中国煤层煤分类的研究

中国煤层煤分类的研究

陈鹏

摘要阐述了煤的技术、商业分类与科学、成因分类的异同。采用镜质组随机反射率和发热量作为煤阶参数,镜质组含量作为组成参数,灰分作为品位参数,对煤层进行分类与命名表达。“煤层煤分类”与“中国煤炭分类”、“中国煤炭编码系统”共同构成中国煤分类的完整体系。

关键词煤层煤分类煤阶与组成品位

1 概述

不论用哪一种方式勘探、开发和利用煤炭，都离不开煤的分类，这关系到能源与国民经济计划的宏观控制。各工业化国家根据本国煤炭生产、利用情况，相继制订了各国的煤分类方案。这些分类绝大多数以商业应用为目的，采用挥发分表征煤阶，用粘结性表征煤的主要工艺性质。随着国内和国际间煤炭需求量的增加，需要一个统一的煤层煤分类，来准确无误地交流煤炭储量和质量，以及统一煤炭资源、储量评价的统计口径。对各种自然界物质进行分类时，概括起来，需要遵循两个共同原则，第一是根据物质各种特性的异同，划分出自然类别（分类学）；第二步是对划分出的类别加以命名表述。这是分类系统学的通常程序。根据对煤分类目的的不同，有科学/成因分类（即使是纯科学分类，通常也有实际用途）和实用分类两大类。

通常为了评价一种产品的最终用途，需要测定该产品的特性、性质及其行为参数等，这里首先要明确区分分类参数与产品的技术条件有着不同含义、目的和要求。煤层煤分类是与煤炭勘探、开发和生产利用相衔接的一环，而用煤技术条件则是和市场中用户的用煤要求与用煤装备相衔接的。明确煤炭分类与用煤技术条件，两者既有联系又有区别这一点，对优选分类指标是十分重要的。此外，区分科学/成因分类与煤的技术/商业两大分类系统的异同也十分重要。明确这种区分，可以促进学科与各种煤炭应用领域的发展与进步。两大分类就其应用范围、对象和目的而言，都不尽一致。表1比较了两者的主要差别，同时说明现有国家煤分类、编码标准的情况。制订中国煤层煤分类国家标准的主要目的是提供一个与国际接轨的统一的尺度来评价和计算煤炭资源量与储量；煤层煤（科学/成因）分类并不是一种纯学科、理论式的分类，而是将煤层煤看作原生地质岩体的一种按自然属性的分类，可直接应用到煤层煤的利用领域，可应用到煤的开采、加工与利用。

2 分类参数与方法

按照近代对煤知识的了解，有3个相对独立的基本参数即表示煤化程度的煤阶。煤的显微组分组成和品位(包含矿物杂质的程度)，对煤进行分类。表2列出技术/商业分类、编码系统与煤层煤分类(科学/成因分类)选用分类参数的异同。

(1) 煤阶。煤阶是煤最基本的性质，说明煤化作用深浅程度，国内地质工作者常用“煤级”。在工业应用上挥发分是最常用的煤阶指标，尽管它不能很好地反映高挥发分煤的煤阶，但由于测定方法简便实用，有利于推广应用，还一直作为各国煤工业分类中的主要指标。煤的镜质组反射率是表征煤化程度的重要指标。由于镜质组反射率不受煤岩显微组分的影响，成为度量煤阶的较好参数。从分子结构上看，它反映了煤的内部由芳香稠环化合物组成的核缩聚程度，尤其在烟煤阶段，指V daf≤30%时，镜质组反射率R是最理

想的煤阶参数。即使高挥发分煤阶段，也不比其它指标差。国际上常用平均随机反射率（ran）来表征煤阶。为便于和国际接轨，本标准也采用ran来表征煤阶(图1)。

表1 中国煤的分类与编码系统

表2 现行分类、编码系统与煤层煤分类的分类参数

这里，煤阶有两种不同的煤阶称谓与层次。一种煤阶称谓有：低煤阶煤、中煤阶煤和高煤阶煤；

图1 中国煤层煤分类

另一种按习惯形象且常用的称谓有：褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤（参见图例）。次烟煤是国际上常设的一类介于褐煤与烟煤类间的过渡煤类，它属于低煤阶煤。在我国现行“中国煤分类”中，没有设置“次烟煤”类别，造成中国与国际上对煤炭探明、可采储量统计上的混乱。国际上常将次烟煤和褐煤作专项，而烟煤和无烟煤（相当于欧洲传统上的硬煤）另作专项进行统计。由于我国现行类别设置与分类指标上偏

离当前划分低煤阶煤的国际走向，造成对我国煤炭资源的储量误解。例如，过去人们常常认为中国的褐煤难以成型，或者称中国褐煤缺乏国外褐煤的典型特征，究其原因，就是将一大部分理应归属次烟煤的煤，划作褐煤，使这部分煤不能得到正确的评价，影响这些煤的合理利用与加工方式。因为在国内一旦划作褐煤，其开发程序相应变得更为严格，一定程度上降低了这些煤的开发利用或这些生产矿的经济效益。事实上，这些煤在北半球的煤炭储量中，占有相当比例，在国际上占有一定的煤炭贸易量，由于次烟煤发热量较褐煤高，可以作为很好的动力煤，在工业加工利用上与就地消费、水分含量高的褐煤不尽相同。制订本

标准过程中，有必要单独将“次烟煤”分类划出。据此，符合ran＜0.6%，且Q gr,m,af＝20～24 MJ/kg的次烟煤煤矿点，在国内如云南布沼坝、罗茨，山西繁峙，内蒙伊盟罕川台、酸刺沟，甘肃武川，山东黄县，广西百色、那龙、上思、南宁沙井、新洲等。增设次烟煤类后，将更有利于正确评价我国的低煤阶煤，用以选择适宜的加工利用途径，提高这类煤的经济价值，同时也将有利于国际间对煤炭资源进行统计与贸易，统一储量口径，便于对比与交流，并与国际煤分类接轨。

参照国际煤层煤分类，在低煤阶煤内的另一层次是除Q gr,m,af＝20～24 MJ/kg划成次烟煤外，并以15 MJ/kg 作为低阶褐煤与高阶褐煤的分界（参见图1）。即属于低煤阶煤的有次烟煤、高阶褐煤和低阶褐煤3个小

类。对于中煤阶煤，即烟煤，按ran=0.6%、1.0%、 1.4%及2.0%划分有低阶烟煤、中阶烟煤、高阶烟煤和

超高阶烟煤。界值的确定：ran为1.0%是与镜质体具有最大荧光强度相关的特征点；ran＝1.4%表征该煤

炼焦后所得焦炭的光学结构将由镶嵌结构向纤维状结构过渡的特征点；ram=2.0%是烟煤（中煤阶煤）到无烟煤（高煤阶煤）的分界点，意味着该分界点后，煤在受热后将不再出现膨胀现象。它与现行中国煤炭分类中V daf=10%的分界点大致相当。在国际煤层煤分类中，相应的烟煤小类前缀分别加注有para-, ortho-, meta-和per-。在译成中文时，低阶(para-)，中阶(ortho-)，高阶(meta-)，对于(per-)前缀只能译作“超

高阶”。对于无烟煤（高煤阶煤），以ran=3.5%及5.0%为分界点，将无烟煤划分成低阶(para-)无烟煤，中阶(ortho-)无烟煤，高阶(meta-)无烟煤。ran=5.0%是对应伊利石晶体结构变化的特征点，作为中阶无烟煤与高阶无烟煤的界值；ran=3.5%界值是与无烟煤的点燃性能相关，当ran≥3.5%后，点燃该类无烟

煤变得更加困难。至于煤与非煤，即高阶无烟煤与半石墨的分界值为ran≤8% (>8%为半石墨)。

(2) 组成。据GB/T 15588-1995“烟煤显微组分分类”及GB 8899-88“煤的显微组分和矿物的测定方法”，将煤划分成四个显微组分组：镜质组，半镜质组，惰质组和壳质组，分别以V，SV，I和E为代号。考虑到V与煤工业分析中的挥发分V容易产生混淆，本标准中镜质组以V t表示。其分类依据是按煤中有机成分在显微镜下的颜色、突起、反射力、结构、形态特性、成因及物理、化学和工艺性质的差异而加以确定。但是在国际标准ISO 7407:3-1994“烟煤与无烟煤的煤岩分析方法：第三部分——显微组分组成的测定方法”中，则没有“半镜质组”这个组别，而采用“三分法”，即按V t, I及E(vol,dmmf%)分组。为此，在统计测定煤中V t%时，按我国现行标准测定V t(%)的测值数据可能较国际标准值低，可能将原属“较高镜质组含量”煤，误认为属于“中等镜质组含量”煤等等，而无法与国际煤炭资源与储量相对比。为了避免对我国煤炭资源中镜质组含量的测值产生负面影响，规定采用ISO7407:3对镜质组含量进行测定，来解决与国际接轨问题。针对上述情况，建议参照国际标准，从速对我国现行相关标准进行修改，将习惯采用的“四分法”，改成“三分法”，以便与国际煤炭资源、储量的统计口径相一致。

煤的显微组分组成作为分类参数存在测值重复性与重现性较差的缺陷。煤层煤分类中三个参数的重复性允许差列见表3，由表列允许差可见，V t(vol,%)的实验室内重复性测值允许差高达±6%。作为分类参数，