煤岩学研究新进展

煤岩学研究新进展 煤岩学研究进展 煤岩学是把煤作为有机岩石，以物理方法为主研究煤的物质成分、结构、性质、成因及合理利用的学科。是煤地质学的一个分支。1924年,R.波托涅在《普通煤岩学概论》中第一次使用煤岩学一词。显微镜下研究煤是煤岩学的主要手段。根据煤岩学理论，煤的不均一性主要表现在它是由多种性质不同的显微组分组成的，这些显微组分的不同组合就造就了煤在外表形态、光学性质及工艺性质的不同，也造就了煤的物理性质、化学性质及显微结构上的差异。由于煤岩学在研究煤炭物质的成因、性质及其加工利用等方面有着独特的，其它学科不能代替的作用，而且在实践和理论两方面已经并正在取得越来越重要的成果，因此煤岩学在世界各国获得了广泛发展。 1.煤岩学研究发展史 我国煤岩学研究始于上世纪三十年代，早期的煤岩学研究涉及的面较广，区域煤岩学方面，既研究了华北的煤，也研究了西南和南方的煤的显微结构，既研究了烟煤，也研究了无烟煤。在应用煤岩学方面，一是对煤物质的成因及其地质意义进行一些探索;二是对煤物质的化学性质及其在碳化过程中的结焦性进行了分析测试，在普通煤岩学方面，主要是开展煤的薄光片和光片光面腐蚀等技术的试验研究。之前的研究成果对以后我国煤岩学的发展奠定了坚实的基础，具有重要的现实意义。 方法试验、规程标准工作在五十年代中期主要是煤岩采样与系统鉴定有关的工作方法总结、煤片(块煤薄片和光片)磨制及定量项目的划分等，自后期至六十年代初期则集中于与煤砖光片有 1 关的磨制、定量项目和方法的研究，并开展了重液分离、荧光分析、苯提取物消光度、贝瑞克光度计以及煤的显微硬度测定等方法的初步试验。七十年代以来，主要开展了用各种仪器方法测煤的反射率的试验研究以及煤砖光片磨制和光洁度划分标准，进一步研究了煤的旋转角、显微硬度和荧光分析方法及其应用前景。随后，扫描电镜也开始应用于煤岩学领域。用扫描电镜研究褐煤的凝胶化程度、植物解剖结构(超微结构)和加氢液化的反应性，效果良好。 煤岩学的发展也不是一帆风顺的，其发展历程中也经历过低迷时期，但由于煤炭在能源工业中举足轻重的地位，使得煤岩学的研究不断向前发展，取得了丰硕的成果。 2.煤岩学的研究方法 作为评定煤质的研究方法，煤岩学研究主要有宏观研究法和微观研究法。宏观研究法基于煤的颜色、条痕、光泽断口、脆度和硬度等划分煤的宏观类型;微观研究法主要是借助于光学显微镜研究煤的显微结构和组成。显微镜下研究煤是煤岩学的主要手段，煤的显微组分、显微类型和煤化作用是煤岩学的主要研究内容，应用煤岩学方法确定的煤岩组成、煤化程度是评定煤的性质和用途的重要依据。 用煤岩成分评定炼焦用煤的质量，用惰性成分含量和反射率指导配煤。煤岩学提出了活性组分和惰性组分的概念，并按镜质组、半镜质组、惰质组、壳质组及矿物对显微组分进行分类和定量统计分析。一般情况下，镜质组随着煤变质程度的增高而增高，壳质组则逐渐减少，而惰质组没有一定的倾向。对挥发分来说，随着变质程度的增高，所用微观煤岩组分的挥发分都随之减少。 2 在变质程度相同时，一般壳质组的挥发分最高，镜质组居中，惰质组最低;微观煤岩组分含量比例的多少对煤的利用是十分重要的，因为相同变质程度的煤也会因为微观组分所含比例不同而表现出完全不同的性质;一般惰质组的反射率最高，镜质组居中，壳质组最低，并随变质程度的增高其差别逐渐缩小，最后几乎趋于一致。镜质组反射率随着变质程度的增高而增高，而且镜质组 [1]的反射率受煤变质作用的影响比较灵敏。 3.煤岩学的应用 随着煤岩学研究的不断发展，其应用领域也在不断拓展。(1)煤成因研究:煤岩研究证明，煤是远古植物遗体演变而来，成煤环境亦可以煤岩组分、形态变化、组合规律及所含矿物质等特征得到反映。如山西煤田地质研究所葛银堂等，通过对大同煤田燕子山勘探区的煤岩研究，结合区域地质分析，认为该区石炭二叠纪煤层主要由石松、楔叶及部分浅水草本植物形成，古地理环境基本为滨海冲积平原，并以森林沼泽为主，显示微异地型泥炭堆积。该区侏罗纪煤层则主要由被子植物，如苏铁、本内苏铁及松柏类组成，沉积于内陆湖盆森林沼泽环境，泥炭堆积方式为原地[2]型。(2)煤层对比:因受成煤物质及环境条件影响，不同煤层的煤岩组分、煤岩类型及其他煤岩特点，均有所不同，从而成为重要对比标志。同一煤层中，各显微组分含量比例稳定，而不同煤层，则差别甚大。煤中矿物种类及含量比，也显示这种特点。以此为标志对比煤层，效果良好。(3)预测煤化学工艺性能:测试表明，煤化学工艺性能与煤岩特征密切相关。通过鉴定煤岩组分、类型等特征，可判断煤化学工艺性能，进而预测煤类。(4)评价煤可选性:煤可选性一般通过在个别点采大样，进行筛分浮 3 沉试验确定。这样工作量大，成本高，效果也不一定好。煤岩学为此开辟另一途径。即在显微镜下，观察一定粒度煤砖光片，测定其中矿物杂质百分比，由此分出精煤、中煤，并按中煤含量评价可选性。此法简便易行，成本低，采样点多，代表性强。(5)炼焦工业应用:焦炭是冶金工业重要原料。为生产合格焦炭，炼焦配煤是重要环节。在从经验配煤向科学配煤过渡进而预测焦炭质量的过程中，煤岩学起到重大作用。(6)用于煤成油气研究:煤岩学在预测煤层气分布和评价煤产气能力方面也具有巨大的功能。不同煤岩组分产气量不同，壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低。在肥至无烟煤阶段，壳质组、镜质组和惰性组产甲烷量之比分别为3.3:2:1。鉴于有些煤岩组分，特别是树皮煤有较强的生油能力，因此煤岩学又可用于煤成油研究。(7)指导找矿:煤岩学研究既涉及煤的有机组分，也包括煤中矿物。由于成煤期间某些特殊地球化学作用影响，使一些矿物或稀散元素得以富集，甚至达到可工业利用程度。因此煤岩研究又可成为一种找矿手段。(8)指导矿井地质工作:利用煤岩对比，还可判断中小断层性质、断距，为寻找断失煤层指明方向。在特厚煤层开采中，利用煤岩对比，可确定巷道所处位置。(9)其他应用:当前煤岩学应用途径还在继续开发中。如将镜质组反射率分布图用于判别商品煤质量，确定配煤级和混合比及煤分类，效果良好，促进了国际煤炭贸易和科技交流。由于煤岩特征影响着煤利用价值，故煤岩学研究又可为煤加工利用指出方向。在煤雕合理选料方面， [1、3]煤岩学也能发挥指导作用。 4.煤岩学研究的新进展 随着煤岩学应用领域的不断拓展，其再某些领域的应用也在 4 不断的深化。王翠萍(2012)探讨了煤岩成分与焦炭结构的关系，提出不同煤种的镜质组含量不同，肥煤最高，气煤最低。不同煤种镜质组和半镜质组性质差异很大且与焦炭显微结构关系密切。气煤的镜质组和半镜质组，主要形成各向同性的焦炭结构;肥煤的镜质组和半镜质组，主要形成粗粒镶嵌的焦炭结构;,,？焦煤的镜质组和半镜质组，主要形成细粒镶嵌的焦炭结构;焦煤的镜质组和半镜质组，主要形成流动型焦炭结构;瘦煤的镜质组和半镜质组，主要形成片状的焦炭结构。煤岩学在炼焦配煤方面的 [4]应用具有重要的意义，郑海兰，兰正宏等(2012)研究了煤岩分析在炼焦生产中的应用，得出根据煤岩分析结果可准确判断进厂煤的煤种、煤质，其中与以工业分析指标确定的煤种有差别的进厂煤，其影响因素主要是煤中所含的矿物和无烟煤。在配煤时，应仔细分析测定煤中所含的矿物和无烟煤的质量分数，质量分数高的要适当减少其用量，因为无烟煤会降低煤的黏结性，矿物质量分数过高会增加焦炭的灰分，从而会影响焦炭的质量，必要时 [5]要先做小焦炉试验，再指导炼焦配煤生产。付启茂(2012)阐述煤岩学在炼焦配煤中的主要应用，得出把握好镜质组平均随机反射率与反射直方图和惰性比这三个参数，可以建立起相对简便和准确的配煤方案。因此，把他们作为煤岩配煤参数，就通过煤岩参数对煤进行检测和对其焦炭的强度进行预测，在炼焦配煤方 [6]面具有其他方式无可比拟的优越性。王翠萍，李雅楠(2011)对煤岩配煤进行了实验研究，煤岩成分与焦炭性能内在关系十分明显，通过调整煤岩成分的平衡指数(CBI)和强度指数(SI)值，可以预测焦炭性能，同时还可减少主焦煤用量，降低入炉煤的成 [7]本，提高经济效益。影响煤自燃的因素很多，如煤化程度、煤 5 岩显微组分、黄铁矿含量等，田 鹏，辛广顺(2012)从新的角度研究了煤岩显微组分对煤自燃的影响，通过对煤样进行的工业分析测试，对煤进行煤质显微组分统计分析，从而得出显微组分对煤自燃影响的结论:a)煤样的镜质组含量高，其着火点低，自燃倾向性高，是煤自燃的直接重要影响因素;b)煤样的惰质组以丝质体与半丝质体为主，其在低温吸氧能力较强，并放出热量，更有利于煤的自燃;c)惰性组具有较多的孔隙，吸附性强于镜质组，在煤自燃的过程中对氧的吸附和扩散起到重要支配作[8]用。因此，在今后的研究工作中要注意煤岩组分对煤自然的影响。 参考文献 [1]张蕾. 煤岩学技术开发及在现代焦化企业中应用[J]. 工业技术，2009，4:89. [2]葛银堂. 郝媚娟. 燕子山地区煤岩特征与成煤环境.1984 [3]关世桥. 谈谈煤岩学的应用领域与发展前景[J]. 中国煤田地质，1999，11(4):21-23. [4]王翠萍. 煤岩成分与焦炭结构关系的研究[J]. 煤炭科技，2012，86-89. [5]李娟，翟朝阳. 煤岩分析技术在生产中的应用研究[J]. 科技风，2012，86. [6]付启茂. 煤岩学在炼焦配煤方面的应用[J]. 科技风，2012，60. [7]王翠萍，李雅楠. 煤岩配煤的试验研究[J]. 燃料与化工，2012，42(2):10-12. [8]田鹏，辛广顺. 煤岩显微组分对煤自燃的影响[J]. 能源与节能，2012，11:19-21. [9]Coal petrology, coalification and coal-related hydrocarbons[A].中国地质学会.Abstracts of 30th International Geological Congress(Volume 2 of 3)[C].中国地质学会:,1996:12. [10] Robert B.Finkelman.Coal petrology and genesis of Jurassic coal in the Ordos Basin,China[J]. GeoscienceFrontiers,2012,v.301:85-95. [11]杨起，韩德馨.《中国煤田地质学》(上册)[M]. 煤炭工业出版社，北京，1979. 6 [12]武汉地质学院煤田教研室.《煤田地质学》(上册)[M]. 地质出版社， 北京，1979. [13]E.斯塔赫等著，杨起等译.《斯塔赫煤岩学教程》[M]. 煤岩工业出版社， 北京，1990.(E.Stach etal.,Stach's Textbook of Coal Petrology, 3rd ed., Gebrüder Borntraeger,Berlin,Stuttgart,1982.) 7