中國煤層煤分類(lèi)的研究

煤炭科學(xué)技術(shù)990112資源系統煤炭科學(xué)技術(shù)數字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO)COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYDIGITIZED PERIODICAL1999年第27卷第1期vol.27 No.1 1999中國煤層煤分類(lèi)的研究陳鵬摘要闡述了煤的技術(shù)、商業(yè)分類(lèi)與科學(xué)、成因分類(lèi)的異同。采用鏡質(zhì)組隨機反射率和發(fā)熱量作為煤階參數,鏡質(zhì)組含量作為組成參數,灰分作為品位參數,對煤層進(jìn)行分類(lèi)與命名表達?！懊簩用悍诸?lèi)”與”中國煤炭分類(lèi)"、”中國煤炭編碼系統”共同構成中國煤分類(lèi)的完整體系。關(guān)鍵詞煤層煤分類(lèi) 煤階與組 成品位1概不論用哪-種方式勘探、開(kāi)發(fā)和利用煤炭,都離不開(kāi)煤的分類(lèi),這關(guān)系到能源與國民經(jīng)濟計劃的宏觀(guān)控制。各工業(yè)化國家根據本國煤炭生產(chǎn)、利用情況,相繼制訂了各國的煤分類(lèi)方案。這些分類(lèi)絕大多數以商業(yè)應用為目的,采用揮發(fā)分表征煤階,用粘結性表征煤的主要工藝性質(zhì)。隨著(zhù)國內和國際間煤炭需求量的增加,需要一個(gè)統-的煤層煤分類(lèi),來(lái)準確無(wú)誤地交流煤炭?jì)α亢唾|(zhì)量，以及統一煤炭資源、儲量評價(jià)的統計口徑。對各種自然界物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)時(shí),概括起來(lái),需要遵循兩個(gè)共同原則,第一是根據物質(zhì)各種特性的異同,劃分出自然類(lèi)別(分類(lèi)學(xué)) ;第二步是對劃分出的類(lèi)別加以命名表述。這是分類(lèi)系統學(xué)的通常程序。根據對煤分類(lèi)目的的不同,有科學(xué)/成因分類(lèi)(即使是純科學(xué)分類(lèi),通常也有實(shí)際用途)和實(shí)用分類(lèi)兩大類(lèi)。通常為了評價(jià)一種產(chǎn)品的最終用途,需要測定該產(chǎn)品的特性、性質(zhì)及其行為參數等，這里首先要明確區分分類(lèi)參數與產(chǎn)品的技術(shù)條件有著(zhù)不同含義、目的和要求。煤層煤分類(lèi)是與煤炭勘探、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)利用相銜接的一環(huán),而用煤技術(shù)條件則是和市場(chǎng)中用戶(hù)的用煤要求與用煤裝備相銜接的。明確煤炭分類(lèi)與用煤技術(shù)條件,兩者既有聯(lián)系又有區別這一點(diǎn),對優(yōu)選分類(lèi)指標是十分重要的。此外,區分科學(xué)/成因分類(lèi)與煤的技術(shù)/商業(yè)兩大分類(lèi)系統的異同也十分重要。明確這種區分,可以促進(jìn)學(xué)科與各種煤炭應用領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。兩大分類(lèi)就其應用范圍、對象和目的而言,都不盡一致。表1比較了兩者的主要差別,同時(shí)說(shuō)明現有國家煤分類(lèi)、編碼標準的情況。制訂中國煤層煤分類(lèi)國家標準的主要目的是提供一個(gè)與國際接軌的統-的尺度來(lái)評價(jià)和計算煤炭資源量與儲量;煤層煤(科學(xué)/成因)分類(lèi)并不是一種純學(xué)科、理論式的分類(lèi),而是將煤層煤看作原生地質(zhì)巖體的一種按自然屬性的分類(lèi),可直接應用到煤層煤的利用領(lǐng)域，可應用到煤的開(kāi)采、加工與利用。2分類(lèi)參數與方法按照近代對煤知識的了解,有3個(gè)相對獨立的基本參數即表中國煤化工MHCNMH。煤的顯微組分組成和品位(包含礦物雜質(zhì)的程度) , 對煤進(jìn)行分類(lèi)。農州山僅小向業(yè)分類(lèi)、編碼系統與煤層煤分類(lèi)(科學(xué)/成因分類(lèi))選用分類(lèi)參數的異同。fl///J涼熬撟ntkx99/mtkx9901990112.htm(第1/ 7頁(yè)) 2010-3-234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112(1)煤階。煤階是煤最基本的性質(zhì),說(shuō)明煤化作用深淺程度,國內地質(zhì)工作者常用”煤級”。在工業(yè)應用.上揮發(fā)分是最常用的煤階指標,盡管它不能很好地反映高揮發(fā)分煤的煤階,但由于測定方法簡(jiǎn)便實(shí)用,有利于推廣應用, 還一直作為各國煤工業(yè)分類(lèi)中的主要指標。煤的鏡質(zhì)組反射率是表征煤化程度的重要指標。由于鏡質(zhì)組反射率不受煤巖顯微組分的影響,成為度量煤階的較好參數。從分子結構上看,它反映了煤的內部由芳香稠環(huán)化合物組成的核縮聚程度,尤其在煙煤階段,指V dafS 30%時(shí),鏡質(zhì)組反射率R是最理想的煤階參數。即使高揮發(fā)分煤階段,也不比其它指標差。國際上常用平均隨機反射率( Rran )來(lái)表征煤階。為便于和國際接軌,本標準也采用Rran來(lái)表征煤階(圖1)。表1中國煤的分類(lèi)與編碼系統項目技術(shù)/商業(yè)分類(lèi)、編碼科學(xué)/成因分類(lèi)國家標準技術(shù)分類(lèi): GB5751- -86 中國煤炭分類(lèi);中國煤層煤分類(lèi)商業(yè)編碼: GB/T 16772- -1997(1)加工煤(篩分煤、洗選煤、各粒級煤) ;(1)煤視為有機沉積巖;(2)非單- -煤層煤或配煤;(2)煤層煤;應用范圍(3)商品煤;(3)國際、國內煤炭資源儲量統一計算(4)指導煤炭利用基礎(1)技術(shù)分類(lèi):以利用為目的(燃燒、轉化) ;(1)科學(xué)/成因為目的;目的(2)商業(yè)編碼:國內貿易與進(jìn)出口貿易;(2)計算資源量與儲量統一基礎;(3)煤利用過(guò)程的性質(zhì)與行為特征;(3)統一不同國 家資源儲量的統計與可靠計算;(4)對商品煤給出質(zhì)量評價(jià)或類(lèi)別(4)對煤層煤質(zhì)量評價(jià)(1)人為制訂分類(lèi)編碼系統;(1)自然系統;(2)數碼或商業(yè)類(lèi)別(牌號) ;(2)定性描述類(lèi)別;方法(3)有限的參數,有時(shí)是不分類(lèi)界;(3)有類(lèi)別界限;(4)基于煤的化學(xué)性質(zhì)或部分煤巖特征(4)分類(lèi)參數主要基于煤巖特征，表2現行分類(lèi)、 編碼系統與煤層煤分類(lèi)的分類(lèi)參數指標中國煤炭分類(lèi)| 中國煤炭編碼系統(GB5751- -86)(GB16772- -1997)化學(xué)性質(zhì)/ 組成水分x (低階煤)灰分揮發(fā)分中國煤化工THCNM HG全硫發(fā)熱量Xfl/7數攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第2/ 7頁(yè)) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112氫|x (高階無(wú)煙煤)焦油產(chǎn)率x (低階煤)透光率物理/機械性質(zhì)粘結指數x (中階煤)膨脹度膠質(zhì)層厚度煤巖相性質(zhì)鏡質(zhì)組含量(vol%)鏡質(zhì)組反射率.x (中、高階煤)這里,煤階有兩種不同的煤階稱(chēng)謂與層次。- 種煤階稱(chēng)謂有:低煤階煤、中煤階煤和高煤階煤;煤階100低煤階煤中煤階煤.高煤階煤R 8080高鏡質(zhì)組煤60較高鏡質(zhì)組媒感怕60一感過(guò)40-爾40 中鏡質(zhì)組煤巢口長(cháng)20-20 低鏡質(zhì)組煤R0-低階i高階次煙煤低階中階高階煙高階低階中階高階褐煤I次煙煤無(wú)煙煤0.61.01.42.03.55.08.012024恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量Qg,n,/MJ.kg-'鏡質(zhì)組平均隨機反射率Rgn/%高較|中底|分花花煤貧|S0 4030 2(灰分A g/%中國煤化工圖1中國煤層煤分類(lèi)MHCNM HGfl/7數攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第3/ 7頁(yè)) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112另-種按習慣形象且常用的稱(chēng)謂有:褐煤、次煙煤、煙煤和無(wú)煙煤(參見(jiàn)圖例)。次煙煤是國際上常設的一類(lèi)介于褐煤與煙煤類(lèi)間的過(guò)渡煤類(lèi), 它屬于低煤階煤。在我國現行“中國煤分類(lèi)"中,沒(méi)有設置"次煙煤”類(lèi)別,造成中國與國際上對煤炭探明、可采儲量統計上的混亂。國際上常將次煙煤和褐煤作專(zhuān)項,而煙煤和無(wú)煙煤(相當于歐洲傳統上的硬煤)另作專(zhuān)項進(jìn)行統計。由于我國現行類(lèi)別設置與分類(lèi)指標上偏離當前劃分低煤階煤的國際走向,造成對我國煤炭資源的儲量誤解。例如,過(guò)去人們常常認為中國的褐煤難以成型,或者稱(chēng)中國褐煤缺乏國外褐煤的典型特征,究其原因,就是將一大部分理應歸屬次煙煤的煤,劃作褐煤,使這部分煤不能得到正確的評價(jià),影響這些煤的合理利用與加工方式。因為在國內-旦劃作褐煤,其開(kāi)發(fā)程序相應變得更為嚴格,一定程度上降低了這些煤的開(kāi)發(fā)利用或這些生產(chǎn)礦的經(jīng)濟效益。事實(shí)上,這些煤在北半球的煤炭?jì)α恐?，占有相當比?在國際上占有- -定的煤炭貿易量,由于次煙煤發(fā)熱量較褐煤高，可以作為很好的動(dòng)力煤,在工業(yè)加工利用上與就地消費、水分含量高的褐煤不盡相同。制訂本標準過(guò)程中，有必要單獨將”次煙煤”分類(lèi)劃出。據此,符合ran< 0.6% ,且Qgrmaf= 20~ 24 MJ/kg的次煙煤煤礦點(diǎn),在國內如云南布沼壩、羅茨，山西繁峙,內蒙伊盟罕川臺、酸刺溝,甘肅武川,山東黃縣,廣西百色、那龍、上思、南寧沙井、新洲等。增設次煙煤類(lèi)后,將更有利于正確評價(jià)我國的低煤階煤,用以選擇適宜的加工利用途徑,提高這類(lèi)煤的經(jīng)濟價(jià)值,同時(shí)也將有利于國際間對煤炭資源進(jìn)行統計與貿易，統一儲量口徑,便于對比與交流,并與國際煤分類(lèi)接軌。參照國際煤層煤分類(lèi),在低煤階煤內的另-層次是除Qgr.maf = 20 ~ 24MJkg劃成次煙煤外,并以15 MJ/kg作為低階褐煤與高階褐煤的分界(參見(jiàn)圖1)。即屬于低煤階煤的有次煙煤、高階褐煤和低階褐煤3個(gè)小類(lèi)。對于中煤階煤,即煙煤,按Rran=0.6%、1.0%、 1.4%及2.0%劃分有低階煙煤、中階煙煤、高階煙煤和超高階煙煤。界值的確定: Rran為1.0%是 與鏡質(zhì)體具有最大熒光強度相關(guān)的特征點(diǎn);ran = 1.4%表征該煤煉焦后所得焦炭的光學(xué)結構將由鑲嵌結構向纖維狀結構過(guò)渡的特征點(diǎn);ram=2.0%是煙煤(中煤階煤)到無(wú)煙煤(高煤階煤)的分界點(diǎn),意味著(zhù)該分界點(diǎn)后,煤在受熱后將不再出現膨脹現象。它與現行中國煤炭分類(lèi)中V daF= 10%的分界點(diǎn)大致相當。在國際煤層煤分類(lèi)中,相應的煙煤小類(lèi)前綴分別加注有para, ortho, meta和per-。在譯成中文時(shí),低階(para-) ,中階(ortho-) ,高階(meta-) ,對于(per-)前綴只能譯作”超高階”。對于無(wú)煙煤(高煤階煤) , 以R ran=3.5%及5.0%為分界點(diǎn),將無(wú)煙煤劃分成低階(para- )無(wú)煙煤,中階( ortho )無(wú)煙煤,高階(meta )無(wú)煙煤。R rar =5.0%是對應伊利石晶體結構變化的特征點(diǎn),作為中階無(wú)煙煤與高階無(wú)煙煤的界值; R ,ran=3.5%界值是與無(wú)煙煤的點(diǎn)燃性能相關(guān),當R ran 23.5%后,點(diǎn)燃該類(lèi)無(wú)煙煤變得聲加國駱至于煤 與非中國煤化工煤,即高階無(wú)煙煤與半石墨的分界值為R ran≤8% (> 8%為半石LYHCNMH G(2)組成。據GB/T 15588 1995"煙煤顯微組分分類(lèi)”及GB 8899 88”煤的顯微組分和礦物mkt99/mkx990199112.htm (第4/ 7頁(yè)) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112的測定方法”,將煤劃分成四個(gè)顯微組分組:鏡質(zhì)組,半鏡質(zhì)組,惰質(zhì)組和殼質(zhì)組,分別以V , SV , I和E為代號?？紤]到V與煤工業(yè)分析中的揮發(fā)分V容易產(chǎn)生混淆,本標準中鏡質(zhì)組以V表示。其分類(lèi)依據是按煤中有機成分在顯微鏡下的顏色、突起、反射力、結構、形態(tài)特性、成因及物理、化學(xué)和工藝性質(zhì)的差異而加以確定。但是在國際標準ISO 7407:3-1994" 煙煤與無(wú)煙煤的煤巖分析方法:第三部分一顯 微組分組成的測定方法”中，則沒(méi)有”半鏡質(zhì)組”這個(gè)組別,而采用”三分法”, 即按V t I及E(vol,dmmf%)分組。為此,在統計測定煤中Vt%時(shí),按我國現行標準測定V {%)的測值數據可能較國際標準值低,可能將原屬”較高鏡質(zhì)組含量”煤,誤認為屬于”中等鏡質(zhì)組含量”煤等等,而無(wú)法與國際煤炭資源與儲量相對比。為了避免對我國煤炭資源中鏡質(zhì)組含量的測值產(chǎn)生負面影響,規定采用ISO7407:3對鏡質(zhì)組含量進(jìn)行測定,來(lái)解決與國際接軌問(wèn)題。針對上述情況,建議參照國際標準,從速對我國現行相關(guān)標準進(jìn)行修改,將習慣采用的”四分法”, 改成”三分法”, 以便與國際煤炭資源、儲量的統計口徑相- - -致。煤的顯微組分組成作為分類(lèi)參數存在測值重復性與重現性較差的缺陷。煤層煤分類(lèi)中三個(gè)參數的重復性允許差列見(jiàn)表3,由表列允許差可見(jiàn), V (vol, %)的實(shí)驗室內重復性測值允許差高達土6%。作為分類(lèi)參數,期望有如下要求:①良好的重復性與重現性;②適當的精度;③主觀(guān)因素少,客觀(guān)性強;④具有良好的可信度與區分性;⑤操作簡(jiǎn)易方便;⑥儀器價(jià)廉易于購置;⑦具有測試自動(dòng)化的潛力,使之盡量減少主觀(guān)因素并降低試驗費用,節省開(kāi)支?？紤]到顯微組分測值誤差較大的實(shí)際,以及煤中鏡質(zhì)組含量與惰質(zhì)組和穩定組含量(無(wú)礦物質(zhì)基)之和為100% , 即測值互補( V+I+E=100%)。在選定”組成”參數時(shí),單獨以無(wú)礦物質(zhì)基煤中鏡質(zhì)組含量(V %)為分類(lèi)指標,以貫穿”科學(xué)、簡(jiǎn)明、可行”的原則。表3煤層煤分類(lèi)參數的測值重復性允許差Rv,max/%ISO 7403:5 (1994)G B6948- 86士0.06%<1.0%土0.03%1.0%~ 1.9%+ 0.03%~士0.04%1.9% ~ 2.5%土0.06%2.5% ~ 4.0%士0.09%>4.0%土0.14% ，Vt/%ISO 7403:3(1994)GB8899-88,其顯微組成:士6%<10% 2.0%10% ~ 30% 3.0%30% ~ 60% 4.0%60%中國煤化工>9JMHCNM HGfl/7數攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第5/ 7頁(yè)) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112Ag/%ISO 1171(1981)GB/T 212- 1996< 10% 0.2%<15% 0.2%|> 10%士2%的平均值15% ~ 30% 0.3%>30% 0.5%從中國煤質(zhì)特征的情況看,用單一鏡質(zhì)組作組成參數是具有缺陷的。石炭紀煤通.常都是以鏡質(zhì)組為主要組成,V含量決定著(zhù)煤的諸多性質(zhì);但對于侏羅紀等煤來(lái)說(shuō),非鏡質(zhì)組的含量相對較高，且部分惰質(zhì)組(按三分法)可能具有”活性”( 指煤受熱后,可能部分能轉成塑性體)。這一現象,對于南半球的岡瓦納區域的穩定臺地煤更為明顯。這也說(shuō)明即便全部顯微組分的含量都作分類(lèi)參數,亦難以解決”組成”內在性質(zhì)的復雜性。著(zhù)眼于簡(jiǎn)單明了地區分”組成”, 認為采用V單一參數來(lái)劃分是可取的,并以Vt> 80%、60% ~ 80%、40% ~ 60%以及<40%分別命名成高鏡質(zhì)組含量;較高鏡質(zhì)組含量;中等鏡質(zhì)組含量及低鏡質(zhì)組含量四個(gè)小類(lèi)。(3)品位。通常以煤中礦物雜質(zhì)含量來(lái)表征煤的品位。國內煤質(zhì)化驗例常分析中很少對礦物質(zhì)含量進(jìn)行直接檢測，習慣上用灰分產(chǎn)率來(lái)替代煤中礦物質(zhì)含量。本標準從例常習慣,以灰分, Ag%來(lái)表征煤的”品位”, 各種品位煤描述及其分界點(diǎn)與GB/T15224.1- 94煤炭質(zhì)量分級一-煤 炭灰分分級的規定相同。Ad≤10%者稱(chēng)之為低灰分煤; >10%到≤20%的稱(chēng)低中灰分煤; >20%到≤30%稱(chēng)中灰分煤; >30%到≤40%稱(chēng)較高灰分煤, >40%至≤50%的煤稱(chēng)為高灰分煤;考慮到Ad> 50%的碳質(zhì)巖尚可應用于流化床燃燒, >50%到≤80%稱(chēng)之為碳質(zhì)巖, > 80%者謂巖石。> 50%者稱(chēng)之碳質(zhì)巖,不屬煤的范疇。(4)煤層煤分類(lèi)的稱(chēng)謂與命名表述。在冠名時(shí)以褐煤、次煙煤、煙煤和無(wú)煙煤作煤類(lèi)別的主體詞。前綴屬性為形容詞,順序以品位、顯微組分組成及煤階依次排列。首先要確定該煤的煤階，用Rran等于、大于或小于0.6%以及Qgrma是否大于等于24 MJ/kg來(lái)劃定煤的類(lèi)別。再根據相應灰分和鏡質(zhì)組含量多少,冠以所對應的小類(lèi)稱(chēng)謂。例如中灰分、高鏡質(zhì)組、高階褐煤;較高灰分、中等鏡質(zhì)組、中階煙煤等。3結語(yǔ)以”科學(xué)、簡(jiǎn)明、可行”的原則，參照聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(huì )"煤層煤分類(lèi)”的主要技術(shù)內容,以鏡質(zhì)組反射率和發(fā)熱量作煤階參數;采用鏡質(zhì)組含量作為顯微組分組成參數;采用灰分作品位參數對煤進(jìn)行分類(lèi)與命名。這將有利于國際間交流煤炭資源、儲量信息,便于與國際上對煤炭資源的質(zhì)量及儲量統計系統接軌;在國內,填補分類(lèi)系統的空白,與現行”中國煤炭分類(lèi)”及”中國煤炭編碼系統”二個(gè)國家標準互為補充,同時(shí)執行,使中國煤炭分類(lèi)、編碼系統形成--個(gè)完整體系。作者簡(jiǎn)介陳鵬1934年生,教授、博士生導師, 1956中國煤化化工系,曾獲國家級、省部級科技進(jìn)步一等獎1項、二等獎3項、三i認7支論文170多篇,現在煤炭科學(xué)研究總院煤化學(xué)研究所從事科學(xué)研究工作。地址:北京市和平fl// 7方熬攝/mtkx99/mtkx9901990112.htm (第6/ 7頁(yè)) 2010-3-234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112里,郵碼: 100013。作者單位:煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所(收稿日期: 1998-02-01 ;責任編輯:趙志軍)中國煤化工MHCNM HGfl/7數攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第7/ 7頁(yè)) 2010-3- 234:16:54