煤化學(xué)全套課件

緒論Preface發(fā)電廠SteamTurbineBoilerGeneratorCoalCondenserAshAshDustRemoverFanAirHeaterFanAirElectricityGypsumFluegasdesulphurizationplantBoilerLimestoneandwaterToair鋼鐵的制造水泥的制造煤的其他用途一、煤炭產(chǎn)量（億噸）969798990001

020304050607080913.713.312.211911.113.916.719.621.92325.52730二、為什么煤炭需求快速增長？1、鋼：2005年3.5億噸2006年4億噸07/4.908/509/5.7

煉鐵焦比400～500kg，加噴煤后<300kg，噴煤量達到100～200kg/t鐵2、水泥：05/10，06/12,07/13.508/13.909/16.5億噸3、焦炭：2003/1.804/2.105/2.4306/2.807/3.3508/3.2709/3.53億噸4、電力：2004/405/5億06/6億千瓦09/8億千瓦耗煤362g/度，比世界先進水平高50g。5、電解鋁：06/960，07/1256，08/132009/1330萬噸，平均電耗1.5萬度/t鋁。

結(jié)論：高能耗、高污染，單位產(chǎn)值能耗是美國的3倍，日本的7倍?！懊夯瘜W(xué)”與煤炭利用的關(guān)系？（1）煤的用途與其組成、性質(zhì)密切相關(guān)；（2）煤的組成、性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；（3）煤的組成結(jié)構(gòu)與生成過程有關(guān)。煤化學(xué)的主要內(nèi)容就是研究煤的“生成”、“結(jié)構(gòu)”、“組成”和“性質(zhì)”。學(xué)習(xí)煤化學(xué)的目的就是在煤化學(xué)理論的指導(dǎo)下對煤炭進行高效加工利用。煤的生成組成和結(jié)構(gòu)煤的性質(zhì)煤的利用如何學(xué)習(xí)“煤化學(xué)”“

煤化學(xué)”的學(xué)習(xí)方法和重點內(nèi)容

以煤的分子結(jié)構(gòu)理論為主線，以煤的各種性質(zhì)的變化規(guī)律為重點，探求“組成”、“結(jié)構(gòu)”、“性質(zhì)”與煤的生成過程的關(guān)系，并深刻理解。CoalFormation主要內(nèi)容：（1）成煤的物質(zhì)是什么？（2）煤是如何形成的？2009年11月在新疆沙爾湖煤田勘查區(qū)鉆孔，鉆探出可采煤層11層，總厚度達301米，其中一處單一煤層的最大厚度達217.14米，再次刷新了全國紀錄。

第一節(jié)成煤物質(zhì)(materialforcoalformation)1、煤是由植物（

plant

）形成的

煤是由植物遺體經(jīng)過生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成的沉積有機巖。

2低等植物和高等植物的特點(characteristics)

低等植物(lowerplants)：包括菌類和藻類，是由單細胞和多細胞構(gòu)成的絲狀體或葉狀體植物，沒有根、莖、葉等器官的分化。高等植物(higher

plants)

：包括苔蘚、蕨類、裸子植物和被子植物。進化論認為，高等植物由低等植物長期進化而來，構(gòu)造復(fù)雜，有根、莖、葉的區(qū)別。

地史上植物演化年代見圖2-1。0.0180.2-0.61.442.032.512.983.544.104.404.955.45低等植物——海帶低等植物——地衣高等植物——蕨類植物高等植物——松樹3

我國主要聚煤期

我國主要聚煤期：新生代新近紀-古近紀（約0.24～0.65億年）中生代晚侏羅世-早白堊世（約1.44億年）早、中侏羅世（約2.03億年）晚三疊世（約2.5億年）晚古生代晚二疊世（約3億年）晚石炭世-早二疊世（約3～3.54億年）早石炭世（約3.54億年）早古生代

早寒武世（約5.45億年）

4

植物的主要化學(xué)組成(constituents)

（1）碳水化合物（carbohydrates

）

（2）木質(zhì)素（lignins

）

（3）蛋白質(zhì)（proteins

）

（4）脂類化合物（lipids/lipidiccompounds

）包括纖維素、半纖維素及果膠質(zhì)。

纖維素：是構(gòu)成植物細胞壁的主要成分。纖維素一般不溶于水，在溶液中能生成膠體，容易水解。在泥炭沼澤的酸性介質(zhì)中，纖維素可以分解為纖維二糖和葡萄糖等簡單化合物。

半纖維素：化學(xué)組成和性質(zhì)與纖維素相近，但比纖維素更易分解或水解為糖類和酸。

果膠：糖的衍生物，呈果凍狀。在生物化學(xué)作用下，水解成一系列單糖和糖醛酸。4.1碳水化合物（carbohydrates

）

4.2木質(zhì)素lignins

木質(zhì)素也是植物細胞壁的主要成分，常分布在植物根、莖部的細胞壁中。木本植物的木質(zhì)素含量高，木質(zhì)素是具有苯基丙烷芳香結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，含甲氧基methoxyl

、羥基hydroxyl等官能團。木質(zhì)素的單體以不同的鏈連接成三度空間的大分子，比纖維素穩(wěn)定，不易水解，易于保存下來。在泥炭沼澤中，在水和微生物作用下發(fā)生分解，與其他化合物共同作用生成腐植酸類物質(zhì)，這些物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化成為煤。所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱脑嘉镔|(zhì)中最重要的有機組分。針葉樹的松柏醇落葉樹的芥子醇喬木的－香豆醇

木質(zhì)素，其組成因植物的種類不同而異，見圖。4.3脂類化合物lipidiccompounds

脂類化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有機溶劑的有機化合物。在植物中脂類化合物主要有以下幾種。

脂肪：屬于長鏈脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或堿性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，參與成煤作用。

蠟質(zhì)：主要是長鏈脂肪酸與含有24～26個碳原子的高級一元醇形成的脂類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易受細菌分解。

樹脂

:

樹脂是植物生長過程中的分泌物，當植物受傷時，膠狀的樹脂不斷分泌出來保護傷口。針狀植物含樹脂較多，低等植物不含樹脂。樹脂不溶于有機酸，不易氧化，微生物也不能破壞它，因此能很好地保存在煤中。

角質(zhì)和木栓質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不溶于有機酸，微生物也難以作用，在成煤過程中能保存下來。4.3脂類化合物lipidiccompounds4.4蛋白質(zhì)proteins

蛋白質(zhì)：由若干個氨基酸結(jié)合而形成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子。由于含羧基carboxyl和羥基hydroxyl，蛋白質(zhì)具有酸性和堿性官能團，強烈親水性膠體。

高等植物中蛋白質(zhì)含量少；低等植物中蛋白質(zhì)含量高。

植物死亡后，完全氧化條件下，蛋白質(zhì)完全分解為氣態(tài)物質(zhì)；在泥炭沼澤和湖泊的水中，蛋白質(zhì)分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，參與成煤作用，但對煤的性質(zhì)沒有決定性的影響。

是煤中硫、氮元素的來源之一。4.5不同植物化學(xué)組成的差異性植物碳水化合物木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂類化合物細菌綠藻苔蘚蕨類草類松柏及闊葉樹12~2830~4030~5050~6050~7060~70001020~3020~3020~3050~8040~5015~2010~155~101~75~2010~208~103~55~101~3木本植物的不同部分木質(zhì)部葉木栓孢粉質(zhì)原生質(zhì)60~75656052020~302010001825702~35~825~3090105煤炭的成因類型

根據(jù)形成煤炭的物質(zhì)基礎(chǔ)劃分煤炭的類型稱為成因類型。主要是：腐植煤、腐泥煤、殘植煤和腐植腐泥煤。（1）腐植煤：由高等植物經(jīng)過成煤過程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化作用生成。（2）腐泥煤：主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。（3）殘植煤：由高等植物殘骸中對生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分(孢子、角質(zhì)層、樹皮、樹脂)富集而成。（4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。第二節(jié)成煤的條件和環(huán)境

煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、地質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利用價值的煤炭礦藏。這些條件包括：

（1）大量植物的持續(xù)繁殖

(生物、氣候的影響)

（2）植物遺體不能完全腐爛－－適合的堆積場所

(沼澤、湖泊等)

（3）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運動－－形成上覆巖層和頂?shù)装澹嗝簩樱┑谌?jié)成煤作用過程

由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長的過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時間。腐植煤成煤作用可劃分為兩個階段：即泥炭化作用

peatification和煤化作用coalification。煤化作用又分為兩個連續(xù)的過程即成巖作用diagenesis和變質(zhì)作用metamorphism.

圖示如下：植物泥炭化泥炭成巖作用褐煤變質(zhì)作用煙煤、無煙煤煤化作用第三節(jié)成煤作用過程煤化程度metamorphicgrade的概念：在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進程中，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)化階段稱為煤化程度，有時稱為變質(zhì)程度，或煤級(rank)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤lignite/browncoal

煙煤

bituminouscoal（長焰煤、氣煤、肥煤、

焦煤、瘦煤、貧煤）無煙煤anthracite。1泥炭化作用peatification1.1泥炭化作用的概念：

高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成泥炭的過程稱為泥炭化作用。在這一階段，植物首先在微生物作用下，分解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之間相互作用，進一步合成新的較穩(wěn)定的有機化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。1泥炭化作用peatification1.2泥炭化作用的過程：分兩個階段

第—階段：多氧條件下

植物遺體暴露在空氣中或在沼澤淺部的多氧條件下，由于喜氧細菌和真菌等微生物的作用，植物遺體中的有機化合物，經(jīng)過氧化分解和水解作用。一部分被徹底破壞，變成氣體和水；另一部分分解為簡單的化學(xué)性質(zhì)活潑的化合物，它們在一定條件下可化合成為腐植酸，而未分解的穩(wěn)定部分則保留下來。1泥炭化作用peatification第二階段：缺氧條件下

在沼澤水的覆蓋下，出現(xiàn)缺氧條件，喜氧微生物被厭氧細菌所替代。分解產(chǎn)物相互作用，進一步合成新的較穩(wěn)定的有機化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。這兩個階段不是截然分開的，在植物分解作用進行不久，合成作用也就開始了。1.3植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：

（1）組織器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀體－－泥炭；

（2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達到40%以上。1

泥炭化作用peatification表2—6植物與泥炭化學(xué)組成的比較

元素組成，%有機組成，%植物與泥炭CHNO+S纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)瀝青腐植酸莎草47.205.611.6139.3750.0020~305~105~100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.301~71~30樺川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥炭65.466.531.2026.75o.890.390042.881.4泥炭化作用中微生物的活動1.4.1泥炭的分層泥炭層的垂直剖面，分為氧化環(huán)境表層、中間層及還原環(huán)境底層。1

泥炭化作用peatification氧化環(huán)境層過渡層還原環(huán)境層1.4泥炭化作用中微生物的活動1.4.2各泥炭層中的微生物特性

泥炭表層空氣流通，溫度高，又有大量有機質(zhì)，有利于微生物的生存。在1g泥炭中含有微生物幾百萬個至幾億個。如在低位泥炭沼澤的表層，含有大量喜氧性細菌、放線菌和真菌，而厭氧性細菌數(shù)量較少。植物的氧化分解和水解作用，主要是在泥炭沼澤表層進行，因而泥炭沼澤表層又稱為泥炭形成層。

1

泥炭化作用peatification1.4泥炭化作用中微生物的活動1.4.2各泥炭層中的微生物特性

泥炭表層以下，隨著深度的增加，喜氧細菌、真菌和放線菌的數(shù)目減少，而厭氧細菌活躍，它們利用了有機質(zhì)的氧，留下富氫的殘留物。在微生物的活動過程中，植物有機組分一部分成為微生物的食料，另一部分則被加工成為新的化合物。若條件適宜，植物會被完全分解成為氣體和液體而流失，不能形成煤炭。但實際上，在泥炭沼澤中，植物中的化合物會轉(zhuǎn)化、保留下來成為煤炭，原因是：1

泥炭化作用peatification（1）泥炭沼澤水的覆蓋，使正在分解的植物遺體逐漸與大氣隔絕，進入弱氧化或還原環(huán)境。（2）微生物要在一定的酸堿度環(huán)境中才能正常生長。在泥炭化過程中，植物分解形成酸性產(chǎn)物，使沼澤水變?yōu)樗嵝?，則不利于喜氧細菌的生存。所以泥炭的酸度越大，細菌越少，植物的結(jié)構(gòu)就保存得越完好。

（3）有的植物本身就具有防腐和殺菌的成分，如高位沼澤泥炭蘚能分泌酚類，某些闊葉樹有丹寧保護纖維素，某些針葉樹含酚，并有樹脂保護纖維素，都使植物不致遭到完全破壞。1.5泥炭的組成

泥炭主要由有機物、礦物質(zhì)和水組成，其中含水量70%～90%，礦物質(zhì)含量隨泥炭產(chǎn)地不同差異很大，有機物的組成包括一下幾個部分：（1）腐植酸：它是泥炭中最主要的成分。腐植酸是高分子羥基芳香羧酸所組成的復(fù)雜混合物，具有酸性，溶于堿性溶液而呈褐黑，它是一種無定形的高分子膠體，能吸水而膨脹。

1

泥炭化作用peatification1.5泥炭的組成（2）瀝青質(zhì)：它是由合成作用形成的，也可以由樹脂、蠟質(zhì)、孢扮質(zhì)等轉(zhuǎn)化而來。瀝青質(zhì)溶于一般的有機溶劑。（3）未分解或未完全分解的纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)和木質(zhì)素。（4）變化不多的穩(wěn)定組分，如角質(zhì)膜、樹脂和孢粉等。

另外，在泥炭中一般可以看到植物的組織，如根、莖、葉等。

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泥炭化作用peatification1.6泥炭的分類

①高位泥炭：高位沼澤中形成，為溫帶高緯度植物埋在地層下經(jīng)長期堆積炭化而形成。以羊胡子草屬、水蘚屬植物為主，分解程度較低，氮和灰分元素含量少，酸性較強，pH值在4至5之間。容重較小，吸水透氣性好，一般可吸持水分為其干重的10倍以上，適合作無土栽培基質(zhì)，但pH值必須調(diào)至5.5至6.0左右，也可用于配制培養(yǎng)土。

1

泥炭化作用peatification1.6泥炭的分類

②低位泥炭：低位沼澤中形成，以生長需要無機鹽分較多的苔草屬、蘆葦屬植物為主，以及沖積下來的各種植物殘枝落葉，經(jīng)漫長時間的積累形成，分解程度較高，氮和灰分元素含量較多，酸性不強，肥分有效性較高，風(fēng)干粉碎后可直接作肥料使用。因其容重大，吸水和通氣性較差，不宜單獨作栽培基質(zhì)。

③中位泥炭：中位沼澤中形成，為介于兩者之間的過渡性泥炭，性狀也介于二者之間，既可用于無土栽培，也可用于配制培養(yǎng)土。1

泥炭化作用peatification2煤化作用coalification

煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用兩個連續(xù)的過程。2.1成巖作用diagenesis

泥炭在沼澤中層層堆積，越積越厚，當?shù)貧は陆邓俣容^大時，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)作用。這樣，泥炭逐漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤。2.2變質(zhì)作用metamorphism

當褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時，上覆巖層壓力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，腐植酸也迅速減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤。2煤化作用coalification2.2.1變質(zhì)作用類型根據(jù)變質(zhì)條件和變質(zhì)特征的不同，煤的變質(zhì)作用可以分為深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用和動力變質(zhì)作用三種類型。（1）深成變質(zhì)作用深成變質(zhì)作用是指在正常地溫狀態(tài)下，煤的變質(zhì)隨煤層的沉降幅度的加大、地溫的增高和受熱時間的持續(xù)而增高。這種變質(zhì)作用與大規(guī)模的地殼升降活動直接相關(guān)，具有廣泛的區(qū)域性，過去常被稱為區(qū)域變質(zhì)作用。（1）深成變質(zhì)作用希爾特定律：它是煤變質(zhì)程度的垂直分布規(guī)律，指在同一煤田大致相同的構(gòu)造條件下，隨著煤層埋深的增加，煤的揮發(fā)分逐漸減少，變質(zhì)程度逐漸增加。深成變質(zhì)作用的另一個重要特點就是：煤變質(zhì)程度具有水平分帶規(guī)律。因為在同一煤田中，同一煤層或煤層組原始沉積時沉降幅度可能不同，成煤后下降的深度也可能不同。按照希爾特定律，這一煤層或煤層組在不同深度上變質(zhì)程度也就不同，反映到平面上即為變質(zhì)程度的水平分帶規(guī)律。（2）巖漿變質(zhì)作用巖漿變質(zhì)作用可分為區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用兩種類型。區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用是指聚煤坳陷內(nèi)有巖漿活動，巖漿及其所攜帶氣液體的熱量可使地溫場增高，形成地熱異常帶，從而引起煤的變質(zhì)作用。巖漿變質(zhì)作用的特點煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用的特點有：煤級分布常為環(huán)帶狀，越靠近巖體，煤的變質(zhì)程度越高；煤變質(zhì)梯度高，垂向上在較小的距離內(nèi)，就可引起變質(zhì)程度的明顯差異。在煤的深成變質(zhì)作用下，垂向上煤級增高一個級別往往需要增加近1000m的埋深。但受煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用影響的區(qū)域，即使煤層的間距不足100m，仍然可引起煤級的差別。接觸變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用是指巖漿直接接觸或侵入煤層，由于其所帶來的高溫、氣體、液體和壓力，促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。接觸變質(zhì)具有下列特征：在巖漿侵入體和煤層接觸帶附近，往往有不大規(guī)則的天然焦（naturalcoke）出現(xiàn)，它是接觸變質(zhì)的特征產(chǎn)物。煤的接觸變質(zhì)帶由接觸帶向外，一般可分為焦巖混合帶、天然焦帶、焦煤混合帶、無煙煤、高變質(zhì)煙煤等熱變煤，這些煤變質(zhì)帶一般不大規(guī)則，寬度不大，從數(shù)厘米到數(shù)十米不等。（3）動力變質(zhì)作用動力變質(zhì)作用是指由于褶皺及斷裂運動所產(chǎn)生的動壓力及伴隨構(gòu)造變化所產(chǎn)生的熱量促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。根據(jù)對構(gòu)造擠壓帶煤的研究證明，動壓力具有使煤的發(fā)熱量降低、比重增大、揮發(fā)分降低等特點。煤田地質(zhì)研究表明，地殼構(gòu)造活動引起的煤的異常變質(zhì)范圍一般不大，一條具有幾十米至百余米斷距的壓扭性斷裂，引起煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的范圍不過幾十米。因此動力變質(zhì)只是局部現(xiàn)象。2.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時間。2.3.1溫度的影響

促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過低（<50～60℃），褐煤的變質(zhì)就不明顯了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3億年以上，但仍處于褐煤階段。通常認為，煤化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時間的函數(shù)。溫度越高，變質(zhì)作用的速度越快。因為變質(zhì)作用的實質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化，溫度高促進了化學(xué)反應(yīng)速度的提高。

2.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時間。2.3.2時間的影響時間是影響煤變質(zhì)的另一重要因素。時間因素的重要性表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，在溫度、壓力大致相同的條件下，受熱時間越長，煤化程度越高。第二，煤受短時間較高溫度的作用或受長時間較低溫度（超過變質(zhì)臨界溫度）作用，可以達到相同的變質(zhì)程度。2.3.3壓力的影響壓力可以使煤壓實，孔隙率降低，水分減少；并使煤巖組分沿垂直壓力的方向作定向排列。靜壓力促使煤的芳香族稠環(huán)平行層面作有規(guī)則的排列。盡管一定的壓力有促進煤物理結(jié)構(gòu)變化的作用，但只有化學(xué)變化才對煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)有決定性的影響。人工煤化實驗表明，當靜壓力過大時，由于化學(xué)平衡移動的原因，壓力反而會抑制煤結(jié)構(gòu)單元中側(cè)鏈或基團的分解析出，從而阻礙煤的變質(zhì)。因此，人們一般認為壓力是煤變質(zhì)的次要因素。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas一、煤層氣的定義煤層氣是賦存在煤層中以甲烷（CH4）為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤層本身自生自儲式非常規(guī)天然氣。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas二、煤層氣的成因按成因可以分為生物成因氣和熱成因氣，煤型氣經(jīng)過運移并聚集成藏的成為煤成氣藏，仍然保存在煤層中的稱為煤層氣。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas二、煤層氣的成因1.生物成因氣生物成因氣是指在相對低的溫度條件下，有機質(zhì)通過細菌的參與或作用，在煤層中生成的以甲烷為主并含有少量其它成分的氣體。其形成溫度不超過50℃，相當于泥炭－褐煤階段。按生氣時間、母質(zhì)以及地質(zhì)條件的不同，生物成因氣又可以分為原生生物成因氣和次生生物成因氣兩種類型。（1）原生生物成因氣

原生生物成因氣是煤化作用早期階段（泥炭化和褐煤階段），低變質(zhì)煤在泥炭沼澤環(huán)境中通過細菌分解等一系列復(fù)雜作用所產(chǎn)生的氣體。由于泥炭或低變質(zhì)煤中的孔隙很有限，而且埋藏淺、壓力低，對氣體的吸附作用也弱，所以一般認為原生生物成因氣難以保存下來。（2）次生生物成因氣

次生生物成因氣與盆地水動力學(xué)有關(guān)，是煤系地層被后期構(gòu)造作用抬升并剝蝕到近地表后大氣降水帶入的細菌通過降解和代謝作用將煤層中已生成的濕氣轉(zhuǎn)變成甲烷和二氧化碳，生成次生生物煤層氣。次生生物成因氣的形成時代一般較晚，生成范圍可能在褐煤至無煙煤的多個煤級中。次生生物成因氣代表一種重要的煤層氣氣源。次生生物氣是煤層氣的一種新的成因類型，對煤層氣的勘探和生產(chǎn)有重要意義。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas二、煤層氣的成因2.熱成因氣在煤化作用過程中，熱成因氣體的生成一般在兩種作用下產(chǎn)生：熱降解作用和熱裂解作用。（1）熱降解作用

隨煤層埋藏深度的增加和溫度的上升，在埋藏深度達到1500－4000m，溫度在60－180℃之間，有機質(zhì)在熱力作用下各種鍵相繼打開，特別是不穩(wěn)定的官能團以及羥基、甲氧基、富氫的烷基側(cè)鏈斷裂，有機質(zhì)不斷脫氧、貧氫、富碳，導(dǎo)致煤中的O/C和H/C原子比下降同時釋放出甲烷、二氧化碳等氣體。此階段相當于煤化作用的長焰煤－焦煤階段。（2）熱裂解作用

隨著煤層埋藏深度的繼續(xù)增加和溫度的上升，埋藏深度大于4000m，溫度超過180℃，有機質(zhì)裂解成較穩(wěn)定的低分子碳氫化合物，部分尚未裂解的有機質(zhì)直接裂解生成烴類氣體。熱降解作用形成的液態(tài)烴和重烴也發(fā)生裂解和重新組合，形成更為穩(wěn)定的甲烷。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas三、煤層氣與常規(guī)天然氣煤層氣與常規(guī)的天然氣不同，它是被吸附在煤層的表面上的，與石油天然氣層中游離在巖層孔隙中的天然氣不同，因此也稱為非常規(guī)天然氣。煤層氣與常規(guī)天然氣相比，相同點如下：（1）氣體成分大體相同：煤層氣主要由95%以上的甲烷組成，另外5%的氣體一般是CO2或N2；而天然氣成分也主要是甲烷，其余的成分變化較大。（2）用途相同：煤層氣發(fā)熱量每立方米達31.4－34.4MJ（7536-8200大卡），熱值與常規(guī)天然氣相當，完全可以與常規(guī)天然氣混輸、混用，可作為與常規(guī)天然氣同等用途的優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。不同點：（1）在地下存在方式：煤層氣主要是以大分子團的吸附狀態(tài)存在于煤層中，而天然氣主要是以游離氣體狀態(tài)存在于砂巖或灰?guī)r中；（2）生產(chǎn)方式、產(chǎn)量曲線：煤層氣是通過排水降低地層壓力，使煤層氣在煤層中解吸-擴散-流動采出地面，而天然氣主要是靠自身的正壓產(chǎn)出；煤層氣初期產(chǎn)量低，但生產(chǎn)周期長，可達20-30年，天然氣初期產(chǎn)量高，生產(chǎn)周期一般在8年左右；（3）資源量：煤層氣的資源量直接與采煤相關(guān)，采煤之前如不先采氣，隨著采煤過程煤層氣就排放到大氣中，造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染；而天然氣資源量受其他采礦活動影響較小，可以有計劃地控制。全世界煤層氣資源量約260萬億m3，目前全世界每年因采煤直接向大氣排放的煤層氣達315－540億m3，這些逸散在空氣中的煤層氣，破壞了臭氧層，加劇了溫室效應(yīng)。我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費大國，煤礦煤層氣排放量約占世界總排放量的1/3。組分常規(guī)天然氣煤層氣甲烷/%93.2-97.596.67-97.33乙烷/%1.1-1.30丙烷/%0.32-0.430異丁烷/%0正丁烷/%0.021-0.0730異戊烷/%0.018-0.0290正戊烷/%0.009-0.01840二氧化碳/%0.012-0.0190.24-0.29氮/%0.25-0.44603.09-2.38煤層氣與常規(guī)天然氣組分對比表什么是沼澤?

沼澤是在一定的氣候、地貌和水文條件下，常年積水或極其潮濕的地段，內(nèi)有大量植物生長和堆積。沼澤的分類（1）按水分補給來源的不同，可劃分為三種類型：

低位沼澤：主要由地下水補給、潛水面較高的沼澤；

高位沼澤：主要以大氣降水為補給來源的泥炭沼澤；

中位沼澤或過渡沼澤：兼有低位沼澤和高位沼澤的特點，其水源部分由地下水補給，部分又由大氣降水補給的沼澤。（2）根據(jù)沼澤距離海岸的遠近，分為近海泥炭沼澤與內(nèi)陸泥炭沼澤。（3）根據(jù)水介質(zhì)的含鹽度，沼澤又可分為淡水的、半咸水的和咸水的。

湖沼演化中泥炭和淤泥形成示意圖大地構(gòu)造（地殼運動）：提供成煤作用緩慢而均勻的沉降運動（均衡補償）和成煤坳陷。地殼的劇烈或過緩沉降運動都不利于厚層泥炭層的形成，植物的堆積和地殼的沉降的平衡，決定泥炭層形成厚度。影響煤性質(zhì)因素：堆積方式(原地生成的、異地生成的)；形成泥炭的植物群落；沉積環(huán)境（淺沼的，湖沼的，微咸水-咸水，富含鈣質(zhì)的）；養(yǎng)分供給（富養(yǎng)分的，貧養(yǎng)分的）；pH值，細菌活動性，硫的供給；氧化還原電位（需氧的，厭氧的）。泥炭沼澤中植物與泥炭層的形成泥炭泥炭泥炭煤的結(jié)構(gòu)Coalstructure主要內(nèi)容：（1）煤分子結(jié)構(gòu)是如何構(gòu)成的？（2）煤結(jié)構(gòu)模型？（3）煤分子結(jié)構(gòu)理論第一節(jié)煤結(jié)構(gòu)概述summarization

第二節(jié)煤的大分子結(jié)構(gòu)1.煤的大分子結(jié)構(gòu)macromolecularstructure

煤是由分子量不同、分子結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的一組“相似化合物”的混合物組成的。煤的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，一般認為它具有高分子聚合物(polymer)的結(jié)構(gòu)，但又不同于一般的聚合物，它沒有統(tǒng)一的聚合單體(monomer)

。第二節(jié)煤的大分子結(jié)構(gòu)1.煤的大分子結(jié)構(gòu)macromolecularstructure

煤的大分子是由多個結(jié)構(gòu)相似的“基本結(jié)構(gòu)單元”(elementarystructuralunit或basicstructuralunit)

通過橋鍵(bridgebond)連接而成。

這種基本結(jié)構(gòu)單元類似于聚合物的聚合單體(monomer)，它可分為:

規(guī)則部分和不規(guī)則部分。1.1煤大分子規(guī)則部分：由幾個或十幾個苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫等元素）縮聚而成，稱為基本結(jié)構(gòu)單元的核或芳香核(aromaticcore/aromaticnucleus)。1.1煤大分子芳香核的評價指標—結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）芳碳率芳碳率（f

Car）是指煤的基本結(jié)構(gòu)單元中屬于芳香族結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)與總碳原子數(shù)之比，fCar＝Car/C。（2）芳氫率芳氫率（f

Har）是指煤的基本結(jié)構(gòu)單元中屬于芳香族結(jié)構(gòu)的氫原子數(shù)與總氫原子數(shù)之比，fHar＝Har/H。（3）芳環(huán)數(shù)芳環(huán)數(shù)（Rar）是指煤的基本結(jié)構(gòu)單元中芳香環(huán)數(shù)的平均數(shù)量。不同煤化程度煤的結(jié)構(gòu)單元變化規(guī)律不同煤化程度煤的結(jié)構(gòu)單元變化規(guī)律不同煤化程度煤的結(jié)構(gòu)單元變化規(guī)律

煤分子基本結(jié)構(gòu)單元的核隨煤化程度的變化規(guī)律煤分子基本結(jié)構(gòu)單元的核主要由不同縮合程度的芳香環(huán)構(gòu)成，也含有少量的氫化芳香環(huán)和氮、硫雜環(huán)。

從褐煤開始，隨煤化程度的提高，煤大分子基本結(jié)構(gòu)單元的核緩慢增大，核中的縮合環(huán)數(shù)逐漸增多，當碳含量超過90％以后，基本結(jié)構(gòu)單元核的芳香環(huán)數(shù)急劇增大，逐漸向石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。研究表明，碳含量為70%～83%時，平均環(huán)數(shù)為2左右；碳含量為83%~90%時，平均環(huán)數(shù)為3～5；碳含量為大于90%時，環(huán)數(shù)急劇增加，碳含量大于95%時，平均環(huán)數(shù)大于40。煤的芳碳率，煙煤一般小于0.8，無煙煤則趨近于1。1.2．基本結(jié)構(gòu)單元的不規(guī)則部分

基本結(jié)構(gòu)單元的縮合環(huán)condensedring/polymerizedring上連接有數(shù)量不等的:

烷基側(cè)鏈alkylside-chain/aliphaticside-chain

官能團functionalgroup

和橋鍵bridgebond。烷基側(cè)鏈的平均長度averagelength碳含量（daf，%）側(cè)鏈的長度（碳原子數(shù)）65.15.074.32.380.42.284.31.8

連接在縮合環(huán)上的烷基側(cè)鏈是指甲基methyl、乙基ethyl、丙基propyl等基團。烷基側(cè)鏈的平均長度隨煤化程度提高而迅速縮短。1.2.1

烷基側(cè)鏈

alkylside-chain1.2.2

官能團functionalgroup

煤分子上的官能團主要是（1）含氧官能團(oxygencontainingfunctionalgroup)，如：羥基（–OH）hydroxyl；羧基（–COOH）carboxyl

羰基（>C=O）carbonyl；甲氧基（–OCH3）methoxyl；氧醚ethericoxygen等。變化規(guī)律是：煤中含氧官能團隨煤化程度提高而減少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就幾乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的煙煤時，羧基已基本消失；羥基和羰基在整個煙煤階段都存在，甚至在無煙煤階段還有發(fā)現(xiàn)。1.2.2

官能團functionalgroup（2）含硫官能團(sulfurcontainingfunctionalgroup)，如：硫醇（–SH）；硫醚（R–S–R

）二硫化物（–S–S–）（3）含氮官能團(nitrogencontainingfunctionalgroup)，如：吡啶、喹啉的衍生物胺基（–NH2）1.2.3橋鍵

bridgebond

煤的大分子是由若干基本結(jié)構(gòu)單元連接而成，結(jié)構(gòu)單元之間的連接是通過:次甲基鍵－CH2－、－CH2－CH2－；醚鍵―O－；硫醚鍵－S－、－S－S－；次甲基醚鍵－CH2－O－、－CH2－S－；芳香碳－碳鍵Car－Car等橋鍵實現(xiàn)的。3.煤中的低分子化合物micromolecularcompound

煤中低分子化合物主要是指游離或鑲嵌在煤大分子主體結(jié)構(gòu)中的一些相對分子質(zhì)量小于500的有機化合物。已確定的有：

烴類和

含氧化合物，也有含硫化合物存在的報道。3.煤中的低分子化合物micromolecularcompound

（1）烴類hydrocarbon

主要是一些正構(gòu)烷烴alkane，碳鏈長度從C1～C30以上不等，甚至還有發(fā)現(xiàn)C70的報道，此外還有少量環(huán)烷烴naphthene、長鏈烯烴olefin

以及1～6環(huán)的芳烴aromatichydrocarbon，但主要是以1～2環(huán)芳烴為主。（2）含氧化合物有：長鏈脂肪酸醇酮和甾醇類化合物等。3.煤中的低分子化合物micromolecularcompound（2）含硫化合物主要是

噻吩

苯并噻吩;

二苯并噻吩;

以及它們的C1-4

烷基取代衍生物。

低分子化合物含量隨煤化程度增高而降低，通常認為，褐煤和年輕煙煤中含量約為10％-20％。3.煤中的低分子化合物micromolecularcompound

第三節(jié)煤的結(jié)構(gòu)模型structuremodel1、化學(xué)結(jié)構(gòu)模型(chemicalstructuremodel)1.1Wiser模型：被認為是比較全面合理的一個模型，該模型也是針對年輕煙煤（碳含量82%~83%），它展示了煤結(jié)構(gòu)的大部分現(xiàn)代概念，可以合理解釋煤的液化和其他化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)。缺點是沒有考慮小分子化合物。1.2本田模型：本田模型的特點是考慮了低分子化合物的存在，縮合環(huán)以菲為主，它們之間有較長的次甲基鍵相連接。模型中氧的存在形式比較全面，但沒有考慮氮和硫的結(jié)構(gòu)。

其余自學(xué)。

2、物理結(jié)構(gòu)模型2.1Hirsch模型(physicalStructuremodel)Hirsch模型將不同煤化程度的煤劃分為三種物理結(jié)構(gòu)。（1）敞開式結(jié)構(gòu)：

屬于低煤化度煙煤，其特征是芳香層片

(aromaticlayer)小，不規(guī)則的“無定形結(jié)構(gòu)”比例較大。芳香層片間由交聯(lián)鍵(crosslinkbond)連接，并或多或少在所有方向上任意取向，形成多孔的立體結(jié)構(gòu)。2、物理結(jié)構(gòu)模型2.1Hirsch模型(physicalStructuremodel)（2）液態(tài)結(jié)構(gòu)：屬于中等煤化度煙煤，其特征是芳香層片在一定程度上定向，并形成包含兩個或兩個以上層片的微晶。層片間的交聯(lián)大大減少，故活動性大。這種煤的孔隙率小，機械強度低，熱解時易形成膠質(zhì)體。2、物理結(jié)構(gòu)模型2.1Hirsch模型(physicalstructuremodel)（3）無煙煤結(jié)構(gòu)：屬于無煙煤，其特征是芳香層片增大，定向程度增大。由于縮聚反應(yīng)劇烈，使煤體積收縮，故形成大量孔隙。

2.2兩相模型(host-guestmodel)

兩相模型又稱為主—客模型。認為煤中有機物大分子多數(shù)是交聯(lián)的大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為固定相；低分子因非共價鍵力的作用陷在大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，為流動相。煤的多聚芳環(huán)是主體，對于相同煤種主體是相似的，而流動相小分子是作為客體攙雜于主體之中。采用不同溶劑抽提可以將主客體分離。在低階煤中，非共價鍵的類型主要是離子鍵和氫鍵；在高階煤中，

-

電子相互作用和電荷轉(zhuǎn)移力起主要作用。

第四節(jié)

煤分子結(jié)構(gòu)理論的基本內(nèi)容

經(jīng)過科學(xué)家的大量研究，雖然還沒有徹底了解煤的分子結(jié)構(gòu)，但對煤的分子結(jié)構(gòu)有了一個較為準確的認識：

(1)煤分子是由多個基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的高分子

(2)基本結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香核

(3)基本結(jié)構(gòu)單元有不規(guī)則部分：側(cè)鏈和官能團

(4)連接基本結(jié)構(gòu)單元的是橋鍵

(5)氧、氮、硫以官能團形式存在

(6)低分子化合物的存在

(7)煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律(1)煤分子是由多個基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的高分子

煤不是由均一的單體聚合而成，而是由許多結(jié)構(gòu)相似但又不完全相同的基本結(jié)構(gòu)單元通過橋鍵連接而成。結(jié)構(gòu)單元由規(guī)則的縮合芳香核與不規(guī)則的、連接在核上的側(cè)鏈和官能團兩部分構(gòu)成。(2)結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香核

縮合芳香核為縮聚的芳環(huán)、氫化芳環(huán)或各種雜環(huán)，環(huán)數(shù)隨煤化程度的提高而增加。碳含量為70%~83%時，平均環(huán)數(shù)為2；碳含量為83%~90%時，平均環(huán)數(shù)為3～5；碳含量為大于90%時，環(huán)數(shù)急劇增加，碳含量大于95%時，平均環(huán)數(shù)大于40。煤的芳碳率，煙煤一般小于0.8，無煙煤則趨近于1。(3)結(jié)構(gòu)單元的不規(guī)則部分

連接在縮合芳香核上的不規(guī)則部分包括烷基側(cè)鏈和官能團。烷基側(cè)鏈的長度隨煤化程度的提高而縮短；官能團主要是含氧官能團，包括羥基（–OH）、羧基（–COOH）、羰基（=C=O）、甲氧基（–OCH3）等，隨煤化程度的提高，甲氧基、羧基很快消失，其它含氧基團在各種煤化程度的煤中均有存在；另外，煤分子上還有少量的含硫官能團和含氮官能團。

(4)連接結(jié)構(gòu)單元的橋鍵

連接結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵主要是次甲基鍵、醚鍵、次甲基醚鍵、硫醚鍵以及芳香碳－碳鍵等。在低煤化程度的煤中橋鍵最多，主要形式是前三種；中等煤化程度的煤中橋鍵最少，主要形式是－CH2－和－O－；到無煙煤階段時橋鍵有所增多，主要形式是最后一種。(5)氧、氮、硫的存在形式

氧的存在形式除了官能團外，還有醚鍵和雜環(huán)；硫的存在形式有巰基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯環(huán)、胺基和亞胺基等。(6)低分子化合物

在煤的高分子化合物的縫隙中還獨立存在著具有非芳香族結(jié)構(gòu)的低分子化合物，它們主要是脂肪族化合物，如褐煤、泥炭中廣泛存在的樹脂、蠟等。(7)煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響

低煤化程度的煤含有較多非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團，芳香核的環(huán)數(shù)較少。除化學(xué)交聯(lián)鍵外，分子內(nèi)和分子間的氫鍵力對煤的性質(zhì)也有較大的影響。由于年輕煤的規(guī)則部分小，側(cè)鏈長而多，官能團也多，因此形成比較疏松的空間結(jié)構(gòu)，具有較大的孔隙率和較高的比表面積。(7)煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響中等煤化程度的煤（肥煤和焦煤）含氧官能團和烷基側(cè)鏈少，芳核有所增大，結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵減少，使煤的結(jié)構(gòu)較為致密，孔隙率低，故煤的物化性質(zhì)和工藝性質(zhì)在此處發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)極大值或極小值。(7)煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響年老煤的縮合環(huán)顯著增大，大分子排列的有序化增強，形成大量的類似石墨結(jié)構(gòu)的芳香層片，同時由于有序化增強，使得芳香層片排列得更加緊密，產(chǎn)生了收縮應(yīng)力，以致形成了新的裂隙。這是無煙煤階段孔隙率和比表面積增大的主要原因。煤的大分子模型示意圖煤的大分子模型示意圖Wiser模型本田模型Hirsch模型

兩相模型

煤的巖相組成

Coalpetrographicconstituents

主要內(nèi)容：（1）煤巖組成的研究方法（2）有機顯微組分及其成因第一節(jié)概述summarization

1、什么是煤巖學(xué)

Coalpetrology/petrography？

用巖石學(xué)的觀點和方法研究煤的組成和性質(zhì)。2、煤巖學(xué)研究方法（1）宏觀方法－用肉眼或放大鏡觀察煤，根據(jù)其顏色、條痕色、光澤、裂隙和斷口等，識別煤巖宏觀煤巖成分lithotype，判斷煤的性質(zhì)。

2、煤巖學(xué)研究方法（2）微觀方法－用顯微鏡研究煤：透射光、反射光

透射光下：薄片2×2cm，厚0.02mm。根據(jù)顏色、形態(tài)和結(jié)構(gòu)識別顯微煤巖組分、判斷煤的性質(zhì)；

第一節(jié)概述summarization

微觀方法－用顯微鏡研究煤反射光下reflection

light/reflected

light：光片直徑2cm，厚1.5-2cm圓柱體。在普通反射光或油浸物鏡oilimmersion

objective下，根據(jù)顏色、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、突起、反光性等特征識別煤巖組分、判斷煤的性質(zhì)。

光片分為煤光片和粉光片（磚光片）。第二節(jié)宏觀煤巖組成

Lithotypeofcoal一、宏觀煤巖成分的定義根據(jù)煤的顏色、光澤、硬度、裂隙和斷口等，利用肉眼或放大鏡可以區(qū)分的煤的基本組成單位，包括鏡煤vitrain、亮煤clarain、暗煤durain和絲炭fusain。第二節(jié)宏觀煤巖組成

Lithotypeofcoal二、宏觀煤巖成分1、鏡煤vitrain顏色最黑、光澤最亮、質(zhì)地均勻、常具有內(nèi)生裂隙、性脆易碎成小立方塊、具貝殼狀斷口；內(nèi)生裂隙發(fā)育，垂直于條帶，裂隙面呈眼球狀，有時填充有方解石、黃鐵礦薄膜。在煤層中鏡煤常呈透鏡狀或條帶狀，大多厚度幾個mm到1～2cm，有時呈線理狀夾雜在亮煤或暗煤中，但有明顯的分界線。

鏡煤的成因：鏡煤的成因：

在成煤過程中，鏡煤是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用而形成的。顯微鏡下觀察，鏡煤的輪廓清楚，質(zhì)地純凈，顯微組成比較單一，是一種簡單的宏觀煤巖成分。第二節(jié)宏觀煤巖組成

Lithotypeofcoal二、宏觀煤巖成分2、絲炭(Fusain)

外觀象木炭，顏色灰黑，性脆，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和微弱的絲絹光澤的宏觀煤巖成分。絲炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。在煤層中一般絲炭數(shù)量不多，常呈扁平透鏡體沿煤的層面分布，大多數(shù)厚度l～2mm至幾mm，有時也能形成不連續(xù)的薄層。不同煤化程度煤中所含的絲炭，性質(zhì)很少變化。

絲炭的成因：絲炭的成因：在成煤過程中，絲炭是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭化作用而形成的。在顯微鏡下觀察，絲炭是具有明顯的植物細胞結(jié)構(gòu)的絲炭化組織－絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體。第二節(jié)宏觀煤巖組成

Lithotypeofcoal二、宏觀煤巖成分3、亮煤（Clarain）亮煤的光澤僅次于鏡煤，較脆，內(nèi)生裂隙也較發(fā)育，程度次于鏡煤，比重較小，有時也有貝殼狀斷口。亮煤是最常見的煤巖成分，不少煤層以亮煤為主組成較厚的煤層，甚至整個煤層。亮煤的均勻程度不如鏡煤，表面隱約可見微細的紋理，是由鏡煤、暗煤（有時還有絲炭）等薄的分層交織組成的。

亮煤的成因：亮煤的成因：它是在覆水的還原條件下，由植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用，并摻入一些由水或風(fēng)帶來的其它組分和礦物雜質(zhì)轉(zhuǎn)變而來的，以鏡質(zhì)組為主，還含有數(shù)量不等的惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。二、宏觀煤巖成分4、暗煤（Durain）光澤暗淡，一般呈灰黑色，結(jié)構(gòu)致密或呈粒狀，比重大，硬度和韌性都大，斷面比較粗糙，一般不發(fā)育內(nèi)生裂隙。在煤層中，暗煤是常見的宏觀煤巖成分。暗煤與亮煤的主要不同點在于暗煤中含有較多的惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。當暗煤中這兩種組分的比例發(fā)生變化時，對其性質(zhì)影響很大，一般含殼質(zhì)組較多的暗煤性質(zhì)優(yōu)于含惰質(zhì)組較多的暗煤。

暗煤的成因：暗煤的成因：顯微鏡下觀察，暗煤的組成比較復(fù)雜。它是在活水有氧的條件下，富集了殼質(zhì)組、惰質(zhì)組或摻入較多的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變而成的。富含惰質(zhì)組的暗煤，宏觀往往略帶絲絹光澤，揮發(fā)分低，粘結(jié)性差；富含殼質(zhì)組的暗煤，宏觀略帶油脂光澤，揮發(fā)分和氫含量較高，粘結(jié)性較好，且比重較?。缓罅康V物質(zhì)的暗煤，則密度大，灰分產(chǎn)率高，煤質(zhì)差。第二節(jié)宏觀煤巖組成

Lithotypeofcoal三、煙煤的宏觀煤巖類型宏觀煤巖成分是煤的巖石分類的基本單位，在評價煤層的巖石組成和性質(zhì)時，不便于進行定量，也不易了解煤層的全貌。因此，通常根據(jù)煤的平均光澤強度，煤巖成分的數(shù)量比例和組合情況劃分出宏觀煤巖類型，作為觀察煤層的單位。按平均光澤的強弱依次分為：光亮煤、半亮煤、半暗煤及暗淡煤四種基本宏觀煤巖類型。具體劃分見下表：宏觀煤巖類型的劃分指標三、煙煤的宏觀煤巖類型1、光亮煤主要由鏡煤和亮煤組成，含量大于75%。在四種類型中光澤最強。由于成分較均一，條帶狀結(jié)構(gòu)一般不明顯。光亮煤具有貝殼狀斷口，內(nèi)生裂隙發(fā)育，脆性較大，易破碎。在顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量一般在80%以上，顯微煤巖類型以微鏡煤為主。光亮煤的質(zhì)量最好，中煤化程度時是最好的煉焦用煤。三、煙煤的宏觀煤巖類型2、半亮煤鏡煤和亮煤含量占75%－50%，常以亮煤為主，由鏡煤、亮煤和暗煤組成，也可能夾有絲炭。平均光澤強度較光亮煤稍弱。半亮煤的特點是條帶狀結(jié)構(gòu)明顯，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，常具有棱角狀或階梯狀斷口。半亮型煤是最常見的煤巖類型。如華北晚石炭世煤層多半是由半亮型煤組成的。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量一般在60%－80%。三、煙煤的宏觀煤巖類型3、半暗煤鏡煤和亮煤的含量占25%-50%，由暗煤及亮煤組成，常以暗煤為主，有時也夾有鏡煤和絲炭的線理、細條帶和透鏡體。半暗型煤的特點是光澤比較暗淡，硬度和韌性較大，比重較大，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，斷口參差不齊。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量為40%-60%，有時即使鏡質(zhì)組含量大于60%，但是由于礦物質(zhì)含量高，而使煤的相對光澤強度減弱而成為半暗煤。半暗煤的質(zhì)量多數(shù)較差。三、煙煤的宏觀煤巖類型4、暗淡煤主要由暗煤組成，鏡煤和亮煤含量低于25%，有時有少量鏡煤、絲炭或夾矸透鏡體。光澤暗淡，通常呈塊狀構(gòu)造，致密，堅硬，韌性大，密度大層理不明顯。內(nèi)生裂隙不發(fā)育。個別煤田，如青海大通煤田有以絲炭為主組成的暗淡型煤。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量低于40%，而惰質(zhì)組含量可達50%以上，與其它宏觀煤巖類型相比，暗淡煤的礦物含量往往最高，煤質(zhì)也多數(shù)很差。但含殼質(zhì)組多的暗淡煤的質(zhì)量較好，比重小。四、褐煤的宏觀煤巖類型不作要求第三節(jié)煤的顯微組分

煤的顯微組分(maceral)，是指煤在顯微鏡下能能夠區(qū)別和辨識的基本組成成分。分為：

有機顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的煤中成煤原始植物組織轉(zhuǎn)變而成的顯微組分。

無機顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的無機礦物質(zhì)。1、煤的有機顯微組分

腐植煤的有機顯微組分分為三組：鏡質(zhì)組vitrinite、惰質(zhì)組inertinite和殼質(zhì)組exinite。在顯微鏡下的特征是：1.1

鏡質(zhì)組：透射光下呈透明到半透明，呈黃色或橙紅色，較均一，不含或少含礦物質(zhì)，見垂直裂紋。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，無突起。1.1.1鏡質(zhì)組（vitrinite又稱凝膠化組分）的形成通過凝膠化作用形成。成煤植物的組織在氣流閉塞、積水較深的沼澤環(huán)境下，產(chǎn)生極其復(fù)雜的變化。主要發(fā)生兩方面的變化：

（1）一方面是植物組織在微生物作用下，發(fā)生：分解水解化合形成新的化合物并破壞植物組織器官的細胞結(jié)構(gòu)；（2）另一方面植物組織在沼澤水的浸泡下吸水膨脹，使植物細胞結(jié)構(gòu)變形、破壞乃至消失，或進一步再分解為凝膠的過程。植物組織經(jīng)凝膠化作用并經(jīng)煤化作用后形成凝膠化組分（鏡質(zhì)組）。鏡質(zhì)組是煤中最主要煤巖組分，含量50－80％，甚至90％。1.1.2鏡質(zhì)組的顯微組分鏡質(zhì)組按其凝膠化作用程度的不同，根據(jù)其鏡下的結(jié)構(gòu)和形狀又可為以下幾種顯微組分：結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體。（1）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體鏡下可以看出植物細胞結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)組組分。根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)保存的完整程度，可以分為兩種亞組分：1）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體1：細胞結(jié)構(gòu)清晰，保存完好，胞腔呈圓形、橢圓形、矩形或紡錘形，排列整齊，胞壁不膨脹或微膨脹。胞腔大多被膠質(zhì)鏡質(zhì)體、樹脂體、微粒體或粘土礦物所充填。2）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體2：胞壁膨脹，胞腔變小壓扁呈線形，且大小不一，排列不整齊。當胞腔內(nèi)無充填物時，壓縮后的胞腔殘痕呈平行短線。1.1.2鏡質(zhì)組的顯微組分（2）無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體由于植物組織經(jīng)歷了強烈的凝膠化作用，在普通光學(xué)顯微鏡看不出植物細胞結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)組顯微組分。它常作為其他各種顯微組分碎片和共生礦物的基質(zhì)膠結(jié)物或充填物。根據(jù)形態(tài)、產(chǎn)狀和成因的不同無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體可再細分四種亞顯微組分：均質(zhì)鏡質(zhì)體、膠質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體和團塊鏡質(zhì)體。1.1.2鏡質(zhì)組的顯微組分（3）鏡屑體鏡屑體又稱碎屑鏡質(zhì)體，是由鏡質(zhì)組碎屑顆粒（小于10微米）所組成，多呈粒狀或不規(guī)則形狀，偶呈棱角狀。多數(shù)來源于成煤早期階段，巳被分解的植物細碎片和腐植泥炭的碎顆粒，很少是壓力下被擠碎的鏡質(zhì)組碎片。碎屑鏡質(zhì)體常被基質(zhì)鏡質(zhì)體和膠質(zhì)鏡質(zhì)體膠結(jié)，由于其顏色、突起、反射率和基質(zhì)鏡質(zhì)體相近，往往被視為基質(zhì)鏡質(zhì)體。鏡屑體在煤中是少見的鏡質(zhì)組組分。1、煤的有機顯微組分1.2殼質(zhì)組：透射光下透明transparent到半透明，呈黃色或橙紅色，輪廓清晰，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。殼質(zhì)組是成煤植物中，化學(xué)穩(wěn)定性強的組成部分，在泥炭化和成巖階段保存在煤中的組分幾乎沒有發(fā)生什么質(zhì)的變化。在典型的腐植煤中，殼質(zhì)組是次要的顯微組分，在腐泥煤和油頁巖中富含殼質(zhì)組。1.2.1殼質(zhì)組（exinite又稱穩(wěn)定組）的成因

殼質(zhì)組又稱穩(wěn)定組，是由成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強的組織器官轉(zhuǎn)化而來的。在泥炭化作用階段，因化學(xué)穩(wěn)定性強，沒有遭受生物化學(xué)作用的破壞而保存在煤中，經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為殼質(zhì)組。1.2.2殼質(zhì)組（exinite又稱穩(wěn)定組）的顯微組分煤中常見的殼質(zhì)組顯微組分有：孢子體；花粉體樹脂體；角質(zhì)體木栓體等。1.3惰質(zhì)組：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光時呈亮白色。1.3.1惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的成因

惰質(zhì)組是通過絲炭化作用或火焚作用形成。（1）絲炭化作用fusinization：成煤植物的組織在積水較少、濕度不足的條件下，木質(zhì)纖維組織經(jīng)過:

脫水作用dehydration和緩慢的氧化作用后，又轉(zhuǎn)入缺氧的環(huán)境，進一步經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為惰質(zhì)組分。

絲炭化作用也可以作用于已經(jīng)受不同程度凝膠化作用的組分上，但經(jīng)絲炭化作用后的組分不能再發(fā)生凝膠化作用成為凝膠化組分。

1.3.1惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的成因

（2）火焚作用burning：有的絲炭化組分是由于古代沼澤森林火災(zāi)后，由燒焦的炭化組織轉(zhuǎn)化而來的，稱為火焚絲質(zhì)體。在顯微鏡下觀察，該類絲炭化組分細胞結(jié)構(gòu)完整清晰，且由于沒有經(jīng)受凝膠化作用，細胞壁沒有發(fā)生吸水膨脹，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，對煤的性質(zhì)有重要影響。1.3.2惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的顯微組分

（1）絲質(zhì)體絲質(zhì)體是由植物的根、莖干、枝的木質(zhì)部，經(jīng)過強烈的絲炭化作用而形成的。常指具有清晰而且比較規(guī)則的木質(zhì)細胞結(jié)構(gòu)的絲炭化組分。絲質(zhì)體在透射光下細胞壁為黑色，不透明；反射光下突起高而反射力強。保存著明顯的細胞結(jié)構(gòu)，胞腔大而且胞壁薄，胞腔形狀有長方形、圓形或扁圓形。薄壁絲質(zhì)體有時易破碎成弧狀、星狀結(jié)構(gòu)，其胞腔常被粘土礦物或黃鐵礦填充。1.3.2惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的分類

（2）半絲質(zhì)體絲炭化作用強烈時形成絲質(zhì)體，作用中等或較弱時形成半絲質(zhì)體。半絲質(zhì)體是絲質(zhì)體與結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體之間的過渡型絲炭化組分。細胞結(jié)構(gòu)保存較差；磨蝕硬度、顯微硬度中等。透射光下呈褐色至黑色，具各向異性；反射光下呈灰白色或淺灰色，突起較高。油浸反光下，與絲質(zhì)體相比顏色偏灰，突起略低。半絲質(zhì)體的細胞結(jié)構(gòu)大多沒有絲質(zhì)體保存完好,碳、氫含量處于絲質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體之間。1.3.2惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的分類

（3）其他惰質(zhì)組還有：粗粒體、菌類體、微粒體和惰屑體等顯微組分。2、煤中的礦物質(zhì)——無機顯微成分

煤的無機顯微成分主要是指粘土礦物、黃鐵礦、石英、方解石等，在顯微鏡下可以進行區(qū)分。

粘土類礦物：高嶺石，伊利石，水云母，…

硫化物類礦物：黃鐵礦，白鐵礦，…

碳酸鹽類礦物：方解石，菱鐵礦，…

氧化物類礦物

：石英，…

硫酸鹽類礦物：石膏，…3、顯微煤巖類型3.1顯微煤巖類型的定義煤的顯微組分，尤其是殼質(zhì)組、微粒體和粗粒體很少單獨存在，更多的情況是與其他顯微組分共生。顯微鏡下劃分出的不同顯微組分或顯微組分組的各種組合，稱為顯微煤巖類型。每一種顯微煤巖類型都有自己的組成特點和化學(xué)工藝性質(zhì)，并反映一定的沉積環(huán)境。為了便于將煤巖分析應(yīng)用于煤的加工利用，特別是用于煉焦煤的配煤，煤巖學(xué)家C.A.賽勒1954年在給國際煤巖學(xué)委員會術(shù)語分會的信中，首先提出顯微煤巖類型一詞，為國際煤巖學(xué)委員會(ICCP)采納。3、顯微煤巖類型3.2國際顯微煤巖類型分類國際煤巖學(xué)委員會的顯微煤巖類型分類是國際煤巖學(xué)界中廣泛使用的顯微煤巖類型分類，也是中國所采用的標準（表4-12）。顯微煤巖類型視其主要是由一種、兩種或三種顯微組分組構(gòu)成，相應(yīng)地命名為單組分、雙組分或三組分3類。單種組分含量超過95％，稱為單組分組類型，分為：微鏡煤、微殼煤、微惰煤。3、顯微煤巖類型

雙組分顯微煤巖類型主要是由兩組顯微組分構(gòu)成的，這兩組顯微組分之和大于95%，兩個顯微組分組之間的含量比可有較大的變化，但都必須大于總量的5%。如微亮煤的鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組含量都不能小于5%，也都不能單獨達到95%。但雙組分顯微煤巖類型可根據(jù)其中的一種顯微組分組占優(yōu)勢而劃分為兩個亞組，例如微亮煤中以鏡質(zhì)組為主時，稱為微鏡亮煤；以殼質(zhì)組為主時，稱微殼亮煤。同樣，雙組分的微暗煤可分出以殼質(zhì)組占優(yōu)勢的微暗煤（微殼暗煤）和以惰質(zhì)組占優(yōu)勢的微暗煤（微惰暗煤），等等。3、顯微煤巖類型三組分顯微煤巖類型規(guī)定三組顯微組分的含量各自都大于5%，稱微三合煤。其中微暗亮煤表明鏡質(zhì)組含量多于殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，微亮暗煤是惰質(zhì)組含量多于鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組，而微鏡惰殼煤則以殼質(zhì)組占優(yōu)勢。第三節(jié)顯微煤巖組分的反射率Reflectance

在反射光下，顯微組分表面的反射光強度和入射光強度之比稱為反射率。反射率可以在空氣中即干物鏡下測定，以R(%)表示；也可以在油浸物鏡下測定，以Ro(%)表示。從長焰煤到無煙煤，Ro增加十幾倍，而R只增加兩三倍。在與煤層層面成任意交角的切面上最大反射率不變，而最小反射率則隨交角不同而變化。在三種有機顯微組分中，隨煤化程度的變化，只有鏡質(zhì)組呈現(xiàn)較為均勻的變化，因此，一般將油浸物鏡下測定的鏡質(zhì)組最大反射率Romax作為分析比較的指標。第三節(jié)顯微煤巖組分的反射率Reflectance

煤的反射率是煤巖學(xué)定量研究煤性質(zhì)的重要指標，特別是在反映煤的變質(zhì)程度、預(yù)測煤的粘結(jié)性，用于煤炭分類、指導(dǎo)煤炭加工利用等方面，具有十分重要的實用價值。腐植煤的宏觀煤巖成分與顯微組分之間的關(guān)系3煤巖學(xué)的應(yīng)用（1）煤的成因研究在顯微鏡下觀察煤的薄片,可以確定成煤植物的種類，根據(jù)煤中保存的植物遺體(表皮,孢子,花粉)，確定成煤植物的種屬。（2）煤的可選性研究煤中礦物質(zhì)的種類、粒度、數(shù)量及其分布特征對煤的可選性影響極大。通過研究顯微組分(包括無機顯微組分)的組成與其可選性關(guān)系的研究，可以預(yù)測煤的可選性，選擇合理的破碎粒度、選煤工藝和流程。3煤巖學(xué)的應(yīng)用（3）評價煤質(zhì)、指導(dǎo)煤炭加工利用在煤質(zhì)評價和指導(dǎo)煤炭加工利用時，經(jīng)常出現(xiàn)一些僅用化學(xué)分析的方法所不能解釋的現(xiàn)象，而需應(yīng)用煤巖學(xué)的方法才能解決。正常配煤反射率分布圖反常配煤反射率分布圖結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體徐州夏橋太原組16煤層透射光95×無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體－均質(zhì)鏡質(zhì)體徐州張小樓下石盒子組1煤層透射光135×無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體－均質(zhì)鏡質(zhì)體湖南漣邵恩口龍?zhí)督M2煤層油浸反射光270×惰質(zhì)組，絲質(zhì)體－微絲煤山西朔縣楊澗山西組4煤層

透射光55×惰質(zhì)組－絲質(zhì)體，“星狀”結(jié)構(gòu)貴州盤縣

龍?zhí)督MC12煤層油浸反射光270×殼質(zhì)組－孢子體孢子囊徐州張小樓山西組7煤層

反射熒光藍光激發(fā)135×殼質(zhì)組－角質(zhì)體，滲出瀝青體徐州張小樓山西組7煤層

反射熒光藍光激發(fā)230×CoalchemicalconstituentsMaincontents

（1）煤的工業(yè)分析組成(constituentsofcoalbyproximateanalysis)

（2）煤中礦物質(zhì)的組成及煤灰成分(Mineralconstituentsandashconstituentofcoal)

（3）煤中有機質(zhì)的元素組成(Elementaryconstituentsoforganicmatterincoal)

（4）煤有機質(zhì)的族組成（Familyconstituentsoforganicmatterincoal）第一節(jié)煤的工業(yè)分析Proximateanalysisofcoal

煤的工業(yè)分析的定義：在人為規(guī)定條件下粗略測定煤化學(xué)組成的一種方法

，它將煤的組成區(qū)分為水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳。第一節(jié)煤的工業(yè)分析Proximateanalysisofcoal

工業(yè)分析的特點：工業(yè)分析是一種條件實驗，除了水分以外，灰分、揮發(fā)分和固定碳都是煤中的原始組分在一定條件下的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。理論上，灰分來源于煤中的礦物質(zhì)；揮發(fā)分和固定碳來源于煤中的有機質(zhì)。