煤炭科學(xué)技術(shù)990112資源系統(tǒng)煤炭科學(xué)技術(shù)數(shù)字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO)COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYDIGITIZED PERIODICAL1999年第27卷第1期vol.27 No.1 1999中國煤層煤分類的研究陳鵬摘要闡述了煤的技術(shù)、商業(yè)分類與科學(xué)、成因分類的異同。采用鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率和發(fā)熱量作為煤階參數(shù),鏡質(zhì)組含量作為組成參數(shù),灰分作為品位參數(shù),對煤層進(jìn)行分類與命名表達(dá)。“煤層煤分類”與”中國煤炭分類"、”中國煤炭編碼系統(tǒng)”共同構(gòu)成中國煤分類的完整體系。關(guān)鍵詞煤層煤分類 煤階與組 成品位1概不論用哪-種方式勘探、開發(fā)和利用煤炭,都離不開煤的分類,這關(guān)系到能源與國民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的宏觀控制。各工業(yè)化國家根據(jù)本國煤炭生產(chǎn)、利用情況,相繼制訂了各國的煤分類方案。這些分類絕大多數(shù)以商業(yè)應(yīng)用為目的,采用揮發(fā)分表征煤階,用粘結(jié)性表征煤的主要工藝性質(zhì)。隨著國內(nèi)和國際間煤炭需求量的增加,需要一個(gè)統(tǒng)-的煤層煤分類,來準(zhǔn)確無誤地交流煤炭儲量和質(zhì)量，以及統(tǒng)一煤炭資源、儲量評價(jià)的統(tǒng)計(jì)口徑。對各種自然界物質(zhì)進(jìn)行分類時(shí),概括起來,需要遵循兩個(gè)共同原則,第一是根據(jù)物質(zhì)各種特性的異同,劃分出自然類別(分類學(xué)) ;第二步是對劃分出的類別加以命名表述。這是分類系統(tǒng)學(xué)的通常程序。根據(jù)對煤分類目的的不同,有科學(xué)/成因分類(即使是純科學(xué)分類,通常也有實(shí)際用途)和實(shí)用分類兩大類。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(shù)等，這里首先要明確區(qū)分分類參數(shù)與產(chǎn)品的技術(shù)條件有著不同含義、目的和要求。煤層煤分類是與煤炭勘探、開發(fā)和生產(chǎn)利用相銜接的一環(huán),而用煤技術(shù)條件則是和市場中用戶的用煤要求與用煤裝備相銜接的。明確煤炭分類與用煤技術(shù)條件,兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別這一點(diǎn),對優(yōu)選分類指標(biāo)是十分重要的。此外,區(qū)分科學(xué)/成因分類與煤的技術(shù)/商業(yè)兩大分類系統(tǒng)的異同也十分重要。明確這種區(qū)分,可以促進(jìn)學(xué)科與各種煤炭應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。兩大分類就其應(yīng)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)說明現(xiàn)有國家煤分類、編碼標(biāo)準(zhǔn)的情況。制訂中國煤層煤分類國家標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是提供一個(gè)與國際接軌的統(tǒng)-的尺度來評價(jià)和計(jì)算煤炭資源量與儲量;煤層煤(科學(xué)/成因)分類并不是一種純學(xué)科、理論式的分類,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,可直接應(yīng)用到煤層煤的利用領(lǐng)域，可應(yīng)用到煤的開采、加工與利用。2分類參數(shù)與方法按照近代對煤知識的了解,有3個(gè)相對獨(dú)立的基本參數(shù)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。農(nóng)州山僅小向業(yè)分類、編碼系統(tǒng)與煤層煤分類(科學(xué)/成因分類)選用分類參數(shù)的異同。fl///J涼熬撟ntkx99/mtkx9901990112.htm(第1/ 7頁) 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),說明煤化作用深淺程度,國內(nèi)地質(zhì)工作者常用”煤級”。在工業(yè)應(yīng)用.上揮發(fā)分是最常用的煤階指標(biāo),盡管它不能很好地反映高揮發(fā)分煤的煤階,但由于測定方法簡便實(shí)用,有利于推廣應(yīng)用, 還一直作為各國煤工業(yè)分類中的主要指標(biāo)。煤的鏡質(zhì)組反射率是表征煤化程度的重要指標(biāo)。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(shù)。從分子結(jié)構(gòu)上看,它反映了煤的內(nèi)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(shù)。即使高揮發(fā)分煤階段,也不比其它指標(biāo)差。國際上常用平均隨機(jī)反射率( Rran )來表征煤階。為便于和國際接軌,本標(biāo)準(zhǔn)也采用Rran來表征煤階(圖1)。表1中國煤的分類與編碼系統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)/商業(yè)分類、編碼科學(xué)/成因分類國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)分類: GB5751- -86 中國煤炭分類;中國煤層煤分類商業(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(jī)沉積巖;(2)非單- -煤層煤或配煤;(2)煤層煤;應(yīng)用范圍(3)商品煤;(3)國際、國內(nèi)煤炭資源儲量統(tǒng)一計(jì)算(4)指導(dǎo)煤炭利用基礎(chǔ)(1)技術(shù)分類:以利用為目的(燃燒、轉(zhuǎn)化) ;(1)科學(xué)/成因?yàn)槟康?目的(2)商業(yè)編碼:國內(nèi)貿(mào)易與進(jìn)出口貿(mào)易;(2)計(jì)算資源量與儲量統(tǒng)一基礎(chǔ);(3)煤利用過程的性質(zhì)與行為特征;(3)統(tǒng)一不同國 家資源儲量的統(tǒng)計(jì)與可靠計(jì)算;(4)對商品煤給出質(zhì)量評價(jià)或類別(4)對煤層煤質(zhì)量評價(jià)(1)人為制訂分類編碼系統(tǒng);(1)自然系統(tǒng);(2)數(shù)碼或商業(yè)類別(牌號) ;(2)定性描述類別;方法(3)有限的參數(shù),有時(shí)是不分類界;(3)有類別界限;(4)基于煤的化學(xué)性質(zhì)或部分煤巖特征(4)分類參數(shù)主要基于煤巖特征，表2現(xiàn)行分類、 編碼系統(tǒng)與煤層煤分類的分類參數(shù)指標(biāo)中國煤炭分類| 中國煤炭編碼系統(tǒng)(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(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第2/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112氫|x (高階無煙煤)焦油產(chǎn)率x (低階煤)透光率物理/機(jī)械性質(zhì)粘結(jié)指數(shù)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謂與層次。- 種煤階稱謂有: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40-爾40 中鏡質(zhì)組煤巢口長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次煙煤無煙煤0.61.01.42.03.55.08.012024恒濕無灰基高位發(fā)熱量Qg,n,/MJ.kg-'鏡質(zhì)組平均隨機(jī)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MHCNM HGfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第3/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學(xué)技術(shù)990112另-種按習(xí)慣形象且常用的稱謂有:褐煤、次煙煤、煙煤和無煙煤(參見圖例)。次煙煤是國際上常設(shè)的一類介于褐煤與煙煤類間的過渡煤類, 它屬于低煤階煤。在我國現(xiàn)行“中國煤分類"中,沒有設(shè)置"次煙煤”類別,造成中國與國際上對煤炭探明、可采儲量統(tǒng)計(jì)上的混亂。國際上常將次煙煤和褐煤作專項(xiàng),而煙煤和無煙煤(相當(dāng)于歐洲傳統(tǒng)上的硬煤)另作專項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由于我國現(xiàn)行類別設(shè)置與分類指標(biāo)上偏離當(dāng)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,過去人們常常認(rèn)為中國的褐煤難以成型,或者稱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(yīng)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?yàn)樵趪鴥?nèi)-旦劃作褐煤,其開發(fā)程序相應(yīng)變得更為嚴(yán)格,一定程度上降低了這些煤的開發(fā)利用或這些生產(chǎn)礦的經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)上,這些煤在北半球的煤炭儲量中，占有相當(dāng)比例,在國際上占有- -定的煤炭貿(mào)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(fèi)、水分含量高的褐煤不盡相同。制訂本標(biāo)準(zhǔn)過程中，有必要單獨(dú)將”次煙煤”分類劃出。據(jù)此,符合ran< 0.6% ,且Qgrmaf= 20~ 24 MJ/kg的次煙煤煤礦點(diǎn),在國內(nèi)如云南布沼壩、羅茨，山西繁峙,內(nèi)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(shè)次煙煤類后,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,提高這類煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,同時(shí)也將有利于國際間對煤炭資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與貿(mào)易，統(tǒng)一儲量口徑,便于對比與交流,并與國際煤分類接軌。參照國際煤層煤分類,在低煤階煤內(nèi)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。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(qiáng)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(jié)構(gòu)將由鑲嵌結(jié)構(gòu)向纖維狀結(jié)構(gòu)過渡的特征點(diǎn);ram=2.0%是煙煤(中煤階煤)到無煙煤(高煤階煤)的分界點(diǎn),意味著該分界點(diǎn)后,煤在受熱后將不再出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。它與現(xiàn)行中國煤炭分類中V daF= 10%的分界點(diǎn)大致相當(dāng)。在國際煤層煤分類中,相應(yīng)的煙煤小類前綴分別加注有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”。對于無煙煤(高煤階煤) , 以R ran=3.5%及5.0%為分界點(diǎn),將無煙煤劃分成低階(para- )無煙煤,中階( ortho )無煙煤,高階(meta )無煙煤。R rar =5.0%是對應(yīng)伊利石晶體結(jié)構(gòu)變化的特征點(diǎn),作為中階無煙煤與高階無煙煤的界值; R ,ran=3.5%界值是與無煙煤的點(diǎn)燃性能相關(guān),當(dāng)R ran 23.5%后,點(diǎn)燃該類無煙煤變得聲加國駱至于煤 與非中國煤化工煤,即高階無煙煤與半石墨的分界值為R ran≤8% (> 8%為半石LYHCNMH G(2)組成。據(jù)GB/T 15588 1995"煙煤顯微組分分類”及GB 8899 88”煤的顯微組分和礦物mkt99/mkx990199112.htm (第4/ 7頁) 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(biāo)準(zhǔn)中鏡質(zhì)組以V表示。其分類依據(jù)是按煤中有機(jī)成分在顯微鏡下的顏色、突起、反射力、結(jié)構(gòu)、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(biāo)準(zhǔn)ISO 7407:3-1994" 煙煤與無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(tǒng)計(jì)測定煤中Vt%時(shí),按我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測定V {%)的測值數(shù)據(jù)可能較國際標(biāo)準(zhǔn)值低,可能將原屬”較高鏡質(zhì)組含量”煤,誤認(rèn)為屬于”中等鏡質(zhì)組含量”煤等等,而無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(fù)面影響,規(guī)定采用ISO7407:3對鏡質(zhì)組含量進(jìn)行測定,來解決與國際接軌問題。針對上述情況,建議參照國際標(biāo)準(zhǔn),從速對我國現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改,將習(xí)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(tǒng)計(jì)口徑相- - -致。煤的顯微組分組成作為分類參數(shù)存在測值重復(fù)性與重現(xiàn)性較差的缺陷。煤層煤分類中三個(gè)參數(shù)的重復(fù)性允許差列見表3,由表列允許差可見, V (vol, %)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重復(fù)性測值允許差高達(dá)土6%。作為分類參數(shù),期望有如下要求:①良好的重復(fù)性與重現(xiàn)性;②適當(dāng)?shù)木?③主觀因素少,客觀性強(qiáng);④具有良好的可信度與區(qū)分性;⑤操作簡易方便;⑥儀器價(jià)廉易于購置;⑦具有測試自動(dòng)化的潛力,使之盡量減少主觀因素并降低試驗(yàn)費(fèi)用,節(jié)省開支?？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(wěn)定組含量(無礦物質(zhì)基)之和為100% , 即測值互補(bǔ)( V+I+E=100%)。在選定”組成”參數(shù)時(shí),單獨(dú)以無礦物質(zhì)基煤中鏡質(zhì)組含量(V %)為分類指標(biāo),以貫穿”科學(xué)、簡明、可行”的原則。表3煤層煤分類參數(shù)的測值重復(fù)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(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第5/ 7頁) 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(shù)是具有缺陷的。石炭紀(jì)煤通.常都是以鏡質(zhì)組為主要組成,V含量決定著煤的諸多性質(zhì);但對于侏羅紀(jì)等煤來說,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(zhuǎn)成塑性體)。這一現(xiàn)象,對于南半球的岡瓦納區(qū)域的穩(wěn)定臺地煤更為明顯。這也說明即便全部顯微組分的含量都作分類參數(shù),亦難以解決”組成”內(nèi)在性質(zhì)的復(fù)雜性。著眼于簡單明了地區(qū)分”組成”, 認(rèn)為采用V單一參數(shù)來劃分是可取的,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。(3)品位。通常以煤中礦物雜質(zhì)含量來表征煤的品位。國內(nèi)煤質(zhì)化驗(yàn)例常分析中很少對礦物質(zhì)含量進(jìn)行直接檢測，習(xí)慣上用灰分產(chǎn)率來替代煤中礦物質(zhì)含量。本標(biāo)準(zhǔn)從例常習(xí)慣,以灰分, Ag%來表征煤的”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(guī)定相同。Ad≤10%者稱之為低灰分煤; >10%到≤20%的稱低中灰分煤; >20%到≤30%稱中灰分煤; >30%到≤40%稱較高灰分煤, >40%至≤50%的煤稱為高灰分煤;考慮到Ad> 50%的碳質(zhì)巖尚可應(yīng)用于流化床燃燒, >50%到≤80%稱之為碳質(zhì)巖, > 80%者謂巖石。> 50%者稱之碳質(zhì)巖,不屬煤的范疇。(4)煤層煤分類的稱謂與命名表述。在冠名時(shí)以褐煤、次煙煤、煙煤和無煙煤作煤類別的主體詞。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來劃定煤的類別。再根據(jù)相應(yīng)灰分和鏡質(zhì)組含量多少,冠以所對應(yīng)的小類稱謂。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(jié)語以”科學(xué)、簡明、可行”的原則，參照聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會"煤層煤分類”的主要技術(shù)內(nèi)容,以鏡質(zhì)組反射率和發(fā)熱量作煤階參數(shù);采用鏡質(zhì)組含量作為顯微組分組成參數(shù);采用灰分作品位參數(shù)對煤進(jìn)行分類與命名。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(tǒng)計(jì)系統(tǒng)接軌;在國內(nèi),填補(bǔ)分類系統(tǒng)的空白,與現(xiàn)行”中國煤炭分類”及”中國煤炭編碼系統(tǒng)”二個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)互為補(bǔ)充,同時(shí)執(zhí)行,使中國煤炭分類、編碼系統(tǒng)形成--個(gè)完整體系。作者簡介陳鵬1934年生,教授、博士生導(dǎo)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(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三i認(rèn)7支論文170多篇,現(xiàn)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) 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(zé)任編輯:趙志軍)中國煤化工MHCNM HGfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第7/ 7頁) 2010-3- 234:16:54