煤岩学

煤的物理性质是在成煤作用的不同阶段，受成煤原始物质、 聚积环境、煤化作用等因素的影响下逐渐形成的。
煤的光 学性质
煤的颜色：是新鲜煤块表面的自然色彩。腐植煤的表 色随着煤化程度
的增高而变化（浅→深→浅）。利用表色可以区别褐煤、烟 煤和无烟煤。
煤的条痕色：是煤粉末的颜色（粉色 ）。粉色一般稍浅于表色，但
（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。
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 。
煤的内生裂隙发育程度示意图
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
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。
一、煤的宏观物理性质
煤的宏观物理性质有煤的光学性质、力学性质、空间结构 性质、热性质、电磁性质等，主要包括煤的颜色、条痕色、 光泽、硬度、脆度、断口、裂隙、密度、表面积、孔隙度、 导电性等方面。
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。
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。
煤的抗磨硬度指煤岩组分 的抗磨强度，用煤在研磨抛光 时的阻力大小来表示，表现为 各显微组分的突起的高低。它
表示煤的相对硬度大小。
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。
（不包括煤的内部毛细 煤的内部毛细孔和裂隙）与
孔和裂隙）与同温度、 同温度、同体积水的质量之
同体积水的质量之比。 比。煤的视密度小于煤的真
它是计算煤层平均 密度。
质量和研究煤的性质的
它是煤炭资源/储量估
一项重要指标。褐煤的 算时采用的参数之一，在煤
真密度为1.28g/cm3～ 运输、粉碎、燃烧等过程中
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。
SC1 SC2 SC3
碎屑半
镜质体
SVD
半丝质体 SF
丝质体
F
惰
微粒体 Mi
（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。
1.按成因分类
（1）植物成因的矿物质
植物中常见的矿物质主要是Ca、K、Mg、Na、O、Si、S、P、Fe、Cl等元素形成的化 合物，以及Ti、B、Cu、Mo、Zn、Co等微量元素，其总量一般不超过植物（干燥基）的 2%。这些成分虽少但难以除去。
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
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。
（二）煤的显微硬度、抗磨硬度
煤的显微硬度（维氏硬度， HV）指在显微镜下以很小的负 荷压力（0.01kg~0.02kg）将 金刚石锥压入煤的显微组分， 测量压痕大小，得到显微硬度 值。压痕越大，煤的显微硬度 越小；反之，显微硬度越大。 它表示煤的绝对硬度大小。
长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤
无烟煤
腐植煤的光学性质对比表
颜色（表色）
粉色
褐色、深褐色、黑褐色 浅棕色、深棕色
黑色、褐黑色
深棕色
黑色
棕黑色
黑色
黑色、棕黑色
黑色
黑色
黑色
黑色
黑色、灰黑色
黑色
灰黑色、钢灰色
灰黑色
光泽 暗淡沥青光泽
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
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
裂开现象。按成因分为内生裂隙与外生裂隙。
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
煤化程度 褐煤
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
外生裂隙
主要发育于光亮煤条带中
可以出现在煤层的任何部位
垂直或基本垂直于层理面且 能以各种角度斜交于层理面，
1.42g/cm3；烟煤的真密 都有应用。褐煤的视密度为
度为1.27 g/cm3 ～ 1.33 1.05g/cm3 ～ 1.20g/cm3，烟
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
按其成分和 有机显微组分：是由植物遗体转变
煤的显微组分 性质的不同分
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
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
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
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。
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。
以下主要说明硬煤的有机显微组分的分类和命名。
（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。）
光 油浸反射 法 光 （o）
煤的光片、 煤砖光片
煤的有机显微组分 的反射色、形态、结 构、轮廓、突起、反 射率、显微硬度等
煤的加工 利用
所有煤
其它方法
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
比表色稳定。
煤的光泽：是新鲜煤块表面反光的能力。腐植煤的光泽较强且随着
煤化程度的增高有不同程度的增强；石煤的光泽暗淡。
煤 的 物 理
性 煤的力 质 学性质
煤的硬度：是指煤抵抗外力刻划的能力。煤的刻划硬度 （摩氏硬度）
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
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。
中国烟煤显微组分分类表
组 代号 组分 代号 亚组分 代号
结构镜质体 T
结构镜质体1 结构镜质体2
T1 T2
镜 质 组
均质镜质体
C1
V
无结构镜质 体
C
基质镜质体 团块镜质体 胶质镜质体
C2 C3
C4
碎屑镜质体 VD
结构半镜质 体
ST
半
镜 质 组
SV
无结构半镜 质体
SC
均质半镜质体 基质半镜质体 团块半镜质体
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。
第一节 煤的显微镜下研究
显微镜下研究煤的方法：
研究方法
透射光法
研究对象
煤的薄片
研究内容
煤的有机显微组分 的透光色、透明度、 形态、结构和轮廓等
侧重点 适用范围
煤的成因 低、中
研究
变质煤
反 普通反射 射 光（a）
单一显微组分组组合构成的显微煤岩类型
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 煤的有机显微组分组 微镜煤
微惰煤
微壳煤
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%
显微煤岩类型 微亮煤
（I+E）＞95%，V＜5%
壳质组（E）
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）。
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）
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
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白色：黄铁矿；灰白色，惰质组；灰色，镜质组；黑色，壳质组和粘土矿物
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二、显微煤岩类型
（一）显微煤岩类型的含义 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。
微暗煤
（V+I）＞95%，E ＜5%
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
微暗亮煤
I＞V，E
微亮暗煤
E＞V，Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
不截穿煤分层
常同时穿过几个煤分层
裂隙窄
裂隙宽
裂隙面平坦，常伴生眼球状 断口
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
发育程度和方向与煤化程度 发育程度和方向与区域构造
有关
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）
煤的视密度（ARD）是
是指在20℃时煤的质量 指在20℃时煤的质量（包括
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。
煤岩学的 研究方法
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。