chap6+煤的物理性質(zhì)和物化性質(zhì)

1、第六章第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)第六章第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 煤的密度煤的密度第一節(jié)第一節(jié) 煤的密度煤的密度一、一、 煤的真相對密度（煤的真相對密度（TRDTRD）1 1、真相對密度的概念、真相對密度的概念（1 1）2020時單位體積時單位體積( (不包括煤的所有孔隙不包括煤的所有孔隙) )煤的煤的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比。質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比。（2 2）真相對密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，在研真相對密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，在研究煤的分子結(jié)構(gòu)、確定煤化程度、制定煤的分選密度究煤的分子結(jié)構(gòu)、確定煤化程度、制

2、定煤的分選密度時，都會用到煤的真密度時，都會用到煤的真密度。（3 3）通）通常以常以氦氦作為置換物所測得的結(jié)果作為置換物所測得的結(jié)果叫叫煤煤的真相對密度的真相對密度。（4 4）在研究煤質(zhì)時，為了排除煤中礦物質(zhì)的在研究煤質(zhì)時，為了排除煤中礦物質(zhì)的影響，有時用到影響，有時用到純煤真密度純煤真密度的概念。它是的概念。它是指煤的指煤的有機(jī)質(zhì)的真相對密度，用有機(jī)質(zhì)的真相對密度，用(TRD)(TRD)dafdaf表示?？蓮谋硎??？蓮腡RDTRD和煤的灰分等進(jìn)行計算。和煤的灰分等進(jìn)行計算。第一節(jié)第一節(jié) 煤的密度煤的密度第一節(jié)第一節(jié) 煤的密度煤的密度2 2、真相對密度的影響因素、真相對密度的影響因素 成因類型

3、成因類型 煤巖組成煤巖組成 礦物質(zhì)礦物質(zhì) 煤化程度煤化程度第一節(jié)第一節(jié) 煤的密度煤的密度（1 1）腐植煤）腐植煤 腐泥煤腐泥煤腐植煤腐植煤的真相對密度一般不低于的真相對密度一般不低于1.25g/cm1.25g/cm3 3腐泥煤腐泥煤的真相對密度一般小于的真相對密度一般小于1.21.2。（2 2）煤煤中礦物質(zhì)含量高則真密度大中礦物質(zhì)含量高則真密度大。 礦物質(zhì)的密度較煤的有機(jī)質(zhì)高礦物質(zhì)的密度較煤的有機(jī)質(zhì)高2 2、真相對密度的影響因素、真相對密度的影響因素（3 3）惰質(zhì)組、微粒體的真相對密度最大，鏡質(zhì)組次之，殼質(zhì)組最惰質(zhì)組、微粒體的真相對密度最大，鏡質(zhì)組次之，殼質(zhì)組最低，低，當(dāng)當(dāng)C90%C90%后，

4、三者的真相對密度逐漸趨于一致，并急劇上升，到無后，三者的真相對密度逐漸趨于一致，并急劇上升，到無煙煤階段趨于一致。煙煤階段趨于一致。一般隨煤化程度的提高煤的結(jié)構(gòu)趨緊密化，因而一般隨煤化程度的提高煤的結(jié)構(gòu)趨緊密化，因而煤的密度也應(yīng)不斷增加。煤的密度也應(yīng)不斷增加。實際上在煤化程度較低時，鏡質(zhì)組的實際上在煤化程度較低時，鏡質(zhì)組的C87%C0Q0時為吸熱，時為吸熱，Q0Q5050； 氣煤：氣煤：P PM M9090。第六節(jié) 煤的磁性質(zhì) 第六節(jié) 煤的磁性質(zhì) 一、煤的抗磁性一、煤的抗磁性 煤的有機(jī)質(zhì)一般具有抗磁性，即煤的有機(jī)質(zhì)一般具有抗磁性，即在外磁場的作用在外磁場的作用下產(chǎn)生的附加磁場與外磁場的方向相反

5、下產(chǎn)生的附加磁場與外磁場的方向相反。磁化率磁化率是指是指磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度I I（抗磁性物質(zhì)是附加磁場強(qiáng)（抗磁性物質(zhì)是附加磁場強(qiáng)度）度）與外磁場強(qiáng)度與外磁場強(qiáng)度H H之比之比，用，用K K表示：表示：K K= =I I/ /H H。在化學(xué)上常用在化學(xué)上常用比磁化率比磁化率 表示物質(zhì)磁性的大小。表示物質(zhì)磁性的大小。比比磁化率是指在磁化率是指在1 1高斯磁場強(qiáng)度下，高斯磁場強(qiáng)度下，1g1g物質(zhì)的磁化率。物質(zhì)的磁化率。 第七節(jié)第七節(jié) 煤煤的潤濕性的潤濕性 一、一、 煤的潤濕性煤的潤濕性當(dāng)液體和固體接觸時，如果固體分子與液體當(dāng)液體和固體接觸時，如果固體分子與液體間的作用力大于液體分子間的作用力，則固體可

6、間的作用力大于液體分子間的作用力，則固體可被液體潤濕，反之，則不能潤濕被液體潤濕，反之，則不能潤濕。所謂所謂潤濕性是指液體與固體接觸時，固體被潤濕性是指液體與固體接觸時，固體被液體所潤濕的程度。液體所潤濕的程度。通常采用通常采用接觸角接觸角表示煤的潤表示煤的潤濕性的濕性的大小。大小。第七節(jié)第七節(jié) 煤的煤的潤濕性潤濕性 g-sg-sl-s接觸角接觸角是指通過三相接觸周邊是指通過三相接觸周邊( (三相接觸點三相接觸點的連線的連線) )的任何一點，經(jīng)氣液界面作切線的任何一點，經(jīng)氣液界面作切線( (即氣即氣液界面張力液界面張力) )，構(gòu)成液體與固體表面的夾角，構(gòu)成液體與固體表面的夾角，即為接觸角即為接

7、觸角。接觸角越大，煤的潤濕性越差。接觸角越大，煤的潤濕性越差。接觸角的測定方法有接觸角的測定方法有粉末法粉末法、傾板法傾板法等。等。粉末法粉末法是將煤磨成是將煤磨成200200目以下的粉狀，施目以下的粉狀，施加加15MPa15MPa的壓力成型。這種型塊可看成是毛細(xì)的壓力成型。這種型塊可看成是毛細(xì)管的集合體，再用液體潤濕，同時在加液體管的集合體，再用液體潤濕，同時在加液體的對側(cè)，通入氮氣，阻止?jié)櫇襁^程的進(jìn)行，的對側(cè)，通入氮氣，阻止?jié)櫇襁^程的進(jìn)行，當(dāng)潤濕恰好阻止時，測定氮氣的壓力，可計當(dāng)潤濕恰好阻止時，測定氮氣的壓力，可計算出接觸角。算出接觸角。煤的潤濕性取決于煤的潤濕性取決于煤表面的分子結(jié)構(gòu)煤表

8、面的分子結(jié)構(gòu)特點特點。對水：對水：隨煤化程度加深，接觸角增大，潤濕性降隨煤化程度加深，接觸角增大，潤濕性降低；低；對苯對苯：隨煤化程度加深，接觸角減小，潤濕性提隨煤化程度加深，接觸角減小，潤濕性提高高通常，通常，年輕煤對水介質(zhì)的親和性較強(qiáng)，中等以上年輕煤對水介質(zhì)的親和性較強(qiáng)，中等以上煤化程度的煤對水的親和性較差煤化程度的煤對水的親和性較差。第七節(jié)第七節(jié) 煤的煤的潤濕性潤濕性 在煤的在煤的浮選脫灰浮選脫灰過程中，就是利用煤與礦物過程中，就是利用煤與礦物質(zhì)親水性的差異進(jìn)行分離的。質(zhì)親水性的差異進(jìn)行分離的。礦物質(zhì)表現(xiàn)為親水性礦物質(zhì)表現(xiàn)為親水性，而，而煤一般表現(xiàn)為疏水煤一般表現(xiàn)為疏水性。性。但年輕煤由

9、于分子中含有大量的極性含氧官但年輕煤由于分子中含有大量的極性含氧官能團(tuán)，表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性，因而其可浮性較差，能團(tuán)，表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性，因而其可浮性較差，不宜采用浮選工藝。不宜采用浮選工藝。 二、煤的潤濕熱二、煤的潤濕熱1 1、潤濕熱的概念：、潤濕熱的概念：煤被液體潤濕時會釋放出熱量，煤被液體潤濕時會釋放出熱量，通常通常用用1g1g煤被潤濕時釋放出的熱量作為煤的潤濕熱。煤被潤濕時釋放出的熱量作為煤的潤濕熱。 2 2、潤濕熱潤濕熱的本質(zhì)的本質(zhì)潤濕潤濕熱的產(chǎn)生實際上是熱的產(chǎn)生實際上是液體在煤的孔隙內(nèi)表面上發(fā)液體在煤的孔隙內(nèi)表面上發(fā)生吸附作用生吸附作用的結(jié)果的結(jié)果。吸附作用吸附作用越強(qiáng)，比表面積越大

10、，潤濕熱就越高越強(qiáng)，比表面積越大，潤濕熱就越高。潤濕熱的大小主要與潤濕熱的大小主要與液體種類液體種類、煤的表面性質(zhì)煤的表面性質(zhì)有有關(guān)。關(guān)。1 1、常用的、常用的潤濕劑是潤濕劑是甲醇甲醇。2 2、潤濕熱的大小主要與、潤濕熱的大小主要與比表面積比表面積有關(guān)。有關(guān)。煤的潤濕煤的潤濕熱大致為熱大致為0.39-0.42J/m20.39-0.42J/m2。利用潤濕熱可以大致估計。利用潤濕熱可以大致估計煤的比表面積。煤的比表面積。第七節(jié)第七節(jié) 煤的煤的潤濕性潤濕性 3 3、年輕煤的潤、年輕煤的潤濕熱較高，濕熱較高，但但隨著隨著煤化程度的提高而煤化程度的提高而急劇下降急劇下降，在碳含，在碳含量為量為9090左

11、右達(dá)到左右達(dá)到最低值，以后又有最低值，以后又有所上升。所上升。第七節(jié)第七節(jié) 煤的煤的潤濕性潤濕性 第八節(jié)第八節(jié) 煤的孔隙度和比表面積煤的孔隙度和比表面積一、煤的孔隙度一、煤的孔隙度1 1、基本概念、基本概念煤的孔隙是煤中可被流體充塞的空間。煤的孔隙是煤中可被流體充塞的空間。煤是具有很大表面積的多孔巖石。其孔徑煤是具有很大表面積的多孔巖石。其孔徑大小變化在大小變化在毫米級至納米級毫米級至納米級之間。多數(shù)煤層氣之間。多數(shù)煤層氣集中在納米級的微孔內(nèi)。集中在納米級的微孔內(nèi)。煤的孔隙直接影響到煤對瓦斯的煤的孔隙直接影響到煤對瓦斯的吸附性吸附性、解吸性解吸性以及瓦斯以及瓦斯在煤層中的流動性在煤層中的流動性

12、等。等。（1 1）煤孔隙的成因類型）煤孔隙的成因類型原生孔原生孔煤沉積時已有的孔隙，主要有煤沉積時已有的孔隙，主要有胞腔孔胞腔孔和和屑間孔屑間孔兩種。兩種。變質(zhì)孔變質(zhì)孔煤在變質(zhì)過程中發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)而形成煤在變質(zhì)過程中發(fā)生各種物理化學(xué)反應(yīng)而形成的孔隙。的孔隙。變質(zhì)作用過程中，煤分子鏈間形成的孔隙稱為變質(zhì)作用過程中，煤分子鏈間形成的孔隙稱為鏈間孔。氣孔主要由生氣和聚氣作用而形成鏈間孔。氣孔主要由生氣和聚氣作用而形成 , , 以以往稱之為熱成因孔。氣孔群中的氣孔排列有無序往稱之為熱成因孔。氣孔群中的氣孔排列有無序的的 , ,也有有序的也有有序的 , , 有的呈帶狀分布有的呈帶狀分布 , , 有

13、的呈線狀有的呈線狀分布分布 , , 橢圓形及圓管形氣孔的長軸常定向排列。橢圓形及圓管形氣孔的長軸常定向排列。a a為胞腔孔，為胞腔孔，b b為屑間孔為屑間孔d d，e e，f f為熱成因孔（氣孔）為熱成因孔（氣孔）c c為分子鏈孔為分子鏈孔外生孔外生孔 煤固結(jié)成巖后，受各種外界因素作用而煤固結(jié)成巖后，受各種外界因素作用而形成的孔隙稱為外生孔。形成的孔隙稱為外生孔。 外生孔主要有外生孔主要有角礫孔角礫孔、碎?？姿榱？缀秃湍Σ量啄Σ量?。g g為角礫孔，為角礫孔，h h為碎粒孔，為碎?？?，i i摩擦孔摩擦孔礦物質(zhì)孔礦物質(zhì)孔由于礦物質(zhì)的存在而產(chǎn)生的各種孔隙統(tǒng)稱為礦物由于礦物質(zhì)的存在而產(chǎn)生的各種孔隙統(tǒng)稱

14、為礦物質(zhì)孔。質(zhì)孔?？椎拇笮∫晕⒚准墳橹?，數(shù)量很少，常見的有孔的大小以微米級為主，數(shù)量很少，常見的有鑄?？?、溶蝕孔和晶間孔。鑄模孔、溶蝕孔和晶間孔。鑄?？阻T模孔是煤中原生礦物質(zhì)在有機(jī)質(zhì)中因硬度差異是煤中原生礦物質(zhì)在有機(jī)質(zhì)中因硬度差異而鑄成的印坑。而鑄成的印坑。溶蝕孔溶蝕孔是煤中可溶性礦物質(zhì)在長期氣、水作用下是煤中可溶性礦物質(zhì)在長期氣、水作用下受溶蝕而形成的孔。受溶蝕而形成的孔。晶間孔晶間孔是礦物晶粒之間的孔，有原生的也有次生是礦物晶粒之間的孔，有原生的也有次生的。的。j j：鑄模孔：鑄?？譳 k：溶蝕孔：溶蝕孔i i：晶間孔：晶間孔（2 2）煤的孔隙率）煤的孔隙率指煤中孔隙體積占煤總體積的百分比

15、指煤中孔隙體積占煤總體積的百分比?？紫堵??？紫堵实拇笮∮绊懨簝觾瘹怏w的能力。的大小影響煤儲層儲集氣體的能力。煤的孔隙率較低，一般煤的孔隙率較低，一般10%50502 25050222 2、煤孔隙結(jié)構(gòu)的測定方法、煤孔隙結(jié)構(gòu)的測定方法比較常見的測定方法有：比較常見的測定方法有：掃描電子顯微鏡技術(shù)、掃描電子顯微鏡技術(shù)、密度法、壓汞法和吸附法。密度法、壓汞法和吸附法。（1 1）壓汞法的基本原理：）壓汞法的基本原理：汞在無外界壓力的條件下是不能進(jìn)入煤的孔隙汞在無外界壓力的條件下是不能進(jìn)入煤的孔隙中等的。隨著壓力的增加，汞克服了表面張力產(chǎn)生的中等的。隨著壓力的增加，汞克服了表面張力產(chǎn)生的阻力而進(jìn)入大小

16、不同的孔隙中，阻力而進(jìn)入大小不同的孔隙中，（2 2）吸附法的原理：）吸附法的原理：利用低溫氮（液氮）的吸附利用低溫氮（液氮）的吸附- -凝聚原理，通常采凝聚原理，通常采用用77K77K氮氣的吸附來測出煤的比表面積和孔徑分布。氮氣的吸附來測出煤的比表面積和孔徑分布。3 3、煤的孔隙率隨煤化、煤的孔隙率隨煤化程度的變化規(guī)律程度的變化規(guī)律隨煤化程度的加深，總隨煤化程度的加深，總孔容積呈下降趨勢，到碳含孔容積呈下降趨勢，到碳含量大于量大于88%88%以后，總孔容積又以后，總孔容積又有所提高。有所提高。碳含量小于碳含量小于75%75%的褐煤，的褐煤，大孔占優(yōu)勢，碳含量在大孔占優(yōu)勢，碳含量在75%-75%

17、-82%82%之間的煤，中孔、微孔明之間的煤，中孔、微孔明顯增加，碳含量為顯增加，碳含量為88%-91%88%-91%的的煤，微孔占優(yōu)勢。煤，微孔占優(yōu)勢。二、煤裂隙二、煤裂隙煤裂隙是煤受各種地質(zhì)應(yīng)力的作用所形成煤裂隙是煤受各種地質(zhì)應(yīng)力的作用所形成的自然裂縫。的自然裂縫。按成因可分為按成因可分為內(nèi)生裂隙內(nèi)生裂隙和和外生裂隙外生裂隙。內(nèi)生裂隙內(nèi)生裂隙：煤化作用過程中，煤中凝膠化：煤化作用過程中，煤中凝膠化物質(zhì)受溫度和壓力的影響，體積均勻收縮產(chǎn)生物質(zhì)受溫度和壓力的影響，體積均勻收縮產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而形成的裂隙。內(nèi)應(yīng)力，從而形成的裂隙。外生裂隙外生裂隙：煤受構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂隙。：煤受構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生

18、的裂隙。1 1、內(nèi)生裂隙的特點：、內(nèi)生裂隙的特點：垂直或大致垂直層理；垂直或大致垂直層理；裂隙面較平坦，常伴有眼球狀的張力痕跡；裂隙面較平坦，常伴有眼球狀的張力痕跡；有裂隙方向大致相互垂直的兩組，其中一組較發(fā)育有裂隙方向大致相互垂直的兩組，其中一組較發(fā)育為主要內(nèi)生裂隙組，另一組稀疏為次要內(nèi)生裂隙組；為主要內(nèi)生裂隙組，另一組稀疏為次要內(nèi)生裂隙組；在中變質(zhì)煙煤中最發(fā)育，而在褐煤和無煙煤中不發(fā)在中變質(zhì)煙煤中最發(fā)育，而在褐煤和無煙煤中不發(fā)育。育。2 2、外生裂隙的特點：、外生裂隙的特點：發(fā)育不受煤巖類型限制，可切穿幾個煤巖分層；發(fā)育不受煤巖類型限制，可切穿幾個煤巖分層；以各種角度與煤層層理斜交；以各種

19、角度與煤層層理斜交；裂隙面上常有波狀、羽毛狀擦痕；裂隙面上常有波狀、羽毛狀擦痕；外生裂隙有時沿襲內(nèi)生裂隙重疊發(fā)生。外生裂隙有時沿襲內(nèi)生裂隙重疊發(fā)生。在煤層內(nèi)存在著在煤層內(nèi)存在著孔隙孔隙和和裂隙裂隙兩個系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)。孔隙孔隙系統(tǒng)發(fā)育在煤巖基塊中，其容積占煤孔系統(tǒng)發(fā)育在煤巖基塊中，其容積占煤孔隙和裂隙總?cè)莘e的絕大部分，隙和裂隙總?cè)莘e的絕大部分，是煤層氣吸附儲集是煤層氣吸附儲集的主要空間。的主要空間。天然裂隙系統(tǒng)是煤中流體滲透的通道天然裂隙系統(tǒng)是煤中流體滲透的通道。由于雙孔隙系統(tǒng)的存在，煤中氣體的運移有由于雙孔隙系統(tǒng)的存在，煤中氣體的運移有兩種機(jī)制，即在基塊中的擴(kuò)散及在裂隙中的滲透。兩種機(jī)制，即在

20、基塊中的擴(kuò)散及在裂隙中的滲透。三、煤的比表面積三、煤的比表面積煤的比表面積是單位質(zhì)量的煤中孔隙的表面積，煤的比表面積是單位質(zhì)量的煤中孔隙的表面積，m m2 2/g/g。煤中孔徑小于。煤中孔徑小于10nm10nm的微孔的比表面積在總比的微孔的比表面積在總比表面積中占有的比例最大。表面積中占有的比例最大。煤的比表面積是煤內(nèi)部孔隙表面積的反映煤的比表面積是煤內(nèi)部孔隙表面積的反映。測定測定煤比表面積最簡單的方法是煤比表面積最簡單的方法是甲醇潤濕熱法甲醇潤濕熱法，這一方法誤差較大，已不再使用這一方法誤差較大，已不再使用?，F(xiàn)在現(xiàn)在多用多用吸附法測定煤的比表面積吸附法測定煤的比表面積，常用的吸，常用的吸附介質(zhì)是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介質(zhì)不附介質(zhì)是氮、氦、氪、氙和二氧化