第二章煤的成因性质及分类

第二章煤的成因性质及分类第一节煤的成因及种类由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用煤化作用又分为两个连续的过程，即成岩作用和变质作用：

植物泥炭化泥炭成岩作用褐煤变质作用烟煤、无烟煤煤化作用

一、成煤过程1、成煤植物残骸的堆积2、生物化学作用3、成岩作用及褐煤的生成4、地质化学作用二、煤的种类由高等植物生成的煤叫腐植煤（泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤）炼焦工业主要用烟煤，根据煤化度的不同可分为：长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级。按煤化程度由低到高依次是：

褐煤烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）无烟煤第二节煤的性质1.真(相对)密度(真比重)

1.1真密度的概念：20℃时煤的质量与同体积(不包括煤的所有孔隙)水的质量之比。1.2真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。煤化程度对煤的真密度的影响33左右。壳质组镜质组惰质组1、成煤原始物质2、煤化度3、岩相组成4、矿物质5、水分及风化2、煤的硬度

煤的硬度反映煤抵抗外来机械作用力的能力。煤硬度的表示方法：刻划硬度、弹性回跳硬度、压痕硬度、耐磨硬度等，常用的是刻划硬度和压痕硬度（显微硬度）

煤的显微硬度

式中H－显微硬度，MPa；

P－加在压入器上的负荷，N；

d－压痕对角线长度，mm；

－方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136

。

P从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为75%～80%(长焰煤、气煤)之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到85%左右最低；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。煤的可磨性是指煤被磨成煤粉的难易程度。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:灰分。煤的结焦性是指在工业条件下，单种煤或配合煤生产出优质性能的焦炭。主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹体，呈透镜状、条带状、薄片状等；该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:灰分。8、煤中的有害元素和伴生元素这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。煤的分类中反映煤的粘结性指标，主要有粘结指数GRI、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b。11、煤质分析常用基准的物质含义煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称为全硫。三、煤的粘结性和结焦性其煤的破碎概率大，会产生较多的粉煤。1氢元素在煤分子上的位置：3挥发分和固定碳的定义：－方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136。3、煤的脆度煤的脆度是表征煤的抗碎或抗压强度，即机械坚固性的指标。脆度大的煤。其煤的破碎概率大，会产生较多的粉煤。最高煤化度和低煤化度的脆性较小，而中等煤化度的肥煤和焦煤脆性最大。4、煤的可磨性煤的可磨性是指煤被磨成煤粉的难易程度。实测的煤的可磨性指数越大则容易粉碎，反之则较难粉碎。煤的可磨性与煤化度、煤岩组成、煤中水分含量和矿物质的种类、数量及分布状况等有关。HGI,%5、煤的透光率煤的透光率：是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用PM表示。6、煤的可选性煤的可选性是指从原煤中选出符合质量要求的精煤（浮煤）的难易程度。由煤矿开采出来的原煤灰分和硫分含量往往较高，因此用于炼焦的煤应先进行选煤，不同的煤中矿物质的存在形式不同，脱出他们的难易程度也不同，即可选性不同。煤的浮选示意图全硫，St煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。亮煤（光泽条带）暗煤（无光泽条带）煤的透光率：是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。d－压痕对角线长度，mm；煤中的氮对煤的加工利用影响不大。煤中的氮在煤燃烧时也不放热，通常以N2的形式进入废气。由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。13、各基准指标间的换算系数13、各基准指标间的换算系数惰质组＞镜质组＞壳质组（3）成因类型的碳含量：煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。目视比色透光率（PM）41，42，43，44，45，46二、煤的化学组成1、煤的工业分析水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。分为外在水、内在水、化合水全水分：分析水分：1.2煤灰分的定义煤的灰分(ash)：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:灰分。2.3煤中矿物质的来源2煤的灰分原生矿物质次生矿物质外来矿物质

指存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土金属的盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开。

主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹体，呈透镜状、条带状、薄片状等；此外，煤层形成后，地下水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中，主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。

这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的，几乎不影响煤的可选性。煤灰分的来源

矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应是：CaCO3CaO+CO2

FeS2+O2SO2+Fe2O3

CaSO4.H2OCaSO4+H2O

……分析基灰分：干基灰分：

1.3挥发分和固定碳的定义：

在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来或固定下来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的称为固定碳。实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V表示，固定碳用FC表示。1.3挥发分的测定要点

称取1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚，在900℃的马弗炉内隔绝空气加热7min取出，冷却后称量，认为失重由挥发分和吸附的水分蒸发所致，因此，按下式计算挥发分：，％空气干燥基的固定碳FCad按下式计算：FCad＝100－Mad－Aad－Vad，％3挥发分和固定碳2、元素分析

1、元素分析的定义：煤的元素分析是对组成煤的有机质主要元素的化验分析，煤的元素组成也就是指煤有机质的元素组成。大量的研究表明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。2、元素之间的数量关系Mad+Aad+Sad+Cad+Had+Oad+Nad=100%

Ad+Sd+Cd+Hd+Od+Nd=100%

Sdaf+Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf=100%

对煤的有机质元素组成的测定，通常是测定C、H、N、S，O是通过上述公式由差减法

获得。3、煤中的碳元素

3.1碳元素在煤分子上的位置

碳是构成煤分子骨架最重要的元素之一，主要存在于缩合芳香核上。3、煤中的碳元素

3.2影响碳含量的因素：

（1）煤化程度：煤化程度提高，煤中的碳元素逐渐增加，从褐煤的60％左右一直增加到年老无烟煤的98%。

（2）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，煤岩组成的碳含量:惰质组＞镜质组＞壳质组

（3）成因类型的碳含量：腐植煤

＞腐泥煤

4.1氢元素在煤分子上的位置：

氢元素是煤中第二重要的元素，主要存在于煤分子的侧链和官能团上，在有机质中的含量约为2.0%～6.5％左右。4、煤中的氢元素

5、煤中的氮元素氮也是组成煤有机质的元素之一，主要存在于煤分子的杂环和氨基上。煤中的氮元素含量较少，一般为0.5％～1.8％。煤中的氮在煤燃烧时也不放热，通常以N2的形式进入废气。当煤在炼焦时，煤中的氮部分形成NH3，HCN及其它有机含氮化合物，其余的则留在焦炭中。煤中的氮对煤的加工利用影响不大。

6.1煤中硫的存在形态

:煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称为全硫。全硫St无机硫有机硫（Sor：与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构）{{硫化物硫Spy硫酸盐硫Ss6、煤中的硫元素7、煤中元素含量随煤化程度的变化规律表4－1煤中元素随煤化程度的变化规律煤种Cdaf，%Hdaf，％Odaf，％Ndaf，％泥炭55～625.3～6.527～341～3.5年轻褐煤60～705.5～6.620～231.5～2.5年老褐煤70～76.54.5～6.015～201～2.5长焰煤77～814.5～6.010～150.7～2.2气煤79～855.4～6.88～121～1.2肥煤82～894.8～6.04～91～2焦煤86.5～914.5～5.53.5～6.51～2瘦煤88～92.54.3～5.03～50.9～2贫煤88～92.74.0～4.72～50.7～1.8无烟煤189～933.3～4.02～40.8～1.5无烟煤293～952.0～3.22～30.6～1.0无烟煤395～980.8～2.01～20.3～1.0腐泥煤75～806.5～7.0––8、煤中的有害元素和伴生元素8.1煤中的有害元素主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它们的危害主要表现在煤炭应用过程中产生有害的物质，对人体造成损害、对环境造成污染，或是对产品质量造成危害。8.2煤中的伴生元素

煤中常见的伴生元素有铀、锗、镓、钒、钍、铼、钛、铍、锶、锂等。9、煤质分析指标的基准换算9.1基准的概念：计算某指标的百分比时，有一个计算的基准，也就是说“说到某指标的百分数时，是指它占某个具体的对象的百分数，这个对象就是基准”。9.2基准的划分方法首先要了解与煤基准有关的煤组成的含义。煤质分析时煤炭组成有两种划分法：10、煤质分析指标的基准换算（1）有机质和无机质

（2）可燃质（V、FC）和不可燃质

（M、A）10.3基准的种类煤质分析测定时，煤样通常都是处于空气干燥状态的，以此煤样测得的结果，就是以空气干燥煤样的重量为基准的。但空气干燥基的数据往往不能正确反映指标的本质，需要换算到其他基准表示的数据。

常用的基准有：11、煤质分析常用基准的物质含义（1）空气干燥基（分析基）：Mad+Aad+Vad+FCad＝100%

或者Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad＝100%（2）干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd＝100%

或者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd＝100%（3）干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf＝100%

或者Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf＝100%11、煤质分析常用基准的物质含义（4）干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf＝100%

或者Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf＝100%（5）收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar＝100%

或者Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar＝100%12、基准的关系ASsSoSpMfMinhCHON收到基ar空气干燥基ad干燥基d干燥无灰基daf干燥无矿物基dmmf灰分可燃质矿物质有机质全硫，St13、各基准指标间的换算系数换算因子所求基准收到基ar空气干燥基ad干燥基d干燥无灰基daf已知基准收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基1三、煤的粘结性和结焦性1、煤的粘结性煤的粘结性是指煤在隔绝空气的条件下加热，经过胶质状态生成块状半焦的能力。煤的结焦性是指在工业条件下，单种煤或配合煤生产出优质性能的焦炭。煤的粘结性和结焦性是评价炼焦用煤的重要指标2、煤的粘结性和结焦性指标及测定方法（1）煤的胶质层指数（2）罗加指数（3）粘结指数（4）奥亚膨胀指数（5）煤的自由膨胀系数（6）煤的葛金干馏试验（7）基氏流动度四、煤的岩相组成1、煤的粗视组分和显微组分亮煤（光泽条带）暗煤（无光泽条带）镜煤（条带光泽强烈）丝煤（部分似丝绒）镜煤组（镜煤、亮煤、丝炭组）和稳定组煤的岩相组成在炼焦工业中的应用（1）评定煤质（2）指导炼焦配煤和预测焦炭质量一、煤分类的意义二、煤分类的指标

1、煤化程度指标

2、粘结性指标

第三节煤的分类和我国的煤炭资源

二、煤分类的指标◆反映煤化程度的指标

反映煤化程度的指标主要有干燥无灰基挥发分（Vdaf）、干燥无灰基氢元素含量（Hdaf）、目视比色透光率（PM）、恒湿无灰基高位发热量（Qgr,maf）等。此外，在研究煤质时，还经常用到碳元素含量（Cdaf）、镜质组最大反射率（R

max）等。二、煤分类的指标◆反映粘结性的指标

煤的分类中反映煤的粘结性指标，主要有粘结指数GRI、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b。2、中国煤的分类一、我国原有煤的分类方案由中国科学院、原煤炭部、原冶金部等单位共同研究，于1956年12月提出的方案，1958年4月经原国家技术委员会正式颁布试行。该分类方案的分类指标是煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf）和胶质层最大厚度（Y值）。从褐煤到无烟煤之间的所有煤种，共分为十大类，二十四小类。大类别小类别分类指标名称名称Vdaf（%）Y（mm）无烟煤0～10贫煤>10～200（粉状）瘦煤1号瘦煤2号瘦煤>14～20>14～200（成块）～8>8～12焦煤瘦焦煤主焦煤焦瘦煤1号肥焦煤2号肥焦煤>14～18>18～26>20～26>26～30>26～30>12～25>12～25>8～12>9～14>14～25肥煤1号肥煤2号肥煤1号焦肥煤2号焦肥煤气肥煤>26～37>26～37≤26≤26>37>25～30>30>25～30>30>25气煤1号肥气煤2号肥气煤1号气煤2号气煤3号气煤>30～37>30～37>37>37>37>9～14>14～25>5～9>9～14>14～25弱粘煤1号弱粘煤2号弱粘煤>20～26>26～370（成块）～80（成块）～9不粘煤>20～370（粉状）长焰煤>370～5褐煤>40－二、中国煤炭现行分类方案

1975年我国有关部门开始对煤炭进行新的分类研究，经有关部委、科研机关和高等院校的专家、教授多次会议论证，并对全国主要煤矿、煤产地煤质资料进行了全面分析研究，基本上取得了一致意见。于1985年1月19日通过了煤炭分类国家标准，并于1989年10月1日起正式实施。

二、中国煤炭现行分类方案

（一）分类指标

燥无灰基挥发分（Vdaf）干燥无灰基氢元素含量（Hdaf）目视比色透光率（PM）恒湿无灰基高位发热量（Qgr,maf）反映煤化程度反映粘结性粘结指数GRI胶质层最大厚度Y奥亚膨胀度b（三）煤炭分类总表类别符号数码分类指标VdafPM无烟煤WY01，02，03≤10.0－烟煤YM11，12，13，14，15，1621，22，23，24，25，2631，32，33，34，35，3641，42，43，44，45，46>10.0－褐煤HM51，52>37.0*≤50**二、中国煤炭现行分类方案（四）无烟煤的分类类别符号数码分类指标Vdaf（%）Hdaf（%）无烟煤一号无烟煤二号无烟煤三号WY1WY2WY30102030～3.5>3.5～6.5>6.5～10.00～2.0>2.0～3.0>3.0二、中国