煤巖學(xué)研究新進展

1、煤巖學(xué)研究進展煤巖學(xué)是把煤作為有機巖石，以物理方法為主研究煤的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、成因及合理利用的學(xué)科。是煤地質(zhì)學(xué)的一個分支。1924年,r.波托涅在普通煤巖學(xué)概論中第一次使用煤巖學(xué)一詞。顯微鏡下研究煤是煤巖學(xué)的主要手段。根據(jù)煤巖學(xué)理論，煤的不均一性主要表現(xiàn)在它是由多種性質(zhì)不同的顯微組分組成的，這些顯微組分的不同組合就造就了煤在外表形態(tài)、光學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)的不同，也造就了煤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及顯微結(jié)構(gòu)上的差異。由于煤巖學(xué)在研究煤炭物質(zhì)的成因、性質(zhì)及其加工利用等方面有著獨特的，其它學(xué)科不能代替的作用，而且在實踐和理論兩方面已經(jīng)并正在取得越來越重要的成果，因此煤巖學(xué)在世界各國獲得了廣泛發(fā)展。1

2、. 煤巖學(xué)研究發(fā)展史我國煤巖學(xué)研究始于上世紀三十年代，早期的煤巖學(xué)研究涉及的面較廣，區(qū)域煤巖學(xué)方面，既研究了華北的煤，也研究了西南和南方的煤的顯微結(jié)構(gòu)，既研究了煙煤，也研究了無煙煤。在應(yīng)用煤巖學(xué)方面，一是對煤物質(zhì)的成因及其地質(zhì)意義進行一些探索；二是對煤物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及其在碳化過程中的結(jié)焦性進行了分析測試，在普通煤巖學(xué)方面，主要是開展煤的薄光片和光片光面腐蝕等技術(shù)的試驗研究。之前的研究成果對以后我國煤巖學(xué)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實意義。方法試驗、規(guī)程標準工作在五十年代中期主要是煤巖采樣與系統(tǒng)鑒定有關(guān)的工作方法總結(jié)、煤片(塊煤薄片和光片)磨制及定量項目的劃分等，自后期至六十年代初期則集

3、中于與煤磚光片有關(guān)的磨制、定量項目和方法的研究，并開展了重液分離、熒光分析、苯提取物消光度、貝瑞克光度計以及煤的顯微硬度測定等方法的初步試驗。七十年代以來，主要開展了用各種儀器方法測煤的反射率的試驗研究以及煤磚光片磨制和光潔度劃分標準，進一步研究了煤的旋轉(zhuǎn)角、顯微硬度和熒光分析方法及其應(yīng)用前景。隨后，掃描電鏡也開始應(yīng)用于煤巖學(xué)領(lǐng)域。用掃描電鏡研究褐煤的凝膠化程度、植物解剖結(jié)構(gòu)(超微結(jié)構(gòu))和加氫液化的反應(yīng)性，效果良好。煤巖學(xué)的發(fā)展也不是一帆風順的，其發(fā)展歷程中也經(jīng)歷過低迷時期，但由于煤炭在能源工業(yè)中舉足輕重的地位，使得煤巖學(xué)的研究不斷向前發(fā)展，取得了豐碩的成果。2. 煤巖學(xué)的研究方法作為評定煤質(zhì)

4、的研究方法，煤巖學(xué)研究主要有宏觀研究法和微觀研究法。宏觀研究法基于煤的顏色、條痕、光澤斷口、脆度和硬度等劃分煤的宏觀類型；微觀研究法主要是借助于光學(xué)顯微鏡研究煤的顯微結(jié)構(gòu)和組成。顯微鏡下研究煤是煤巖學(xué)的主要手段，煤的顯微組分、顯微類型和煤化作用是煤巖學(xué)的主要研究內(nèi)容，應(yīng)用煤巖學(xué)方法確定的煤巖組成、煤化程度是評定煤的性質(zhì)和用途的重要依據(jù)。用煤巖成分評定煉焦用煤的質(zhì)量，用惰性成分含量和反射率指導(dǎo)配煤。煤巖學(xué)提出了活性組分和惰性組分的概念，并按鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組及礦物對顯微組分進行分類和定量統(tǒng)計分析。一般情況下，鏡質(zhì)組隨著煤變質(zhì)程度的增高而增高，殼質(zhì)組則逐漸減少，而惰質(zhì)組沒有一定的傾向

5、。對揮發(fā)分來說，隨著變質(zhì)程度的增高，所用微觀煤巖組分的揮發(fā)分都隨之減少。在變質(zhì)程度相同時，一般殼質(zhì)組的揮發(fā)分最高，鏡質(zhì)組居中，惰質(zhì)組最低；微觀煤巖組分含量比例的多少對煤的利用是十分重要的，因為相同變質(zhì)程度的煤也會因為微觀組分所含比例不同而表現(xiàn)出完全不同的性質(zhì)；一般惰質(zhì)組的反射率最高，鏡質(zhì)組居中，殼質(zhì)組最低，并隨變質(zhì)程度的增高其差別逐漸縮小，最后幾乎趨于一致。鏡質(zhì)組反射率隨著變質(zhì)程度的增高而增高，而且鏡質(zhì)組的反射率受煤變質(zhì)作用的影響比較靈敏1。3.煤巖學(xué)的應(yīng)用隨著煤巖學(xué)研究的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。（1）煤成因研究：煤巖研究證明，煤是遠古植物遺體演變而來，成煤環(huán)境亦可以煤巖組分、形態(tài)變

6、化、組合規(guī)律及所含礦物質(zhì)等特征得到反映。如山西煤田地質(zhì)研究所葛銀堂等，通過對大同煤田燕子山勘探區(qū)的煤巖研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)分析，認為該區(qū)石炭二疊紀煤層主要由石松、楔葉及部分淺水草本植物形成，古地理環(huán)境基本為濱海沖積平原，并以森林沼澤為主，顯示微異地型泥炭堆積。該區(qū)侏羅紀煤層則主要由被子植物，如蘇鐵、本內(nèi)蘇鐵及松柏類組成，沉積于內(nèi)陸湖盆森林沼澤環(huán)境，泥炭堆積方式為原地型2。（2）煤層對比：因受成煤物質(zhì)及環(huán)境條件影響，不同煤層的煤巖組分、煤巖類型及其他煤巖特點，均有所不同，從而成為重要對比標志。同一煤層中，各顯微組分含量比例穩(wěn)定，而不同煤層，則差別甚大。煤中礦物種類及含量比，也顯示這種特點。以此為標

7、志對比煤層，效果良好。（3）預(yù)測煤化學(xué)工藝性能：測試表明，煤化學(xué)工藝性能與煤巖特征密切相關(guān)。通過鑒定煤巖組分、類型等特征，可判斷煤化學(xué)工藝性能，進而預(yù)測煤類。（4）評價煤可選性：煤可選性一般通過在個別點采大樣，進行篩分浮沉試驗確定。這樣工作量大，成本高，效果也不一定好。煤巖學(xué)為此開辟另一途徑。即在顯微鏡下，觀察一定粒度煤磚光片，測定其中礦物雜質(zhì)百分比，由此分出精煤、中煤，并按中煤含量評價可選性。此法簡便易行，成本低，采樣點多，代表性強。（5）煉焦工業(yè)應(yīng)用：焦炭是冶金工業(yè)重要原料。為生產(chǎn)合格焦炭，煉焦配煤是重要環(huán)節(jié)。在從經(jīng)驗配煤向科學(xué)配煤過渡進而預(yù)測焦炭質(zhì)量的過程中，煤巖學(xué)起到重大作用。（6）用

8、于煤成油氣研究：煤巖學(xué)在預(yù)測煤層氣分布和評價煤產(chǎn)氣能力方面也具有巨大的功能。不同煤巖組分產(chǎn)氣量不同，殼質(zhì)組最高，鏡質(zhì)組次之，惰性組最低。在肥至無煙煤階段，殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組產(chǎn)甲烷量之比分別為3.3:2:1。鑒于有些煤巖組分，特別是樹皮煤有較強的生油能力，因此煤巖學(xué)又可用于煤成油研究。（7）指導(dǎo)找礦：煤巖學(xué)研究既涉及煤的有機組分，也包括煤中礦物。由于成煤期間某些特殊地球化學(xué)作用影響，使一些礦物或稀散元素得以富集，甚至達到可工業(yè)利用程度。因此煤巖研究又可成為一種找礦手段。（8）指導(dǎo)礦井地質(zhì)工作：利用煤巖對比，還可判斷中小斷層性質(zhì)、斷距，為尋找斷失煤層指明方向。在特厚煤層開采中，利用煤巖對比，可

9、確定巷道所處位置。（9）其他應(yīng)用：當前煤巖學(xué)應(yīng)用途徑還在繼續(xù)開發(fā)中。如將鏡質(zhì)組反射率分布圖用于判別商品煤質(zhì)量，確定配煤級和混合比及煤分類，效果良好，促進了國際煤炭貿(mào)易和科技交流。由于煤巖特征影響著煤利用價值，故煤巖學(xué)研究又可為煤加工利用指出方向。在煤雕合理選料方面，煤巖學(xué)也能發(fā)揮指導(dǎo)作用1、3。4. 煤巖學(xué)研究的新進展 隨著煤巖學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其再某些領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷的深化。王翠萍（2012）探討了煤巖成分與焦炭結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提出不同煤種的鏡質(zhì)組含量不同，肥煤最高，氣煤最低。不同煤種鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組性質(zhì)差異很大且與焦炭顯微結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。氣煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成各向同性的焦炭結(jié)構(gòu)；

10、肥煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成粗粒鑲嵌的焦炭結(jié)構(gòu)；焦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成細粒鑲嵌的焦炭結(jié)構(gòu)；焦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成流動型焦炭結(jié)構(gòu)；瘦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成片狀的焦炭結(jié)構(gòu)。煤巖學(xué)在煉焦配煤方面的應(yīng)用4具有重要的意義，鄭海蘭，蘭正宏等（2012）研究了煤巖分析在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用，得出根據(jù)煤巖分析結(jié)果可準確判斷進廠煤的煤種、煤質(zhì)，其中與以工業(yè)分析指標確定的煤種有差別的進廠煤，其影響因素主要是煤中所含的礦物和無煙煤。在配煤時，應(yīng)仔細分析測定煤中所含的礦物和無煙煤的質(zhì)量分數(shù)，質(zhì)量分數(shù)高的要適當減少其用量，因為無煙煤會降低煤的黏結(jié)性，礦物質(zhì)量分數(shù)過高會增加焦炭的灰分，從而會影

11、響焦炭的質(zhì)量，必要時要先做小焦爐試驗，再指導(dǎo)煉焦配煤生產(chǎn)5。付啟茂（2012）闡述煤巖學(xué)在煉焦配煤中的主要應(yīng)用，得出把握好鏡質(zhì)組平均隨機反射率與反射直方圖和惰性比這三個參數(shù)，可以建立起相對簡便和準確的配煤方案。因此，把他們作為煤巖配煤參數(shù)，就通過煤巖參數(shù)對煤進行檢測和對其焦炭的強度進行預(yù)測，在煉焦配煤方面具有其他方式無可比擬的優(yōu)越性6。王翠萍，李雅楠（2011）對煤巖配煤進行了實驗研究，煤巖成分與焦炭性能內(nèi)在關(guān)系十分明顯，通過調(diào)整煤巖成分的平衡指數(shù)（cbi）和強度指數(shù)(si)值，可以預(yù)測焦炭性能，同時還可減少主焦煤用量，降低入爐煤的成本，提高經(jīng)濟效益7。影響煤自燃的因素很多，如煤化程度、煤巖顯

12、微組分、黃鐵礦含量等，田 鵬，辛廣順（2012）從新的角度研究了煤巖顯微組分對煤自燃的影響，通過對煤樣進行的工業(yè)分析測試，對煤進行煤質(zhì)顯微組分統(tǒng)計分析，從而得出顯微組分對煤自燃影響的結(jié)論：a）煤樣的鏡質(zhì)組含量高，其著火點低，自燃傾向性高，是煤自燃的直接重要影響因素；b）煤樣的惰質(zhì)組以絲質(zhì)體與半絲質(zhì)體為主，其在低溫吸氧能力較強，并放出熱量，更有利于煤的自燃；c）惰性組具有較多的孔隙，吸附性強于鏡質(zhì)組，在煤自燃的過程中對氧的吸附和擴散起到重要支配作用8。因此，在今后的研究工作中要注意煤巖組分對煤自然的影響。參考文獻1張蕾. 煤巖學(xué)技術(shù)開發(fā)及在現(xiàn)代焦化企業(yè)中應(yīng)用j. 工業(yè)技術(shù)，2009，4：89.2

13、葛銀堂. 郝媚娟. 燕子山地區(qū)煤巖特征與成煤環(huán)境.19843關(guān)世橋. 談?wù)劽簬r學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景j. 中國煤田地質(zhì)，1999，11（4）：21-23.4王翠萍. 煤巖成分與焦炭結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究j. 煤炭科技，2012，86-89.5李娟，翟朝陽. 煤巖分析技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用研究j. 科技風，2012，86.6付啟茂. 煤巖學(xué)在煉焦配煤方面的應(yīng)用j. 科技風，2012，60.7王翠萍，李雅楠. 煤巖配煤的試驗研究j. 燃料與化工，2012，42（2）：10-12.8田鵬，辛廣順. 煤巖顯微組分對煤自燃的影響j. 能源與節(jié)能，2012，11:19-21.9coal petrology, coalification and coal-related hydrocarbonsa.中國地質(zhì)學(xué)會.abstracts of 30th international geological congress(volume 2 of 3)c.中國地質(zhì)學(xué)會:,1996:12.10 robert b.finkelman.coal petrology and genesis of jurassic coal in the ordos basin,chinaj. geosciencefrontiers,2012,v.301:85-95. 11楊起，韓