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煤炭基本知识

中国煤炭及其分类用途

一、煤炭是怎样形成的

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。

虽然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油的日渐枯竭，必然走向衰败，而煤炭因为储量巨大，加之科学技术的飞速发展，煤炭汽化等新技术日趋成熟，并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。

煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可然化石，这就是煤炭的形成过程。

一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。

地壳下降的速度快，植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之，地壳下降的速度缓慢，植物遗骸堆积的薄，这座煤矿的煤层就薄。

又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂，有一些煤层埋到地下更深的地方，有的又被排挤到地表，甚至露出地面，比较容易被人们发现。

还有一些煤层相对比较薄，而且面积也不大，所以没有开采价值，有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。

（一）煤的物理性质

煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。

它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。

包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。

其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。

煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。

1.颜色

是指新鲜煤表面的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。

呈褐色—黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。

2.光泽

是指煤的表面在普通光下的反光能力。

一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。

煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。

3.粉色

指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。

呈浅棕色—黑色。

一般是煤化程度越高，粉色越深。

4.比重和容重

煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。

煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。

煤的容重是计算煤层储量的重要指标。

褐煤的容重一般为1.05～1.2，烟煤为1.2～1.4，无烟煤变化范围较大，可由1.35～1.8。

煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。

在矿物质含量相同的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。

5.硬度

是指煤抵抗外来机械作用的能力。

根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。

煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约2～2.5；无烟煤的硬度最大，接近4。

6.脆度

是煤受外力作用而破碎的程度。

成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。

在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。

7.断口

是指煤受外力打击后形成的断面的形状。

在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。

煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。

8.导电性

是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。

褐煤电阻率低。

褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。

烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性。

（二）煤的化学组成

煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。

煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。

其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。

此外，还有极少量的磷和其他元素。

煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。

一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。

唯硫的含量则与煤的成因类型有关。

碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。

煤炭燃烧时，氮不产生热量，常以游离状态析出，但在高温条件下，一部分氮转变成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。

硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。

含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金属设备，与空气中的水反应形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大部分转入焦炭中，冶炼时又转入钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工。

用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时，各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。

将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料，砷含量过高，会增加产品毒性，危及人民身体健康。

煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。

另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。

其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用时，就是重要的矿产资源。

通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。

煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。

1.水分

指单位重量的煤中水的含量。

煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。

一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。

煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。

水分对煤的加工利用是有害物质。

在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。

只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。

2.灰分

是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。

它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。

灰分对煤的加工利用极为不利。

灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。

煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。

灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来许多困难。

为此，在评价煤的工业用途时，必须分析灰成分，测定灰熔点。

3.挥发分

指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。

它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。

煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。

4.固定碳

测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。

焦渣减去灰分称为固定碳。

它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。

焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。

（三）煤的工艺性质

为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。

煤的工艺性质主要包括：

粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。

1.粘结性和结焦性

粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。

结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。

煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。

这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。

粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。

胶质层越厚，粘结性越好。

测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。

粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。

煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。

2.发热量

是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。

它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。

国际市场上动力用煤以热值计价。

我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。

发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。

为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。

3.化学反应性

又称活性。

是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。

它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。

反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。

煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。

4.热稳定性

又称耐热性。

是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。

它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。

热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。

5.透光率

指低煤化程度的煤（褐煤、长焰煤等），在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。

随着煤化程度加深，透光率逐渐加大。

因此，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。

6.机械强度

是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。

机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。

因此，气化用煤必须具备较高的机械强度。

7.可选性

是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。

我国现行的主要选煤方法有跳汰、重介、浮选。

二、中国煤炭资源分布

据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m以浅的煤炭总资源量为2.6万亿t。

其中大别山-秦岭-昆仑山一线以北地区资源量约2.45万亿t，占全国总资源量的94%；以南的广大地区仅占6%左右。

中国煤炭资源的种类较多，在现有探明储量中，烟煤占75%、无烟煤占12%、褐煤占13%。

其中，原料煤占27%，动力煤占73%。

动力煤储量主要分布在华北和西北，分别占全国的46%和38%，炼焦煤主要集中在华北，无烟煤主要集中在山西和贵州两省。

中国煤炭质量，总的来看较好。

已探明的储量中，灰分小于10%的特低灰煤占20%以上；硫分小于1%的低硫煤约占65%-70%；硫分1%-2%的约占15%-20%。

高硫煤主要集中在西南、中南地区。

华东和华北地区上部煤层多低硫煤，下部多高硫煤。

中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。

从各大行政区内部看，煤炭资源分布也不平衡，如华东地区的煤炭资源储量的87％集中在安徽、，而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区；中南地区煤炭资源的72％集中在河南，而工业主要在武汉和珠江三角洲地区；西南煤炭资源的67％集中在贵州，而工业主要在四川；东北地区相对好一些，但也有52％的煤炭资源集中在北部黑龙江，而工业集中在辽宁。

各地区煤炭品种和质量变化较大，分布也不理想。

中国炼焦煤在地区上分布不平衡，四种主要炼焦煤种中，瘦煤、焦煤、肥煤有一半左右集中在山西，而拥有大型钢铁企业的华东、中南、东北地区，炼焦煤很少。

在东北地区，钢铁工业在辽宁，炼焦煤大多在黑龙江；西南地区，钢铁工业在四川，而炼焦煤主要集中在贵州。

中国在地质历史上的成煤期共有14个，其中有4个最主要的成煤期，即广泛分布在华北一带的晚炭纪——早二叠纪，广泛分布在南方各省的晚二叠纪，分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪—早白垩纪等四个时期。

它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26％、5％、60％和7％，合计占总资源量的98％。

上述四个最主要的成煤期中，晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源，其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东北地区形成极为丰富的煤炭资源。

中国煤炭资源分布面广，除上海市外，全国30个省、市、自治区都有不同数量的煤炭资源。

在全国2100多个县中，1200多个有预测储量，已有煤矿进行开采的县就有1100多个，占60％左右。

从煤炭资源的分布区域看，华北地区最多，占全国保有储量的49．25％，其次为西北地区，占全国的30．39％，依次为西南地区，占8．64％，华东地区，占5．7％，中南地区，占3．06％，东北地区，占2．97％。

按省、市、自治区计算，、内蒙、、新疆、贵州和宁夏6省区最多，这6省的保有储量约占全国的81．6％。

中国是世界上煤炭产量最多、增长速度最快的国家。

1949年仅产煤炭3243万t，1950年4292万t；1960年达到3.97亿t，1970年3.54亿t，1980年6.20亿t，1990年突破10亿t，1995年达到13.61亿t，1996年增加到13.96亿t，创历史最高年产量记录，占世界总产煤量46.07亿t的30%。

1997年由于东南亚金融危机和经济结构调整的影响，煤炭产量下降到13.73亿t。

中国煤炭产量分布很不均衡。

根据2007年的《大型煤炭基地煤炭资源、水资源和生态环境综合评价》，我国13个大型煤炭基地煤质优良，煤类齐全，约占全国保有资源储量的85%。

13个基地中有10个基地分布在干旱、半干旱地区，生态环境先天不足，煤炭开发将可能加速土地沙漠化、水土流失和破坏地下水系统，并造成环境污染。

13个大型煤炭基地规划总需水量296万立方米/日，现有供水能力152万立方米/日，缺水144万立方米/日。

除云贵、两淮基地水资源丰富以外，其余11个基地均缺水，到2020年，年需水约26亿立方米（日需水700万立方米、年缺水约12亿立方米、日缺水330万立方米）。

环境容量小的基地有4个，即晋北、晋中、神东、陕北煤炭基地；环境容量较小的基地有8个，即晋东、两淮、蒙东（东北）、、鲁西、宁东、冀中、黄陇煤炭基地；环境容量大的基地有1个，即云贵煤炭基地。

13个煤炭基地1500米以浅的预测资源总量为7819.40亿吨。

其中，小于1000米预测资源量为4106.77亿吨，占基地预测资源总量的52.52％；1000米～1500米预测资源量为3712.63亿吨，占基地预测资源总量的47.48％。

神东、云贵、晋中基地位居前3位，均超过千亿吨，其次是陕北751.17亿吨、晋东532.79亿吨、宁东377.70亿吨，其余7个基地均小于300亿吨。

三、中国煤炭分类

1958年，国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案，为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件，但在实践中也出现了一些问题。

在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上，为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点，达到更加合理地利用煤炭资源的目的，1986年，国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类。

这就是我国现行的煤炭分类国家标准。

首先按煤的挥发分，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤；对于褐煤和无烟煤，再分别按其煤化程度和工业利用的特点分为2个和3个小类；烟煤部分按挥发分>10%~20%、>20%~28%、28%~37和>37%的四个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。

关于烟煤粘结性，则按粘结指数G区分：

0~5为不粘结和微粘结煤；>5~20为弱粘结煤；>20~50为中等偏弱粘结煤；>50~65为中等偏强粘结煤；>65则为强粘结煤。

对于强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度Y>25mm或奥亚膨胀度b>150%（对于Vdaf>28%的烟煤，b>220%）的煤分为特强粘结煤。

在煤类的命名上，考虑到新旧分类的延续性，仍保留气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤8个煤类。

在烟煤类中，对G>85的煤需再测定胶质层最大厚度Y值或奥亚膨胀度B值来区分肥煤、气肥煤与其它烟煤类的界限。

当Y值大于25mm时，如Vdaf>37%，则划分为气肥煤。

如Vdaf<37%，则划分为肥煤。

如Y值<25mm，则按其Vdaf值的大小而划分为相应的其它煤类。

如Vdaf>37%，则应划分为气煤类，如Vdaf>28%--37%，则应划分为1/3焦煤，如Vdaf在于8%以下，则应划分为焦煤类。

这里需要指出的是，对G值大于100的煤来说，尤其是矿井或煤层若干样品的平均G值在100以上时，则一般可不测Y值而确定为肥煤或气肥煤类。

在我国的煤类分类国标中还规定，对G值大于85的烟煤，如果不测Y值，也可用奥亚膨胀度B值（%）来确定肥煤、气煤与其它煤类的界限，即对Vdaf<28%的煤，暂定b值>150%的为肥煤；对Vdaf>28%的煤，暂定b值>220%的为肥煤（当Vdaf值<37%时）或气肥煤（当Vdaf值>37%时）。

当按b值划分的煤类与按Y值划分的煤类有矛盾时，则以Y值确定的煤类为准。

因而在确定新分类的强粘结性煤的牌号时，可只测Y值而暂不测b值。

中国煤炭分类国家标准表

类别

缩写

分类指标

Vdaf%

Ymm

PM%

Qgr,maf

无烟煤

≤10

贫煤

>10.0-20.O

≤5

贫瘦煤

>10.O-20.O

>5-20

瘦煤

>10.0-20.0

>20-65

焦煤

>20.0-28.0

>10.0-20.0

>50-60

>65

≤25.0

（≤150）

肥煤

>10.0-37.0

（>85）

>25

1/3焦煤

1/3JM

>28.0-37.0

>65

<25.0

（<220）

气肥煤

>37.0

（>85）

>25.0

>220

气煤

>28.0-37.0

>37.0

>50-65

>35

≤25.0

（≤220）

1/2中粘煤

1/2ZN

>20.0-37.0

>30-50

弱粘煤

>20.0-37.0

>5-30

不粘煤

>20.0-37.0

≤5

长焰煤

>37.0

≤35

>50

褐煤

>37.0

≤30

>30-50

≤24

注：

a、G>85,再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其它煤炭，当Y>25.0mm时，应划分为肥煤或气肥煤，如Y<=25mm,则根据其Vdaf的大小而划分为相应的其它煤类。

按b值分类时，Vdaf<=28%,暂定b>150%的为肥煤，Vdaf>28%,暂定b>220%的为肥煤或气肥煤，如按b值和Y值划分的类别有矛盾时，以Y值划分的为准。

b、Vdaf>37%,G<=5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。

c、Vdaf>37%，PM>30%-50%的煤，再测Qgr,maf，如其值>24MJ/kg（5739cal/g），应划分为长焰煤。

煤炭分类总表

类别

符号

分类指标

Vdaf%

PM%

无烟煤

≤10.0

烟煤

>10.0

褐煤

>37.O

≤50

无烟煤分类表

类别

符号

数码

分类指标

Vdaf%

H*%

无烟煤一号

MY1

0-3.5

0-2.0

无烟煤二号

MY2

>3.5-6.5

>2.0-3.0

无烟煤三号

MY3

>6.5-10.0

>3.0

烟煤的分类表

类别

符号

数码

分类指标

Vdaf%

Ymm

贫煤

>10.0-20.0

≤5

贫瘦煤

>10.0-20.0

5-20

瘦煤

>10.0-20.0

>20-50

>50-65

焦煤

>10.0-20.0

>20.0-28.0

>65

>50-65

>65

≤25.0

（≤150）

肥煤

>10.0-20.0

>20.0-28.0

>28.0-37.0

（>85）

>25

（>150）

（>220）

1/3焦煤

1/3JM

>28.0-37.0

>65

≤25.0

（≤220）

气肥煤

>37.0

（>85）

>25.0

>220

气煤

>28.0-37.0

>37.0

>50-65

>35-50

>50-65

>65

≤25.0

（≤220）

1/2中粘煤

1/2ZN

>20.0-28.0

>28.0-37.0

>30-50

弱粘煤

>20.0-28.0

>28.0-37.0

>5-30

不粘煤

>20.0-28.0

>28.0-37.0

≤5

长焰煤

>37.0

≤5

>5-35

褐煤的分类表

类别

符号

数码

分类指标

PM%

Qgr,maf*（MJ/kg）

褐煤一号

HM1

>0-30

褐煤二号

HM2

>30-50

≤24

注：

1、*凡Vdaf>37.0%、PM>30%-50%的为煤，如Qgr,maf大于MJ/kg（5739cal/g）,则划分为长焰煤。

2、数码中的十位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度高；个位数表示黏结性，数字大表示黏结性强。

各种煤的特征及用途：

1．褐煤

它是煤化程度最低的煤。

其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。

多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。

一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。

2.长焰煤

它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。

可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。

3.不粘煤

它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。

主要用作制造煤气和民用或动力燃料。

4.弱粘煤

水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。

这种煤主要用作气化原料和动力燃料。

5.1/2中粘煤

它具有中等粘结性和中高挥发分。

可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。

6.气煤

挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。

能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。

故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。

7.气肥煤

它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。

最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的

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