第三章煤的岩石组成
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
煤岩组分 分子结构
煤岩组分分子结构煤岩是一种由有机质在地质过程中经过压实和热解而形成的岩石。
煤岩的组分主要包括有机质和无机质两部分。
其中，有机质是煤岩的主要组分，占煤岩总质量的50%~90%。
有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，其分子结构复杂，包括蛋白质、脂肪、糖类、木质素等多种有机物质。
无机质主要由矿物质组成，包括石英、长石、云母、方解石等。
煤岩的有机质主要来源于植物残体和微生物遗体。
在地质过程中，这些有机质经过长时间的压实和热解，逐渐转化为煤岩中的有机质。
煤岩的有机质分子结构复杂，其中包括多种有机物质。
蛋白质是煤岩中的一种重要有机物质，其分子结构由氨基酸组成。
煤岩中的脂肪主要由甘油和脂肪酸组成，其分子结构为三酯。
煤岩中的糖类主要由葡萄糖、木糖、果糖等单糖组成，其分子结构为多糖。
煤岩中的木质素是一种重要的有机物质，其分子结构由苯环和侧链组成。
煤岩的无机质主要由矿物质组成，其分子结构相对简单。
石英是煤岩中的一种重要矿物质，其分子结构为SiO2。
长石是煤岩中的另一种重要矿物质，其分子结构为KAlSi3O8。
云母是煤岩中的一种层状矿物质，其分子结构为K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2。
方解石是煤岩中的一种碳酸盐矿物质，其分子结构为CaCO3。
总之，煤岩的组分主要包括有机质和无机质两部分。
有机质是煤岩的主要组分，其分子结构复杂，包括蛋白质、脂肪、糖类、木质素等多种有机物质。
无机质主要由矿物质组成，其分子结构相对简单。
煤岩的组分和分子结构对于煤岩的形成和利用具有重要的意义。
煤矿岩石分类
煤矿岩石分类
煤矿岩石的分类通常基于其物理和地质特征。
以下是一些常见的煤矿岩石分类：
1. 沉积岩：沉积岩是由沉积作用形成的岩石，通常是由砂岩、泥岩、石灰岩等组成。
这些岩石通常具有层理结构，是煤矿中最常见的岩石类型之一。
2. 火成岩：火成岩是由岩浆或熔岩冷却凝固形成的岩石，通常是由花岗岩、玄武岩等组成。
这些岩石通常具有晶粒结构，是煤矿中较为坚硬的岩石类型之一。
3. 变质岩：变质岩是由沉积岩或火成岩经过变质作用形成的岩石，通常是由片麻岩、大理岩等组成。
这些岩石通常具有晶粒结构和变质结构，是煤矿中较为坚硬的岩石类型之一。
这些分类只是煤矿岩石的一些常见类型，实际上还有许多其他类型的岩石，如页岩、砾岩、角砾岩等。
在煤矿开采中，了解岩石的类型和特征对于选择合适的开采方法和设备至关重要。
镜煤、亮煤、暗煤、丝炭区别
煤作为一种岩石，人们用肉眼或在显微镜下，可以看出它在组成、结构和物理性质方面有其不同的特点和差异，从这些标志入手，可把煤划分出许多岩石类型。
用肉眼观察时所作出的划分称为宏观煤岩类型，在显微镜下观察时所作的划分称为显微煤岩类型。
根据成因、化学性质和岩石性质，煤可被区分为腐植煤和腐泥煤。
岩石类型（Lithotype of coal）这一术语是指煤层中用肉眼可以识别的不同条带，是用肉眼区分煤的岩石分类的基本组成单位。
表3-4列出了腐植煤和腐泥煤的煤岩类型及其最重要的特征。
表3-4 烟煤的类型和煤岩类型（据E.Stach1992）腐植煤煤层通常由镜煤（光亮条带）、亮煤（半光亮条带）、暗煤（暗淡条带）、和丝炭（矿物木炭）组成。
其中镜煤和暗煤是简单的煤岩类型，亮煤和暗煤是复杂的煤岩类型。
在光泽强度上丝炭和暗煤是暗淡的，镜煤和亮煤则是光亮的。
（一）镜煤镜煤呈黑色、深黑色，光泽强，明亮如镜，因而得名；是煤中颜色最深、光泽最强的类型。
其质地纯净而均匀，以贝壳状或眼球状断口和垂直的内生裂隙发育为特征，性脆，但脆度次于丝炭，易破碎成棱角状小块，在煤中常呈透镜状或条带状，有时线理状夹在亮煤和暗煤中。
镜煤的颜色、光泽和内生裂隙数目均随煤化程度变化而有规律地变化。
在显微镜下观察，煤镜轮廓清楚，质地纯净，主要是木质纤维组织经过凝胶化作用形成的，也是一种简单的煤岩类型（结构镜质体和均质镜质体等组成）。
镜煤的挥发分和氢含量高，粘结性强，矿物质含量较少。
（二）亮煤亮煤是煤中最常见的煤岩类型。
其光泽仅次于镜煤，性较脆，内生裂隙较发育，密度较小，有时有贝壳状断口。
其均一程度不如镜煤，往往可见细微纹理，在煤层中常呈较厚的分层或透镜状出现。
在显微镜下观察，亮煤的组分也比较复杂，与暗煤相比，亮煤中的镜质组较多，而壳质组和惰质组较少。
亮煤的各种物理、化学和工艺性质多介于镜煤和暗煤之间。
（三）暗煤暗煤的颜色为灰黑、暗黑，光泽暗淡，致密坚硬，韧性较大，密度大，内生裂隙不发育，层理不清晰，断面粗糙，断口呈不规则状或平坦状。
煤的岩石类型
煤的岩石类型
煤是一种由植物残骸经过长时间的压缩和生物作用形成的岩石类型。
根据煤的不同含碳量和形成条件，可以区分出以下几种煤的类型：
1. 褐煤：含水分较高，碳含量较低，通常呈现棕色。
褐煤的形成通常发生在煤矿形成的早期阶段。
2. 焦煤：较高的碳含量，较低的水分含量，呈现黑色。
焦煤适用于冶金工业中的焦炉，用于制造高级炼铁剂，如焦炭。
3. 石煤：含水分很低，碳含量较高，呈现深黑色。
石煤通常发生在煤矿形成的晚期阶段。
4. 岩炭：含碳含量高，水分含量极低，几乎完全由碳组成。
岩炭的质地致密，坚硬，可用作特种炭。
5. 无烟煤：也称为硬煤，一种黑色的含碳量较高的煤炭。
无烟煤燃烧时产生的烟尘少，因此被广泛用作供暖和工业燃料。
这些煤的类型是根据煤中的碳含量、水分含量和形成过程等特征进行分类的。
不同类型的煤在使用上具有不同的特点和应用领域。
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3章 煤矿开采基本知识
第二节 矿井开采基本知识
2.普通机械化采煤工作面采煤工艺
普采工艺的主要特点是用采煤机落煤。采煤机 主要有刨煤机和滚筒采煤机2类。滚筒采煤机主要 有单滚筒和双滚筒2种。 （1） 落煤、装煤。普采工作面的落煤与装煤 由采煤机完成。
第二节 矿井开采基本知识
（2） 运煤。普采工作面运煤采用可弯曲刮板 输送机。推移输送机时，利用液压千斤顶将输送机 移到目的地，并使输送机平、直，符合要求。
第一节 矿井地质基本知识
（2） 陷落柱，是指煤系 地层下部可溶性岩石在地下 水溶蚀和重力作用下产生的 坍塌现象。由于坍塌呈圆形 或不甚规则的椭圆形柱状体， 所以称为“陷落柱”，如图。
岩溶陷落柱
第一节 矿井地质基本知识
陷落柱内有大小不等 的煤块、岩块和其他杂质 胶结在一起，不坚硬，有 的有积水、瓦斯等。在水 文地质复杂的矿井中，陷 落柱常是地下水的良好通 道。陷落柱顶板难于管理。
4.综合开拓
综合开拓是指借助于2种或2种以上井筒形式从 地面进入地下，并通过一系列巷道通达矿体（煤层） 的开拓方式。
第二节 矿井开采基本知识
二、 采煤工艺
在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序及 其配合，称为采煤工艺。采煤工艺与回采巷道布置 及其在时间上、空间上的相互配合总称为采煤方法。 我国常见的采煤工艺有爆破采煤（简称炮采）、普 通机械化采煤（简称普采）、综合机械化采煤（简 称综采）、综采放顶煤等。
逆断层
平推断层
（3）平推断层，是指两盘沿断层面作水平方 向相对位移的断层，如图（平推断层）。
第一节 矿井地质基本知识
3.冲蚀、陷落柱和岩浆侵入
（1） 冲蚀，是指成煤后水流侵蚀了煤层、 顶板甚至底板，而过后又被砂石充填的现象，又 称冲刷带。有的还在煤层内形成包裹体，如图 （冲蚀和冲刷包裹体）。
煤相研究
浅沼相（A）＝镜质体A（有结构的）+半丝质体+丝质体；
湖沼-浅沼相（B）＝镜质体B（无结构的）+粗粒体； 湖沼相（C）＝粘土+石英+藻类体+碎屑壳质体+碎屑惰性体+矿物质 含沥青质基质。
煤相平面分布分析
编制煤的灰分含量、硫含量、TPI、GI等参数平面分布图
煤相分析意义
煤层形成机理 煤层对比 煤质分带预测 煤层气研究 层序地层研究
煤层中的层序边界
层序边界位于20 cm 厚的泻湖相页岩到粉砂岩层之下。这一岩层相当于 Archerfield 障壁滩砂岩的向陆沉积。因此，这一岩层代表了海侵体系域的向岸显示。
微三合煤、微碳矿质岩、富 孢子体和/或藻类体
浅沼的
湖-浅沼的
湖沼的
微镜煤
微亮煤
微三合煤 富孢子体
微镜煤
微三合煤、微碳矿质岩、富孢 子体和/或藻类体
巴西Santa Rita-Charqucadas 煤田SR1、SR2和SR3煤层形成时期的主要沉积环境
由Diessel (1986)提出的结构保存指数(TPI)和凝胶化指数(GI)已
浅沼相（A）＝镜质体A（有结构的）+半丝质体+丝质体；
湖沼-浅沼相（B）＝镜质体B（无结构的）+粗粒体； 湖沼相（C）＝粘土+石英+藻类体+碎屑壳质体+碎屑惰性体+矿物质含
沥青质基质。
D 开阔沼泽
湖沼
75％
湖沼－浅沼 50％
1 （T+F）/D
15％ 浅沼 5％ 潮湿森林沼泽T 4 1 T/F 1/4
煤化学
1.煤的形成过程泥炭化作用过程和煤化作用。
图示如下：2.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。
3.泥炭化作用的概念:高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。
4.泥炭的有机组成:腐植酸,沥青质，未分解的纤维素，半纤维素,果胶质,木质素5.成岩作用阶段:在上覆沉积物的压力下,泥炭发生了压紧,失水，胶体老化，团结等一系列的变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是物理化学作用，泥炭变成了致密的岩石状的褐煤6.变质作用阶段:碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。
7.变质作用的三种类型:岩浆变质作用,深成变质作用,动力变质作用8.变质作用的因素:温度，时间，压力9.希尔特定律:指同一煤田大致相同的构造条件下，随着煤层的埋深的增加，煤的挥发分减少，变质程度增加第二章课后习题1.煤是由什么物质形成的？P6答：植物2.成煤植物的主要化学组成是什么,他们各自对成煤的贡献有哪些？答:糖类及其衍生物,木质素,蛋白质,脂类化合物3.什么是腐植煤?什么是腐泥煤?答:高等植物☞腐植煤,低等植物腐泥煤5.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？P22、P25、P26答：泥炭化作用是指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。
成岩作用：泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下沉的速度超过植物堆积速度时，泥炭将被黏土、泥砂等沉积物覆盖。
无定形的泥炭在上覆无机沉积物的压力作用下，逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化，转变为具有岩石特征的褐煤的过程。
变质作用：褐煤沉降到地壳深处，受长时间地热和高压作用，组成、结构、性质发生变化，转变为烟煤和无烟煤的过程。
6.影响煤质的成因因素答:成煤物质,成煤环境，成煤作用7.什么是煤层气？答:煤层气是储存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离在煤空隙中的烃类化合物第三章（煤的结构）1.煤的有机质是由大量相对分子质量不同,分子结构相似，但又不完全相同的相似化合物组成的混合物2.煤的大分子是由多个分子结构相似的基本机构单元通过乔建链接，这些基本结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团3.随着煤化程度的提高,构成核的环数增多,周围的官能团减少4.煤的结构基本参数:芳碳率,芳氢率,芳环率5.芳碳率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子与总的碳原子之比6.芳氢率:指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子与总的氢原子之比7.芳环数:指煤的基本结构单元中芳香环数的平均值第三章课后习题1.煤分子结构单元是如何构成的？结构单元间是怎样构成煤的大分子的？答：结构单元类似于聚合物的聚合单元，分为规则部分和不规则部分，规则部分主要是各种环，成为基本结构单元的核,或芳香核, 不规则部分是链接在核周围的烷基侧链，和各种官能团结构单元通过乔建链接成煤的大分子结构2.煤分子中有哪些官能团答:含氧官能团（羟基，羧基，羰基，甲氧基，醚键），含硫官能团（硫醇）含氮官能团（氨基）3.研究煤分子结构的方法有哪些？P45答：煤结构的研究方法主要有三类：物理研究法、化学研究法和物理化学研究法。
煤的宏观岩性
宏观煤岩成分：宏观煤岩成分是指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。
其中镜煤和丝炭是简单的煤岩组分，亮煤和暗煤是复杂的煤岩组分。
1、丝炭颜色暗黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽，外观像木炭，疏松多孔，硬度小，脆度大，易染指。
丝炭的挥发分产率和氢含量低，炭含量高，没有粘结性，一般是工艺用煤的有害组分。
2、镜煤镜煤的颜色深黑，光泽强，结构均一，以贝壳状断口和垂直的内生裂隙发育为特征。
镜煤的挥发分产率和氢含量高，粘结性强。
中变质阶段的镜煤是炼焦的好材料。
3、暗煤暗煤的颜色暗黑，光泽暗淡，致密坚硬，韧性大，一般层理不清楚，内生裂隙不发育，有时为粒状结构，断面粗糙，断口呈不规则状或平坦状。
4、亮煤亮煤的光泽较强，仅次于镜煤，较脆易碎，内生裂隙较发育，有时也具贝壳状断口，均一程度较镜煤差，表面隐约可见微细纹理。
亮煤的各种物理、化学、工艺性质多介于镜煤和暗煤之间，亮煤在煤层中常组成较厚的分层。
宏观煤岩类型按平均光泽的强弱依次分为：光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四种基本类型。
⑴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，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。
⑵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。
⑶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。
⑷暗淡型煤主要由暗煤组成，有时有少量镜煤、丝炭或矸石透镜体，光泽暗淡。
煤的岩石组成(煤岩学基础)
细胞腔往往被无结构镜质体充填。
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11
透射光，松柏银杏结构镜质体，横切面示 生长年轮。
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12
透射光，鳞木结构镜质体
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13
透射光，真菌结构(镜质)体。
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透射光，科达木结构镜质体，横切面， 正方形或近等径多边形大管腔
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15
透射光，科达木结构镜质体，径切面，显示 交叉场或紧挤的纹孔
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16
透射光，结构镜质体（红），树脂体（黄）
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17
透射光，松柏-银杏结构镜质体，木质部， 胞腔充满树脂体
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18
透射光，结构镜质体，具有裸子植物单列 射线（长焰煤）
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19
B、无结构镜质体：经历了强烈的凝胶化作用 在一般反射光和透射光下难以见到植物细 胞结构的凝胶化组分。
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75
透射光，微暗亮煤；树脂体。
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76
透射光，树脂体（黄色）
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77
透射光，树脂体，基质镜质体，小袍子体等
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78
透射光，树脂体。
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79
树脂体、基质镜质体，小孢子
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80
结构镜质体，胞腔充填树脂体
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81
E、树皮体：细胞壁和细胞腔充填物栓质化 的植物根或茎的皮层的组织。
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45
C粗粒体：一种无结构或者没有显示结构的 无定形的丝炭作用基质，胶结着孢子体、 角质体、树脂体和丝质体等显微组分。
具有不固定的形态特征，其大小为10~100 微米或更大。
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46
煤的岩石学组成及煤岩学研究方法
煤的岩石学组成及煤岩学研究方法煤，这个在我们生活中常见又常被忽视的“黑金”，其实可有不少故事可讲。
说它是岩石吗？好像不完全是。
说它是矿物吧，也不完全对。
毕竟它的形成可不简单，背后可是有着漫长的地质历史。
咱们从煤的岩石学组成说起，话说它并不是单一的东西，而是各种有机物、无机物和水分的混合体。
你别看它黑乎乎的，里面的成分可复杂了。
一方面，它是由古代植物遗骸经过亿万年埋藏、加压、加热，最后变成了我们今天能烧的煤。
另一方面，它的“内涵”还包括了矿物成分，这些矿物常常是粘土、石英、碳酸盐等无机物。
哎，说到这里，你能想象到一个黑乎乎、黏糊糊、还带着些许金属味的煤块吧。
反正，不管怎么看，它都不至于让人有多舒服的感觉，但它的组成呢，倒是让人忍不住想多了解一番。
说到煤的岩石学组成，那可就得提煤的四大成分——有机质、矿物质、水分和气体了。
有机质是煤的“主干”，也就是煤的“核心”，它大部分是由植物遗骸组成的。
虽然这些植物早已被时间吞噬，但它们的影子却依然留在煤里面。
这些植物在漫长的地质过程里，随着温度和压力的变化，逐渐转变成了煤的不同类型。
咱们常听到的无烟煤、烟煤、褐煤，它们的区别就在于有机质的成熟度和煤的成分。
煤越老，含碳量越高，热值也就越大。
至于矿物质呢，简单来说，就是煤里那些杂七杂八的“杂质”。
有些煤矿的煤，打开一看，矿物成分就像炒菜放的调料一样，五花八门，什么石膏、石英、黏土都有。
水分和气体嘛，煤里可是含有不少水分的，水蒸气含量高的煤，点着了它那可是火力全开。
至于气体，煤一加热，它里面的甲烷、二氧化碳、氮气等可就冒出来了。
这个气体可不简单，拿它来发电，甚至是气化生产化肥，煤不仅能“燃”起来，还能“放气”供咱们用。
提到煤岩学的研究方法，哎呀，那真的是一门学问呢。
咱们先不说那些高深的实验技术，单单是把煤块从矿里挖出来，你得细细观察它的结构。
你想啊，煤长得虽然不显眼，但它的内部可有不少文章可做。
咱们从煤的外观看，得先搞清楚它是软的、硬的，还是中等的。
煤 岩石 沉积岩 逻辑
煤岩石沉积岩逻辑
煤是一种常见的矿物资源，通常形成于沉积岩中。
沉积岩是由
岩屑、有机质等在地表或水下沉积后经过长时间压实形成的岩石，
而煤本身就是由植物残体在适当的条件下经过长时间的沉积、压实
和变质形成的。
因此，煤与沉积岩之间存在着密切的关联。
从逻辑上来看，煤与岩石的关系可以从多个角度进行分析。
首先，煤是一种含碳的矿物质，而岩石通常是由矿物颗粒或其他岩石
碎屑组成。
因此，煤可以被看作是一种特殊类型的岩石。
其次，煤
的形成过程与沉积岩的形成过程有一定的相似性，都是经过长时间
的沉积和压实形成的。
这种相似性也说明了煤与沉积岩之间的联系。
另一方面，煤与岩石也有一些区别。
煤是一种含碳的有机物质，而岩石则主要由矿物质组成，二者的成分和形成过程有所不同。
但是，煤通常是在沉积岩中形成的，这也说明了煤与沉积岩之间的密
切联系。
总的来说，煤与岩石、沉积岩之间存在着多方面的联系和关联，通过逻辑分析可以看出它们之间的相似性和差异性。
这种关系不仅
在地质学和矿产资源学中具有重要意义，也为我们理解地球演化过程提供了重要线索。
第三章(煤岩学)
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。
煤的内生裂隙发育程度示意图
外生裂隙：是在煤形成 以后受构造变动作用力影 响而产生的裂开，是煤中 的节理。 外生裂隙能导水，也有 小于5条/5cm；在褐煤中裂隙常为干缩裂纹。 利于煤层气渗透移动，对 煤层开采有影响。
煤中内生裂隙和外生裂隙特征对比表
内生裂隙 主要发育于光亮煤条带中 垂直或基本垂直于层理面且 不截穿煤分层 裂隙窄 裂隙面平坦，常伴生眼球状 断口 发育程度和方向与煤化程度 有关 外生裂隙 可以出现在煤层的任何部位 能以各种角度斜交于层理面， 常同时穿过几个煤分层 裂隙宽
煤的显微组分
按其成分和 性质的不同分
有机显微组分：是由植物遗体转变 而来的煤的显微组分。 无机显微组分：是煤中的矿物质。
（三）煤有机显微组分的分类和命名 为了统一在显微镜下识别与划分煤岩组分，国际煤岩学会 （ICCP）确定利用显微镜在反射光、油浸、物镜25~50倍下 观察煤的各种显微组分。
煤岩组分 分子结构
煤岩组分分子结构煤岩是一种含有丰富有机质的沉积岩，其分子结构主要由碳氢化合物、氧化合物和氮化合物等组成。
煤岩的形成过程非常复杂，涉及到生物、地球化学和地质等多个学科的知识。
本文将从煤岩的成因、分子结构及其对环境和人类的影响等方面进行介绍。
煤岩的成因主要与古代植物的死亡和埋藏有关。
数百万年前，大量的植物死亡后被埋藏在地层中，随着地壳运动和地质变化，这些植物残骸逐渐形成了煤岩。
在地下埋藏的过程中，植物残骸经历了一系列的物理、化学和生物转化作用，最终形成了煤岩。
煤岩的分子结构主要由碳氢化合物组成，其中最主要的是碳氢化合物。
煤岩中的有机质主要以腈基、酮基、醇基和醚基等形式存在，这些有机基团与氧、氮等元素形成了复杂的化合物。
此外，煤岩中还含有一定量的矿物质，如黄铁矿、方解石等。
这些矿物质的存在使得煤岩具有一定的物理和化学性质。
煤岩的分子结构对环境和人类有着重要的影响。
首先，煤岩是一种重要的能源资源，其中蕴含的碳氢化合物可以通过燃烧释放出大量的能量。
然而，煤岩的燃烧会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，对大气环境和人类健康造成严重影响。
因此，合理利用煤岩资源，减少燃烧排放是当今社会面临的重要问题。
煤岩中的有机质还可以通过化学方法转化为其他有用的化合物。
例如，通过煤岩的气化和液化，可以得到合成气和液体燃料。
这种转化不仅可以提高煤岩资源的利用率，还可以减少对石油等传统能源的依赖。
煤岩的分子结构也对环境的污染和修复有着重要影响。
煤岩中的有机质在燃烧或氧化过程中，会释放出大量的有害物质，如二氧化硫、氮氧化物等。
这些物质对大气和水体的污染非常严重，对生态系统和人类健康造成了巨大威胁。
因此，煤岩的燃烧和利用过程中，需要采取有效的污染控制措施，减少对环境的影响。
煤岩还可以用于土壤修复和环境治理。
煤岩中的有机质和矿物质可以吸附和解毒有害物质，净化土壤和水体。
利用煤岩进行土壤修复和环境治理，可以有效地改善环境质量，保护生态系统的健康。
chap4_煤的组成-岩石组成
பைடு நூலகம்
主要内容： 主要内容： （1）煤岩组成的研究方法 （2）有机显微组分及其成因
第一节 概述summarization
1、什么是煤岩学 Coal petrology / petrography？ petrography？ 用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质。 用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质。 2、煤岩学研究方法 （1）宏观方法macroscopical method－用肉眼naked eye 宏观方法macroscopical method－用肉眼naked 或放大镜观察煤，根据其颜色colour 条痕色striation 或放大镜观察煤，根据其颜色colour 、条痕色striation colour、光泽luster、裂隙fissure/crack和断口fracture等 colour、光泽luster、裂隙fissure/crack和断口fracture等， 识别煤岩宏观煤岩成分 煤岩宏观煤岩成分lithotype，判断煤的性质。 识别煤岩宏观煤岩成分lithotype，判断煤的性质。
三、烟煤的宏观煤岩类型 3、半暗煤 镜煤和亮煤的含量占25%-50%，由暗煤及亮煤组成， 镜煤和亮煤的含量占25%-50%，由暗煤及亮煤组成， 常以暗煤为主，有时也夹有镜煤和丝炭的线理、 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。半暗型煤的特点是光泽比较暗淡， 条带和透镜体。半暗型煤的特点是光泽比较暗淡， 硬度和韧性较大，比重较大，内生裂隙不发育， 硬度和韧性较大，比重较大，内生裂隙不发育，断 口参差不齐。显微镜下观察，镜质组含量为40%口参差不齐。显微镜下观察，镜质组含量为40%60%，有时即使镜质组含量大于60%， 60%，有时即使镜质组含量大于60%，但是由于矿 物质含量高， 物质含量高，而使煤的相对光泽强度减弱而成为半 暗煤。半暗煤的质量多数较差。 暗煤。半暗煤的质量多数较差。
越崎教材煤田地质学第三章煤岩学基础
显微组分（Maceral）是指煤在显微镜下能够区别和辨识的最基本的组成成分，是显微 镜下能观察到的煤中成煤原始植物残体转变而成的有机成分。煤不是均一的物质，而是由各 种不同的组分所组成。与矿物组成的形式相同，煤由显微组分组成，但有差别。一种矿物特 征是有非常确定的化学成分，其物质是均一的，而且大多数矿物实际上是晶质的。反之，煤 的一种显微组分在其化学成分和物理性质上相近，但有很大变化，并且是非晶质的。
孢子多见于古生代的煤中，花粉主要出现在中生代、新生代的煤中。 2)角质体 ( Cutinite ) 角质体是由植物的角质层转变而来的组分，又是由一种复杂的脂类混合物质所组成。 它存在于植物的叶、枝、芽的最外层。具有保护植物组织的作用。在显微镜下呈现宽度不等 的长条带状，其一边外缘平滑，而另一边（内缘）呈现明显锯齿状，转折端为尖角状。有时 角质层被挤压成叠层状或盘肠状，末端折曲处多带尖角状折曲等特征（图版 1-f），故易于与 大孢体相区别。 3)树脂体(Resinite) 树脂体是植物分泌组织——树脂道的分泌物。当植物受伤时流出体外，保护植物不致 干枯腐烂，并具有防止微生物侵袭作用，它的化学性质稳定，能较好的保存在煤中，它的 形状多样，主要为圆形、椭圆形，也有不规则形状，轮廓清楚，没有结构。有时充填在有 细胞结构的胞腔中。透射光下呈黄色、浅黄色，透明到半透明，反射光下呈灰色，低突起， 表面均一，无结构，轮廓清楚，易识别，其化石为琥珀，是工艺美术的原料。我国抚顺古新 近纪煤中富含树脂体。 4）本栓质体（Suberinite） 本栓质体是指植物木栓层细胞壁, 主要是由植物茎（少数由根）的周皮组织中木栓层转 变而来。细胞腔有时中空，有时充填团块镜质体。由多层扁平的长方形木栓细胞所组成，排 列规则。具有栓质化的细胞壁，其主要成分是木栓素，具有抵抗高温、强酸和细菌的能力， 并具有不透水、不透气，它是构成植物良好的保护组织。因此，它能较好的保存在煤中。多 数木栓保持原有木栓细胞的形态和结构特征。其纵切面呈叠砖状或叠瓦状构造，弦切面呈鳞 片状，胞腔内充填鞣质或凝胶质（图版 1-g）。在煤中呈碎片状和长条状存在。木栓质体多 是褐煤显微组分，但我国中新生代的低级烟煤中常见木栓质体。 5）树皮体（Barkinite） 是由细胞壁和细胞腔充填物都已栓化的植物茎或根的形成层以外的所有组织形成的类 脂组分（图版 1-h）。树皮体的颜色，在油浸反射光和投射光下都不均匀；蓝光激发下荧光 强度中等或较弱。 树皮体是中国晚古生代煤中特有的显微组分，尤其在我国南方晚二叠世龙潭组煤中普遍 存在，含量很高。在煤中常以轮廓清楚的宽条带状或碎片状出现。世界闻名的“乐平煤”就 是由树皮体高度富集，形成典型的树皮残植煤，其中树皮体含量大于 50%或更高。 6）藻类体（Alginite） 藻类体是由藻类形成的组分。煤中常见的藻类体是绿藻和蓝绿藻，如皮拉藻、轮奇藻 等。它们是由几十个至几百个黄绿色单细胞组成的群体，单细胞个体直径为 5—10µm，呈 放射状、菊花状排列，纵切面为椭圆形、纺锤形。群体直径几十至几百 µm，群体中有时中 部有空洞或裂口，成为群体的中央空隙。群体外缘不规则，表面呈蜂窝状或海绵状结构， 其中深色斑点为胞腔。分解程度较深时，结构模糊或完全不显结构。在透射光下，透明并 呈淡黄绿色、柠檬黄色、黑褐色等。反射光下，呈各种色调的灰色、深灰色、低突起。油 浸反射光下近乎黑色。山西浑源二叠纪煤中就有藻类体形成的煤。 7) 类脂碎屑体（Liptodetrinite）
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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，…
二、宏观煤岩组成
2、宏观煤岩类型
通常根据煤的平均光泽强度、各种煤岩成分的比例和组合
情况将煤划分为光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四 种煤岩类型。宏观煤岩类型实质上是在煤层中的自然共生组合
。只有煤化程度相同的煤才能进行比较。
第三节 煤的显微组分
煤的显微组分(macerals, micropetrological constituents)，是指煤在显微镜下能能够区别和辨识 的基本组成成分。按其成分和性质，可分为： 有机显微组分：在显微镜下能观察到的煤中成煤原 始植物组织转变而成的显微组分。 无机显微组分：在显微镜下能观察到的无机矿物质。
氢含量和挥发分减少，密度和反射率增大。
另外还可看出，随着煤化程度的增高，各种显微
组分的化学组成，物理性质的差异在逐渐缩小。
2、工艺性质
黏结性是炼焦煤的一个重要工艺性质。在煤热解
过程中，镜质组和壳质组表现出良好的黏结性，是炼
焦过程中的活性组分；惰质组在热解过程中既不软化， 也不产生胶质体，因此不具有黏结性，属于惰性组分。 所以，当煤化程度相同时，煤中镜质组、壳质组含量 越高，煤的黏结性越好，煤中惰质组含量越高煤的黏
1、分离方法：一般先手选、粉碎解理、再筛选、最后用密 度法精选。 充分解理，将共生在煤颗粒中的不同显微组分分散开来， 才能有效分离。机械研磨是解理的主要方法。 10-2μ m 2、分离步骤 初步分离（手选、筛选） 精细分离 二、煤岩分析样品的制备方法 粉煤光片、块煤光片、煤岩薄片、光薄片
四、煤岩显微组分的反射率 五、煤岩学定量分析方法
角质体cutin
镜煤
亮煤
暗煤
丝炭
凝胶化组分
稳 定 组 分
丝炭化组分
研究表明，煤的有机显微组分与煤的宏观煤岩成分 关系非常密切。如镜煤成分单一，基本上全部由镜 质组组成；丝炭基本上全由惰质组组成；亮煤和暗 煤由三种显微组分以不同的比例组合而成，亮煤中 镜质组含量较多，暗煤中惰质组和壳质组含量较高 。它们之间的关系见图2-1。
（2）微观方法microscopical method －用显微镜研究煤 ： 透射光、反射光
透射光下transmission light：薄片slice/thin coal
sections 2×2 cm，厚 0.02 mm。 根据颜色colour、形态
form和结构constructure识别显微煤岩组分
3. 在煤质评价方面的应用 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。 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，
另外，利用煤岩学方法评定煤的可选性也是非常重要的。 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，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
三、煤岩各种显微组分的化学组成和工艺性质
1、化学组成 研究表明，同一种煤中各种显微组分（镜质 组、惰质组、壳质组）的化学组成、物理性质都有较大差异，呈 规律性变化；另外，随煤化程度的增高，同一种显微组分（镜质 见表2-10从表中可见， A、同一煤化程度的煤中： 碳含量：惰质组最高，壳质组次之，镜质组最低；
没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中，经煤化作用后
转化为壳质组。 壳质组：透射光下透明transparent到半透明translucent， 呈黄色或橙红色salmon pink，轮廓profile清晰，外形特殊。 普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑 色或黑灰色。
煤中常见的壳质组分有：
腔显著缩小或基本被凝胶化物质充填，则形成木质镜煤体等显
微组分。 这些经过凝胶化作用形成的产物，不仅在形态特征上存 在差异，而且它们的物理、化学性质也存在差别，但是它们的 工艺性质却比较接近。
3、壳质组（ exinite又称稳定组）的成因
壳质组又称稳定组，是由成煤植物中化学稳定性强的组 织器官转化而来的。在泥炭化作用阶段，因化学稳定性强，
通过凝胶化作用gelation形成。成煤植物的组织在气 流闭塞、积水较深的沼泽环境下（多水缺氧） ， 产生极 其复杂的变化。主要发生两方面的变化 （1）一方面是植物组织tissue在微生物作用下，发生：
分解decomposition
水解hydrolyzation 化合combination形成新的化合物并破坏植物组织 器官的细胞结构；
组或惰质组或壳质组）的化学组成、物理性质也发生规律性变化。
氢含量：壳质组最高，镜质组次之，惰质组最低；
密度： 惰质组最高，镜质组次之，壳质组最低； 挥发分：壳质组的最高，镜质组第二，惰质组最低；
反射率：惰质组最大，镜质组次之，壳质组最小。
B、不同煤化程度的煤中，随着煤化程度增高，各种显
微组分（镜质组、惰质组、壳质组）的碳含量增加，第四节煤岩学的应用
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、煤质评价和煤分类方面发挥了重要作用。 1. 在选煤中的应用
选煤：去除煤中矿物杂质的过程。
洗选后的煤称为精煤 精煤中灰分、硫、磷等有害杂质的含量必须降到能满足各 种工业用煤的质量要求。要达到此目的，需要选择适易的选煤 方法并制定科学的工艺流程。 目前，选煤方法、工艺流程确定的主要依据是煤的可选性 评价结果，如试验数据，可选性曲线等。
transparent到半透明translucent，呈黄色或橙红色 salmon pink ，较均一，不含或少含矿物质，见垂直裂纹。
普通反射光下general reflection light呈灰色，油浸反射光
下呈深灰色，无突起。 镜质组是煤中最主要的显微组分，我国多数地区煤 中镜质组的含量为60~80% 由植物的木质纤维组织，经凝胶化作用形成的。
micropetrological constituents、判断煤的性质；
反射光下reflection light / reflected light ：光片 (polished briquet) 直径 2 cm，厚1.5-2 cm 圆柱体。在普 通反射光或油浸物镜oil immersion objectives下，根据颜 色、形态、结构、突起、反光性等特征识别煤岩组分、 判断煤的性质。 光片分为煤光片polished block和粉光片（砖光片） polished briquet 。
腐植酸、沥青质
2、惰质组：惰质组也是煤中比较常见的一种显微组分， 惰质组在煤中的含量约为10%~~20%由植物的木质纤维组织经 过丝炭化作用形成的。 透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，
油浸反射光时呈亮白色。
惰质组（inertinite又称丝质组）的成因 惰质组是通过丝炭化作用形成。 两种原因： 其一：最初发生在多氧少水的氧化环境中，植物有机组分在 微生物作用下失去被氧化的原子团而脱水、脱氢，碳含量相对增 加，经过氧化作用后，植物残骸转入覆水较深的弱氧化以至还原 环境，或被泥砂覆盖与空气隔绝，再经过煤化作用转变为惰质组 的显微组分。 其二：沼泽中生长的植物发生火灾后，植物残体被烧焦，变 成类似木炭的炭化物质，它们沉入地下转变成惰质组显微组分。 由于成因、堆积环境、堆积方式等因素的影响，有的惰质组 分细胞壁完整，细胞结构清晰，如丝质体等；有的惰质组显微组 分细胞中填充有黏土矿物；还有的细胞壁破裂为碎屑，虽然它们 的形态特征差异很大，但它们的工艺性质却很相似。