质组 壳质组和镜质组壳质组和镜质组; ; 2. 2.氢含量氢含量: :壳质组壳质组 镜质组镜质组 丝质组；丝质组； 3. 3.挥发分挥发分: :壳质组壳质组 镜质组镜质组 丝质组；丝质组； 4. 4.氧含量氧含量: :镜质组镜质组 丝质组丝质组 壳质组；壳质组； 随着煤化程度的增加，化学组成差别缩小，最随着煤化程度的增加，化学组成差别缩小，最后趋于

15、一致。后趋于一致。煤显微组分的性质煤显微组分的性质分离和富集方法和流程分离和富集方法和流程第三节第三节 煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率 矿物对垂直入射光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。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。用矿物反射光强度(Ir)与入射光强度(Ii)的百分比表示，称为矿物的反射率(R)：第三节第三节 煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率目前常用高灵敏度的光电光电倍增管光度计精确测定镜质倍增管光度计精确测定镜质组的反射率组的反射率。 原理：测量已知反射率的标准片(

16、“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Io，再测定未知物的反射光电流强度I。ORIIR0第三节第三节 显微煤岩组分的反射率显微煤岩组分的反射率 在反射光下，显微组分表面的反射光强度和入射光强度之比称为反射率。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不变，而最小反射率则随交角不同而变化。在三种有机显微组分中，随煤化程度的变化，只有镜质组

17、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作为分析比较的指标。 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。 煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率 镜质组的反射率随挥发分降低有规律地提高镜质组的反射率随挥发分降低有规律地提高煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率在同一种煤中，反射率从低到高的次序始终为稳定组、镜质组、丝质组。因此，除了稳定组以外，不同煤化度的煤中，显微组分不同，而反射率相同的可能性实际上是存在的。因

18、此，反射率不能作为反映各显微组分工艺性质的惟一指标。煤岩显微组分的反射率煤岩显微组分的反射率炼焦性质炼焦性质 处于一定变质阶段的镜质组具有良好的处于一定变质阶段的镜质组具有良好的膨胀性膨胀性和和粘结性粘结性，并随煤化度的变化而变化：先由低到高，并随煤化度的变化而变化：先由低到高，再由高到低，大致在再由高到低，大致在肥煤肥煤处出现最大值：处出现最大值： 稳定组的软化温度最低，有良好的流动性，也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；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。不黏结，属惰性组分。煤显微组

19、分的性质煤显微组分的性质煤的镜质组最大反射率分布煤的镜质组最大反射率分布图在炼焦配煤中的应用图在炼焦配煤中的应用微观煤岩学在炼焦中的应用中国煤炭岩相分析不同煤种界定范围规定 煤煤 种种 Rmax 气气 煤煤 0. 6%0.9% 肥肥 煤煤 0. 91.2% 焦焦 煤煤 1.21.69% 瘦瘦 煤煤 1.72.0% 我国太多数焦化厂的原料煤采用混煤，由于混煤的配比不合理。因此易造成焦炭质量的波动。 为更好地确定炼焦配煤的比例，将煤的镜质组最大反射率及其分布图用于炼焦配煤，对于深人分析煤质特征、提高焦炭质量具有重要意义。煤的镜质组最大反射率分布图在炼焦配煤中的应用煤的镜质组最大反射率分布图在炼焦配

20、煤中的应用 A 、镜质组最大反射率分布图 煤样破碎至小于1mm，与一定比例的琼胶混合制取分析用煤岩样品，在样品的整个面上均匀地选择镜质组测定，镜质组反射光经光电倍增管放大、转换，最后得到测定值。一般每个样品不少于50个测点，测值经计算机处理，以反射率为横坐标，频率分布为纵坐标，得到随机反射率值及其分布直方图。B、反射率分布图在鉴别混煤的上应用 煤的平均最大反射率是判别煤变质程度的良好指标，而反射率分布图能细致而精确地区分煤质的差别。判定煤祥是否混煤是根据镜质组反射率测定的标准差及分布图特征进行的，一般来说反射率标准差s小于0.1的煤样可视为单种煤，大于0.1的为混煤，若大于0.2，则属严重混煤

21、。若从反射率分布图的特征来划分，可分为以下四种类型：单种煤的直方图 a)基本由单一煤种组的煤样，反射率分布图呈正态分布，且分布区间较窄。如图1中A种煤即属于此类型。这种类型的煤在配煤时可作为单种煤考虑。两种性质相近煤的反射率直方图 b)以某一煤种为主的煤，但不同程度地混有少量其它煤种，反射率分布图表现为一主峰及一个或多个小肩峰，且分布区间较宽。如图2中B种煤即属于此类型，主要由肥煤组成，但含有少量气煤。这种煤在配煤时要视所混不同性质煤的数量区别对待。两种性质差别大的煤的反射率直方图 c)由性质差异较大的两种煤组成的煤样，反射率分布图呈明显的双峰分布，峰值有间距，分布区宽，如图3中c种煤。这种类

22、型的煤在配煤时要严加注意，当其在配比中所占比例较大，其他煤不作相应调整时，会引起焦炭质量 波动较大。多种煤混合反射率直方图d)由彼此间性质有差异的多种煤组成的煤样，反射率分布图呈多峰分布，分布区间很宽，如图4中D种煤这种类型的煤在配煤时要高度重视，以免焦炭质量发生大的波动。第四节第四节 煤的岩石类型煤的岩石类型（lithotype） 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、 腐植煤的煤岩类型腐植煤的煤岩类型1.1 镜煤(vitrain） 镜煤呈黑色，光泽最强

23、，质地均匀，性脆，断口多呈贝壳状。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚几毫米到12cm，有时呈线层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（fusain） 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12mm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，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