煤质基础知识

1、部分煤质基础知识简介一、煤的物理性质颜色和粉色光泽比重和容重透明度折光性反光性煤的物理性质 发光性硬度脆度断口裂隙导电性磁性和耐热性等煤的颜色是指新鲜煤块表面的自然色彩，是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤的表面反射光线所显示的颜色称为表色。腐植煤的表色随着变质程度的增高而变化，见下表：变质程度鉴定标志褐 煤烟 煤无 烟 煤低 变 质中 变 质高 变 质颜 色褐黑黑黑带灰灰黑、钢灰、略带金黄色彩粉 色棕深棕到棕黑深棕到棕黑黑微带棕深黑、深灰光 泽无光泽或暗沥青光泽沥青到玻璃光泽玻璃到强玻璃光泽强玻璃金刚、似金属光泽内生裂隙几乎无不发育到较

2、发育很发育较发育不发育腐泥煤的表色有时呈深灰色，有时为浅黄、棕褐，有时为灰绿以至黑色，变化不定。煤中水分能使煤的颜色加深，矿物质所起的作用往往相反。煤研成粉末的颜色称为粉色。一般都用钢针刻划煤的表面或者用镜煤在脱釉的素烧瓷板上刻划的条痕而得，所以也被称为条痕色。煤的粉色往往略浅于表色，但是煤的粉色变化又较表色固定，因而常常可以收到更好的效果。在普通透射光下煤的切面（薄片）所显的颜色称为体色。在垂直反射光下煤的表面（光片）所显示的颜色称为反射色。长焰煤常见光泽为沥青状光泽，颜色黑色，有时带有褐黑色色彩，条痕褐色、褐黑色。比重是指煤在一定温度下（20）条件下，煤的重量与相同体积（不包括煤孔隙中的）

3、水的重量之比。体重（容重），指在一定的温度（20）条件下，煤的重量与同体积（包括煤孔隙中的）水的重量之比。比重容重孔隙率= ×100%比重煤的比重与煤岩类型、变质程度以及煤中所含矿物的成分和含量有密切关系。通常所指煤的比重都是包括矿物质在内的比重。因此，煤的比重很大程度上受到所含矿物质的影响，比重随矿物质含量的增大而增大。变质程度相同的煤，其煤岩类型不同，比重也有差异，一般暗淡煤的比重较光亮煤为大。煤的比重随着变质程度的增高而加大。褐煤一般<1.3，烟煤多为1.31.4，无烟煤为1.41.9；腐泥煤一般仅为1.1。煤的容重又称“煤的体重”或“煤的假比重”。煤的容重是在勘探过程中

4、通过采集专门的容重样测定的。它是煤层储量计算的重要参数之一。一般褐煤的容重为1.051.20，烟煤为1.201.40，无烟煤的容重变化范围大，可由1.351.80，煤的容重同样受煤岩类型、变质程度和矿物质的影响。煤的光泽是指常光下煤新鲜表面的反光能力，是肉眼鉴定煤的主要标志之一。根据煤的平均光泽强度用肉眼可以区分出腐植煤的四种煤岩类型：光亮煤，半亮煤，半暗煤和暗淡煤。腐植煤常见的光泽特征有沥青光泽、玻璃光泽、金刚光泽和似金属光泽等。常见的油脂光泽为玻璃光泽由于表面不平所引起的变种；此外还有因集合方式不同所造成的光泽变种，例如：由于纤维状集合方式所引起的丝绢光泽，由于松散状集合方式所引起的土状光

5、泽等。年轻褐煤常常是微弱的象蜡一样的光泽，称为蜡状光泽。腐泥煤一般光泽暗淡。影响煤的光泽变化的因素很多，主要有煤岩成分、变质程度、风氧化程度、矿物质特征和表面性质、断口、裂隙、错动与沾污等。煤的硬度泛指抵抗外来机械作用的能力或强度。刻划硬度煤的硬度 压痕硬度磨损硬度（耐磨硬度）刻划硬度接近于普通矿物鉴定中的摩氏（Mons）硬度，它是用一套标准矿物（摩氏硬度计）刻划煤标本而得出的粗略的相对硬度概念。目前普遍采用显微硬度作为变质指标，它是压痕硬度的一种。贝壳状断口参次状断口煤的断口 （根据表面 阶梯状断口 形状和性 棱角状断口 质的不同） 粒状断口 针状断口等煤的裂隙是指在成煤过程中，煤受到自然界

6、各种应力的影响所造成的裂开现象。按成因不同分为内生裂隙和外生裂隙两种。内生裂隙是在煤化作用过程中，煤中凝胶化物质受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种张裂隙。内生裂隙的发育情况与煤的变质程度和煤岩成分（煤岩类型）密切相关。在同一煤岩类型中，内生裂隙的数目（或发育程度）随变质程度由低到高，作规律性变化。内生裂隙具有以下特点：（1）主要出现在比较均匀致密的光亮煤分层中，特别是镜煤凸镜体或条带中最发育；（2）一般垂直或大致垂直层理面；（3）裂隙面较平坦光滑，裂隙面或断层常伴生有眼球状的张力痕迹；（4）裂隙方向有大致互相垂直或斜交的两组，交叉呈四方形或菱形，其中一组裂隙较发育，

7、另一组裂隙稀疏为次要裂隙组；（5）裂隙在中变质烟煤中最发育，而褐煤和无烟煤中则不发育。由于光亮煤中的内生裂隙在同一变质阶段煤中数目比较稳定，因此，在判断煤的变质程度时，常以光亮煤为准。外生裂隙是在煤层形成之后，受构造应力的作用产生的。其特点为：（1） 外生裂隙可出现在煤层的任何部位，通常以光亮煤分层最为发育，并往往同时穿过几个煤岩分层；（2） 以不同角度与煤层层理面斜交；（3） 裂隙面上常有波状、羽毛状或光滑的滑动痕迹，有时还可见到次生矿物或破碎煤屑的充填；（4） 外生裂隙有时沿袭既成的内生裂隙而重叠发生。煤在受力时或在自然条件下破坏时，沿不同方向各组裂隙发生破裂并构成一定的几何形态，某些作者

8、称之为“节理”。常见的节理有板状、柱状、立方体状、平行六面体状等；有时还可见到由复杂的外生裂隙面交互构成的近球状、锥状和鳞片状等。二、 煤的结构和构造1、煤的结构煤的结构是指煤的组成成分的各种特征包括形态、大小、厚度、植物组织残迹以及它们之间数量关系的变化等。煤的结构反映了成煤原始质料的性质、成分及其变化过程。在变质过程中，煤的各种组成成分在肉眼标志上区别逐渐消失，在高变质煤中就不容易鉴定各种组成成分，因而煤肉眼结构逐渐不明显而趋于均一。条带状结构线理状结构凸镜状结构（最常见的） 均一状结构煤的结构 木质状结构纤维状结构粒状结构叶片状结构（1）条带状结构由煤的组成成分相互交替而成条带状结构。宽

9、条带状（>5mm）条带状结构 中条带状（35mm）细条带状（13 mm）条带结构在烟煤中表现最明显，尤以半亮煤和半暗煤中最常见，年轻的褐煤和高变质的无烟煤中条带状结构不明显。（2）线理状结构往往伴随条带状结构同时出现，其宽度小于1mm。根据线理之间交替的间距又可分为密集线理状和稀疏线理状两种。组成线理的物质成分往往是镜煤、丝炭和粘土矿物等，它们断续出现在煤层各部分。以半暗煤中常见。（3）凸镜状结构镜煤、丝炭、粘土矿物和黄铁矿常以大小不等的凸镜体形式，连续或不连续散布于煤层中，构成凸镜状结构。和线理状结构一样，凸镜状结构也常常同条带状结构伴生，并可作为条带状结构的一种特殊的变型。以半暗煤和

10、暗淡煤中常见。（4）均一状结构组成成分较单纯，均匀，镜煤具较典型的均一状结构，若干腐泥煤、腐植腐泥煤和某些无烟煤也具有均一状结构。（5）木质状结构是植物原生结构在煤中的反映。煤在外观上清楚地保存了植物基部的木质组织的痕迹。有时还可见到已被煤化的保存完整的树干和树桩，一般认为在泥炭化阶段由于凝胶化作用中断而保存。木质状结构多见于褐煤。（6）纤维状结构在一定程度上反映了植物原生结构，其最大特点是具有沿着一个方向延伸的性质。是植物茎部组织丝炭化作用的产物，具疏松多孔的特点。丝炭常以明显的纤维状结构为重要鉴定特征。因此，丝炭又常称为纤维煤。（7）粒状结构肉眼可见清楚的颗粒状。常常是由煤中散布着大量稳定

11、组分或矿物所造成。常为某些暗煤或暗淡煤所特有的。它的变型有时呈鲕状或豆状结构等。（8）叶片状结构具有纤细的页理，能被分成极薄的薄片，外观呈纸片状、叶片状。主要由于煤中顺层分布着大量角质体或木栓体所致。2、煤的构造煤的构造是组成成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的相互关系。它与煤组成成分的自身特征（如形态、大小）无关，而与植物遗体的聚积条件和变化过程有关。由此可见，结构和构造之间最主要的差别在于鉴定结构时必须考虑组成成分，而构造仅说明煤中各组成成分和煤岩类型在空间中的分布、排列，它的最重要的构造标志是层理。沉积岩和煤中的层理形成原因对比沉 积 岩 中 层 理 形 成 的 原 因煤 中 层

12、理 形 成 的 原 因1、颗粒大小的变化1、作为丝炭、木煤、木质镜煤的植物茎部碎片大小的变化2、各种成分分层的互层2、不同煤分层的互层a、腐植煤分层与腐泥煤分层的互层b、光亮煤分层与暗淡煤分层等的互层3、组成部分的水平定向3、煤岩组分的水平定向4、某种包裹体在一个层面上的分布4、丝炭透镜体、泥质透镜体及其它包裹体在一个层面上的分布5、薄的顺层散布的植物碎屑和云母碎片5、顺层分布的镜煤化和丝炭化植物残屑6、沿层面的泥质薄膜6、沿层面分布的泥质薄膜7、岩石的不同颜色7、颜色的意义不大煤的构造按层理特征分为层状构造和块状构造。（1）层状构造连续状水平层理不连续状（按煤层中层理的形态） 不连续状层状构

13、造 波状层理 凸镜状水平波状斜层理 斜波状水平层理表明泥炭沼泽内原始质料在平静的环境中，几乎没有水流动的条件下沉积形成，波状层理和斜层理表明泥炭沼泽内原始质料沉积的不均匀和水流动荡等条件下形成。因此，根据层理形态及厚度，可以判断泥炭沼泽中介质的运动性质、介质运动的方向和物质的搬运强度等等。见下表，层 理 形 态 类 型层 理 的 亚 型所反映的介质运动性质水平层理连续状极为微弱的，不明显的不连续状同上波状层理不连续状不大凸镜状运动强度有变化的水平波状微弱波动的斜层理斜层理定向流动的煤中最常见的是水平层理，多数为连续水平层理，也有断续水平层理。此外煤中见到一种细水平层理，经X光检验，所得煤的X射

14、线图象表明这种情况是由纯煤物质（具白色色调的浅灰色）和矿物质薄层、薄膜（具暗色色调的浅灰色）相互交替造成的，说明泥炭沼泽内原始质料和矿物杂质具明显的分异和重新分布的特点。（2）块状层理无层理，煤的外观均一致密，就一块标本来说，甚至难以分出垂直方向和水平方向，说明成煤物质的相对均匀。多见于腐泥煤、腐植腐泥煤和某些暗淡型的腐植煤。还原样燃点（）原样燃点（） 煤的氧化程度= ×100%还原样燃点（）氧化样燃点（） 确定各种煤类本性的两个非常重要的术语是煤的类型（Type）和煤的煤化程度（Rank）煤的类型是由煤岩组分（有机显微组分和无机显微组分的含量）和煤的物理性质（煤岩组分的形态和大小）

15、表现的特性所决定的，而煤的煤化程度主要是煤的变质作用所达到的程度。因此反映各种不同的有机的和无机的显微组分的比例、分布和组成的煤的类型决定煤的本性。同样反映与地球化学因素所引起的变质作用有关的煤化程度也决定煤的本性。一般认为在泥炭阶段，由于煤岩组分还未形成，而且并没有经受变质作用，泥炭的性质并不受到这两个参数的影响。而各类泥炭的性质是由原始植物组成和分解度（无定形腐植物质占泥炭总有机物质的百分数）所决定的。但从褐煤开始，特别是烟煤阶段开始这两个因素对形成煤的性质起很大的影响。 从化学的观点来看，在煤的成熟（煤化）过程中原始物料有机质官能团上的氧（开始）和氢（其次）从环状碳的“骨架”上脱去，并以

16、气体分子的形式（H2O、COx、CH4）从煤层中逸去，其结果是经受变质作用过的煤中的碳含量随煤化程度的增高而增高，因而碳含量时常用作确定煤化程度的指标。但是化学组成不相似的原始物料中的各种显微组分在煤化阶段所起的变化是完全不同的。因此，原始物料不同的两种类型的煤经相同的变质作用的程度，它们的碳含量有显著的差异（甚至以无灰基作为基准，排除碳酸盐中碳的干扰时），在同一个煤层中可以观察到有明显区别的两类煤。同样地，含有相同煤岩显微组分的煤由于经受的变质作用的程度不同而使它们的碳含量有明显的区别。所以只有煤的类型和煤化程度两个参数的紧密组合确定了煤的化学结构和各种性质。由于镜煤和镜质组是各种煤岩类型中

17、最纯净、最易辨认而又较易剥离的成分，它在煤化过程中的变化介于壳质组和丝质组之间，比较均匀、适中和有代表性。所以在确定煤的变质程度时，要用油浸物镜下测得的镜质组的最大反射率（RºMax）作为主要鉴定指标（见煤化学P33-36页）。丝质组的反射率在变质过程中变化幅度很小，稳定组的反射率变化虽大，但稳定组分本身在高变质煤中已很少见，都不宜作为鉴定标准。根据肉眼观察可将腐植煤划分为未变质的、低变质的、中变质的和高变质的等四个阶段。根据在显微镜下或油浸中测定镜质组最大反射率的数值，可将低、中、高变质的煤进一步划分为八个地质阶段，即0阶段，与按化学工艺性质划分的八个工业牌号（褐煤 无烟煤）大致相

18、当，见下表：不同变质阶段煤的若干显微镜研究的指标一览表变质程度变质阶段工业牌号反射率R最大（%）显微镜透射光下的单偏光显微镜透射光下的正交偏光凝胶化的颜色稳定组分的颜色凝胶化组分的透明度凝胶化基质稳定组分干涉色各向异性干涉色未变质煤0褐煤6.69褐黄稻草黄好浅褐无-极微弱浅灰低变质 煤长焰煤7.18褐红浅黄好褐红较弱黄灰气煤7.74橙红黄-金黄好橙红、微褐较强黄中变质煤肥煤8.47鲜红橙黄-橙红较好鲜橙红强橙红焦煤9.31棕红红-暗红较好橙红强红瘦煤9.90红棕半透明棕红-橙红很强高变质煤贫煤10.63棕半透明棕红-橙红很强无烟煤13.19深棕-黑微透明-不透明 煤中的水分赋存状态分为外在水分

19、、内在水分和结晶水，外在水分和内在水分是以附着和吸附方式与煤机械结合的游离水，比较容易脱除，结晶水用物理机械方式不易除去，但是结晶水分与游离水分比较要少得多，煤的工业分析中只测定游离水而不测定结晶水。煤中水分含量过高时将增加不必要的运输量，还会引起装卸过筛的困难，破碎时要消耗较多的功；燃烧时蒸发水分需消耗大量的热，炼焦时延长结焦时间，贮存时易于风化自燃。对输煤系统的设计、运行有着直接的影响。最高内在水分（MHC）是指在一定条件下吸附和凝聚在煤的毛细孔中的饱和水分。全水分（Mt）是指煤的外在水分和内在水分的总和。分析基水分（Mad）是指在空气干燥状态下的内在水分。 反映煤的厚度、煤质的稳定性的统

20、计数：（XiX）标准差S= 1/2n-1S变异系数V= ×100%X 煤层灰分：按采样规程要求，厚度0.01m的夹矸与上下煤层合并采样测试。计量灰分（资源量/储量采用厚度的灰分）：按勘探规范10.3.1条规定，煤层灰分加单层厚度为0.05m的夹矸灰分的加权平均灰分。煤层开采灰分：即在采煤时按规定应采的各个煤分层及夹矸层，包括0.010.30m的夹矸灰分的平均灰分。煤中的灰分低，不仅对煤的运输、加工、利用有利外，而且对锅炉的设计、运行，电厂基建投资乃至市场前景，都有极大的经济效益及利益。 挥发分产率是评价煤工艺性能和煤分类的重要指标，它能大致地代表煤的变质程度，同时又能根据挥发分产率和

21、焦渣形状初步判断煤的加工利用性质。我国煤炭分类方案以煤的挥发分产率作为第一分类指标。挥发分产率=100M（有机质分解出来的液体和气体的总重量中的水分） 固定炭=100MAV或从测定煤炭挥发分后的残渣重量中减去煤的灰分重量。煤的可燃基固定炭含量与挥发分一样，也是表征煤炭变质程度的一个参数，即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高。煤的燃料比是指煤的固定碳含量与挥发分产率之比，也是表征煤炭变质程度的一个指标，即煤的燃料比随煤的煤化程度增高而增高，长焰煤的燃料比为11.7。 动力用煤分为民用、锅炉、工业锅（窑）炉、蒸汽机车、船舶等用煤。 元素分析是指测定煤中有机质的组成元素，即碳、氢、氧、氮、硫的

22、含量。五种元素中以碳、氢、氧为主，它们的总和占有机质的95%以上，氮的含量变化不大，硫的含量则随原始物质和成煤时的沉积条件不同有高有低。从煤的元素分析可判断煤的变质程度，计算煤的发热量，推测焦油产率和腐煤蜡的产率，探索煤的结构，计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成，煤的燃烧热。煤的元素组成资料也可以作为煤的工艺性质、煤的分类等辅助指标.当煤作为动力燃料使用时,也常需要原煤的元素组分数据,以便为锅炉设计和燃料煤的理论烟气量、空气消耗量和热平衡使用。碳的含量是评定煤变质程度的指标，也是计算物料及平衡的依据。氢含量随变质程度的增高而降低。相同变质程度的煤，氢含量与煤岩组分有关，氢可作为煤变质程度的指标和

23、计算物料及热平衡的依据，还可作用氢含量推测成煤环境的还原程度和作为考虑成因类型划分的参数。氧含量随煤的变质程度的增高而减少，是区分低变质煤的一个主要指标。煤中的氧含量的多少对煤的加工和利用有着很大的影响，对炼焦用煤，氧含量过高往往使煤的粘结性和结焦性大大降低或失去，当煤用作动力燃料时，氧含量过量时它不但不参与燃烧，反而约束着一部分对燃烧有利的元素（如C、H）从而使发热量减少，所以说煤中的氧的存在一般是不利的，但含氧量高的煤是制取芳香羧酸和腐植酸类物质的良好原料，这时氧的存在又是有利的。氮含量在煤中很少，随煤的变质程度的增高而降低，但不显著，煤中的氮在干馏、气化时大部分均以氨的形态逸出，可收回作

24、为氨肥用，亦是煤中有用元素，氮在煤燃烧气化时生成NOX而使环境污染，又使煤液化时需消耗一部分氢，这是有害的。煤中的硫可分为无机硫和有机硫两大类，无机硫又分为硫化物硫（SP）、硫酸盐硫（SS）两种，同时还含有少量的元素硫。根据硫在燃烧过程及干馏过程中的状态可分为可燃硫、不可燃硫、挥发硫、固定硫。其中：可燃硫=全硫碳酸盐硫；不可燃硫=碳酸盐硫氧化硫气体被煤灰中碱性物质吸收的部分硫；全硫=可燃硫不可燃硫。硫是煤中的有害元素，其危害性主要表现在以下几方面：（1） 贮存煤时，特别是黄铁矿多的煤易于自燃；（2） 作为动力燃料时硫燃烧生成SO2，不仅腐蚀金属设备，而且污染空气造成公害；（3） 煤气化制合成煤

25、气时所产生的SO2气体不仅腐蚀设备，而且使催化剂中毒，影响操作和产品质量。（4） 炼焦时，大部分硫（60%）转入焦炭中，影响炼焦操作、产品质量和产量，而且对设备严重腐蚀，一般配煤硫应1%。 煤的发热量是指单位重量的煤完全燃烧后所产生的热量，又叫热值（1卡=4.184焦耳）。它是评定动力用煤质量的主要指标，又是计算耗煤量、热平衡及热效率等的依据，还是改进用煤方法，提高热能利用的基础资料。可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征（如粘结性、结渣性等）。煤的发热量与煤质的关系：随着煤的煤化程度增加，发热量不断增加，到焦煤达到最高值，此后随煤化程度进一步增加又有所下降，这可从煤的元素组成的变化来解释，

26、从褐煤、长焰煤过渡到焦煤时煤中的氢含量减少得不多，而碳含量的增加和氧含量的减少的幅度有所降低，而氢含量则明显地降低，氢的发热量为碳的发热量的3.74.2倍，因此煤的发热量的变化又随着煤化程度的进一步增加而下降了。收到基低位发热量是指以收到状态的煤为基准的从高位发热量中减去煤燃烧后全部水的汽化热的发热量，这种发热量较接近工业实际情况。是评价动力用煤的重要指标，也是国际煤炭贸易中计价指标，是设计电厂锅炉、燃烧方式的重要参数。 煤灰成分的分类表：煤的灰成分中约有95%以上是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其余5%是Mg、Na、K、Ti的氧化物和Cl、S、P等所组成。成类 分型Al2O3Si

27、O2Fe2O3CaO硅质灰分83040702020粘土质灰分304540552020铁质灰分107030552020钙质灰分52015405202040多数煤灰以硅酸盐为主，也有以碳酸盐或两者为主的。煤灰成分分析主要测定SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5、TiO2、Mn3O4等。并应用光谱半定量分析普查其它有价值的伴生元素和稀散元素等。灰成分和灰熔点有关，目前按灰熔点（ST软化温度）分为四类：难熔灰分1500；高熔灰分12501500；低熔灰分11001250；易熔灰分1100。一般含SiO2和Al2O3高的煤其灰熔点高，含Fe2O3、CaO、

28、MgO、K2O、SiO2 Al2O3Na2O高的煤灰熔点低，通常用工业元素比值（简称酸度）Fe2O3 CaO MgO来反映灰熔点的高低，通常比值接近1称为低熔灰分，当比值5时，灰分熔点可高达1350以上。 煤灰熔融性和灰粘度是动力用煤和气化用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作为煤灰熔点；煤灰粘度是说明灰渣在熔化状态时的动态的重要指标。煤灰的粘度是指煤灰的内磨擦系数。它表明灰渣在熔化状态时的动态，对确定液态排渣锅炉和气化熔渣的出口温度有十分重要的意义，液态排渣炉不仅要求原料煤的煤灰熔融温度低，而且还需了解煤灰成分及煤灰的粘度温度特性（温度-粘度曲线）。固定床的煤气炉中，煤灰粘度应50泊；粉煤气化

29、过程中，其粘度应250泊；液态排渣锅炉中，粘度50100泊，最高不能超过250泊。一般固态排渣的锅炉和固定床气化炉中，以采用煤灰熔温度较高的煤合适；液态排渣的锅炉和气化炉要求烧用煤灰熔融温度低的煤。炉内结渣情况并不完全决定于煤灰熔融温度，还与煤的灰分含量有很大关系，即煤灰熔融温度相同，灰分含量高的煤比灰分含量低的煤容易结渣。在工业锅炉和气化炉中，成渣部位的气体介质大都呈弱还原性，为了适应燃烧和气化等工艺条件，煤灰熔融温度的测定须在弱还原气体介质中进行，在弱还原气体介质中，Fe2O3将变成二价铁（FeO），加上FeO能与煤灰里的SiO2生成熔点更低的硅酸盐，所以煤灰在弱还原气体中熔点最低。煤灰成

30、分中的Al2O3和Fe2O3的含量，将直接影响煤灰熔融温度，前者始终与煤灰熔融温度成正比，而后者与煤灰熔融温度成反比。CaO 、MgO 、K2O和Na2O等碱性氧化物也都起降低煤灰熔融温度的作用。SiO2的含量与煤灰熔融温度的关系一般不明显，但当SiO2的含量为4560%时，煤灰熔融温度随SiO2含量的增高而降低。当CaO含量特高时，则与熔融温度的关系就不符合上述规律，反而起提高煤灰熔融温度的作用。在工业上一般用ST（软化温度）作为评价煤灰熔点的主要指标。 络伦兹曲线见地质勘探时的煤质评价P8889洛伦兹曲线是一种直接进行比较的图示方法，可用来比较不同对象数据点的集中和分散的程度，也是一种相对

31、的比较方法，由于这种方法简单并且较直观地可比较不同对象数据点的离散性，因而在各个专业上应用很广。在表中分别列出秩（即频数多少的次序），然后按秩的大小顺序排列。并分别计算其频率和累积频率，最后按累积频率绘制曲线，这种曲线称为洛伦兹曲线。曲线越平直（线性）表示数据点越分散，反之曲线越陡，表示数据点越集中。 煤的粘结性及结焦性煤的粘结性是指煤粒在密闭（隔绝空气）条件下加热到一定温度后，能够熔融和相互粘结成块的性质。而结焦性则是指煤能炼成具有高强度的焦炭的性能。粘结性只是煤的结焦性的一个方面，如肥煤粘结性最强，但其结焦性却不如焦煤。对于弱粘结煤来说，一般粘结性和结焦性是一致的。煤的粘结性和结焦性与煤的

32、变质程度、煤岩类型和矿物杂质含量等有关，光亮型、半光亮型的中变质烟煤的粘结性和结焦性最好。粘结性是鉴定炼焦用煤的重要指标，也是评价低温干馏、气化或动力用煤的主要根据之一。100 m2m5粘结性指数= ( m3m4)3 m1 2m1_冷却后焦块总重量m2_1毫米圆孔筛上的焦块重量m3_转鼓中第一次转5分钟后筛上物重量m4_转鼓中第二次转5分钟后筛上物重量m5_转鼓中第三次转5分钟后筛上物重量 煤的粘结性与焦渣外观特征（测定煤的挥发分）关系见煤田地质学P47坩锅膨胀系数法挥发分产率测定（900±20）的焦渣特征见煤田地质普查勘探手册（下）P279根据测定煤挥发分时，残留在坩埚中的焦渣的特

33、征,可大致判断煤的粘结性。我国将坩埚膨胀序数划分为七级，其特征见下表。粘结性编 号名 称焦渣外观特征说明焦渣外形示意1粉状毫不粘结与原来煤样相似2粘着以手指轻压即碎成粉状3弱粘结用手指轻压即裂成小块4不熔融粘结以手指用力压方裂成小块5不膨胀熔融粘结成扁平饼状表面有银灰色金属光泽6微膨胀熔融粘结用手压不碎，表面有银白色金属光泽和小气泡7膨胀熔融粘结焦渣的表面有银灰色金属光泽，高度不超过15mm8强膨胀熔融粘结焦渣的表面有银灰色金属光泽，高度大于15mm 煤灰的熔渣指数和结污指数（见煤质及化验基础知识P220）所谓“熔渣”，就是煤在燃烧过程中粘集在燃烧炉的耐火砖壁上以及其它明显地暴露于热辐射的面壁

34、上的熔融的灰渣。熔渣指数是由煤灰的碱酸比乘以煤的干基全硫来进行计算的。Fe2O3CaOMgOK2ONa2O煤灰的碱酸比=SiO2Al2O3TiO2煤灰的熔渣指数（S.I）=碱酸比×St,d所谓“结污”是指煤灰中有可能粘集在锅炉的对流管束上面的粘性较大的碱性氧化物，尤其是粘在那些不暴露于辐射热中的过热器和加热器上面的碱性氧化物。结污指数是根据煤灰的碱酸比和氧化钠含量进行计算的。即：煤灰的结污指数（F.I）=煤灰的碱酸比×Na2O(%)此外，煤灰的铁钙比（Fe2O3/ CaO）、硅铝比（SiO2/ Al2O3）、铁与钙镁比Fe2O3/ （CaOMgO）、含硅率（硅值）等指数对煤

35、灰在锅炉内的动态也都有关。SiO2硅值=SiO2Fe2O3CaOMgO美国机械工程师协会对于煤灰特性的分类项 目类 别低 的中 等 的高 的严 重 的结污类结污指数(碱酸比×Na2O%)0.20.20.50.51.01.0Na2O含量(%)0.50.51.01.02.52.5煤中的碱性氧化物总量(%)0.30.30.450.450.60.6煤中的氯含量(%)0.20.20.30.30.50.5煤灰烧结强度在925时(公斤/厘米2)6.896.8934.4734.47110.32110.32在1700时(磅/英寸2)10001000500050001600016000熔渣类T25012

36、7514001150124511201200232525502100227520502200熔渣指数(碱酸比×St,d)0.60.62.02.02.62.6 煤的低温干馏测定总水分（Mad）、焦油产率（Td）、半焦产率（CRad）、气体产率（rad）。焦油产率的变化与原为煤挥发分大致呈正相关系，在相同挥发分煤中，粘结性强的煤焦油产率较高。 煤的气化指标：1、煤的化学活性（煤对CO2的反应性）是指在一定的温度条件下，煤对CO2的还原能力。它直接影响煤在炉中的反应情况、耗煤量和煤气中的有效成分等，是气化和燃烧特性的一个重要指标（温度二氧化碳还原率曲线）。评价煤的化学活时，用试验最终温度1

37、100测得的二氧化碳还原率作为评价指标。2、煤的结渣性是指在气化过程中结渣的难易程度，是评价气化用煤的指标之一。煤的结渣性曲线（用炉栅强度为200、400及800公斤/米2·时的结渣百分数）。根据>6毫米级的灰渣结渣率对煤的结渣性分为以下几个级别：<5%难结渣煤525%(400公斤/米2·时)中等结渣煤>25%强结渣煤煤的结渣性与煤灰熔点有关,即灰熔点愈低,结渣率愈高,结渣性愈强,同时与灰分含量及灰成分有关,灰分愈高,愈易结渣。3、煤的抗碎强度、块度作为气化用煤，其块度不能过小，并在运输、装料过程中不发生过多的破碎，即具有足够的机械强度。筛下物重量块煤的下

38、限率（含末率）= ×100%筛上物重量筛下物重量>50mm的矸石重量煤的含矸率（%）= ×100%煤样总重量煤的抗碎强度是指煤块受挤压、碰撞等作用而破碎的难易程度。它是动力用煤和气化用煤的质量评价指标（>25mm的块煤占原样试验块煤的重量百分数）。抗碎强度和煤化程度(Vdaf%)的关系：大于25mm的煤百分比越大，表示抗碎强度越大。在焦煤和肥煤的位置出现最低值，即脆性最大，而年轻烧年老煤则由于各自不同的结构原因，脆度均小于中等变质程度烟煤。按泰茨的规定：最脆的煤的指标小于10；脆的煤1030；坚固的3050；最坚固的大于50。在四种宏观煤岩组分中丝炭最脆，其次是

39、镜煤和亮煤，脆度最小的是暗煤。这是煤岩选择破碎法的依据。（抗碎强度和煤化程度关系见煤化学P90）4、煤的热稳定性（又称耐热强度）是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度，即块煤在高温作用下保持原来粒度的性质。热稳定性是评价气化和动力用煤的指标之一。一般烟煤的热稳定性较好，褐煤和无烟煤的热稳定性较差。褐煤因为含水较多，受热后水分蒸发，使煤变碎。无烟煤由于结构紧密，受热后内外温差大，膨胀不均匀产生应力而使煤碎裂。5、煤的可磨性，标志着粉碎煤炭的难易程度。是根据磨碎定律来测定煤炭的可磨性，即研磨煤粉所消耗的功与煤炭产生的新表面的面积成正比。在设计和改进制粉系统，估算磨煤机的产量和耗电率时，需测定煤

40、的可磨性，煤的可磨系数愈大，表示煤容易磨碎。煤的可磨性指数在煤中C含量90%附近出现最大值,即最容易磨碎.煤的可磨性指数和煤化程度的关系见煤化学P90。 希尔特定律（见煤田地质学P219）：在同一煤田大致相同的构造条件下，煤的挥发分向地壳深处依层逐渐减少。可以用挥发分梯度，即地层深度每加大一百米挥发分（Vdaf）减少的数值来表示。不同煤田中由于地热条件等的不同，挥发分梯度（也有人称之为变质梯度）是不同的。随地层深度的加大，除挥发分有规律地减少外，固定碳、碳含量和镜质组反射率等则有规律地增高，其它煤变质指标也作有规律的变化。由于单一采用挥发分梯度指标容易受煤岩成分和成因类型的干扰而出现背离希尔特

41、定律的情况，使煤变质规律表现得不明显或甚至“反常”（特别是当煤层相隔很近，变质程度相差甚微时），所以最好综合采用包括挥发分梯度、碳含量梯度和反射率梯度等各项指标来表示煤变质程度的变化，这样可以更准确地反映煤变质程度随地层深度而加大的规律。事实上，当前也正是从这一种更广泛的涵义上来理解和使用希尔特定律的。 煤层的风化带和氧化带到目前为止，对煤层的风化带和氧化带的划分尚无一致的意见，但一般习惯于把接近地表浅处煤的物理性质和化学性质都变化的地带叫作风化带，把较深处煤的物理性质变化不大而化学工艺性质变化了的地带称为次风化带。风化带和次风化带合称为氧化带，见下图：风化带 次风化带 氧化带未变化煤风化煤的

42、成分和性质变化表煤的成分和 性 质变 化 情 况煤的成分和 性 质变 化 情 况碳含量减 少粘结性降低以至完全失去粘结性氢含量减 少胶质层厚度降低以至完全消失氧含量增 加在碱性溶液中的溶解度增加湿 度增 加焦油产率减少灰 分在一般情况下增加，某些情况下减少干馏气体的 成 分CO2和CO含量增加，氢和烃的含量减少挥发分高变质煤中增加，低中变质煤在开始风化时减少燃烧温度降低发热量降 低吸附能力增加氧化煤肉眼鉴定标志煤岩特征氧化带光 泽结构、构造内生裂隙机械强度在裂隙内最普通的矿物上部 （风化带的强烈氧化煤）无论在内生裂隙面上或新鲜断面上光泽皆比非氧化煤弱甚至暗淡无光在个别小块中发现有轻微破坏被风化

43、裂隙所掩盖松软，稍捻即碎成粉沫状多数情况下，没有氢氧化铁，有很多的泥质的风化产物，有时它胶结了个别的煤块中部（次风化带上部的中期氧化煤）在内生裂隙面上比非氧化煤弱，在新鲜断面上与非氧化煤同与非氧化煤相同由于风化，内生裂隙很明显，具有与非氧化煤相同的常见度上部的煤机械强度弱，往往渐增可达到与非氧化带煤相同有大量的褐色的氢氧化铁充填在煤的裂隙中。碳酸盐薄膜常是受溶蚀的。也可发现大量的晕彩状的氢氧化铁下部（次风化带下部的初期氧化煤）在新鲜断面上与非氧化煤相似，在裂隙面上有时与非氧化煤相似，有时较弱与非氧化煤相同常比非氧化煤表现更明显，裂隙的常见度与非氧化煤相同在大多数情况下与非氧化煤的强度相同可见新

44、鲜的碳酸盐薄膜，小量晕彩状的氢氧化铁。有时也可发现尚有少量未氧化的黄铁矿薄膜存在风化煤不仅不能炼焦和干馏，甚至作为燃料用煤，其价值也大大降低。越近地表，风化作用进行得越强烈，风化煤中的有机质部分变为气体逸去，部分则被水溶解带走了，致使煤层在露头及近地表处厚度显著变薄，甚至尖灭成“煤线”。强烈风化的煤由于次生腐植酸化合物的存在并受氢氧化铁的污染而呈褐色，结构也变疏松甚至呈粉沫状，这种褐色粉沫状的风化煤被称为“煤华”。有时因煤中含有铁明钒石，风化后呈白色粉沫，称为“煤垩”。煤华和煤垩都是找煤的良好标志。煤的燃点：在有氧化剂（固体氧化剂亚硝酸钠和硝酸银等）共存的情况下把煤加热到开始燃烧的温度，叫做煤

45、的燃点。燃点与煤的变质程度有明显的关系，变质程度高，煤的燃点高；变质程度低，煤的燃点低。氧化以后的煤的燃点明显下降。可分别测定用联苯胺处理过的煤样（还原样），用过氧化氢处理过的煤样（氧化样）和未经处理过的煤样的燃点，然后按下式来确定煤样的氧化程度：还原样燃点（）原样燃点（）氧化程度= ×100%还原样燃点（）氧化样燃点（）T0=还原样燃点（）原样燃点（）。一般说T0与煤自燃倾向有关。T0>40的是易自燃煤；T0<20的煤,除褐煤和长焰煤外,都是不易自燃的煤,用测燃点的方法确定煤的氧化程度比用元素分析、粘结性和腐植酸产率等指标都要灵敏得多。 煤的腐植酸 (原生腐植酸)类物质

46、在工农业和医药上用途广泛。 年轻煤的透光率是区分褐煤和年轻烟煤较为有效的指标。透光率同年轻煤的Cdaf、Odaf、Qgr,daf含量、Rºmax等一系列指标都有很好的相关关系（见煤炭化验手册P465），此外还与Vdaf、H/C、C/O原子比及含最高内在水分的无灰基高位发热量等指标有显著的线性相关关系。Cdaf<70的煤，P47572均<20%；Cdaf<77的煤，几乎都>65%（PM值都大于67%）；Cdaf>80%的煤，P47572都大于85%；Cdaf为85%左右，Cdaf（或PM）几乎为100%，这就是说，到气煤段后，煤的大分子结构基本上已不再与稀

47、硝溶液发生反应了。所以透光率只能适用于区分年轻煤的煤化程度。 煤的可选性评价（见煤田地质学P56，煤田地质普查勘探手册（下）P274，煤质及化验基础知识P70）现将生产矿井的主要煤质指标和可选性指标简介如下。筛下物重量块煤的下限率（含末率）= ×100%筛上物重量筛下物重量>50mm的矸石重量煤的含矸率（%）= ×100%煤样总重量煤的筛分试验是指按规定的采样方法采出6吨生产大样，依次通过孔径150mm 、100 mm、50 mm、25 mm、13 mm、6 mm、3 mm和1 mm的八个大筛子，分别称出各组长筛上物及1 mm级的筛下物重量，然后计算各级产物试样全样的

48、重量百分数。同时把各级产物分别缩制出试验室用煤样，测定水分、灰分、全硫或发热量等工业分析项目，或其它专项测定（如粘结性和煤岩组分等），以全面了解各级产物的产率及其质量，为矿井设计部门建设筛选厂提供基础资料。此外，筛分试验也可为矿井制定产煤年度质量指标的主要技术依据。必要时也可根据筛分试验资料来了解某一个或几个筛级煤的数量和质量。通过筛分试验，还可以了解各生产煤层的产率和不同粒级煤的某些质量特征指标。同样，对炼焦用煤，通过筛分试验可以了解各级煤的硫分分布情况以及煤岩组分的异同，从而为制定某些结焦性较弱的炼焦煤的合理破碎方案，提供可靠的技术依据。煤的浮沉试验，通常是指筛分试验后的各粒级煤样（大于5

49、0mm的必须破碎到50mm以下），分别采用1.3、1.4、1.5、1.6、1.8等不同比重级的氯化锌溶液（或用四氯化碳与苯、三溴甲烷与四氯化碳配成的有机溶液）进行的分选试验。根据不同比重级浮煤与沉煤的产率、累积产率及其相应的质量指标（如灰分、硫分或结焦性指标等），可以了解煤样的可选性，从而为选煤厂设计确定选煤方法、工艺流程和设备要求等方面提供技术依据。在生产选煤厂中，通过浮沉试验可以算出洗煤的数量效率（即精煤的实际回收率和理论回收率之比）。煤的可选性，是指在重力洗选过程中煤和杂质分离的难易程度。与杂质容易分离的叫做易选煤，反之为难选煤。为了区别精煤与中煤分离的难易程度，需要给予定量的指标，因此

50、就常用可选性指标来评定煤的可选性。中煤含量（%）（比重1.41.8）可选性等级精煤理论回收率（%）等级<10易选>70优等1020中等可选5070良等>2030难选>4050中等>30极难选40低等常用的煤炭可选性评定方法（评价指标）如下：1、全量中煤法（仅对中国煤的标准）见右表。洗选过程中，把比重为1.41.8或1.51.8一级的中间产物称为中煤。按照我国国家标准规定：评价炼焦用煤的可选性采用1.41.8比重级的中煤量；动力用煤一般是用1.51.8比重级的中煤量。2、勃氏邻近比重（±0.1）含量法±0.1含量（%）<10>1020

51、>2030>3040>40可选性等级很易选易 选中 等难 选很难选其具体划分的等级见下表，煤的可选性曲线是研究和评价可选性的较好方法。煤的可选性曲线包括浮煤曲线，沉煤曲线，观察曲线，比重曲线四组曲线。其中曲线表示浮煤累计产率与累计灰分的关系；曲线表示任一比重的浮煤和沉煤的累计产率；观察曲线表示浮煤的累计产率与其灰分（此处灰分是指每一级浮煤的灰分而非浮煤累计灰分）的关系；沉煤曲线表示沉煤累计产率与累计灰分的关系。由观察曲线的形状可以判断煤的可选性：易选煤，曲线的上段极陡，中段曲率甚大，下段坡度很小；反之，难选煤曲线上、中、下三段的差别很少甚至成为直线。煤的可浮性是指粒度小于1（

52、或0.5）mm的煤泥与其中的矿物质分离的难易程度。纯煤（或精煤）与矿物质的分离，是根据两者对水的吸附性不同进行的。纯煤（主要指炼焦煤）的表面通常具有疏水性（憎水性），而矿物质却有较好的亲水性。水滴滴在纯煤的表面上时，水滴与煤粒表面间的夹角（常称接触角）大，而水滴在矿物质的表面时，水滴与矿物质表面间的接触角小。为使纯煤的表面具有更大的疏水性，在做可浮性试验时须加入一种叫做捕收剂的试剂（煤油、轻中油、蒽油、萘油或轻柴油等）。这种捕收剂的分子两端性质不同，一端易于吸着在煤粒上，另一端却是疏水的，这就使纯煤的表面疏水性更强。向试验的矿浆中充入空气并加入一种叫做起泡剂的药剂（如松根油、杂醇类等），矿浆中

53、就产生一种比较稳定而具有弹性的细小的泡沫层。这时，矿浆中表面为捕收剂所包围的疏水的煤粒，就附着在这种稳定的气泡上，象乘气球似的随之上升，在液面上形成矿化泡沫层；而亲水的矿物质颗粒表面不能与气泡粘附，仍然留在矿浆里，这样就完成了煤泥和矿物质的分离的过程。在试验时，为了提高浮煤（精煤）质量，防止矸石颗粒浮起，在某些情况下要加入一种叫抑制剂的药剂（如水玻璃、氯化钙、石灰或亚硫酸纸浆废液等）。 标准焦型见煤炭试验方法汇编P146（低温干馏）焦型体 积 变 化主 要 特 征、强 度 及 其 它A试验前后体积大体相等不粘结，粉状或粉中带有少量小块，接触就碎B试验前后体积大体相等微粘结，多于三块或块中带有少量粉，一拿就碎C试验前后体积大体相等粘结，整块或少于三块，很易碎D试验后较试验前体积明显减小（收缩）粘结或微熔融，较硬，能用指甲刻画，少于五条明显裂纹，手摸染指，无光泽E试验后较试验前体积明显减小（收缩）熔融，有黑的或稍带灰的光泽，硬，手摸不染指，多于五条明显裂纹，敲时带金属声响F试验后较试验前体积明显减小（收缩）横断面完全熔融，并呈灰色，坚硬，手摸不染指，少于五条明显裂纹，敲时带金属声响G试验前后体积大体相等完全熔融，坚硬，敲时发出清晰的金属声响G1试验后较试验前体积明显增大（膨胀）微膨胀G2试验后较试验前体积明显增大（膨胀）中度