1、1第一章 成煤原始物质、成煤环境及成煤条件煤是植物遗体在一定条件下，经过复杂的生物化学、物理化学以及地球化学变化转变而成的。由植物死亡、堆积一直到转变成煤所经过的一系列的演变过程中，所经受的各种作用，总称为成煤作用。成煤作用可划分为泥炭化作用和煤化作用两大阶段。第一大阶段是在地表常温、常压下，植物遗体在泥炭沼泽、湖泊甚至浅海的滨岸地带中不断堆积，并在微生物参与下进行分解、化合、缩聚。在此过程中，起主导作用的是生物化学作用。其结果，低等植物形成腐泥，高等植物形成泥炭。因此，这一阶段又称泥炭化阶段（低等植物则称为腐泥化阶段） 。当已形成的泥炭（或腐泥）由于地壳沉降被其它沉积物覆盖掩埋，处于地下深处
2、后，成煤作用就转入第二大阶段，即煤化作用阶段。此大阶段又可分为成岩作用和变质作用两个阶段。泥炭或腐泥在上覆沉积物重力作用下，发生压紧和脱水并转变为褐煤的作用过程，称为成岩作用；褐煤层随地壳继续下沉，温度和压力逐渐增高，经过物理化学作用转变为烟煤、无烟煤的过程，称为变质作用。第一节 成煤原始物质一、植物演化与成煤作用的关系煤既然是由植物遗体转变而来的，那么煤的形成与植物的出现、发展和演变，必然有着一定的关系。在地质历史上，植物的发展演化大体可分为 5 个时期：菌藻类植物时期，裸蕨类植物时期，蕨类、种子蕨2类植物时期，裸子植物时期和被子植物时期。从元古代出现生物到早泥盆世以前，是菌藻植物时期，由藻
3、类等低等生物遗体而形成的腐泥煤在我国俗称“石煤” 。主要分布在南方各省，并以寒武纪的石煤为主。志留纪末期到早、中泥盆世，植物以裸蕨为主。这是目前所知的最古老的陆生植物群，因此这一时期可称为裸蕨植物时期。裸蕨植物的组织器官还很原始，没有真正的根和叶的区分，植物个体也比较矮小，但它毕竟是植物界经过漫长的发展，从水域向陆地进军的一次大飞跃，也是植物发展史上和聚煤史上的重大进展。由裸蕨植物形成的煤，始于早泥盆世。我国泥盆纪由裸蕨植物形成的煤层见于云南禄劝、广东台山和秦岭西段等地。从晚泥盆世开始，经过石炭纪到晚二叠世早期，以孢子植物蕨类和裸子植物蕨类为主，植物界发生了重大变化，在植物演化史上称为蕨类和种
4、子蕨时期。在这一时期，石松植物中的鳞木、封印木，节蕨植物中的芦木、种子蕨和科达树等达到全盛时期；许多树木十分高大，如鳞木、封印木等高达30余米，树干直径可达2m以上。它们都是当时大面积沼泽森林中的主要植物群。因此，石炭二叠纪时期在世界上广大区域内都有煤的形成，并成为地史上第一个重要的聚煤期。晚二叠世晚期到中生代早期，由于海西运动和印艾运动的影响，陆地面积增大，地形分化，气候条件也发生了相应的变化。干旱气候带的扩大，引起了石炭二叠纪植物群的衰退，同时出现了对干旱环境适应能力更强的裸子植物，如苏铁纲、银杏纲以及特别繁盛的松柏纲植物等，使植物界进入裸子植物时期。这些植物是中生代3煤形成和聚积的物质基
5、础，并使侏罗纪和早白垩世成为地史上第二个重要的聚煤期。从早白垩世晚期开始，被子植物迅速发展并代替了裸子植物群，进入被子植物时期。这些植物为第三纪煤的形成和聚积提供了物质基础，并使之成为地史上第三个重要聚煤期。综合上述可以看出，植物的演化对煤的形成和聚积有十分重要的影响。只有植物大量的繁殖和发展，才会有聚煤作用的发生；而新聚煤期的出现，又总是以新门类植物群的出现为前提。二、成煤原始物质（一）低等植物和高等植物低等植物有菌类和藻类。它们是地球上最早出现的生物，多为单细胞或由多细胞构成的丝状、叶片状的单体或群体植物，没有根、茎、叶等器官的分化，全部由柔软的组织构成，构造比较简单，多数生活在水中。高等
6、植物有苔藓植物，裸蕨类植物，蕨类、种子蕨类植物，裸子植物和被子植物等。高等植物是由低等植物经过长期演化而来的，由于长期对陆地生活的适应，形成了根、茎、叶、花、果实等专门的器官。不论低等植物还是高等植物，都是形成煤的原始物质。（二）植物的有机组成及其与成煤作用的关系1.植物的有机组成不论低等植物还是高等植物，主要都是由碳水化合物（包括纤维素、半纤维素和果胶质等）、木质素、蛋白质、脂类化合物（包括脂肪、树脂、树蜡、角质、木栓质和孢粉质等）组成的。不同种类的植物其有机组成不一样。同一种植物的不同部分其有机 组成也不一样。4表1-1-1植物主要有机组分的百分含量 单位%植物 碳水化合物 木质素 蛋白质
7、 脂类化合物细菌 1228 0 5080 520绿藻 3040 0 4050 1020苔藓 3050 10 1520 810蕨类 5060 2030 1015 35草类 5070 2030 510 510松柏及阔叶树 6070 2030 17 13木质部 6075 2030 1 23叶 65 20 8 58木栓质 65 10 2 2530孢粉质 5 0 5 90木本植物不同部分原生质 20 0 70 10从表1-1-1中可以看出，低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量比较高；高等植物的组成则以木质素、纤维素、半纤维素为主。木本植物中，植物体不同部分的有机组成也有很大差别。茎和叶以纤维素
8、、木质素为主，而孢粉、木栓层及角质层等则含大量的脂类化合物。不同的有机组分及其性质，在成煤作用中有很大差别，并直接影响到植物有机体的分解和转化，以及煤的性质和用途。52.植物的有机组成及其与成煤作用的关系（1）碳水化合物 其中的纤维素是高分子碳氢化合物，是构成植物细胞壁的主要成分，纤维素易水解，在水溶液中呈胶体状态。纤维素在植物体内很稳定，但植物死亡后在氧化条件下易受喜氧细菌、霉菌等微生物的作用而分解成为二氧化碳、甲烷、和水。在泥炭沼泽的酸性水介质中，纤维素可水解为糖类化合物，参与成煤作用。半纤维素和果胶质的化学组成和性质与纤维素很近似，但比纤维素更易水解成糖类并进而参与成煤作用。（2）木质素
9、 木质素是构成植物细胞壁的主要成分，多分布在植物茎部细胞中，包围着纤维素并填满其空隙，以增强细胞壁的坚固性。在木本植物中，木质素含量高，且比纤维素稳定，不易水解，植物死亡后也较难分解。在沼泽中，木质素在水和微生物的作用下分解，并进一步合成为一种腐植酸物质，参与成煤作用。（3）蛋白质 蛋白质是组成植物细胞内原生质的重要物质，为无色透明的半流动状胶体。在低等植物体内，蛋白质含量一般较高，其成分和结构也十分复杂。植物死亡后，若氧化充分，蛋白质可全部分解为气体逸散。在沼泽或湖泊水中，蛋白质可分解或转变成氨基酸等含氮化合物，参与成煤作用。（4）脂类化合物 其中，脂肪含量在低等植物中较高（如在藻类中可达2
10、0%），在高等植物中较低（一般仅为1%-2%），且多数集中在植物的种子和孢子中。脂肪在酸性溶液中能发生水解，生成脂肪酸和甘油。其中，脂肪酸参与成煤作用，而甘油则被水带走。在自然条件下，脂肪酸具有一定的稳定性，能经历很长时间而聚积 起来。6综上所述，高等植物和低等植物虽然都是成煤的原始物质，其所有组分都能参与成煤作用。但是，在成煤的不同阶段中，植物的各种组分所起的作用则不同，成煤的原始物质不同，所形成煤的物理化学和工艺性质及煤的用途也不同。一般，由高等植物形成的煤称为腐植煤，由低等植物形成的煤称为腐泥煤；由高等植物和低等植物共同形成的煤称为腐植腐泥煤或腐泥腐植煤。当成煤的原始物质主要是植物根、茎
11、等器官的木质纤维组织时，所形成的煤氢含量就比较低；若主要是角质层、木栓层、树脂、孢子、花粉等组分时，所形成的煤氢含量就比较高；藻类形成的煤，则氢含量更高。这些煤在加工利用过程中表现出来的工艺性质也有很大的差别，可见成煤原始物质是影响煤质的重要因素之一。表1-1-2 成煤植物各种组分的元素组成元素组成（%）成煤植物的各种组分 C H O N S纤维素 44.4 6.2 49.4木质素 63.1 5.9 31.0蛋白质 5055 6.57.2 20.0-23.7 15.2-19.2 0.3-2.4脂肪 76-79 11-13 10-12树腊 80-82 13-14 4-6树脂 75-85 9-12
12、 5-14第二节 成煤环境与煤的形成一、成煤植物的堆积环境（一）成煤植物的堆积条件7植物遗体不是在任何环境下都能够堆积并转化成泥炭或腐泥的，而必须具备两个基本条件。首先，必须要有大量植物的持续生长、繁殖，这是成煤的物质基础；其次，堆积的植物遗体，被沼泽水所覆盖，使植物遗体不致骤然氧化、分解，能够保存下来，经过生物化学作用，转化成泥炭或腐泥。在自然界中，符合这两个条件的环境，最主要的是沼泽或泥炭沼泽。因其覆水较浅，养料较为丰富，既有利于高等植物生长繁殖，又有利于植物遗体的堆积和保存，所以，沼泽（或泥炭沼泽）是形成泥炭的最有利场所。而湖泊、湖、浅海等环境，由于覆水较深，不利于高等植物生长繁殖，是低
13、等植物生长繁殖场所，因此，多是形成腐泥的环境。（二）泥炭沼泽的形成过程沼泽的形成方式可概括为两种：一种是，低洼地带由于水流停滞或地壳下降，潜水面上升等原因，转变成具有积水及植物生长茂盛地带而形成的沼泽；另一种是，湖泊、泻湖、海湾等水体，在其发展的过程中，由于入流水体所携带的物质和岸边被冲刷下来的泥砂堆积，结果使水体逐渐淤浅，高等植物开始繁衍而形成的沼泽。如果沼泽中形成并积累着泥炭，则称为泥炭沼泽。从由湖泊发展到泥炭沼泽的整个过程来看，湖泊发育的初期特征是，植物分带现象明显：岸边生长着高大的乔木，向湖心逐渐过渡为莎草、芦苇、蒲草、睡莲、眼子菜等草本植物，湖心则有藻类和浮游生物。这些植物死亡后，遗
14、体堆积起来，在岸边形成泥炭，在湖心形成腐泥。随着堆积作用的进行，湖水逐渐变浅，高等植物生长范围向湖心扩大；湖泊发育的后期，湖水进一步变浅，高等植物带8进一步向湖心推移，使低等植物仅在湖心很小范围生长，高等植物遗体堆积形成的泥炭层开始与低等植物遗体堆积形成的腐泥层发生重叠；最后湖水变浅至高等植物占据整个湖面，湖泊内植物遗体的堆积即开始并形成泥炭层，湖泊也就演变成泥炭沼泽了。二、煤的形成（一）成煤第一阶段1.泥炭化作用高等植物遗体堆积在泥炭沼泽中，被水淹埋，在厌氧细菌的作用下，经过一系列的生物化学变化而转变为泥炭的过程，称为泥炭化作用。在泥炭化作用中，主要是生物化学作用，同时伴随有不同程度的凝胶化
15、作用、丝炭化作用或残植化作用。经过这几种作用，植物遗体中的有机组分（碳水化合物、木质素、蛋白质和脂类化合物）经过一系列的变化后，一部分转变成泥炭中的有机组分（腐植酸、沥青质）。另一部分被分解破坏，变成气体和水。其中，气体逸散，剩余物质与泥砂混合而形成泥炭。泥炭在自然状态下呈棕黄色至黑色，一般含水量大于50%，风化干燥后相对密度（比重）小，一般在0.7-1.2左右，质地松软，可以燃烧。分解程度较低的泥炭，多为棕色和浅褐色，富有弹性；分解程度较高的泥炭，多呈黑褐色和黑色，质地较为坚硬，具有可塑性。植物残体肉眼不易辨认。泥炭是具有多方面用途的自然资源。在农业上，它可以制作各种腐植酸肥料、牲畜饲料等。
16、腐植酸盐类既可以作植物生长素，也可以制造各种杀虫、除草剂。在工业上，泥炭可作9为多种化工原料和包装充填材料，也可作纤维板等各种建筑材料及保温套管。在医药上，可以从泥炭中提取葡萄糖、维生素等营养药物。随着科学技术的发展，泥炭的综合利用将具有更加广阔的前景。2.腐泥化作用在湖泊、沼泽的深水地带及湖、浅海等水体中，富含蛋白质和脂肪的藻类及浮游生物大量繁殖、死亡、堆积、有时也掺入一些高等植物的残体碎片和微小的泥沙颗粒，这些物质在缺氧的还原环境下，受到厌氧细菌的作用，经过生物化学作用形成富含水分的棉絮状胶体物质，这种物质经过脱水、压实，逐渐形成腐泥，并不断释放出甲烷、氨、硫化氢等气体。这个过程，称为腐泥
17、化作用。因为在腐泥化过程中形成大量沥青质，所以腐泥化作用也称为沥青化作用。腐泥是湖沼中一种常见的沉积物，通常呈黄色、暗褐色、黑灰色等。新鲜腐泥的含水量可达70%-90%，干燥后含水量一般为18%-20%。形成于大型湖泊中的腐泥，一般灰分含量较高，可达20%-60%；形成于森林湖泊中的腐泥，灰分一般很少。腐泥常堆积在湖泊积水较深的地方，因此在泥炭层的下部常发现透镜状的腐泥层。（二）成煤第二阶段已经形成的泥炭，由于地壳下沉而被其它沉积物覆盖、埋藏于地下深处，在温度、压力及时间等因素的作用下转变成褐煤、烟煤、无烟煤的整个过程，称为煤化作用。这个过程中所发生的变化主要是物理化学变化。它包括成岩作用和变
18、质作用两个连续变化过程。1.成岩作用已经形成的泥炭沉降到地下约10200m-300m,深后，在其上覆沉积物的静压力和温度的影响下，经压紧、脱水，碳含量逐渐增加，氢、氧不断减少，腐植酸、腐植酸盐不断减少，游离纤维素消失而出现凝胶化组分，逐渐固结并形成具有微弱反射力软褐煤、年青褐煤的过程，通常称为煤的成岩作用阶段。这个阶段所进行的压紧、脱水、胶结等物理化学作用，称为成岩作用。2.变质作用年青褐煤在地下较高的温度、压力及时间等因素的作用下，进一步发生物理化学变化，转变成老褐煤、烟煤、无烟煤的过程，称为煤的变质作用阶段。温度来自地球内部，压力来自煤层的上覆岩系。沉降越深，这种影响越大。这个阶段由于温度
19、、压力的作用使褐煤进一步压紧、失水而造成的煤的内部分子结构以及物理性质及化学组成和工艺性质变化的物理化学作用，称为煤变质作用。由于煤在变质作用中碳含量进一步增加，氢、氧含量和挥发分减少，腐植酸消失，煤的粘结性、视密度和硬度加大，光泽增强，致使褐煤逐渐转变成烟煤、无烟煤，直至石墨。3.煤化作用的影响因素温度、压力及温度、压力作用的时间，是引起煤化作用的主要因素。但在成煤的不同阶段中，各因素所起的作用是不同的。在煤的成岩作用阶段，压力起主导作用；在煤的变质作用阶段，则以温度最为重要；而温度和压力作用的时间，也影响着煤化作用发生的程度。（1）温度 在煤化作用过程中，温度是影响煤变质程度的主要因素。（
20、2）压力 压力是煤化作用不可缺少的因素，但同温度相比，则是次要因素。根据性质不同，压力可11以分为静压力和动压力，它们对煤化作用的影响是不一样的。1）静压力 是指由上覆岩层的重量所产生的压力。静压力可导致岩石和煤的压缩。在压缩过程中，由于内摩擦产生热量，因而含提高地温，间接地促进煤化作用，但这已属于温度因素的影响。静压力可促使煤的物理结构发生变化，使煤压实、体积缩小、相对密度和视密度增大。2）动压力（构造压力） 是指由于地壳运动产生的构造挤压力和剪切应力，又称构造压力。动压力对煤化程度的影响往往出现在某些构造运动速度很快的褶皱、断裂带内。由于摩擦热较集中，因而，在褶皱、断裂带内煤的变质程度一般
21、较高，但影响范围有限。构造压力对煤的物理结构的变化影响较强烈，如强烈的水平挤压力可使煤中水分含量降低；强烈的剪切应力可使煤结构发生很大变化（如无烟煤在强烈剪切应力作用下，可转化成石墨）。（3）时间 是煤化作用的第三因素，是指在煤化过程中温度和压力持续作用于煤的时间长短。在受热条件相同的情况下，煤化程度取决于受热时间的长短，受热时间短，煤的变质程度比较低；受热时间长，煤的变质程度就高。4.煤的成因分类不同类型的煤是不同成煤植物在聚积阶段各种因素综合作用的产物。因此，煤的成因分类的依据应该是：（1）成煤植物种类高等植物还是低等植物。（2）植物遗体的堆积环境和转化条件沼泽覆水深、浅，水体的活动性，氧
22、的供给和微生物活动情况等。（3）成煤植物的分解和转变过12程是凝胶化作用、丝炭化作用，还是残植化作用、腐泥化作用，这些作用是否进行得充分，其最终产物都会不同。首先按成煤植物的种类把煤分成三类，即由高等植物形成的腐植煤类和由低等植物形成的腐泥煤类以及由高等植物和低等植物共同形成的腐植腐泥煤类。其次，按植物遗体堆积的环境、转变条件和主要的成煤原始植物组分，又把腐植煤类分为腐植煤和残植煤。从成因分类的角度来看，自然界中的煤绝大多数为腐植煤，而残植煤、腐植腐泥煤则比较少见。 第三节 成煤条件煤的形成是许多地质因素综合作用的结果。在地壳发展历史中，并不是每个地质时代，各个地区都能形成煤。成煤必须具备以下
23、四个条件。一、植物条件煤是由植物遗体转变而成的，植物是成煤的原始物质，所以必须有植物大量繁殖的成煤的条件，初步认为5-10m厚的植物遗体堆积才能形成1m厚的泥炭，而5-10m厚的泥炭才能形成1m厚的煤。在地质历史上，植物群大量生长繁殖、大规模的发育时期是古生代的石炭纪和二叠纪，中生代的侏罗纪和新生代的第三纪。我国及世界的主要聚煤时期也在这几个时期。二、气候条件植物生长是受气候条件直接影响的，所以气候条件也是聚煤不可缺少的重要因素。温暖潮湿的气候，不仅能使植物群大量发育，生长繁殖，而且提供了充足的阳光和养分，使植物生长的叶茂、茎壮、繁密高大。三、地理条件成煤期间还必须具备适宜的地13理环境，便于
24、植物的生长和植物遗体的大量堆积。在广阔的滨海湖沼区和内陆湖沼区，以及由于地壳运动所造成的盆地、地堑等低洼地带，水分充足，植物生长茂密，而且植物死亡后，遗体被水淹没不能直接与空气接触，避免和减缓其氧化、分解。例如开采的煤层有厚有薄，甚至有“锅底坑”“油葫芦”等形状的特厚煤层，这是成煤时地形高低不平或盆地、洼地所造成的。四、地壳运动条件地壳运动对成煤、聚煤起着决定性作用。因为地壳运动控制着自然地理环境。而自然地理环境又直接影响着气候和植物的生长。在聚煤时期，如果地壳强烈上升而形成高山峻岭或地壳强烈下降而形成汪洋大海，显然都不能形成煤。只有当地壳有节奏地缓慢沉降，才有利于成煤。另一方面，地壳在有节奏
25、的缓慢下降过程中，下降的幅度、快慢、间歇次数等都影响着煤层的厚度和层数。以上四个成煤、聚煤条件，是彼此密切联系的，如果缺少其中一个条件，都难于形成具有经济价值的煤田。然而，地壳运动影响着其它条件的形成和发展。因此，地壳运动是控制成煤、聚煤作用的最主要、最基本的条件，是成煤、聚煤作用的主导因素，并贯穿成煤、聚煤过程的始终。14第二章 煤的物质组成及煤质综合评价研究煤的物质组成和性质，评价煤质是合理地开发和利用煤炭资源的前提。研究煤的物质组成和性质主要有两种方法，一是煤岩学方法，即用肉眼及显微镜来观察确定煤岩组成；根据煤的物理性质确定其变质程度，从而评价煤质。二是煤化学方法，通过化学分析和工艺试验
26、，研究煤的化学组成和煤的工艺特征。煤化学方法所确定的各项指标和煤的工业牌号基本上满足了评价煤质的需要，是当前工业评价煤的主要依据。第一节 煤的岩石组成及煤的物理性质煤是一种固体可燃有机岩，岩石组成比较复杂，并经常具有明显的不均一性。煤既然是一种岩石，那么就可以用研究普通岩石的方法来研究它，这就是所谓的煤岩学。煤岩学研究常使用的方法有肉眼观察和显微镜观察两种。肉眼（或用放大镜）观察可以划分出不同的宏观煤岩成分和煤岩类型，用显微镜观察可以进一步分出各种显微煤岩组分和显微煤岩类型。不同的煤层由于成煤原始物质及其聚积条件和转化过程的不同，其岩石组成和煤化组成也不相同，因而具有不同的物理、化学性质和工艺
27、性质。所以，从煤岩学的角度来研究煤的组成和变质程度是评价煤质和确定煤的工业用途的常用手段，也是研究煤成因的基础。一、煤岩成分和煤岩类型（一）煤岩成分煤岩成分是组成煤的基本单位，它包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种成分，其中镜煤和丝炭为简单的煤岩成分，亮煤和暗煤则为复杂煤岩成分。不同的煤岩成分的物理、化学、工艺性质是不相同的。下面分别介绍四种煤岩成分的主要特征。151.丝炭丝炭的颜色为暗黑色，外观似木炭，简单煤岩成分，具明显的纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆易碎，易染指。丝炭的细胞腔被矿物质充填，变得致密坚硬，相对密度增大，则称之为矿化丝炭。丝炭在煤层中多沿层理呈透镜状分布，厚度一般为1-2mm
28、或几毫米，有时也能形成不连续的薄层。煤层中丝炭的数量不多，但较易识别。在相同变质程度的宏观煤岩成分中，丝炭的碳含量高、氢含量低、挥发分产出率低，不具粘结性，因孔隙多易矿化，而使硫的含量增高。因此，丝炭含量高的煤不宜炼焦和炼油。此外，丝炭还易受空气中氧的作用，致使煤遭到氧化甚至自燃。2.镜煤镜煤也是简单煤岩成分。它是煤中颜色最深、光泽最强的成分，多呈黑色，结构致密均一，呈贝壳状、眼球状断口，内生裂隙最为发育，性脆，易碎成棱角状小块。在煤层中，它多呈厚度为几毫米到12cm的透镜状分布于暗煤或亮煤之中，很少单独构成煤层。在四种煤岩成分中，镜煤的挥发分和氢含量最高，粘结性强。3.亮煤亮煤是最常见的煤岩
29、成分，光泽较强，仅次于镜煤，较脆易碎，内生裂隙较为发育，相对密度较小，结构比较均一，呈贝壳状断口。亮煤可单独组成较厚的煤分层，也可呈透镜状分布。4.暗煤暗煤的颜色为灰黑色，光泽暗淡，致密坚硬，断口粗糙，内生裂隙不发育，相对密度较大，韧性较强。暗煤在煤层中普遍发育，可单独构成煤层或煤分层。16（二）煤岩类型煤岩类型是指用肉眼观察时，根据同一变质程度煤的平均光泽强度、煤岩成分的数量比例及组合情况，划分的煤的岩石类型。它分为：光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四种。1.光亮型煤主要由光泽很强的亮煤和镜煤组成。有时也夹有暗煤和丝炭的透镜体或薄层，组成较为匀一，条带结构不明显，内生裂隙发育，脆度较大
30、，机械强度小，容易破碎，常见贝壳状断口。镜下观察时凝胶化组分含量较高，一般在)85%以上，因而粘结性较强。通常中变质阶段的光亮型煤是最好的冶金用煤。2.半亮型煤主要由亮煤，含有镜煤和暗煤或丝炭组成，平均光泽强度较光亮型煤稍弱。条带状结构明显，内生裂隙发育，常具有棱角状或阶梯状断口，性较脆，比较易碎。半亮型煤是最常见的煤岩类型。3.半暗型煤由暗煤和亮煤组成，常以暗煤为主，有时夹有镜煤和丝炭的线理、细条带和透镜体，光泽较暗淡，相对密度、硬度和韧性都较大，条带结构明显，内生裂隙不甚发育，多见粒状断口。亮煤当矿物质含量增加而光泽减弱时也可成为半暗型煤。4.暗淡型煤主要由暗煤组成，有时有少量镜煤、丝炭或
31、矸石透镜体，光泽暗淡。煤质坚硬致密，层理构造不明显，通常呈块状，韧性大，相对密度大，内生裂隙不发育，断口多为棱角状、17参差状。矿物杂质含量往往较高，煤质较差。二、煤的物理性质、结构和构造煤的物理性质、结构和构造是肉眼鉴定煤的岩石类型、确定煤的变质程度和成因类型以及评价煤的依据。（一）煤的物理性质煤的物理性质很多，下面只就煤的颜色、光泽、硬度、脆度、真密度、视密度、断口、裂隙等作以介绍。1.颜色煤的颜色是指煤块新鲜表面的自然色彩，是煤对不同波长的可见光吸收的结果。在不同的条件下，煤可呈现出不同的颜色。在普通反射光下，煤的表面所显示的颜色称为表色。煤的表色变化很大，腐泥煤的表色有时为浅黄色、棕褐
32、色，有时灰绿色以至黑色；腐植煤的颜色则随煤化程度的增高而变化；褐煤可由褐色变为深褐色、黑褐色；烟煤呈褐黑色、黑色；无烟煤呈灰黑色，并常有古铜色或钢灰色色彩，另外，水分一般可使煤的颜色加深，矿物杂质则往往使煤的颜色变浅。根据颜色特征可明显地区别褐煤、烟煤和无烟煤，不同变质程度的煤，颜色上也有差别。在观察煤的颜色时，应在干燥煤样的新鲜镜煤或较纯净的亮煤断面上观察。表2-1-1不同变质程度煤的颜色和条痕色比较表变质程度 颜色 条痕色褐煤 褐色、深褐色、黑褐色 浅褐色、深褐色长熖煤 褐黑色、黑色略带褐的色彩 深褐色、黑褐色气煤 褐黑色肥煤焦煤 黑色带褐色色彩瘦煤黑色贫煤 黑色有时带灰的色彩、灰黑色 黑
33、色无烟煤 灰黑色带古铜色、钢灰色色彩 灰黑色、钢灰色或黑色182.光泽煤的光泽是在自然光下，煤的新鲜断面的反光能力。它是煤的重要物理性质和主要肉眼鉴定标志之一。影响煤的光泽变化的因素较多，主要有成煤的原始物质，煤岩组分，煤的变质程度，矿物杂质的成分、含量以及分布情况，煤的表面性质等。成煤的原始物质不同，煤的光泽就不同。如腐泥煤光泽暗淡，而腐植煤的光泽较强，并随煤变质程度的加深而增强，即从褐煤到无烟煤，光泽呈有规律的增强。根据镜煤和亮煤的光泽，从褐煤到无烟煤变质系列的光泽可以分以下几种：沥青光泽、玻璃光泽、十分光亮的玻璃光泽、金刚光泽及似金属光泽。见表2-1-2。表2-1-2 不同变质程度煤的光
34、泽比较表变质程度 符号 光泽褐煤 HM 无光泽或暗淡的沥青光泽长熖煤 CY 沥青光泽气煤 QM 强沥青光泽或较亮的似玻璃光泽肥煤 FM 光亮的玻璃光泽焦煤 JM 十分光亮的玻璃光泽瘦煤 SM 强玻璃光泽贫煤 PM 金刚光泽无烟煤 WY 似金属光泽煤的宏观煤岩成分不同，也可引起煤的光泽不同，如镜煤的光泽最强、亮煤的光泽较强，暗煤的光泽较弱，丝炭的光泽最弱。不过镜煤、亮煤的光泽并不是在任何时候都是很强的，同样暗煤的光泽也不总是暗淡的，而是随着变质程度的不同而相应的有所变化。如褐煤中镜煤的光泽就要比烟煤中的弱，无烟煤中暗煤的光泽也较强，几乎与无烟煤中的镜煤、亮煤没有什么区别。煤受风氧化后，光泽都明显
35、变暗。风化煤多为暗淡光泽。19煤中的矿物杂质的含量及分布情况对煤的光泽影响也很大。在变质程度相同、煤岩成分差别不大的情况下，矿物杂质的存在可使煤的光泽变暗。因此，光泽特征可大致反映出煤的灰分含量高低，初步确定煤质的好坏；同时也可以比较有效地鉴定煤的变质程度，确定煤的宏观（肉眼）煤岩成分、光泽和煤岩类型。3.硬度煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。由于外来机械作用方式不同，煤所表现的硬度也不相同，据此可将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三种。（1）刻划硬度 接近于普通矿物鉴定中的摩氏硬度，即用标准矿物（摩氏硬度计）刻划标本而得出的粗略相对硬度。煤的硬度一般在1-4之间，主要与煤岩成分和
36、变质程度有关，暗煤较镜煤、亮煤的硬度大，年青褐煤和中变质焦煤硬度最小，为1.52、22.5；无烟煤硬度最大，近于4。（2）显微硬度 是压痕硬度的一种，是专门用作测定显微组分硬度的。测定方法：在显微硬度计上，以很小的负荷静压力（一般为0.010.02kg）先将金刚石锥压入煤的显微组分，然后测量所得压痕大小，即可确定出其显微硬度。即：压痕大的，显微硬度低；压痕小的，显微硬度高。其数值是以压锥与煤实际接触面上单位面积所承受的载荷重量来表示，即kg/cm2。一般是变质程度相同时，丝质组较镜质组的显微硬度为大；而在变质程度不同时，各类显微组分的显微硬度也有一定的变化规律，显微硬度随煤化程度的增加而急剧上
37、升。（3）抗磨硬度 是指煤岩组分20的抗磨强度，即用研磨阻力的大小表示磨光面上显微组分的硬度，常用突起表示。突起是反射光下研究煤光片的一项重要指标。各类显微组分的突起在低变质煤中差别最大。随变质程度的增高，突起差别变小。相同变质程度时，丝炭化组分的突起较凝胶化组分的高。不论测定哪种硬度，都应注意排除矿物杂质、裂隙、孔隙以及风氧化程度的影响。4.脆度和韧性脆度是指煤受外力作用时容易破碎的程度，韧性的性质则与脆度相反。一般腐泥煤和腐植腐泥煤脆度小，韧性大。在腐植煤的煤岩成分中，镜煤和没有矿化的丝炭脆度最大，亮煤次之，暗煤则往往因含有许多稳定组分和矿物杂质而韧性较大。不同变质程度的煤，以肥煤、焦煤和
38、瘦煤脆度为最大；无烟煤脆度最小；长焰煤和气煤的脆度较小，并具有一定的韧性。5.真密度和视密度（容重）煤的真密度是指一定体积的煤（不包括煤的孔隙在内）的质量与同温度（20）同体积水的质量之比，用d 2020表示（右下角的20是水的温度20，右上角20是煤的温度20），影响煤的真密度的因素主要有煤岩成分、煤的变质程度及煤中矿物杂质的成分和含量。纯煤的真密度一般是随煤变质程度的增高而增大。煤中含矿物杂质时，由于矿物的真密度比有机质要大得多，如黄铁矿真密度为5.0、菱铁矿为3.8、粘土矿物为2.42.6、石英为2.65.等，因此煤的真密度随煤中所含矿物杂质的增高而增大。煤的视密度是指包括煤的孔隙在内的
39、一定体积煤的质量与同温度（20）同体积水的质量之比。即：视密度（容重）=质量（重量） /体积（t/m 3或g/cm 3）21煤的视密度是煤田地质勘探中计算各种储量的基本参数之一。煤的视密度同样受煤岩成分、变质程度和矿物杂质含量等因素的影响。表2-1-3各种煤的真密度和视密度一览表 单位：g/cm3煤类 纯煤真密度 视密度泥炭 0.72-0.8 -褐煤 1.28-1.42 1.05-1.20烟煤 1.27-1.33 1.20-140腐植煤无烟煤 1.40-1.80 1.35-1.80腐泥煤 1.10 -腐泥无烟煤（石煤） 1.77-2.00 1.80-2.40一般为2.2腐植腐泥煤 1.20 -
40、6.断口煤受外力打击而破裂时形成的断面称为断口。严格说来，断口不应包括沿层理面或裂隙断开的表面。由断口的表面形状不同，可反映出煤的物质组成不同的特点，因此断口可以作为煤岩鉴定的辅助标志。煤中常见的断口有贝壳状、参差状断口等。贝壳状断口是组成均匀的煤的特征，腐泥煤、镜煤、较纯净的亮煤及一些块状无烟煤都常见有贝壳状断口。7.裂隙裂隙是在成煤的不同时期中，各种自然力作用于煤层所造成的裂开现象。根据成因不同，煤的裂隙可分为内生裂隙和外生裂隙两种。（1）内生裂隙 是指煤化过程中凝胶化物质受上覆岩系所产生的温度压力等因素的影响，体积均匀收缩时因产生内张力而形成的张裂隙。因22此，其发育情况与煤变质程度和煤
41、岩类型密切相关，而与构造变动产生的外力无关。内生裂隙主要是在光亮煤条带中发育，而且垂直或大致垂直于层理面，暗煤条带中不发育。裂隙面平坦，并常伴生眼球状的张力痕迹（有时被矿物质充填）。互相垂直的两组裂隙中，发育较密的一组，称为主要组，较稀的一组为次要组。内生裂隙发育程度与煤变质程度有关，中变质煤（焦煤、肥煤）内生裂隙最多，达40-50条/5cm，低变质烟煤和高变质烟煤较少，一般在10-15条/5cm；无烟煤最少，一般小于5条/5cm。（2）外生裂隙 外生裂隙是煤层在形成以后，受构造变动作用力的影响所产生的裂隙。其特征是：可以出现在煤层的任何部位（包括暗淡型煤），并往往同时穿过几个煤分层，能以各种
42、角度斜交于层理面；裂隙面上常有各种波纹状、羽毛状滑动痕迹，有时还可以见到次生矿物或破碎煤屑的充填痕迹；有时它与内生裂隙重叠发生，使后者被掩盖、歪曲或加深。外生裂隙主要裂隙组的方向往往与当时构造运动作用力的方向一致。（二）煤的结构与构造煤的结构与构造是反映成煤原始物质及其聚积和转变等特征的标志，是煤的重要原生特征。1.煤的结构煤的结构是指煤岩组分的形态、大小所表现的特征。煤的结构反映了成煤原始物质的性质、成分及其变化特征。在煤变质程度增高过程中，煤的各种组分的肉眼鉴定标志逐渐消失，至高变质阶段煤的成分趋于一致，煤的宏观结构也逐渐趋于均一。最常见的煤的宏观结构有下列 几种。23（1）条带状结构 煤
43、岩成分（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）多呈各种形状的条带，在煤层中相互交替的出现而形成条带状结构。按条带的宽窄又可分为；细条带状结构（宽度为13mm）、中条带状结构（宽度为35mm）和宽条带状结构（宽度大于5mm）。条带状结构在中变质烟煤中表现最为明显，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常见；褐煤和无烟煤中条带状结构不明显。（2）线理状结构 是指镜煤、暗煤及粘土矿物等呈厚度小于1mm的线理断续分布在煤层各部位而形成的结构。根据线理的间距，线理状结构又分为密集线理状和稀疏线理状两种。在半暗型煤中常见到线理状结构。（3）透镜状结构 是条带状结构的一种特殊类型，而且二者常伴生，多是以大小不等的镜煤、丝炭及粘土矿
44、物、黄铁矿等的透镜体连续或不连续地散布在暗煤或亮煤中，称透镜状结构。常见于半暗型煤、暗淡型煤中。（4）均一状结构 煤的成分较为单一，组成均匀的结构。镜煤的均一状结构较典型，某些腐泥煤、腐植腐泥煤和无烟煤有时也有均一状结构。（5）木质结构 是植物茎部原生的木质结构在煤中的反映。这种结构的煤在外观上清楚地保存了植物木质组织的痕迹，有时还可见到保存完整的已经煤化的树干和树桩。木质结构在褐煤中比较常见。如我国山东、山西俗称的柴煤或柴炭，就是以木质结构特别清晰而得名。（6）粒状结构 煤的表面较粗糙，肉眼可清楚地见到颗粒状。这种结构多由煤中散布着的大量稳定组分或矿物质组成，为某些暗煤或暗淡型煤所特有。如淮
45、南某些暗淡型煤含24有大量小孢子和木栓体的即呈粒状结构。（7）纤维状结构 是植物茎部组织经过丝炭化作用转变而成的一种结构。其特点是沿着一个方向延伸并呈细长纤维状和疏松孔。丝炭就是典型的纤维状结构。（8）叶片状结构 煤的断面上具纤细的页理及被其分成的极薄的薄片，使其外观呈现纸片状、叶片状。这种结构主要是由于煤中顺层分布有大量的角质体和木栓体所致。如我国云南禄劝角质层残植煤即具有叶片状结构，它可象纸张一样一张一张地分开。2.煤的构造煤的构造是指煤中不同煤岩组分在空间排列上的相互关系。它与植物遗体的聚积条件及其变化过程有关。层理是煤的主要构造，按层理特征可将煤的构造分为层状构造和块状构造两种。（1）
46、层状构造 是指在垂直煤层层面的方向上煤层的明显不均一性特征。它反映了成煤物质和成煤条件变化的情况。在复杂结构煤层中层状构造最为明显，煤中最常见的是水平层理，偶见波状层理和斜层理。（2）块状构造 不见层理，外观均一的煤称为块状构造。块状构造表明了成煤物质的相对均匀和聚积条件相对稳定的特征。原生块状构造多见于腐泥煤、腐植腐泥煤及腐植煤中的某些暗淡型煤；次生块状构造多见于某些变质程度很深的无烟煤。第二节 煤的元素组成和工艺性质煤的种类很多，各有不同的性质和用途。煤的不同性质和用途是与煤的元素组成和工艺性质密切相关的。研究煤的元素组成和工艺性质，是为了正确评价煤质，从而为煤炭资源 的科学加工和合理利用
47、提供依据。25煤的元素组成大致可分为有机质和无机质两部分，不同的煤，其中的有机质的各种元素的含量和化学结构是不同的，从而造成了不同的煤在物理性质和化学性质上的差异，并使煤在加工利用过程中表现出不同的工艺性质。如不同的粘结性、发热量、化学活性、热稳定性等。煤中的无机质包括水分和矿物杂质，它们绝大多数是有害成分，对煤的加工利用产生不良影响，会降低煤的质量和利用价值。由于煤中有机质和无机质的含量和性质与成煤原始物质、聚积环境、煤化作用、风化作用等因素有密切关系。因而，在研究煤的元素组成和工艺性质时，必须与影响煤的地质因素结合起来，这样才能全面地评价煤质。一、煤的元素成分在研究煤的元素组成时，一般是通
48、过元素分析来了解煤中有机质、无机质的含量和性质，借以初步评价煤的工业性质和用途。煤的元素成分以有机质为主，煤的工艺用途主要是由煤中有机质的性质决定的，因此了解煤中有机质的组成很重要。煤中的有机质主要由碳、氢、氧组成，此外，还有氮、硫和少量的磷以及稀有元素等。其中碳、氢、氧占有机质的95%以上。有机质的元素组成与煤的成因类型、煤岩组成及煤化程度等因素有关。它是煤质研究的重要内容。生产中根据煤的元素分析判断煤的变质程度、计算煤的发热量；推断某些工艺性质以及煤加工利用过程中的化工产品；也可作为煤的分类参数。（一）碳 C碳是煤中主要的可燃有机质成分，也是煤燃烧过程中产生热量的重要元素。每千克纯碳完全燃
49、烧时，能放出810 4J的热量。煤中的碳含量随煤化程度的加深而增高。泥炭的碳含26量为50%-60%，褐煤为60%-77%，烟煤为74%-92%，而无烟煤为90%-98%，在煤化程度相同的煤中，镜质组的碳含量比丝质组低。（二）氢 H氢是煤中重要的可燃有机质成分。每千克氢完全燃烧时，能产生3.35105J 的热量，氢的发热量约为碳的4.2倍。但煤中氢的含量比碳少得多，腐泥煤的氢含量比腐植煤高，腐泥煤的氢含量一般在6%以上，有时可达11%。腐植煤的氢含量一般0.8%6.5%，从氢含量的变化总趋势看，是随煤化程度加深而减少。其中，褐煤的氢含量最高，烟煤次之，无烟煤最低。（三）氧 0氧是煤中不可燃的元素，其在煤中含量变化较大，并随着煤化程度加深而降低。泥炭中氧含量为30%40%，褐煤氧含量最高达15%30%，无烟煤中的氧含量则减少到2%左右。当煤受到氧化时，含氧量迅速增高，而碳、氢含量则明显降低。因此，氧含量是确定煤层风化带和氧化带深度的主要标志之一。对煤中的氧，一般都不进行直接测定，而是用差额法计算得出。（四）氮 N煤中氮的含量很少，它主要来自成煤植物中的蛋白质。煤中氮含量一般为0.4%2.6%，其含量通常随煤化程度的增高而降低。煤燃烧时，其中的氮一般不氧化而呈游离
