1、1煤岩学基础一、煤岩学概念煤是由有机物质和无机矿物质混合组成的一种固体可燃有机岩。煤岩学是把煤作为一种有机岩石，用岩石学的方法研究煤的物理性质、化学组成和工艺性质，进而确定其成因及合理用途的科学。肉眼观察，煤是由各种宏观煤岩成分组成的，这些宏观煤岩成分组合成不同的宏观煤岩类型。用显微镜观察时煤则由各种显微煤岩组分组成，这些显微煤岩组分组合成不同的显微煤岩类型。不同的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型由不同的显微煤岩类型组成。不同的煤层，由于原来聚积条件不同，其煤岩组成也不相同。在煤化过程中，各种煤岩组成均发生了深刻变化。二、宏观煤岩特征1腐植煤的宏观煤岩成分 宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成
2、单位，包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，暗煤和亮煤是复杂的煤岩成分。镜煤的颜色深黑、光泽强，是煤中颜色最深和光泽最强的成分。其质地纯净、结构均一，具贝壳状断口和内生裂隙。丝炭外观像木炭，颜色灰黑，具明显的纤维状结构和丝绢光泽，丝炭疏松多孔、性脆易碎、能染指。丝炭的胞腔有时被矿物质充填，称为矿化丝炭，矿化丝炭坚硬致密、相对密度较大。在煤层中，丝炭常呈扁平状透镜体沿煤层的层理面分布，厚度多在 12 mm 至几毫米之间，有时能形成不连续的薄层；个别地区丝炭层的厚度可达几十厘米以上。亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色、较脆易碎，断面比较平坦、相对密度较小。亮煤的均一程度不如镜煤，表
3、面隐约可见微细层理。亮煤有时也有内生裂隙但不如镜煤发育。在煤层中，亮煤是最常见的宏观煤岩成分，常呈较厚的分层，有时甚至组成整个煤层。2暗煤的光泽暗淡，一般呈灰黑色、致密坚硬、相对密度大，韧性强，不易破碎，断面比较粗糙，一般不发育内生裂隙。在煤层中，暗煤是常见的宏观煤岩成分，常呈厚、薄不等的分层，也可组成整个煤层。2腐植煤的宏观煤岩类型各种宏观煤岩成分的组合有一定的规律性，造成煤层中有光亮分层也有暗淡分层。这些分层厚度一般为十几厘米至几十厘米，在横向上比较稳定。按宏观煤岩成分的组合及其反映出的平均光泽强度，可划分为四种宏观煤岩类型，即：光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤(表 1） 。表 1 烟煤宏观
4、煤岩类型的划分指标 (GB/T 18023-2000)分 类 指 标宏观煤岩类型 代码 总体相对光泽强度 光亮成分含量光亮煤 BC 强 80半亮煤 SBC 较强 5080半暗煤 SDC 较弱 2050暗淡煤 DC 弱 20三、煤的显微特征在光学显微镜下能够识别出来的煤的基本成分，称为显微组分。由植物遗体变化而成的组分称为有机显微组分，而矿物杂质则称为无机显微组分。1、煤的有机显微组分煤的有机显微组分可划分为三大组：镜质组、壳质组和惰质组。每个有机显微组分组中，根据形态和结构的不同又可分成不同的显微组分（表 2） 。镜质组是由成煤植物的木质纤维组织经腐植化作用和凝胶化作用而形成的显微组分组。在低
5、煤化烟煤中，镜质组的透光色为橙色一橙红色，油浸反射光下呈深灰色。随煤化程度增加其反射率增大、反射色变浅，透光色由橙红色变为棕色、直至不透明；正交偏光下光学各向异性明显增强。根据细胞结构保存程度和形态、大小等特征，镜质组可分为三个显微组分和若干个显微亚组分。3表 2 中国烟煤显微组分分类方案(GB/T 15588-2001)显微组分组(Maceral Group)代号( symbol)显微组分( Maceral)代号( symbol)显微亚组分( Submaceral)代号( symbol)结构镜质体( Telinite) T 结构镜质体 l(TelInite l)结构镜质体 2(Telinit
6、e 2) TlT2无结构镜质体( Collinite) C均质镜质体( Telocollinite)基质镜质体( Desmocollinite)团块镜质体(Corpocollinite)胶质镜质体( Gelocollinite)CIC2C3C4镜质组( Vitrinite) V碎屑镜质体(Vitrodetrinite) Vd丝质体( Fusinite) F 火焚丝质体( Pyrofusinite)氧化丝质体( Degradofusinite) FlF2半丝质体( Semifusinite) Sf真菌体( Funginite) Fu分泌体（Seceretinite）分泌体( Secretlnit
7、e)SeSe 一粗粒体( Mmacrinite) Ma微粒体( Micrinite) Mi惰质组(lnertinite)I碎屑惰质体(Inertodetrinite) Id孢粉体( Sporinite) Sp 大孢子体( Macrosporinite)小孢子体( Microsporrnite) SplSp2角质体( Cutinite) Cu树脂体( Resinite) Re木栓质体( Suberinite) Sub树皮体( Barkinite) Ba沥青质体( Bituminite)Bt渗出沥青体( Exsudatinite) Ex荧光体( Fluorinite) Fl藻类体( Alginit
8、e) Alg 结构藻类体( Telalginite)层状藻类体(I，a malginite) AlglAlg2壳质组( Exinite) E碎屑壳质体(Liptodetrinite) Ed惰质组主要由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用而形成，少数惰质组分来源于真菌遗体，或在热演化过程中次生的显微组分。油浸反射光下呈灰白色一亮白色或亮黄白色，反射力强，透射光下呈棕黑色一黑色，微透明或不透明，一般不发出荧光。惰质组在煤化作用过程中的光性变化不如镜质组明显。壳质组主要来源于高等植物的繁殖器官、保护组织、分泌物和菌藻类以及与这些物质相关的降解物。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，4壳质组在透射光下呈柠檬黄色一
9、黄色一桔黄色一红色，大多轮廓清楚、外形特征明显；在油浸反射光下呈灰黑色到深灰色，反射率比煤中他显微组分都低。随煤化程度增高，壳质组反射率等光学特征比共生的镜质组变化快。壳质组具有明显的荧光性，随煤化程度增高荧光强度减弱、直至消失。2煤的无机显微组分煤中的矿物杂质有黏土矿物、碳酸盐矿物、硫化物、氧化物、氢氧化物、盐类，还有一些重矿物和痕量元素。四、煤岩学的应用煤岩学自创立以来，在生产中的应用日益广泛，已在煤田地质、选煤、炼焦、煤质评价煤分类方面发挥了重要作用。1在选煤中的应用选煤是煤炭加工的一种重要方法，其目的是力求排除煤中的矿物杂质，使洗后精煤的灰、硫、磷等有害杂质含量降到能满足各种工业用煤的
10、质量要求。要达到上述目的，需要选择适宜的选煤方法并制定科学的工艺流程。选煤方法、工艺流程的确定要依据煤的可选性主价结果（实验数据） ，可选性曲线和0.1 含量是目前常用的可选性评价方法，由于这些方法没有考虑到煤的成因因素（煤岩组成，矿化特征等） ，使得这些方法只能评定已开采煤的可选性，而不能预测未采煤的可选性。实际上，煤岩组成、煤中矿物质、赋存状态及数量对选择选煤方法有显著的影响，同时还决定了选煤效果的好坏。所以，利用煤岩学方法评定煤的可选性是非常重要的。实验表明，煤的可选性与煤中矿物的成因、成分、粒度、数量及赋存状态关系密切、如果煤中矿物的粒度大、数量少、分布集中、与煤中有机质的密度差异大，
11、经破碎后，矿物质与煤中有机质就容易分离，则煤的可选性就好。相反，如果煤中的矿物质粒度小，数量多，均匀分布于煤的有机质中或充填于有机质细胞腔中，虽经破碎，矿物质与煤中有机质也难以分离开，则煤的可选性差。所以，利用显微镜观察煤的光片，能直观地了解煤中矿物的种5类、数量、粒度大小和赋存状态等，根据观察到的“信息”可对煤的可选性做出评价，并为选择合理的破碎粒度、制定选煤工艺和流程提供技术依据。2在配煤炼焦方面的应用用煤岩学方法预测焦炭质量指导配煤炼焦是煤岩学发展史上的一个重大成就。这种为法被公认是比较好的配煤方法，在世界各国被广泛采用。配煤炼焦的理论基础如下所述。煤是不均一的物质，煤中各种有机显微组分
12、的性质不同，其中镜质组和壳质组属于活性物质，在热解过程中能熔融并产生活性键成分，具有黏结性；而惰质组为惰性成分，在热解过程中不能熔融，不产生活性键成分，不具备黏结性。活性成分的质量差别很大，不仅不同煤化程度的煤差别大，即使同一种煤，所含的活性成分的质量也有差别。惰性成分也是不可缺少的，缺少或过剩都对配煤炼焦不利，都会导致焦炭质量下降。所以说，一个比较好的配煤方案，实际上是各种活性组分和一定质量的惰性组分比例恰当的组合。通过观测、统计各种煤岩显微组分的含量及测定镜质组反射率，并使用适当的方法计算、实验、作图，找出炼焦配煤的最佳配比，预测焦炭质量。例如：大同马武山煤的 Vdaf（干燥无灰基挥发分质
13、量分数，下同）为34.16%，Y （胶质层厚度，下同）为 49mm，黏结性较差，属弱黏煤，为非炼焦煤。通过对该煤进行岩相组成分析：镜质组 72.2%，半镜质组 4.1%，壳质组 1.6%，惰质组 20.5%，矿物组 1.6%。从镜质组的颜色和加热时的熔融黏结性能来看，可确定煤化程度应为气煤，只是由于丝质组含量高，导致整个煤的挥发分比一般气煤低。首钢、太钢、包钢焦化厂采用配入相当数量的肥煤和减少瘦煤和焦煤配比的措施，使马武山煤的配入比例增加到 30%40% ，而且焦炭质量符合要求。3在煤质评价方面的应用6从煤岩学的观点考虑，影响煤质的因素主要有煤岩组成和煤化程度。研究表明，同一煤系煤化程度相同的
14、煤层，由于煤岩组成不同，煤的工艺性质出现明显差异。例如：鹤岗煤田兴山矿处于不同埋藏深度的上、下部煤层的挥发分值出现一定异常，呈现上部挥发分值低于下部的情况，与正常规律相背离( 见表 3)。为了查明异常的原因，测定了煤岩岩相组成及镜质组反射率，表明上、下部煤层的煤化程度基本相同，但是下部煤层镜煤含量高，而暗煤、丝炭、半丝炭较上部明显偏低，所以说正是岩相组成的不同造成了上、下部煤层化学性质、工艺性质的差异。表 3 鹤岗煤田平均煤层煤样分析结果（质量分数）原煤平均煤层样的岩相定量分析% 原煤工业分析 %矿，坑，区镜煤 亮煤 暗煤 半丝炭 丝炭 煤页岩 矿物质 Mad Ad V daf兴山二坑一层兴山
15、二坑二层兴山五坑三层兴山三坑四层兴山三坑五层兴山四坑六层54.755. 055.554.370.562.114.518.824.723. 015.818. 08.34.23.24.70.42.08.25.75.35.30.30.77.44.43.53.21.81.5S.27.14.76.79.812. 01.74.83.12.81.43.72.462.091.912.151.961.4517.0019.8118.5823.0518.0925.7136.6636.1435.2237.1339.8540.104在煤炭分类中的应用长期以来，煤炭分类问题备受人们瞩目，国内外现有的煤炭分类方案大多使用反
16、映煤化程度和反映煤工艺性质的指标作为分类依据，比如：使用挥发分、碳含量、氢含量、发热量等表示煤化程度；使用黏结指数、胶质层厚度、奥亚膨胀度、罗加指数、自由膨胀序数、葛金焦型等表示煤的工艺性质（黏结性、结焦性） 。随着科学技术的不断发展，人们对煤的研究逐渐深化，对煤的认识更加深刻，而且煤的加工、利用途径更加广阔，各种工业用煤对煤质的要求更加严格，现有分类已不能完全满足工业应用的需要，所以，不断有人提出新的分类指标和新的分类方法，其中比较有影响，已形成趋势的是工业- 成因分类。这种分类以煤的成因因素作为基础，认为煤的性质主要取决于成煤前期的生物化学作用和后期的物理化学及化学作用。对于相同成煤原始物
17、料来说，成煤前期的生物化学作用决定其煤岩组成，成煤后期的物理化学及化学作用决定其煤化程度。7如果能得到准确反映这两个性质的指标，煤的性质应该基本上能确定下来。目前工业-成因分类采用镜质组反射率和惰性组分（或活性成分）总和作为分类指标。镜质组反射率随着煤化程度的增高而增大故可作为反映煤化程度的指标，它的优点是不受煤的组成干扰，被公认是反映煤化程度的最佳指标。惰性组分（或活性组分）总和能反映成煤的性质，特别是煤的工艺性质。20 纪 70 年代以来，俄罗斯、美国、澳大利亚、加拿大、印度等国都分别提出了以煤岩学参数为分类指标的煤炭分类方案，可见，煤的成因因素已被公认是煤分类中必须重点考虑的因素。5在煤
18、田地质方面的应用(1)研究煤的成因类型和成煤环境煤是由植物演变而成的，在煤中保存着许多植物的细胞结构和植物的原始组分。如果是低等植物形成的煤，在煤片中可观察到藻类体等显微组分；如果是高等植物形成的煤，则可观察到孢子、花粉、角质层、树脂等显微组分，进而可确定煤的成因类型。在沼泽中，植物遗体的堆积环境决定了凝胶化作用或丝炭化作用的形式，所以根据煤中各种显微组分的含量可推测成煤环境。例如：美国伊利诺斯煤田宾夕法尼亚系的 Spri- nield 和 Herrin 煤层的成煤环境就可用镜质组和惰质组的比值加以说明。研究表明，这两层煤的镜质组和惰质组的比值与沼泽距古河道的远近有关。在靠近古河道处，沼泽水位
19、高，氧气不充足，泥炭不易暴露和氧化，主要发生凝胶化作用，所以煤中的镜质组与惰质组比值较高(1227) ；在远离河道处(1020km)，沼泽水位低，氧气充足，泥炭易暴露和氧化，丝炭化作用显著，煤的镜质组与惰质组比值较小(511)a(2)确定煤化程度研究表明，镜质组反射率随煤化程度的增高而增大，而且镜质组反射率与挥发分、碳含量等可反映煤化程度的指标相比较，它受煤的岩相组成的影响小是判定煤化程度的比较理想的指标。用于判定中、高煤化程度的烟煤效果最好，无烟煤的判定效果也较好（见图 1） 。8图 1 中国煤的镜质组反射率与干燥无灰基挥发分 Vdaf 和碳含量 Wdaf(C)的关系(3)在地质勘探中的应用
20、 煤和石油都是生物遗体形成的沉积矿产。研究发现，油气形成的阶段与煤中镜质组反射率存在对应关系。例如：在中国，当镜质组反射率为 0.3% 0.7%时，常能发现石油；反射率为 0.7%1.0%时，不常有石油；反射率为 1.0%1.3% 时，很少出现石油；反射率在 1.3%2.0%时，没有石油，但常出现天然气；反射率大于 2.0%时，天然气也消失了。(4)进行煤层对比煤层对比是开展地质研究的一种基本方法。煤岩学方法是诸多煤层对比方法中的一种。其基本原理是：同一个煤层的宏观煤岩类型、显微煤岩类型的组合特征基本相同；而不同煤层的宏观煤岩类型、显微煤岩类型往往存在差异。所以，根据煤的宏观煤岩类型、显微煤岩
21、类型的组合特征可以进行煤层对比。6.富集煤中的稀散元素研究发现在煤中伴生着很多种稀散元素，锗就是其中之一。锗是优质的半导体材料。在工业上的用途非常广泛，锗的提取和回收也是煤综合利用的一个方面。中国曾用煤岩学和化学相结合的方法，研究含锗煤层中锗的富集规律，结果发现锗是富集在镜质组中，而不是富集在矿物质中，并且在靠近煤层顶板和底板的镜质组中锗的含量更高。由于锗主要富集在镜质组中，可以通过煤炭洗选或筛选等方法，使镜质组与其他成分分离，达到富集锗的目的。7预测煤的液化性能9对某些煤进行加氢反应，可使煤的一部分转化为液体燃料。煤加氢液化的转化率与煤化程度和煤岩组成密切相关。研究发现在煤的有机显微组分中，
22、加氢的活性顺序为：镜质组壳质组惰质组，所以加氢反应的活性组分是指低煤化程度煤中的镜质组和壳质组。一般认为煤的碳含量超过 89%时，即使是活性组分，加氢液化也很困难。而碳含量在 82%84%时，加氢液化的转化率最高，在中国镜质组最大反射率为 0.35%0.89%的低煤化程度煤是最好的液化用煤。五、煤的物理性质煤的物理性质是指煤不需要发生化学变化就能表现出来的性质。主要讨论煤的颜色、光泽、断口、裂隙、密度、机械性质、热性质、电性质和光性质，分析和研究这些性质与麴均煤化程度的关系，为煤炭综合利用提供重要信息，为研究煤的成因、组成、结构提供重要信息。（一）煤的颜色和光泽1煤的颜色煤的颜色是指新鲜（未被
23、氧化）的煤块表面的天然色彩，它是煤对不同波长的可见光 吸收的结果。煤在普通的白光照射下，其表面的反射光所显的颜色称为表色。由高等植物 形成的腐殖煤的表色随煤的煤化程度不同而变化。通常由褐煤到烟煤、无烟煤，其颜色由 棕褐色、黑褐色变为深黑色，最后变为灰黑色而带有钢灰色甚至古铜色。即使在烟煤阶段，颜色也随挥发分的变化而变化；如高挥发分的长焰煤，外观呈浅黑色甚至褐黑色， 、而到低挥发分、高变质的贫煤就多呈深黑色。由藻类等低等植物形成的腐泥煤类，它们的表色有的呈深灰色，有的呈棕褐色、浅黄色甚至呈灰绿色。煤中的水分常能使煤的颜色加深，但矿物杂质却能使煤的颜色变浅。所以同一矿井的煤如其颜色越浅，则表明它的
24、灰分也越高。煤的粉色又叫条痕色，是指将煤在磁板上划出条痕的颜色，它反映了煤的真正的颜色，褐煤的条痕色为浅棕色，长焰煤为深棕色，气煤为棕黑色，肥煤和焦煤为黑色（略带棕色） ，瘦煤和贫煤为黑色，10无烟煤为灰黑色。2、煤的光泽煤的光泽是指煤的新鲜断面对正常可见光的反射能力，是肉眼鉴定煤的标志之一。腐殖煤的光泽通常可分为沥青光泽、玻璃光泽、金刚石光泽和似金属光泽等几种类型。常见的油脂光泽属玻璃光泽的一种，它是由于表面不平而引起的变种。此外，还有因集合方式不同所造成的光泽变种，如由于纤维状集合方式引起的丝绢光泽，又由于松散状集合方式所引起的土状光泽等。腐泥煤的光泽多较暗淡。除了煤化程度与煤的光泽有密切
25、相关外，煤中矿物成分和矿物质的含量以及煤岩组分、煤的表面性质、断口和裂隙等也都会影响煤的光泽。此外，风化或氧化以后，对煤的光泽影响也很大，通常使之变为暗淡无光泽。所以在判断煤的光泽时一定要用未氧化的煤为标准。表 4 列出了八种不同煤化程度煤的光泽、颜色和条痕色。表 4 不同煤化程度煤的光泽、颜色和条痕色煤化程度 光 泽 颜 色 条痕色褐煤 无光泽或暗淡的沥青光泽 褐色、深褐色或黑褐色 浅棕色、深棕色 4长焰煤 沥青光泽 黑色、带褐色 深棕色气煤 沥青光泽或弱玻璃光泽 黑色 棕黑色肥煤 玻璃光泽 黑色 黑色，带棕色焦煤 强玻璃光泽 黑色 黑色，带棕色瘦煤 强玻璃光泽 黑色 黑色贫煤 金属光泽 黑
26、色，有时带灰色 黑色无烟煤 似金属光泽 灰黑色，带有古铜色 灰黑色从不同煤岩显微组分来看，由于镜质组质地均一，所以光泽也最强、最亮，丝质组和半丝质组以及稳定组的光泽多弱而暗淡。半镜质组的光泽介于以上两者之间。煤中的矿物组分含量越高，光泽就越暗淡。（二）煤的断口和裂隙1煤的断口煤块受到外力打击后不沿层理面或裂隙面断开，成为凹凸不平的表面，称为煤的断口。人们根据断口表面的形状和性质可分为贝壳状断口、参差状断口、阶梯状断口、棱角状断口、粒状断口和针11状断口等。根据煤的断口即可大致判断煤的物质组成的均一性和方向性。例如贝壳状断口可作为腐泥煤或腐殖煤中的光亮煤以及某些无烟煤类的特性，同时它也是表征煤的
27、物质组成均一性的重要标志。不规则状断口常是一些暗淡煤或高矿物质煤的特征。2煤的裂隙煤的裂隙是指在成煤过程中煤受到自然界的各种应力的影响而产生的裂开现象。按裂隙的成因不同，可分为内生裂隙和外生裂隙两种。（1）煤的内生裂隙的特点内生裂隙是在煤化作用过程中，煤中的凝胶化物质受到地温和地压等因素的影响，使其体积均匀收缩，产生内张力而形成的一种裂隙。内生裂隙的发育情况与煤化程度和煤岩显微组分有密切关系。通常以浮煤挥发分在 25%左右的焦煤、肥煤类内生裂隙最为发育，随着挥发分的降低，煤的内生裂隙也逐渐减少，到无烟煤阶段达到最低值。挥发分大于 25%的煤，其内生裂隙随挥发分的增高不断降低，所以内生裂隙数，常
28、以焦煤类最多，肥煤类次之，1/3 焦煤、气煤和长焰煤类依次减少，到褐煤阶段几乎没有内生裂隙。其特点如下。出现在较为均匀致密的光亮煤分层中，特别是在镜煤的凸镜质或条带中最为发育。一般垂直于层理面。裂隙面常较平坦光滑，且常伴生眼球状的张力痕迹。裂隙的方向有大致互相垂直或斜交的两组、交叉呈四方形或菱形，其中裂隙较发育的一组为主要裂隙组，裂隙较稀疏的一组为次要裂隙组。由于光亮煤中的内生裂隙在相同煤化阶段煤中的数目较为稳定，因此常以光亮煤的内生裂隙作为煤的煤化程度的标准。有人根据煤的内生裂隙方向的规则性而认为煤的内生裂隙是在褶皱运动以前形成的。12（2）煤的外生裂隙的特点一般认为煤的外生裂隙是在煤层形成
29、以后，受构造应力的作用而产生的。其特点如下。可以出现在煤层的任何部位，通常以光亮煤分层为最发育，并往往同时穿过几个煤岩分层。常以不同的角度与煤层的层理面相交。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充填。由于外生裂隙组的方向常与附近的断层方向一致，因此研究煤的外生裂隙有助于确定断层的方向。此外，研究煤的外生裂隙还对提高采煤率和判断是否会发生煤尘爆炸和瓦斯爆炸具有一定的实际意义。（三）煤的密度密度是反映物质性质和结构的重要参数，密度的大小取决于分子结构和分子排列的紧密程度。煤的密度随煤化程度的变化有一定的规律，利用密度数值还可以用统计法对煤进行结构解析。由于煤具有
30、高度的不均一性，煤的体积在不同的情况下有不同的含义，因而煤的密度也有不同的定义。1煤的密度的四种表示方法（1）煤的真相对密度(TRD)煤的真相对密度是指在 20时，单位体积（不包括煤的所有孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比，用符号 TRD 来表示。煤的真相对密度测定国家标准(GBT 2171996)中用的是密度瓶法，以水做置换介质，根据阿基米德定律进行计算。该法的基本要点是在 20下，以十二烷基硫酸钠溶液为浸润剂，在一定容积的密度瓶中盛满水（加入少量浸润剂）放入一定质量的煤样，使煤样在密度瓶中润湿、沉降并排出吸附的气体，根据煤样的质量和它排出的水的质量计算煤的真相对密度。计算公式如下(2-2)
31、13式中 TRD2020 干燥煤的真相对密度；Md 干燥煤样的质量，g；M1 密度瓶加煤样、浸润剂和水的质量，g；m2 密度瓶加浸润剂和水的质量，g。干燥煤样的质量（2-3）式 中 m空 气 干 燥煤样的质量， g；Mad 空气干燥煤样的水分， %。在室温下真相对密度的计算(2-4)式中Kt -t下温度校正系数。(2-5)式中 dt水在时真相对密度；d20水在 20时的真相对密度。TRD 是煤的主要物理性质之一。在研究煤的煤化程度、确定煤的类别、选定煤在减灰时的重液分选密度等都要涉及煤的真相对密度这个指标。（2）煤的视相对密度(ARD)煤的视相对密度是指在 20时，单位体积（不包括煤粒间的空隙
32、，但包括煤粒内的孔隙）的质量与同体积水的质量之比，用符号ARD 表示。测定煤的视相对密度的要点是，称取一定粒度的煤样，表面用蜡涂封后（防止水渗入煤样内的孔隙）放入密度瓶中，以十二烷基硫酸钠溶液为浸润剂，测出涂蜡煤粒所排开同体积水的溶液的质量，再计算出蜡煤粒的视相对密度，减去蜡的密度后，求出煤的视相对密度。在计算煤的埋藏量时和对储煤仓的设计以及在煤的运输、磨碎、燃烧等过程的有关计算都需要用煤的视密度这项指标。（3）煤的堆密度（散密度）14煤的堆密度是指单位体积（包括煤粒间的空隙也包括煤粒内的孔隙）煤的质量，即单位体积散装煤的质量，又叫煤的散密度。在设计煤仓、计算焦炉装煤量和火车、汽车、轮船装载量
33、时要用这个指标。（4）纯煤真密度纯煤真密度是指除去矿物质和水分后煤中有机质的真密度，它在高变质煤中可作为煤分类的一项参数，在国外已经有用来作为划分无烟煤类的依据。2影响煤的密度的因素（1）煤的成因类型的影响不同成因类型的煤，其密度是不同的。腐殖煤的真密度大于腐泥煤的真密度。如腐殖煤的真相对密度最小的为 1.25，而腐泥煤的真相对密度为 1.00。这主要是由于成煤的原始物质不同及煤有机质的分子结构不同引起的。（2）煤化程度的影响随着煤化程度的增高，煤的真密度逐渐增大。煤化程度较低时真密度增加较慢，当接近无烟煤时，真密度增加很快。各类型煤的真相对密度范围大致如下泥炭 0.72 烟煤 1.2L5褐煤
34、 0.81.4 无烟煤 1.41.8（3）煤岩成分的影响对于同一煤化程度的煤，煤岩成分不同其真密度也不同。在同一煤化程度的四种宏观煤岩成分中，以丝炭的真密度最大，暗煤次之，亮煤和镜煤最小。（4）矿物质的影响煤中矿物质对煤的密度影响很大，因为矿物质的密度比煤中的有机质的密度大得多。例如，常见的黏土密度为2.4 2.6 g/cm3，石英为 2.65g/cm3，黄铁矿为 5.0g/cm3。所以，煤中矿物质含量越多，煤的密度越大。一般认为，煤的灰分产率每增加1%，煤的真相对密度要增加 0.01。（四）煤的机械性质煤的机械性质是指煤在机械力作用下所表现出的各种特性，这里重点介绍煤的硬度、可磨性和抗碎强度
35、。1煤的硬度煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。15根据测定原理和方法不同可分为划痕硬度、压痕硬度和耐磨硬度。常用的是前面的两种。（1）煤的划痕硬度（又称莫氏硬度）它是用一套标准矿物刻划煤来判定煤的相对硬度。标准矿物的莫氏硬度见表 5。表 5 标准矿物的莫氏硬度级别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10矿物 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石煤的莫氏硬度在 24 之间，煤化程度低的褐煤和中变质阶段的烟煤- 焦煤的硬度最小，约为 22.5，无烟煤的硬度最大，接近于4。从焦煤向肥煤、气煤、长焰煤方向，煤的硬度逐渐增加，但到褐煤阶段又明显下降。各种煤岩成分的硬度也
36、不同。同一煤化程度的煤，以惰质组硬度为最大，壳质组最小。镜质组居中。（2）煤的显微硬度（即压痕硬度）煤的显微硬度是指煤对坚硬物体压入的对抗能力。它是用规定形状的金刚石压锥在 20g 静载荷下压入煤样并持续 15s，然后撤去荷重，在显微镜下放大 487 倍观测压痕大小后求出的显微硬度。以压锥与煤实际接触的单位面积上的荷重来表示(kg/mm 2)。本方法测定煤的显微硬度常在煤化学研究中应用。由于只要求很小的一块表面，并能在脆性煤上留下压痕，因而可避免煤质不均以及脆性破裂引起的误差。此外，还可用来直接测定不同显微组分的硬度。六、不同显微组分化学工艺性质不同显微组分化学工艺性质产 地 时代 显微组分
37、Vdaf/% Cdaf/% Hdaf/% Odaf/% R0max/% 原子比 H/C 含碳率/%镜质组 62.79 66.05 5.82 0.25 1.057 0.54云南昭通 N惰质组 45.04 80.15 4.44 0.665 0.78镜质组 38.20 80.14 5.11 12.97 0.60 0.765 0.75陕西神木 J惰质组 29.90 84.49 4.11 10.08 0.584 0.84镜质组 43.40 78.46 5.32 13.43 0.70 0.813 0.70山西平朔 C-P惰质组 24.05 84.74 3.96 9.89 0.561 0.87镜质组 39.
38、70 83.10 5.47 10.12 0.76 0.790 0.70山西云岗 J惰质组 17.30 88.07 3.55 7.72 0.484 0.91山西西曲 C-P 镜质组 21.59 90.82 4.79 1.33 0.64 0.8416惰质组 10.02 93.75 3.82 0.57 0.93山西浑源 C-P 藻类体 68.61 79.16 10.92 6.04 0.61 1.655 0.38角质体 63.39 75.29 6.17 0.80 0.983 0.47山西轩岗 C-P孢子体 64.80 86.24 7.84 4.40 0.80 1.091 0.39七、煤岩学研究方法1、
39、宏观煤岩特征鉴定2、镜质组反射率测定3、显微组分定量4、显微煤岩类型测定八、山西煤岩特征1.主要物理性质（1）煤的颜色、光泽煤的颜色是指新鲜煤块表面的天然色彩，它是煤对不同波长的可见光吸收的结果。煤的颜色随挥发分变化而变化。大同矿区高挥发分的弱粘煤、长焰煤外观呈黑色甚至褐黑色；长治矿区低挥发分贫煤多呈深黑色；晋城矿区的无烟煤呈灰黑色，带有古铜色。煤的粉色又称条痕色。长焰煤的条痕色为深棕色；贫煤为黑色；无烟煤为灰黑色。煤的光泽是指煤的新鲜断面对正常可见光的反射能力。煤的光泽强度随煤化度增高而增强。大同矿区低煤化度的长焰煤、弱粘煤为沥青光泽；平朔矿区的气煤具有弱的玻璃光泽；长治矿区的贫煤为金刚光泽
40、；晋城矿区的无烟煤为似金属光泽。（2）硬度、脆度煤的硬度主要与煤级和矿物含量有关，肥煤、1/3 焦煤和焦煤硬度最小；瘦煤、贫瘦煤和贫煤硬度中等；长焰煤、气煤和无烟煤硬度较大，其中无烟煤的硬度最大。煤的脆度与煤岩成分和煤级有关。焦煤脆度最大，无烟煤脆度最小，即韧性最强。（3）断口、裂隙以阶梯状断口、参差状断口和棱角状断口为主，贝壳状、眼球17状断口少见，针状、粒状断口很少见。煤中裂隙较发育，在光亮煤中常见两组互相垂直的内生裂隙，低级煤和高级煤中裂隙不及中等煤化度煤的裂隙发育，裂隙密度为数 10 条/ m 100 条/m，大中型的外生裂隙常穿越整个煤层，裂隙密度为数条/ m。（4）结构、构造山西煤
41、的结构多呈条带状结构，而且以细条带状居多，其他类型少见。煤的构造以水平层状构造为主，少数为均一的块状构造。条带状半亮煤、亮煤多层状构造，半暗煤和暗淡煤有时呈块状构造。（5）结核、包裹体在石炭、二叠纪煤中见有黄铁矿结核，大小不等，偶见有碳酸盐结核；在侏罗纪煤中有的可见菱铁矿小结核，常为鲕粒状。2.宏观煤岩特征宏观煤岩成分有镜煤、亮煤、暗煤和丝炭，一般以亮煤和暗煤居多。煤的宏观煤岩类型包括光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤四类。山西无烟煤与动力煤的宏观煤岩类型以半亮煤及半暗煤为主，暗淡煤次之，光亮煤最少。如河东煤田河曲矿区的长焰煤，其光亮煤占 9.3%，半亮煤占 21.6%，半暗煤占 36.9%，暗淡
42、煤占 32.3%；沁水煤田和顺矿区的贫煤，其光亮煤占 0%，半亮煤占 43.8%，半暗煤占 49.1%，暗淡煤占 7.1%（表 6） 。各种宏观煤岩类型以旋回形式存在于煤层中。 表 6 山西省无烟煤、动力煤宏观煤岩类型统计 /%煤田矿区 煤层 采样点 光亮型煤 半亮型煤 半暗型煤 暗淡型煤9（J ） 忻州窑 57.74 19.21 25.55 0.509（J ） 王村 25.00 29.32 15.52 30.16大同 大同3（C 3t） 小峪 0 46.3 33.2 20.54 刘家口 0 39.2 23.9 36.94 杨涧 9.3 17.9 22.0 50.8平朔9 刘家口 0.7 29
43、.7 59.7 9.9宁武轩岗 2 焦家寨 0 37.0 15.4 47.6185 焦家寨 21.4 49.8 28.8 08 火山矿 23.5 51.2 9.2 16.1河曲13 河曲 9.3 21.6 36.9 32.28 东家沟 0 33.9 33.3 28.8河东保德 13 保德 3.9 39.7 45.0 11.42 西铭 5.4 49.0 24.0 21.64 西铭 0 50.0 0 50.0西山 西山前山8 西铭 0 11.5 82.9 5.63 和顺 2.4 48.8 43.9 4.9和顺15 和顺 0 43.8 49.1 7.1潞安 3 漳村 0 18.3 53.9 27.8
44、3 八甲口 0 40.8 59.2 0阳城15 八甲口 24.0 55.2 20.8 03 关岭山 0 60.0 22.8 17.2沁水晋城 15 北关 28.2 63.9 7.9 03.显微组分煤中显微组分包括镜质组、惰质组和壳质组三大类。山西侏罗纪煤的显微组分以镜质组居多，惰质组次之，壳质组很少。镜质组一般在 40%60%之间，惰质组一般在 30%50%，壳质组一般不超过 3%，而且以小孢子为主（表 7） 。石炭、二叠纪煤显微组分以镜质组占优势，常在 60%80%之间；惰质组次之，常在 20%35%之间；壳质组最少，一般在 2%8%之间。如宁武煤田平朔矿区的气煤、长焰煤，其镜质组占 47.
45、1%，惰质组占 37.5%，壳质组占 5.4%；沁水煤田潞安矿区的贫煤，其镜质组占 67.2%，惰质组占 32.8%；晋城矿区的无烟煤，其镜质组占 76.8%，惰质组占 23.2%。显微组分含量具有山西北部地区惰质组及壳质组含量高于中南部的特点，在北部矿区还具有山西组煤层惰质组及壳质组含量高于太原组煤的特点。表 7 山西无烟煤、动力煤显微组分统计 /% 显 微 组 分 （ 去 矿 物 基 ） 矿 物类 煤田地质时代 煤层 采样点 镜质 组 惰质 组 壳质 组 粘土 硫化 物 碳酸 盐 氧化 硅RmaxJ 忻州窑 51.7 46.9 1.4 4.2 0 0 0 0.80J 姜家湾 48.9 49
46、.9 1.2 1.8 0 0 0 0.80P1s 3 大同北 48.7 41.8 9.5 25.3 0.5 0.6 0.1 0.62C3t 5 大同北 46.7 42.3 11.3 12.6 1.0 0.7 0.1 0.62大同C3t 9 小峪 59.2 29.7 11.1 14.1 0.6 0.2 0 0.79宁 C3t 4 平朔 47.1 37.5 5.4 25.3 0.4 0.2 0 0.6219武 C3t 9 平朔 67.8 24.1 8.1 10.8 0.7 1.6 0.2 0.65P1s 5 保德北 68.2 23.9 7.9 6.3 0.2 0.3 0.1 0.67河东 P1s
47、5 保德 76.3 16.9 6.8 5.8 0 0.2 0 0.72P1s 七尺 阳泉二矿 93.7 6.3 0 2.9 0 0 0 2.50C3t 四尺 阳泉二矿 95.1 4.9 0 18.1 1.2 0.2 0 2.57C3t 丈八煤 阳泉四矿 94.0 6.0 0 5.0 1.5 0.5 0 2.58P1s 3 东山 68.9 31.1 0 8.5 0.1 0.3 0C3t 15 东山 76.5 23.5 0 4.2 0.8 0 0P1s 3 武乡 73.1 26.9 0 6.1 0 0 0C3t 15 武乡 82.9 17.1 0 4.1 1.0 0 0P1s 3 潞安王庄 67.
48、2 32.8 0 12.1 0.2 0.6 0.2 1.87C3t 15 潞安王庄 80-92 8-24 0 5-17 1.2 0 0P1s 3 晋城 68.2 31.8 0 6.9 0.1 0.7 0 4.16C3t 15 晋城 76.8 23.2 0 7.5 0.9 0 0P1s 3 翼城 75.0 25.0 0 15.6 0.3 0 0C3t 15 阳城 70.1 29.9 0 7.7 1.8 0 0P1s 3 沁源 75.5 24.5 0 6.5 0.5 0.3 0沁水C3t 9+10 沁源 77.1 22.9 0 5.6 1.2 0.9 0石炭、二叠纪煤中镜质组以均一镜质体和基质体为
49、主，结构镜质体十分少见，侏罗纪煤的结构镜质体明显高于石炭、二叠纪煤。在惰质组中以半丝质组及氧化丝质体居多，其他组分少见。在壳质组中多孢子体和角质体，树指体等其他组分少见。在平朔煤中常见大量的角质体堆积。煤中矿物组分以粘土类为主，硫化铁类次之，氧化物类和碳酸盐类甚少。粘土矿物常以透镜状、颗粒状或以似层状赋存于煤中，也有充填于细胞腔中的；硫化铁矿物常以小结核状、草莓状、似晶状存在；氧化物多为石英，常以颗粒状存在；碳酸盐常以脉状充填在煤的裂隙之中。显微煤岩类型以微镜惰煤、微镜煤、微亮煤和微三合煤为主，其他类型少见。20附 录附录一 烟煤的宏观煤岩类型分类(GB/T 18023-2000)1 范围本标准规定了烟煤宏观煤岩类型的分类以及描述内容和要求。本标准使用于煤层、煤芯和煤标本的观察研究。无烟煤亦可参照使用。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨下列标准最新版本的可能性。GB/T 12937-1995 煤岩术语3 术语3.
