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煤炭基本知识
煤炭基本知识提纲
一、煤的形成
1、地质年代及成煤年代
我国煤炭成煤年代主要有石炭纪、二叠纪、侏罗纪和白垩纪。
年 代 单 位
年代
符号
各纪年数
（百万年）
距今
（百万年）
主 要 现 象
新生代
（哺乳类动物时代）
第四纪
全新世
Qh
1
0.025
更新世
Qp
1
冰川广布，黄土生成
晚第三纪
上新世
N2
62
12
被子植物。
主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤
中新世
N1
早第三纪
渐新世
E3
26
哺乳类分化
始新世
E2
38
蔬果繁盛，哺乳类急速发展
古新世
E1
58
（我国尚无古新世地层发现）
中生代
（爬行动物时代）
白垩纪
K
43
127
裸子植物。
主要煤种为褐煤和烟煤
侏罗纪
J
45
152
三叠纪
T
36
182
中国南部最后一次海侵，恐龙哺乳类发育
上古生代
（两栖动物与
造煤植物时代）
二叠纪
P
38
203
两栖动物，
袍子植物。
主要煤种为烟煤和无烟煤
石炭纪
C
52
255
中古生代
（鱼类时代）
泥盆纪
D
36
313
森林发育，腕足类鱼类极盛，两栖类发育
志留纪
S
50
350
珊瑚礁发育，气候局部干燥，造山运动强烈
下古生代
（无脊椎动物时代）
奥陶纪
O
34
430
地热低平,海水广布,无脊椎动物极繁,末期华北升起
寒武纪
∈
88
510
浅海广布，生物开始大量发展
隐生代
上元古代
震旦纪
Sn
地形不平，冰川广布，晚期海侵加广
下元古代
前震
旦纪
滹沱
沉积深厚造山变质强烈，火成岩活动矿产生成
五台
早期基性喷发,继以造山作用,变质强烈,花岗岩侵入
太古代
泰山
1980
（最古矿物）
约3350
地壳局部变动
大陆开始形成
地球形成初期
4500
2、煤层特征
（1）空间几何特征（平面展布、厚度、分叉）
煤炭呈层状分布，保留的现有面积一般由几十至几万平方千米，世界上面积最大的煤田为俄罗斯的通古斯煤田，面积约104.5万平方千米，地质储量约20890亿吨。
煤层厚度有薄有厚，厚者达数十米，一般小范围内厚度相差不大。
中国标准规定最低可采厚度0.6米，煤层厚度分为薄煤层（0.6～1.3m）、中厚煤层（1.3～3.5m）、厚煤层（3.5m以上）。
（2）煤层构造（褶皱、断层、火成岩侵入）
煤层原始状态为水平状，由于地质作用往往形成褶皱（背斜、向斜），使煤层倾角加大。
地质作用使煤层断裂，形成断层。
火成岩侵入使煤层变薄、消失或变质程度加深。
（3）开采技术条件（瓦斯、地温、煤层自燃、水文）
由于高压、高温使部分煤炭形成瓦斯，有时瓦斯压力很大，开采时突然释放，造成突出事故。
煤层埋藏越深地温越高，煤矿安全规程规定，采掘工作面温度超过30度时必须采取降温措施。
埋深800m以下煤层一般均有地温热害。
变质程度低或含硫高的煤层易自燃。
有的煤层离地下含水层近，易导致生产中突水，威胁安全生产。
3、我国煤炭资源概况
中国煤炭资源相当丰富，据地质工作者对煤炭资源进行远景调查结果，在距地表以下2000m深以内的地壳表层范围内，预测煤炭资源远景总量达50592亿吨。
到1996年底止，保有储量总量10025亿吨。
与世界探明可采储量相比，中国煤炭储量位于原独联体、美国之后，居世界第3位。
煤炭资源分布相当广泛，除上海市和香港特别行政区外，其他各省（区、市）均有分布，以新疆、内蒙古、山西、陕西等省（区）资源力量最丰富，贵州、云南、宁夏、安徽、山东、河南、河北次之，台湾也有煤炭资源产出。
从探明储量看，则以山西、内蒙古、陕西为最，新疆、贵州次之。
二、煤矿建设基本程序
1、地质勘查、固体资源储量分类
（1）煤炭地质勘查工作划分为预查、普查、详查、勘探四个阶段。
预查应在煤田预测或区域地质调查的基础上进行，其任务是寻找煤炭资源。
预查的结果，要对所发现的煤炭资源是否有进一步地质工作价值做出评价。
普查是在预查的基础上，或已知有煤炭赋存的地区进行。
普查的任务是对工作区煤炭资源的经济意义和开发建设可能性做出评价，为煤矿建设远景规划提供依据。
详查的任务是为矿区总体发展规划提供地质依据。
勘探的任务是为矿井建设可行性研究和初步设计提供地质资料。
勘查的基本手段有：
槽探、钻探、地震物探。
（2）固体资源储量分类
见下表。
表A.1固体矿产资源／储量分类表
经济意义
地质可靠程度
查明矿产资源
潜在矿产资源
探明的
控制的
推断的
预测的
经济的
可采储量（111）
基础储量（111b）
预可采储量（121）
预可采储量（122）
基础储量（12lb）
基础储量（122b）
边际经济的
基础储量（2M11）
基础储量（2M21）
基础储量（2M22）
次边际经济的
资源量（2S11）
资源量（2S21）
资源量（2S22）
内蕴经济的
资源量（331）
资源量（332）
资源量（333）
资源量（334）?
注：
表中所用编码（111～334），第1位数表示经济意义，即1＝经济的，2M＝边际经济的，2S＝次边际经济的，3＝内蕴经济的，?
＝经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶段，即1＝可行性研究，2＝预可行性研究，3＝概略研究；第3位数表示地质可靠程度，即1＝探明的，2＝控制的，3＝推断的，4＝预测的，b＝未扣除设计、采矿损失的可采储量。
2、煤矿项目的建设与投产
（1）几个概念
煤田：
同一地质年代时期形成并连续发育的煤系分布的区域。
煤田大多表现为盆地形态。
根据地质构造、地理环境、生产规模，一个煤田可划分为若干个煤矿区或井田。
矿区：
一个煤田可划分一个至多个矿区。
矿区是包括若干座煤矿的区域，有完整的生产工艺、地面运输、电力供应、通讯调度、生产管理及生活服务等设施，其范围常视矿床的规模而定。
井田：
适合单独建设煤矿的区域。
一个矿区可包括多个井田。
（2）可行性研究
为避免地质勘查和矿山开发的投资失误，提高地质勘查和开发的经济效益与社会效益，在普查、详查、勘探三个阶段，都需进行相应的可行性评价。
可行性评价工作分为概略研究、预可行性研究和可行性研究三种。
（3）项目设计
若项目可行性研究报告通过政府相关部门审查通过，即可准备开工建设，即开展初步设计、施工图设计。
（4）开工建设
煤矿开工建设需完成的主要工作：
符合国家或地方政府能源建设项目规划（即常说的拿到路条），
国土资源部门备案的勘探报告和资源量，
通过政府及行业管理部门审查批准的可行性研究报告、初步设计、安全专篇、环境影响评价、资源开发利用方案、地质灾害评估报告，
申办采矿权证，
建设用地批复、城市规划批复、贷款承诺函或自有资金证明。
批复的项目开工报告。
（5）煤矿投产
通过行业管理部门组织的投产验收，
取得公司营业执照、安全生产许可证、煤炭生产许可证、矿长资格证、矿长安全资格证。
（6）煤矿井型划分
根据国家煤矿设计规范，煤矿生产能力分大、中、小三种类型，具体如下：
井工煤矿：
大型：
120万吨/年以上；
中型：
90～45万吨/年；
小型：
30万吨/年及以下。
露天煤矿：
大型：
400万吨/年以上；
中型：
100～400万吨/年；
小型：
100万吨/年及以下。
三、煤矿开采
1、露天开采
从敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程。
又称露天采矿。
当矿体埋藏较浅或地表有露头时，应用露天开采最为优越。
与地下开采相比，优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于用大型机械施工，建矿快，产量大，劳动生产率高，成本低，劳动条件好，生产安全。
但需要剥离岩土，排弃大量的岩石，尤其较深的露天矿，往往占用较多的农田，设备购置费用较高，故初期投资较大。
此外，露天开采，受气候影响较大，对设备效率及劳动生产率都有一定影响。
随着开采技术的发展，适于露天采矿的范围越来越大，可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。
2、井工开采
对地表覆盖层较厚、露天开采不经济或有特殊要求不能露天开采的煤矿应采用井工开采。
其优点是能适应覆盖层较厚的煤层，适用性广，但系统复杂，安全生产条件差。
我国90%的煤矿均采用井工开采。
3、井工开采采煤法
按落煤和对顶板的支护方式分类，采煤方法可分为综合机械化采煤法（简称“综采”）、普通机械化采煤法（简称“普采”）、放炮落煤采煤法（简称“炮采”）。
将煤层用巷道分割成宽100～200m、长1000～2000m不等的长方体，在宽边布置工作面采煤。
（1）综采
整体金属支架支护煤层顶板，以保障工作面人员及设备的安全生产，用采煤机采煤，见下图。
综采适用于煤层厚度变化小、构造较简单的1.3～3.5m厚度的中厚煤层。
（2）普采
数组单体支柱配合金属顶梁支护煤层顶板，
以保障工作面人员及设备的安全生产，用采煤机采煤，见下图（图3-2-8）。
普采适用于薄煤层和2.0m以下的中厚煤层。
（3）炮采
单体支柱配合金属顶梁支护煤层顶板（与普采相同），采用人工打眼放炮落煤。
炮采适用于煤层厚度变化大、地质构造较复杂的薄煤层和2.0m以下的中厚煤层。
四、煤炭加工
根据煤的粒度、密度、润湿性等物理、化学性质的差别，采用物理——机械和物理——化学的分选方法，按照市场所需求的产品指标，对原煤进行加工，生产出不同品种、规格产品的过程。
煤炭洗选加工是提高热能利用率、减少环境污染的重要措施。
煤炭洗选加工方法主要有重力选煤（成本低，精度低）、浮游选煤（成本高，精度高，适应矿物较广）。
重力选煤根据原煤中煤、矿物质和矸石的密度差别，在分选机中通过水、重悬浮液、重液和空气等介质，在重力场中实现分选，以获得低密度级产物——精煤、高密度级产物——中煤和矸石。
以空气为介质的称为干选，适用于缺水或严寒地区。
以水、重悬浮液、重液为介质的称为湿法选煤，包括重介质选煤、跳汰选煤等。
重力选煤方法具有入料粒级宽、分选效率高和处理能力大等优点。
中国普遍采用湿法重力选煤，尤以重介质选煤和跳汰选煤应用最广泛。
五、煤的品质指标
1、煤的工艺指标——粘结性
国内常用指标见表1-5-4。
胶质层指数：
以加热时胶质层最大厚度Y、最终体积收缩度X表示。
胶质层最大厚度Y值越大粘结性越好。
粘结指数G：
规定条件下烟煤加热后粘结专用无烟煤的能力。
坩埚序数CSN：
煤在坩埚中加热后形成的焦块膨胀程度的序号。
西欧、日本及国际贸易中常用，我国也有该标准，但不常用。
2、煤的工业分析指标
煤的工业分析，是工业上经常使用的分析方法，工业分析的项目包括煤的水分、灰分、挥发分及固定碳。
煤的工业分析为判断煤的种类及工业用途以及煤的加工利用效果，提供了科学依据。
见表1-5-6。
3、煤的发热量
单位质量的煤完全燃烧所产生的热量称煤的发热量，通常以MJ／kg表示（1MJ=239千卡）。
发热量是评价煤质的一项重要指标，是动力用煤的一个主要指标。
根据纯煤发热量，可以大致推测煤的变质程度以及其他某些煤质特征，如粘结性、结焦性等。
由量热计测得的发热量称为弹筒发热量。
从弹筒发热量中减掉硝酸和硫酸的生成热，称为高位发热量，以Qgr表示。
从高位发热量中再扣除煤在空气中燃烧时水变成水蒸气逸出时所吸收的热量（潜能），称低位发热量，以Qnet表示。
低位发热量最接近于煤作为燃料时可以利用的发热量。
煤的发热量一般常用的表示方法有下列五种：
a.空气干燥基弹筒发热量Qnet,ad，测定发热量时的原始结果；
b.空气干燥基高位发热量Qgr,ad，报出结果时使用；
c.干燥基高位发热量Qgr,d，不同测试单位间比较测值准确性时使用；
d.干燥无灰基高位发热量Qgr,daf，主要用于科学研究；
e.收到基低位发热量Qnet,ar，计算煤耗定额时使用。
使用发热量指标时必须搞清其类别和基准，否则会造成错误。
评价燃烧用煤的质量时，必须采用收到基低位发热量Qnet,ar。
4、中国煤炭分类
中国煤炭分类采用GB5751-86国家标准，该标准于1986年10月试行。
该项煤炭分类国家标准，见表1—5—13。
在煤炭分类标准中，采用了两位数的编码表示不同的煤类。
十位数字代表挥发分的大小，如无烟煤的挥发分最小，十位数字为0，褐煤的挥发分最大，十位数字为5，烟煤类的十位数字介于l～4之间；个位数字对烟煤类来说，是表征其粘结性或结焦性好坏，如个位数字越大，表示其粘结性越强。
如个位数字为6的烟煤类，都是胶质层最大厚度Y值大于25mm的肥煤或气肥煤类，个位数字为1的烟煤类，都是一些没有粘结性的煤，如贫煤、不粘煤和长焰煤。
个位数字由2～5的烟煤，它们的粘结性随着数码的增大而增强。
5、国际煤炭分类
联合国欧洲经济委员会煤炭委员会固体燃料利用组，于1987年提出一个国际硬煤分类编码系统，以代替自1956年以来各国一直沿用的“国际硬煤分类标准”，该分类编码系统，选定8个参数一组14位数串说明煤的不同性质。
例：
某一种煤的特性如下：
镜质组平均反射率Rr％1.76编码17（第1、2位）
镜质组反射率分布特征S＝0.23，一个凹口编码3（第3位）
惰性组32编码33（第4、5位）
坩埚膨胀序数1编码1（第6位）
挥发分产率Vadf（％）16.3编码16（第7、8位）
灰分产率Ad（％）18.7编码18（第9、10位）
全硫含量St.d（％）1.42编码14（第11、12位）
高位发热量Qgr,daf（MJ／kg）36.4编码36（第13、14位）
则该煤样编码号为173********436。
（6）主要煤质指标分级
煤的灰分分级，见下表。
煤的硫分分级，见下表。
煤的发热量分级，见下表。
六、煤种及用途
1、无烟煤（WY）
无烟煤的特点是固定碳高。
挥发分低纯煤真（相对）密度高达1．35—1．90，无粘结性，燃点高，一般达360—420℃左右。
燃烧时多不冒烟。
山西阳泉三矿区的无烟煤分别为01号、02号和03号无烟煤的代表。
无烟煤主要供民用和做合成氨造气的原料；低灰、低硫、质软易磨的煤不仅是理想的高炉喷砍和烧结铁矿石用的还原剂与燃料，而且还可作为制造碳素材料（如碳电极、炭块、阳极糊和活性炭、滤料等）的原料；某些无烟煤制成的航空用型煤还用于飞机发动机和车辆马达的保温。
2、贫煤（PM）
贫煤是烟煤中变质程度最高的一小类煤，不粘结或呈微弱的粘结，在层状炼焦炉中不结焦。
发热量比无烟煤高，燃烧时火焰短，耐烧，但燃点也较高，仅次于无烟煤，一般在350—360℃左右。
主要作为电厂燃料，尤其与高挥发分煤配合，燃烧更能充分发挥热值高而又耐烧的优点。
3、贫瘦煤（PS）
贫瘦煤是炼焦煤中变质程度最高的一种，其特点是挥发分较低，但其粘结性仅次于典型瘦煤。
单独炼焦时，生成的粉焦多；在配煤炼焦时配入较少的比例就能起到瘦煤的瘦化作用，对提高焦炭的块度起到良好的作用。
这类煤也是发电、机车、民用及其他工业炉窑的燃料，山西西山矿区以典型的贫瘦煤为主。
4、瘦煤（SM）
瘦煤是具有中等粘结性的低挥发分炼焦煤。
炼焦过程中能产生相当数量的胶质体，Y值一般在6～lOmm左右。
单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度较好的焦炭，但其耐磨强度较差；以作为配煤炼焦使用较好。
峰峰四矿是典型的瘦煤资源。
高硫、高灰的瘦煤一般只用作为电厂及锅炉的燃料。
5、焦煤（JM）
焦煤是一种结焦性较强的炼焦煤，挥发分（Vdaf）一般在16％～28％之间。
加热时能产生热稳定性很高的胶质体。
单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度和耐磨强度都很高的焦炭。
但单独炼焦时膨胀压力大，有时易产生推焦困难。
一般以作为配煤炼焦使用较好。
峰峰五矿、淮北石台及古交、西曲等矿井是我国典型焦煤代表。
6、肥煤（FM）
肥煤是中等挥发分及中高挥发分的强粘结性炼焦煤，其挥发分多在25％～35％左右。
加热时能产生大量的胶质体。
单独炼焦时能生成熔融性好、强度高的焦炭、耐磨强度比相同挥发分的焦煤炼出的焦炭还好。
但单独炼焦时焦炭有较多的横裂纹，焦根部分常有蜂焦。
它是配煤炼焦中的基础煤。
我国的开滦、枣庄是生产肥煤的主要矿区。
7、1/3焦煤（1/3JM）
1/3焦煤是中等偏高挥发分的较强粘结性炼焦煤，是一种介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤。
在单煤炼焦时能生成熔融性良好、强度较高的焦炭。
焦炭的抗碎强度接近肥煤，耐磨强度则又明显地高于气肥煤和气煤。
因此它既能单煤炼焦供中型高炉使用，也是良好的配煤炼焦的基础煤。
在炼焦时其配入量可在较宽范围内波动而能获得高强度的焦炭。
我国淮南矿区产1/3焦煤。
8、气肥煤（QF）
气肥煤是一种挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性炼焦煤，有人称之为液肥煤。
结焦性优于气煤而低于肥煤，胶质体虽多但较稀。
单独炼焦时能产生大量的煤气和液体化学产品。
它最适合于高温干馏制造城市煤气，也可用于配煤炼焦以增加化学产品的产率。
这类煤的成因特殊，煤岩成分中以树皮质等稳定组分较多，且多形成于晚二叠世乐平统。
江西乐平和浙江长广煤田是我国产典型气肥煤的矿区。
9、气煤（QM）
气煤是一种变质程度较低、挥发分较高的炼焦煤。
气煤结焦性较弱，加热时能产生较高的煤气和较多的焦油；胶质体的热稳定性较差，能单独炼焦，但焦炭的抗碎强度和耐磨强度低于其他牌号炼焦用煤；焦炭多呈细长条而易碎，并有较多的纵裂纹。
配煤炼焦时多配入气煤以增加煤气和化学产品的产率。
有的气煤也可单独高温干馏来制造城市煤气。
我国抚顺矿区老虎台、龙凤等矿产典型的气煤。
10、1/2中粘煤（1/2ZN）
1/2中粘是一种过渡煤。
但这类煤的储量和产量都不多。
它是一种挥发分变化范围较宽、中等结焦性的炼焦煤。
我国目前尚未发现单独生产1/2中粘煤的矿井。
11、弱粘煤（RN）
弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。
隔绝空气加热时产生的胶质体少，炼焦时有的能结成强度差的小块焦，有的只有少部分能凝结成碎屑焦，粉焦率很高。
这种煤的成因也较特殊，在煤岩组分中有较高的丝质组及半丝质组成分，且多形成于古生代的早、中侏罗纪时期。
一般适用于气化及动力燃料。
我国山西大同矿区是典型的弱粘煤。
12、不粘煤（BN）
不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当程度氧化作用的低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。
焦化时不产生胶质体。
煤的水分大，纯煤发热量仅高于一般褐煤而低于所有烟煤，有的还含有一定数量的再生腐植酸，煤中含量大多在10％～15％左右。
主要可作为发电和气化用煤，也可作为动力及民用燃烧，但由于这类煤的灰熔点低，最好与其他煤类配合燃烧，可充分利用其低灰、低硫、收到基低位发热量较高的优点。
我国西北地区许多矿区（如靖远、神府、哈密等矿区）都是典型的不粘煤产地。
13、长焰煤（CY）
长焰煤是变质程度最低的高挥发分非炼焦烟煤，其煤化程度稍高于褐煤而低于其他各类烟煤。
煤的燃点低，纯煤热值不高，无粘结性到弱粘结性的均有，有的还含有一定数量的腐植酸。
贮存时易风化碎裂。
有的长焰煤加热时能产生一定数量的胶质体，也能结成细小的长条形焦炭，但焦炭强度差，粉焦率高。
所以长焰煤一般不用于炼焦，多作为电厂、机车燃料以及工业炉窑燃料，也可作气化用煤。
辽宁省的阜新矿区是我国最大的长焰煤矿区。
14、褐煤（HM）
褐煤是煤化度最低的矿产煤，其特点是水分大，孔隙度大。
挥发分高，不粘结，热值低，含有不同数量的腐植酸。
氧含量高到15％～30％左右，化学反应性强，热稳定性差。
目前分为目视比色透光率PM大于30％～50％的2号年老褐煤和PM小于或等于30％的1号年轻褐煤。
我国霍林河和小龙潭等都是有名的褐煤矿区。
褐煤主要用作发电燃料，粒度6—50mm的混块煤可用于加压气化制造燃料气和合成气。
晚第三纪褐煤中有不少可作为提取褐煤蜡的原料，但侏罗纪褐煤蜡低而只可作为燃料或加氢液化原料。
7、煤及煤矿的经济性分析
1、煤的品质指标
（1）煤的灰分
煤的灰分与发热量成反比，灰分越低发热量越高，价格也高。
低灰分煤发热量高、燃烧效率高，更有利于环保，国外商品煤均经过洗选排矸，灰分很低，国内则以原煤（也称毛煤）为主，往往灰分较高。
我国规定计算储量的煤层灰分应小于40%。
（2）硫分
硫虽然能助燃，但不利于环境保护，其燃烧后的化合物氧化硫也有损人体健康。
高硫煤多用作动力煤，由于国家要求必须进行脱硫处理，从而加大了用户使用成本，故高硫煤价格较低。
我国规定，硫分高于3%的煤层不得建矿开采。
（3）水分
煤中的少量水分有助燃作用，水分大则使煤的发热量损失较多，有效热值降低。
（4）煤的结焦能力
炼焦煤可为钢铁厂所用，故其价值及价格较高。
煤的综合结焦性能越高，价格越高。
（5）煤的发热量
煤的发热量越大，其做功能力越强。
同一煤种发热量高的煤价格也高。
2、煤的开采条件
开采条件决定煤的开采成本。
开采条件差的煤层，如埋藏深、瓦斯大、煤层薄、受地下水威胁严重、地质构造复杂等，往往降低开采效率，提高开采成本，从而降低煤矿的盈利能力。
3、用户市场及经济环境
煤矿的用户少或用户较远均不利于提高煤矿的经济效益，国家的经济运行状况也对煤矿效益有较大影响。
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