第三章(煤岩学)
2009-04-《煤化学》讲稿 03 章-煤岩学基础-1
（一）孢子体
孢子和花粉的外孢壁
是孢子植物的繁殖器官，都是由单细胞组成的，一般雌 性的孢子体称为大孢子，雄性的孢子体称为小孢子。 大孢子体一般直径为 0.1～ 3mm， 有时可达 5～10mm， 在煤中被挤压成扁平体，纵切面为封闭的长环状，折曲 处呈钝圆形。 大孢子表面常有瘤状、棒状和刺绣状等各种纹饰。有时3 个或4个大孢子在一起，称为三孢体或四孢体。有些大孢子破 碎成长条带状，其孢壁两边均较光滑，不显锯齿形而区别于角 质层。
19
（二）无结构镜质体 在普通显微镜下没有显示植物细胞结构的镜质组分。 它常作为其他各种显微组分碎片和共生矿物的基质胶体 物或填充物。 显微组分 无结构镜质体 显微亚组分 均质镜质体 胶质镜质体 基质镜质体 团块镜质体
20
1
均质镜质体 一般在较厚的镜煤或镜质组层中出现，主要由植物的木 质部和叶等组织经凝胶化作用转变而成， 常呈宽窄不等的条带状和透镜状，均一、纯净，发育垂 直裂纹，具有较正常的反射率，是作为测量反射率以确定煤级 的标准组分；
含碳酸 盐煤样
2
煤的不均一性，对煤的物理化学性质和加工工艺特性均 有很大的影响。 确定煤的岩石组成和煤化程度，是正确评价煤质、确定
煤的合理利用途径的主要依据，也是研究煤的成因和变质程度
的基础。 煤岩学研究方法是在不破坏煤的原生结构、表面性质的 情况下，以物理方法为主，直接对煤的各方面性质进行研究。 优点：制作简单、操作方便、观察测试结果直观、分析 快以及论据充分
22
未刻蚀部分
刻蚀部分
SLIDE 42 Telocollinite 均质无结构镜质体 (normal vitrinite of compressed cell wall) which has been etched (right half of particle) to show compressed cell structure (240 microns on long axis) 23
煤化学复习重点总结
第二章煤的生成一、腐植煤的成煤作用过程1、从植物死亡，堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，此过程称为成煤作用。
成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用。
（1）泥炭化作用：高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。
（2）煤化作用：泥炭在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。
2、煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。
在温度和压力影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。
褐煤影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。
第三章煤岩学一、煤岩学研究方法分为宏观研究法和微观研究法。
宏观方法：肉眼或放大镜观察；微观方法：用显微镜研究；二、煤的显微组分，按其成因和工艺性质的不同可分为镜质组、壳质组、惰性组三大类，研究煤结构时一般采用镜质组作为研究对象。
第四章煤的结构一、煤的结构包括大分子结构和物理空间结构。
1、煤大分子结构：多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的，这种基本结构单元分为分规则和不规则两部分。
（1）规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。
（2）不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团（含氧、硫、氮官能团）；含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基、醚键；含硫官能团：硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌、杂环醚；含氮官能团：六元杂环、吡啶环、喹啉环；2、煤结构模型的分为化学结构模型和物理结构模型。
化学结构模型：Fuchs Given、Wiser、本田、Shinn结构模型等；物理结构模型：Hirsch模型、交联模型、两相模型、单相模型；二、煤大分子结构的现代概念1、煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物；2、结构单元的核心是缩合芳香核；3、结构单元的周边有不规则部分；4、结构单元之间由桥键连接；5、氧、氮、硫的存在形式；6、低分子化合物；7、煤化程度对煤结构的影响第五章煤的工业分析和元素分析一、煤是由无机组分和有机组分组成。
煤化学之煤的结构
（2）液态结构 属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程
度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片 间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机 械强度低，热解时易形成胶质体。
（3）无烟煤结构 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增
大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。
2、物理结构模型(physical Structure model)
2.1 Hirsch模型 Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三 种物理结构。
（1）敞开式结构 属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片 (aromatic
layer)小，不规则的“无定形结构”比例较大。芳香层片间 由交联键(crosslink bond)连接，并或多或少在所有方向上 任意取向，形成多孔的立体结构。
1.2.2 官能团 functional group
（2）含硫官能团(sulfur containing functional group )， 如： 硫醇（–SH） 、硫醚（R–S–R）、 二硫化物（–S–S–）
（3）含氮官能团(nitrogen containing functional group )， 如： 吡啶 、喹啉的衍生物 胺基（–NH2）
(1)煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物
煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构 相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接 而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、 连接在核上的侧链和官能团两部分构成。
(2) 结构单元的核心是缩合芳香核
缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环 （含硫、氮），环数随煤化程度的提高而增加。碳含量 为70%～83%时，平均环数为2；碳含量为83%～90% 时，平均环数为3～5；碳含量为大于90%时，环数急剧 增加，碳含量大于95%时，平均环数大于40。煤的芳碳 率，烟煤一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。
第三章煤的岩石组成
结性越差。
煤中各种显微组分工艺性质的差异在其它一些方
面也有体现。例如：干馏时或加氢液化时，壳质组的
煤气产率和焦油产率最高，较容易液化，镜质组次之
，而惰质组属惰性组分，很难液化，所以用于液化使 用的煤，应选择惰质组含量低的煤。
第三节
煤岩学的研究方法
宏观研究法和显微研究法
一、煤岩显微组分的分离和富集
（2）另一方面植物组织在沼泽水的浸泡immersion下
吸水膨胀swell，发生胶体化学变化，使细胞腔逐渐缩小，
直至失去细胞结构成为凝胶体。 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60 －80％，甚至90％。
镜质组（vitrinite又称凝胶化组分）的形成
一、煤的有机显微组分
指在显微镜下能识别的有机质的基本单位。（60多种）。
根据结构、性质相似的原则，又可将其分组（类） 国内外关于有机显微组分的分类方案很多见（表2-2，表23，2-4）
腐植煤的有机显微组分包括： 镜质组vitrinite 惰质组inertinite 壳质组exinite 。
1、镜质组：透射光transmission light下呈透明
二、 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、黄铁矿、石英、 方解石等，在显微镜下可以进行区分。 粘土类矿物Clay minerals;：高岭石kaolinite，伊利石， 水云母，… 硫化物类矿物sulfide minerals ：黄铁矿pyrite，白铁矿， … 碳酸盐类矿物carbonate minerals ：方解石calcite，菱铁 矿，… 氧化物类矿物oxide minerals ：石英quartz，… 硫酸盐类矿物sulphate minerals ：石膏gypsum，…
煤岩学与配煤炼焦
1 引言1.1 煤岩学简介煤岩学是把煤作为有机岩石为其研究对象,研究其性质、变化及应用的一门学科。
它认为,煤本身是一种由多种性质不同的组分以不同的结构混合组成的、性质复杂多变的有机岩石,而非单一的纯净物;提出了活性组分和惰性组分的概念,并按镜质组、半镜质组、丝质组、壳质组以及矿物,对显微组分进行分类和定量统计分析。
煤本身的一些物理、化学性质及经历的成煤过程,如密度、元素组成和成煤作用、地质年代等,同煤岩显微组分组成及镜质组反射率这两项指标具有非常密切的关系。
应用煤岩学是:抓住煤本身并非单一纯净物这一特征,运用各种常规研究手段来研究煤中各组分及组分间交互作用对煤性质的影响;研究不同变质程度煤及其交互作用对混合煤性质的影响。
1.2 炼焦配煤技术从单种煤炼焦到多种煤配合炼焦是焦化工业的一大进步,现代焦炉几乎都采用多种煤配合炼焦。
配煤技术作为一个科研领域正在不断发展,但近几十年来,配煤技术较多停留在定性的、经验的阶段。
随冶金技术对焦炭质量要求的逐步提高,经验配煤由于不能从根本上解释配煤炼焦生产中出现的反常现象,不能实现从定性到定量的转化,已不能满足焦化生产要求。
对此,作为近代焦化基础理论之一煤岩学,虽然发展仍不够完善和成熟,但由于其对煤的重新认识及其理论的可行性,较现行原料煤分类却更科学和先进。
随着煤岩理论的深入和完善,以及配煤技术的发展,科学配煤离不开煤岩学已得到一致公认。
目前,世界各国开发的配煤技术,凡是论证较充分、效果较好的,无一不以煤岩学为基础。
上世纪80年代,国内的煤岩配煤技术开始得到较快发展。
用煤岩学观点和方法预测焦炭质量,并指导配煤是50多年煤岩学发展的大事,也是焦化工业重大科研成果。
目前,煤岩学已广泛应用于煤的研究及生产实践中。
在焦化工业,煤岩学作为一种有用理论正在被广泛接受并逐渐应用于生产实践。
2 煤岩配煤的基本原理根据煤岩学理论及其对煤的深入认识,煤岩配煤的发展已形成几条公认的基本原理。
煤的岩相组成
显微组分及其成因 煤岩学的研究方法 煤岩学的应用1935年：“显微组分”概念1953年：国际煤岩学委员会（宏观煤岩组成：肉眼naked eye微观显微组分：显微镜，包括透射光、反射光宏观煤岩成分与有机显微组分之间的关系宏观成分显微成分镜质组壳质组惰质组宏观煤岩组成肉眼或放大镜→腐植煤的宏观煤岩组成镜煤vitrain丝炭fusain亮煤clarain暗煤durain成因：由成煤植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成木质纤维组织：包括以木质素、纤维素和半纤维素组成的生物质显微镜下观察以镜质组为主，还含有数量不等的惰质组和壳质组不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层，甚至整个煤层宏观煤岩组成─亮煤外观：光泽暗淡、灰黑色、表面粗糙、结构致密、比重大粘结性差；富含壳质组的暗煤，宏观略带油脂光泽，挥发分和氢含量较高，粘结性较好，且比重较小；含大量矿物质的暗煤，则密度大，灰分产率高，煤质差宏观煤岩组成外观：与木炭相似，灰黑色、性脆、多孔、呈纤维状结构成因：由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用和火焚作用而形成的丝质体和半丝质体宏观煤岩组成煤暗煤暗淡、黑色或灰黑色、坚硬、表面粗糙丝炭丝绢光泽、黑色、纤维状、软、很脆、组分不均一腐泥煤烛煤暗淡或微油脂光泽、黑色、均匀、非层状、很硬、贝壳状断口、黑色条痕藻煤类似烛煤，外表微带褐色，褐色条痕宏观煤岩类型总体相对光泽强度光亮煤半亮煤半暗煤暗淡煤煤的显微组分：在显微镜下区别和辨识的基本组成成分煤的显微组分腐植煤的有机显微组分✓镜质组vitrinite✓惰质组inertinite✓壳质组liptinite煤的有机显微组分●木质纤维组织在厌氧细菌作用下形成腐植酸、沥青质等→结构镜质体●木质纤维组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，发生胶体化学变化，使植物细胞结构破坏乃至消失，成为凝胶体→无结构镜质体透射光：黄色→橙红色普通反射光下呈灰色，无凸起；油浸反射光下呈深灰色傅家谟等《煤成烃地球化学》科学出版社，北京，火焚：沼泽森林火灾中形成的类似木炭的物质，成煤过程中形成惰质组。
《煤化学》讲稿03章煤岩学基础剖析
《煤化学》讲稿03章煤岩学基础剖
3
析
矿物质也是煤的重要组成部分 植物成煤过程，有无机成分（矿物质）的参与。 这些矿物质的存在还对有机质的转化产生影响。 有些煤中含有某种较丰富的稀有元素或放射性元素，如锗
或铀，从而提高了煤的利用价值。
煤岩学方法研究煤的无机成分，大多是镜下可观察的具有 晶质的矿物。
镜下看不见的分散的极细矿物、隐晶矿物和无机质的研究 则是元素地球化学、无机地球化学等学科研究的范畴。
Calcite (c) vein方解石矿脉《i煤n化v学it》ri讲ni稿te03.章(s煤c岩a学le基i础s剖330 microns on long a1x9is)
高岭石 云母石
白云母 黑云母
绿泥石
2H2O ·Al2O3 2SiO2
KA12A1Si3O10(OH，F)2 K (Mg，Fe，Mn)3A1Si3O10(OH)2
H8(Mg, Fe)5 Al2Si3O18
《煤化学》讲稿03章煤岩学基础剖
9
析
（二）硫化物类矿物 包括黄铁矿、白铁矿等 多为不透明矿物，在反射光下具有耀眼的金属光泽
《煤化学》讲稿03章煤岩学基础剖
2
析
按成因划分，煤中矿物质可分为三类：
（1）植物成因的原生矿物质 来自原始植物的无机成分
（2）陆源碎屑成因的矿物质
煤化作用第一阶段或煤矿床形成时由水或风带入其中的 无机成分。 （3）化学和生物化学成因的矿物质
煤化作用第一阶段的同生—成岩矿物和煤化作用第二阶 段形成的次生、后生矿物。
《煤化学》讲稿03章煤岩学基础剖
10
黄铁矿晶体结构
析
白铁矿为斜方晶系，晶体常呈板状产出。集合体呈结核状、 球状、钟乳状、皮壳状等
电子教案与课件：煤化学 课件 第三章煤的岩相组成第4节
预测方程：
M 40 33.96 7.83103 I A 35.31Rmax 0.002I M10 21.07 1.55103 I A 5.7Rmax 0.01I
惰性物配比 B
容惰能力示意图
r 0.851 r 0.889
★炼焦煤性质和操作参数结合的预测方法
1.Vdaf—Y—H/B预测 武汉科技大学对武钢、广钢、水钢4种类型焦炉生产数据回归分析：
◆ 煤岩参数—黏结性指数预测
1. Rm—ax—G法
最佳配煤范围：
MF=200~1000DDPM
Rmax 1.2 ~ 1.3%
说明：3象限煤化度、流动度均较 低，在配合煤中仅起碳源作用， 必需配入1象限中的煤以增加煤化 度和流动度。
Rm ax—MF预测最佳配煤图
2.CBI—SI预测法
CBI 100 xi
• 3.勘探石油和天然气
• 德国发现，当镜质组反射率为0.3%~1.0%时，可以 出现具有工业开采价值的石油。最经济的油田反 射率小于0.7%，而反射率达到1.0 %~2.0%时，只 能出现具有工业开采价值的天然气。我国在镜质 组反射率为0.3%~0.7%时，常发现有石油；反射率 为0.7%~1.0%时，不常有石油；反射率为1.0 %~1.3%时，很少有石油；反射率在1.3%~2.0 %时 为石油消失区，而常发现有天然气；反射率在 2.0%以上时，天然气也消失了。
• 通过煤岩鉴定，不仅能判断煤的可选性，也可以了解影响 煤的可选性的因素。
三、煤岩学在煤质评价和煤分类中的应用
1.煤质评价
A.煤的煤化度
镜质组反射率是较为理想的指标，它排除岩相组成差异带来的
影响，采用它可以较准确地判定煤的煤化度。
常用的指标有Vdaf、Wdaf(C)、 Qgr,v,daf、镜质组最大平均反
第三章_煤岩学
树脂体
– 树脂体来源于植物的分泌物树脂、蜡质等。 – 镜下特征：有多种形状，常以圆形、椭圆形、棒形及棱角状的单个 树脂体或呈小透镜状聚集体出现，一般无结构，轮廓清晰。有时可 见带环结构．而聚集体则呈不均匀的块状体,树脂体还常以充填细胞 腔或呈不规则形式出现。在反光油浸镜下呈灰黑色至深灰色，有时 可见带红色的内反射现象,无突起或微突起。透射光下为柠檬黄色、 橙黄色或橙红色。在蓝光激发下，荧光色有明显的强弱之分,有的呈 绿黄色、橙黄色，有的呈黄褐色等带环状的树脂体，外环荧光较弱。
无结构镜质体
特点：在普通显微镜下没有显示植物细胞结构的镜质 组分。它常作为其它各种显微组分碎片和共生矿物的 基质胶结物或填充物。 四种亚组分：均质镜质体、胶质镜质体、基质镜质体、 团块镜质体
均质镜质体
物细胞结构，为完全均一的物质。常见 有垂直于层理的裂纹，有时可见有镶边 角质体；大部分均质镜质体用氧化剂腐 蚀后，在50×物镜下观察，可见清晰的 木质细胞结构或树皮结构。反光油浸镜 下为深灰色；透射光下为均一结构，呈
角质体
镜下特征：在反光油浸镜下为薄 厚不等的、深灰黑色的细长条 带，外缘平滑，而内绿呈形态 备异的锯齿状，末端拆曲处呈 尖角状。可因受挤压而成登层 状。常见其以镶边形式与镜质 体伴生。根据其薄厚不同又可 分为厚角质体和薄角质体两个 变种。在同一煤中角质体的荧 光色强弱不一．为亮绿黄色,亮 黄色、橙黄色及黄褐色。通常 其荧光比孢子体强些或相近.
低、中 变质煤
煤的有机显微组分 的透光色、透明度、 煤的成因 形态、结构和轮廓等 研究
反 普通反射 煤的有机显微组分 射 光（a） 煤的光片、 的反射色、形态、结 光 油浸反射 煤砖光片 构、轮廓、突起、反 射率、显微硬度等 法 光 （o） 其它方法
精选应用煤岩学在炼焦生产中的应用培训讲义
反射率测定应注意的几个问题
粘结剂和煤样比例问题制样时破碎方式及粒度掌握控制光片的质量仪器的稳定时间固定的点行间距，符合数学统计学原理一但开始测定，显微镜光路等不能再动保证一定的区域如果人工和半自动测定，必须保证点数。
镜质组反射率及反射率测定自动化
目前，世界顶级的蔡司显微镜配合显微光度计系统已经实现对镜质组反射率反射率分布的自动化测定，在全国范围内已经广泛推广，数十家焦化企业的使用证明，其测定精度已经完全满足国标《GB6948－86 煤的镜质组反射率测定方法》要求，具有省时、省力，效率高等优点，也降低了煤岩测定的门槛要求，可以在较短的时间内开展工作，在工作实践中再学习，提高，特别适合企业的基础不太好的企业应用。此外，本系统还功能丰富，提供了确实混煤比，半自动测定，测定焦炭气孔率等功能，对煤岩的普及，提高焦化企业对煤认识水平和配煤水平，起到了推动作用。煤岩测定自动化是发展趋势
烟煤有机组分分类表
组
代号
组分
代号
亚组分
代号
镜质组
V
结构镜质体无结构镜质体碎屑镜质体
TCVD
结构镜质体1结构镜质体2均质镜质体基质镜质……
T1T2C1C2
半镜质组
SV
结构半镜质体无结构半镜质体碎屑半镜质体
STSCSVD
惰质组
I
半丝质体丝质体微粒体粗粒体……
SFFMiMa
粗粒体1粗粒体2……
壳质组
E
孢粉体角质体树脂体……
15.94
1.01
0.19
惰质组
82.63
3.77
12.62
0.80
0.18
中国炼焦煤的显微组分特征
中国炼焦煤中显微组分布特征与成煤时代密切相关，即镜质组以侏罗纪最高，惰质组以石炭，二叠纪煤最高，壳质组以晚二叠纪乐平煤系最高经统计，我国主要炼焦煤产地的岩相组成镜质组含量小于70％的占62%大于80的只有12%。如果含量以惰质组（惰质组＋2/3半镜质组＋矿物）进行统计，大于30%煤样占一半以上，而小于20%的为18.3％岩相不均一，惰性组分含量高是我国主要炼焦煤矿区的基本特征之一。主要炼焦煤中镜质组含量（上图）与总惰质组含量（下图）的分布
煤岩学ppt课件
使不饱和聚酯充分进入块样的裂隙和气孔。固 化后，用切片机切成所需要的形状。
3、薄片
按制光片工序研磨到最后一道工序，然后
用冷杉胶或加拿大树胶将磨好的光面粘结在玻 璃载片上。将载片上的样品在磨片机上用粗磨 料磨到只剩约0.5毫米厚，再在玻璃板上用细磨 料研磨到将要透明。此时，用软木蘸306号金 刚砂，在下面装有电灯的嵌有毛玻璃的小桌上 小心研磨，直到整个样品应该透明的显微的组 分透明为止。将样品冲洗干净，待晾干后，用 光学树脂粘上玻璃盖片，并在载片一端贴上样 品编号。
煤样；如果整个煤层煤岩组成肉眼观察均一，可 以在几个采样点采集块煤。
2、粉煤的取样
粉煤样在制ห้องสมุดไป่ตู้过程中应尽量避免产生过细 的颗粒，0.1毫米以下的越少越好，因颗粒过细， 在镜下鉴定不易精确辨认显微组分。一般制片 用煤粉样的粒度为1毫米以下。
3、块焦的取样
有两种方法：
①寻找几块焦头和焦根较全的半个炭化室 宽的焦块。
② 按不同块度，按其重量比率，采取焦样。
4、焦粉的取样
对实验室焦炭，要求全部粉碎后取样。
一般制片用焦粉样的粒度为1毫米以下。 焦粉样要求0.1毫米的颗粒尽量少，甚至 在制样后，将0.1毫米以下的颗粒筛去， 以保证制片质量和鉴定效果。
（二）、制片
显微镜下鉴定用的样品，根据鉴定方法不 同，可分在透射光下鉴定用的薄片和在反射光 下鉴定的用的光片。还有在反射光下和透射光 下均可供鉴定的光薄片。块样制作的为块片， 用粉样制作的为粉片。
3、半暗煤
由暗煤和亮煤组成，常以暗煤为主，有时也 夹有镜煤和丝炭的线理、细条带和透镜体。半 暗煤的特点是光泽比较暗淡，硬度和韧性较大， 比重较大。
煤化学 第03章 煤岩学基础
（1）孢粉体
孢粉体是由成煤植物的繁殖器官大孢子、小孢子和花粉形成 的，分为2个显微亚组分。由大孢子形成的孢粉体称为大孢子 体。由于小孢子和花粉在煤垂直层理切片中非常相似，很难 区分，故将小孢子和花粉形成的孢粉体统称为小孢子体。
a）大孢子体 长轴一般大于100μm，最大可达5 000～10 000 μm。在垂直层理的煤片中，常呈封闭的扁环状。常有大 的褶曲，转折处呈钝圆形。大孢子体的内缘平滑，外缘一般 平整光滑，有时可见瘤状、刺状等纹饰。 b）小孢子体 长轴小于100 μm。在垂直层理的煤片中，多 呈扁环状、蠕虫状、细短的线条状或似三角形状。外缘一般 平整光滑，有时可见刺状纹饰。常呈分散状单个个体出现， 有时可见小孢子体堆或囊堆。
（8）荧光体 由植物分泌的油脂等转化而成的具强荧光的壳质组分。在蓝光激发 下发很强的亮黄色或亮绿色荧光。荧光体常呈单体或成群的粒状、 油滴状及小透镜状，主要分布于叶肉组织间隙或细胞腔内。油浸反 射光下为灰黑色或黑灰色，微突起，透射光下为柠檬黄色或黄色。 （9）藻类体 藻类体是由低等植物藻类形成的显微组分，它是腐泥煤的主要组分。 根据结构和形态特征分为2个亚组分。 a）结构藻类体
1）均质镜质体。在垂直层理切面中呈宽窄不等的条带状或透 镜状，均一、纯净，常见垂直层理方向的裂纹。低煤级烟煤中 有时可见不清晰隐结构，经氧化腐蚀，可见清晰的细胞结构。 该组分为镜质组反射率测定的标准组分之一。 2）基质镜质体。没有固定形态，胶结其他显微组分或共生矿 物均匀基质镜质体显示均一结构，颜色均匀；不均匀基质镜质 体为大小不一、形态各异、颜色略有深浅变化的团块状或斑点 状集合体。与均质镜质体相比，反射率略低，透光色略浅。该 组分亦为反射率测定标准组分之一。 3）团块镜质体。多呈圆形、椭圆形、纺锤形或略带棱角状、 轮廓清晰的均质块体。常充填细胞腔，其大小与细胞腔一致； 也可单独出现，最大者可达300 μm。油浸反射光下呈深灰色或 浅灰色，透射光下为红色一红褐色。 4）胶质镜质体。均一纯净，无确定形态，常充填在细胞腔、 裂隙及真菌体和孢粉体的空腔中。镜下其他光性特征与均质镜 质体相似。
煤岩学基础
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1～2 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。
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。
煤岩学
第一章成煤原始物质与堆积环境成煤作用：从植物死亡堆积到形成煤炭的过程。
分两个阶段：①腐泥化（泥炭化）阶段：主要发生于地表的泥炭沼泽、湖泊以及浅海滨岸地带，主要作用：菌解作用（表生的生物地球化学作用）结果：使低等植物转变为腐泥，高等植物则形成泥炭。
②煤化作用阶段：泥炭由于地层沉降等原因被沉积物覆盖掩埋于地下深处经成岩作用，即煤在温度、压力条件下进一步转化的物理化学作用，使碳的含量进一步增加，成为褐煤；其后有的经历变质作用阶段，是褐煤受高温高压的影响而变为烟煤和无烟煤的过程。
植物组成低等植物：菌类，藻类（构造简单，无根、茎、叶等器官的分化。
如：发菜，海带，紫菜）苔藓、蕨类、裸子植物，被子植物（构造复杂，有根、茎、叶的区别）。
三个大的成煤期：(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。
主要煤种为烟煤和无烟煤。
(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。
主要煤种为褐煤和烟煤。
(3)新生代的第三纪(古近纪新近纪)，成煤植物主要是被子植物。
主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。
低等植物主要组成：碳水化合物、蛋白质。
脂肪含量较高。
高等植物主要组成：纤维素、半纤维素、木质素为主。
泥炭沼泽的形成需具备三个条件：气候、地理、构造。
气候：适于植物的生长，地理：有水体，构造：沼泽要持续缓慢沉降。
沼泽分类:一）沼泽体发育过程的形式与阶段；可分为高位型、低位型；低位、中位、高位是根据土壤中水的来源划分发育过程由低级到高级阶段，因此有富养（低位）、中养（中位）和贫养（高位）之分。
低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。
富养（低位）沼泽特征：是发育的最初阶段。
表面低洼，经常成为地表径流和地下水汇集的所在。
水源补给主要是地下水，潜水面较高。
随着水流带来大量矿物质，营养较为丰富，灰分较高。
煤岩学配煤及其应用
煤岩学配煤及其应用
1煤岩学
煤岩学是一门应用地质学的分支，专门研究含煤地层的化学成分、结构及单位的性质等因素，以确定它们的形成环境和发育历史，以及以此为基础进一步推断它们的综合配煤特征、分布规律及煤质特征。
2煤岩学配煤
煤岩学配煤，是在煤岩学研究的基础上，参考煤矿理论对煤田矿层进行配煤系统分析，包括煤等级、煤层厚度、累积煤量、煤块等级、块度指标、煤质成分、孔隙结构、产能等工艺性参数，以为开发利用提供依据。
3煤岩学配煤的应用
煤岩学配煤的应用，大致可分为两个方面：一是煤矿开发设计与指导，即利用各种煤岩类型特征和有煤地层空间位置等信息，首先对煤田进行综合分析，从而确定煤矿开采顺序和投资规模；二是技术改进，即根据煤岩学配煤的结果，不断优化开采工艺，提高综合煤量、效率、块度、压缩和合采状况，以较低的开发成本获取更大的经济效益。
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煤的密度：是指单位体积煤的质量，是煤的主要物理性质之一。按
测定方法不同分为真密度、视密度、堆密度等。
煤的其它物理性质：煤的表面积、孔隙度、导电性等
腐植煤的光学性质对比表
煤化程度 褐煤 颜色（表色） 褐色、深褐色、黑褐色 粉色 浅棕色、深棕色 光泽 暗淡沥青光泽
（注：国际上将恒湿无灰基高位发热量大于等于24MJ/kg、镜质组平均随机 反射率大于等于0.6%的煤叫做硬煤，包括烟煤和无烟煤。）
硬煤的有机显微组分分类方法较多，可归为两种类型：一 类侧重于煤的工艺性质研究，常用反射光观察，分类较简明， 以国际煤岩学会硬煤的显微组分分类方案为代表，应用广泛； 另一类侧重于煤的成因研究，采用透射光观察，划分较细， 如1964年我国煤炭部通过的《煤岩显微组分统一命名表》。 镜质组（V） ICCP 惰质组（I） 壳质组（E）
惰质组：半丝质体
镜质组：基质镜质体
壳质组：树皮体 惰质组：丝质体
矿物：黄铁矿
孔隙：植物细胞孔
7
白色：黄铁矿；灰白色，惰质组；灰色，镜质组；黑色，壳质组和粘微煤岩类型的含义 显微煤岩类型是显微镜下煤有机显微组分组的典型组合。 （二）显微煤岩类型的划分 下面以国际煤岩学委员会（ICCP）的显微煤岩类型的分类 方案为代表进行说明。该分类应用广泛，它也是我国所采用的 方案。
阶梯状断口 参差状断口 （棱角状断口） 眼球状断口 羽毛状断口 （梳状断口） 粒状断口
煤中的内生裂隙和外生裂隙
内生裂隙：是在煤化过程中，凝胶化物 质受到煤化作用中的温度和压力的影响， 内部结构变化、体积均匀收缩，产生内张 力而形成的张裂隙。 内生裂隙发育程度的表示方法：互相垂 直的两组内生裂隙中，发育较密的一组称 为主要组；较稀的一组称为次要组。内生 裂隙的密度是以主要裂隙组每5cm长度的裂 隙条数表示，即条/5cm 。 依据内生裂隙发育状况可以初步判断煤 化程度的高低。腐植煤中以中变质煤（焦 煤、肥煤）的内生裂隙最发育，在层理上 主要内生裂隙可达40～50条/5cm；；在低 变质烟煤和高变质烟煤中裂隙较少，一般 为10～15条/5cm；在无烟煤中最少，一般
（2） 陆源碎屑成因的矿物质
煤中常见的陆源矿物有粘土矿物、石英、长石、云母等，还有锆石、磷灰石、重晶石等副 矿物，有的煤中还有火山碎屑。
（3）化学成因及生物成因的矿物质
煤中常见的化学成因矿物有高岭石、硫化物矿物、菱铁矿、石英等。生物及遗体降解过 程中产生的气体、有机酸对矿物形成有影响，如黄铁矿莓粒形成就与菌类生物有关。
煤的显微硬度与煤化程度的关系
第二节 煤的宏观研究
煤的宏观研究：是指用肉眼或借助放大镜观察煤的岩石特 征，包括煤的宏观物理性质、结构、构造、宏观煤岩组分和 宏观煤岩类型等。
煤的宏观研究的意义：能够初步确定煤的成因类型、煤化程度、宏观 组成、煤层的结构及其复杂程度等，为评价煤质、研究煤（煤层）的形 成环境、煤层对比、煤层开采、煤的综合利用等问题提供依据。
2.按形成时期分类 （1） 同生矿物
同生矿物是指在泥炭化作用阶段和煤的早期成岩作用阶段形成于煤中的矿物，有高岭石、 石英、方解石、黄铁矿、菱铁矿等。
（2）后生矿物
后生矿物是指在煤的晚期成岩作用阶段和煤的变质作用阶段形成于煤中的矿物。主要有 黄铁矿、石英、高岭石、方解石、菱铁矿、石膏和褐铁矿等。
显微组分：有机显微组分和矿物质
单一显微组分组组合构成的显微煤岩类型
显微组分组
显微煤岩类型 微镜煤 微惰煤 微壳煤
煤的有机显微组分组
V＞95%，（I+E）＜5% I＞95%，（V+E）＜5% E＞95%，（V+I）＜5%
显微煤岩类型
双合显微组分组组合构成的显微煤岩类型
显微组分组
（V+E）＞95%，I＜5% （I+E）＞95%，V＜5% （V+I）＞95%，E ＜5%
显微煤岩类型 微亮煤 微暗煤 微镜惰煤或微惰镜煤
三合显微组分组组合构成的显微煤岩类型
显微组分组
显微煤岩类型
V＞5%，I＞5%，E＞5% V＞I，E I＞V，E E＞V，I
微暗亮煤 微亮暗煤 微镜惰壳煤 微三组混合煤
（三）显微煤岩类型划分的规则
1.5%规则：即只有含量大于5%的显微组分组才有划分显微煤岩 类型的意义或小于5%的显微组分组忽略不计。 2.宽度或面积规则：各种显微煤岩类型条带的最小宽度为50 um或最小覆盖面积为50 um×50 um。 三、煤的显微物理性质 （一）煤的反射率、折射率 煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分（镜质组为主） 磨光面的反射光强度与入射光强度之比的百分值，用R表示。 常用煤中镜质组在油浸反射光下的最大反射率（Ro,max%）表示 煤的反射率。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断增强。 煤的折射率是光线通过煤的界面时发生折射后进入煤的内 部，其入射角的正弦和折射角的正弦之比，用N表示。随着煤 化程度的增高，煤的折射率也相应增高，从1.680增至2.02。
硬煤有机显微组分划分： ICCP与我国的对应关系
凝胶化组（NJ） 丝炭化组（ST） 稳 定 组（WD） 腐泥化组（FN）
煤的有机显微组分
我 国
煤的有机显微组分组
中国烟煤显微组分分 类是在总结了国内煤 岩工作经验的基础上， 参考了国际硬煤显微 组分分类后制定的， 兼顾了研究煤的成因 和工艺性质两个方面。 该方案根据相似的起 源（成因）、保存方 法和相似的物理化学 及工艺性质等，将烟 煤的有机显微组分分 为四个组：镜质组 （Vitrinite）、半镜质 组（semivitrinite）、 惰质组（Inertinite）和 壳质组（Exinite）。
其它方法
煤的加工 利用
所有煤
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、煤的红外光谱研究技术、煤的X射线光 电子能谱（XPS）等
一、煤的显微组分（显微煤岩组分）
（一）煤的显微组分的含义 煤的显微组分是普通显微镜下能够识别的、组成煤的基本单 位，即显微煤岩组分。 （二）煤的显微组分的划分
裂隙面常有凹凸不平的滑动 痕迹，有时可见次生矿物或破 碎煤屑充填
发育程度和方向与区域构造 应力有关
煤中的裂隙
煤中的真密度、视密度、堆密度
煤的真密度（TRD） 是指在20℃时煤的质量 （不包括煤的内部毛细 孔和裂隙）与同温度、 同体积水的质量之比。 它是计算煤层平均 质量和研究煤的性质的 一项重要指标。褐煤的 真密度为1.28g/cm3～ 1.42g/cm3；烟煤的真密 度为1.27 g/cm3 ～ 1.33 g/cm3，无烟煤的真密度 为1.40 g/cm3 ～ 1.80 g/cm3。 煤的视密度（ARD）是 指在20℃时煤的质量（包括 煤的内部毛细孔和裂隙）与 同温度、同体积水的质量之 比。煤的视密度小于煤的真 密度。 它是煤炭资源/储量估 算时采用的参数之一，在煤 运输、粉碎、燃烧等过程中 都有应用。褐煤的视密度为 1.05g/cm3 ～ 1.20g/cm3，烟 煤的视密度为1.20 g/cm3 ～ 1.40 g/cm3，无烟煤的视密 度为1.35 g/cm3 ～ 1.80 g/cm3。
中国烟煤显微组分分类表
组 代号 组分
结构镜质体 代号
亚组分
结构镜质体1 结构镜质体2
代号 T1 T2
T
镜 质 组
V
无结构镜质 体
C
均质镜质体 基质镜质体 团块镜质体 胶质镜质体
C1 C2 C3 C4
碎屑镜质体
结构半镜质 体
VD
ST SC
SVD 均质半镜质体 基质半镜质体 团块半镜质体
半 镜 质 组
SV
第三章 煤岩学的基本知识
煤是固体可燃有机矿产，是一种特殊的沉积岩。其岩石组 成比较复杂，常具有明显的不均匀性，主要由有机物质组成， 含有无机矿物杂质。 煤岩学是从岩石学的角度研究煤的物质组成、物理性质 和结构、构造并确定其成因及合理应用的边缘学科。 显微研究：是在显微镜下依据煤的形态特征和 光学性质研究显微煤岩组分、显微煤 岩类型、显微物理性质等。 宏观研究：是用肉眼或放大镜观察煤，获知煤 的宏观物理性质、结构、构造、宏观 煤岩组分、宏观煤岩类型。
煤 的 物 理 性 质 一般在1~4之间 。
煤的脆度和韧性：煤的脆度是煤体受外力作用时容易破碎的程度，韧 煤的力 学性质
韧性与脆度则相反。腐植煤中以肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最 大；长焰煤和气煤的脆度较小；无烟煤的脆度最小。
煤的断口：是煤受外力打击后断开的表面。 煤中的裂隙：是在成煤的不同时期中，各种自然力作用于煤中产生的
长焰煤
气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤
黑色、褐黑色
黑色 黑色 黑色 黑色 黑色、灰黑色 灰黑色、钢灰色
深棕色
棕黑色 黑色、棕黑色 黑色 黑色 黑色 灰黑色
沥青光泽
强沥青光泽 玻璃光泽 强玻璃光泽 强玻璃光泽 金刚光泽 似金属光泽
褐煤
烟煤
无烟煤
煤中常见断口及特征表
断口名称 贝壳状断口 鉴 别 特 征 形如贝壳或玻璃破碎处，是组成均匀的煤的特征。 在腐泥煤、镜煤、纯净的亮煤、无烟煤和均一低变 质烟煤中常见。 形似阶梯，是由裂隙或层理相交而成。在不均一 的煤和条带状烟煤中常见。 呈棱角状或尖棱角状，是由几组破碎面相交而成。 在不均一的光亮煤中常见。 在煤的裂隙面上，呈圆形、椭圆形的具有特殊光 泽的表面，形似眼球。在均一而脆度大的煤特别是 镜煤、亮煤中常见。 在外生裂隙面上，形成的彼此平行似羽状或梳状 的擦痕。 煤的表面凹凸不平，粒状结构的煤中常见。
无结构半镜 质体 碎屑半 镜质体 半丝质体
SC1 SC2 SC3
SF
丝质体
F
Mi
惰
微粒体
（四）煤的无机显微组分
煤的无机显微组分主要是各类矿物杂质，在煤中已经鉴定出的矿物达125种以上。