煤炭科學技術990112資源系統(tǒng)煤炭科學技術數(shù)字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO)COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYDIGITIZED PERIODICAL1999年第27卷第1期vol.27 No.1 1999中國煤層煤分類的研究陳鵬摘要闡述了煤的技術、商業(yè)分類與科學、成因分類的異同。采用鏡質組隨機反射率和發(fā)熱量作為煤階參數(shù),鏡質組含量作為組成參數(shù),灰分作為品位參數(shù),對煤層進行分類與命名表達?！懊簩用悍诸悺迸c”中國煤炭分類"、”中國煤炭編碼系統(tǒng)”共同構成中國煤分類的完整體系。關鍵詞煤層煤分類 煤階與組 成品位1概不論用哪-種方式勘探、開發(fā)和利用煤炭,都離不開煤的分類,這關系到能源與國民經濟計劃的宏觀控制。各工業(yè)化國家根據(jù)本國煤炭生產、利用情況,相繼制訂了各國的煤分類方案。這些分類絕大多數(shù)以商業(yè)應用為目的,采用揮發(fā)分表征煤階,用粘結性表征煤的主要工藝性質。隨著國內和國際間煤炭需求量的增加,需要一個統(tǒng)-的煤層煤分類,來準確無誤地交流煤炭儲量和質量，以及統(tǒng)一煤炭資源、儲量評價的統(tǒng)計口徑。對各種自然界物質進行分類時,概括起來,需要遵循兩個共同原則,第一是根據(jù)物質各種特性的異同,劃分出自然類別(分類學) ;第二步是對劃分出的類別加以命名表述。這是分類系統(tǒng)學的通常程序。根據(jù)對煤分類目的的不同,有科學/成因分類(即使是純科學分類,通常也有實際用途)和實用分類兩大類。通常為了評價一種產品的最終用途,需要測定該產品的特性、性質及其行為參數(shù)等，這里首先要明確區(qū)分分類參數(shù)與產品的技術條件有著不同含義、目的和要求。煤層煤分類是與煤炭勘探、開發(fā)和生產利用相銜接的一環(huán),而用煤技術條件則是和市場中用戶的用煤要求與用煤裝備相銜接的。明確煤炭分類與用煤技術條件,兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別這一點,對優(yōu)選分類指標是十分重要的。此外,區(qū)分科學/成因分類與煤的技術/商業(yè)兩大分類系統(tǒng)的異同也十分重要。明確這種區(qū)分,可以促進學科與各種煤炭應用領域的發(fā)展與進步。兩大分類就其應用范圍、對象和目的而言,都不盡一致。表1比較了兩者的主要差別,同時說明現(xiàn)有國家煤分類、編碼標準的情況。制訂中國煤層煤分類國家標準的主要目的是提供一個與國際接軌的統(tǒng)-的尺度來評價和計算煤炭資源量與儲量;煤層煤(科學/成因)分類并不是一種純學科、理論式的分類,而是將煤層煤看作原生地質巖體的一種按自然屬性的分類,可直接應用到煤層煤的利用領域，可應用到煤的開采、加工與利用。2分類參數(shù)與方法按照近代對煤知識的了解,有3個相對獨立的基本參數(shù)即表中國煤化工MHCNMH。煤的顯微組分組成和品位(包含礦物雜質的程度) , 對煤進行分類。農州山僅小向業(yè)分類、編碼系統(tǒng)與煤層煤分類(科學/成因分類)選用分類參數(shù)的異同。fl///J涼熬撟ntkx99/mtkx9901990112.htm(第1/ 7頁) 2010-3-234:16:54煤炭科學技術990112(1)煤階。煤階是煤最基本的性質,說明煤化作用深淺程度,國內地質工作者常用”煤級”。在工業(yè)應用.上揮發(fā)分是最常用的煤階指標,盡管它不能很好地反映高揮發(fā)分煤的煤階,但由于測定方法簡便實用,有利于推廣應用, 還一直作為各國煤工業(yè)分類中的主要指標。煤的鏡質組反射率是表征煤化程度的重要指標。由于鏡質組反射率不受煤巖顯微組分的影響,成為度量煤階的較好參數(shù)。從分子結構上看,它反映了煤的內部由芳香稠環(huán)化合物組成的核縮聚程度,尤其在煙煤階段,指V dafS 30%時,鏡質組反射率R是最理想的煤階參數(shù)。即使高揮發(fā)分煤階段,也不比其它指標差。國際上常用平均隨機反射率( Rran )來表征煤階。為便于和國際接軌,本標準也采用Rran來表征煤階(圖1)。表1中國煤的分類與編碼系統(tǒng)項目技術/商業(yè)分類、編碼科學/成因分類國家標準技術分類: GB5751- -86 中國煤炭分類;中國煤層煤分類商業(yè)編碼: GB/T 16772- -1997(1)加工煤(篩分煤、洗選煤、各粒級煤) ;(1)煤視為有機沉積巖;(2)非單- -煤層煤或配煤;(2)煤層煤;應用范圍(3)商品煤;(3)國際、國內煤炭資源儲量統(tǒng)一計算(4)指導煤炭利用基礎(1)技術分類:以利用為目的(燃燒、轉化) ;(1)科學/成因為目的;目的(2)商業(yè)編碼:國內貿易與進出口貿易;(2)計算資源量與儲量統(tǒng)一基礎;(3)煤利用過程的性質與行為特征;(3)統(tǒng)一不同國 家資源儲量的統(tǒng)計與可靠計算;(4)對商品煤給出質量評價或類別(4)對煤層煤質量評價(1)人為制訂分類編碼系統(tǒng);(1)自然系統(tǒng);(2)數(shù)碼或商業(yè)類別(牌號) ;(2)定性描述類別;方法(3)有限的參數(shù),有時是不分類界;(3)有類別界限;(4)基于煤的化學性質或部分煤巖特征(4)分類參數(shù)主要基于煤巖特征，表2現(xiàn)行分類、 編碼系統(tǒng)與煤層煤分類的分類參數(shù)指標中國煤炭分類| 中國煤炭編碼系統(tǒng)(GB5751- -86)(GB16772- -1997)化學性質/ 組成水分x (低階煤)灰分揮發(fā)分中國煤化工THCNM HG全硫發(fā)熱量Xfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第2/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學技術990112氫|x (高階無煙煤)焦油產率x (低階煤)透光率物理/機械性質粘結指數(shù)x (中階煤)膨脹度膠質層厚度煤巖相性質鏡質組含量(vol%)鏡質組反射率.x (中、高階煤)這里,煤階有兩種不同的煤階稱謂與層次。- 種煤階稱謂有:低煤階煤、中煤階煤和高煤階煤;煤階100低煤階煤中煤階煤.高煤階煤R 8080高鏡質組煤60較高鏡質組媒感怕60一感過40-爾40 中鏡質組煤巢口長20-20 低鏡質組煤R0-低階i高階次煙煤低階中階高階煙高階低階中階高階褐煤I次煙煤無煙煤0.61.01.42.03.55.08.012024恒濕無灰基高位發(fā)熱量Qg,n,/MJ.kg-'鏡質組平均隨機反射率Rgn/%高較|中底|分花花煤貧|S0 4030 2(灰分A g/%中國煤化工圖1中國煤層煤分類MHCNM HGfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第3/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學技術990112另-種按習慣形象且常用的稱謂有:褐煤、次煙煤、煙煤和無煙煤(參見圖例)。次煙煤是國際上常設的一類介于褐煤與煙煤類間的過渡煤類, 它屬于低煤階煤。在我國現(xiàn)行“中國煤分類"中,沒有設置"次煙煤”類別,造成中國與國際上對煤炭探明、可采儲量統(tǒng)計上的混亂。國際上常將次煙煤和褐煤作專項,而煙煤和無煙煤(相當于歐洲傳統(tǒng)上的硬煤)另作專項進行統(tǒng)計。由于我國現(xiàn)行類別設置與分類指標上偏離當前劃分低煤階煤的國際走向,造成對我國煤炭資源的儲量誤解。例如,過去人們常常認為中國的褐煤難以成型,或者稱中國褐煤缺乏國外褐煤的典型特征,究其原因,就是將一大部分理應歸屬次煙煤的煤,劃作褐煤,使這部分煤不能得到正確的評價,影響這些煤的合理利用與加工方式。因為在國內-旦劃作褐煤,其開發(fā)程序相應變得更為嚴格,一定程度上降低了這些煤的開發(fā)利用或這些生產礦的經濟效益。事實上,這些煤在北半球的煤炭儲量中，占有相當比例,在國際上占有- -定的煤炭貿易量,由于次煙煤發(fā)熱量較褐煤高，可以作為很好的動力煤,在工業(yè)加工利用上與就地消費、水分含量高的褐煤不盡相同。制訂本標準過程中，有必要單獨將”次煙煤”分類劃出。據(jù)此,符合ran< 0.6% ,且Qgrmaf= 20~ 24 MJ/kg的次煙煤煤礦點,在國內如云南布沼壩、羅茨，山西繁峙,內蒙伊盟罕川臺、酸刺溝,甘肅武川,山東黃縣,廣西百色、那龍、上思、南寧沙井、新洲等。增設次煙煤類后,將更有利于正確評價我國的低煤階煤,用以選擇適宜的加工利用途徑,提高這類煤的經濟價值,同時也將有利于國際間對煤炭資源進行統(tǒng)計與貿易，統(tǒng)一儲量口徑,便于對比與交流,并與國際煤分類接軌。參照國際煤層煤分類,在低煤階煤內的另-層次是除Qgr.maf = 20 ~ 24MJkg劃成次煙煤外,并以15 MJ/kg作為低階褐煤與高階褐煤的分界(參見圖1)。即屬于低煤階煤的有次煙煤、高階褐煤和低階褐煤3個小類。對于中煤階煤,即煙煤,按Rran=0.6%、1.0%、 1.4%及2.0%劃分有低階煙煤、中階煙煤、高階煙煤和超高階煙煤。界值的確定: Rran為1.0%是 與鏡質體具有最大熒光強度相關的特征點;ran = 1.4%表征該煤煉焦后所得焦炭的光學結構將由鑲嵌結構向纖維狀結構過渡的特征點;ram=2.0%是煙煤(中煤階煤)到無煙煤(高煤階煤)的分界點,意味著該分界點后,煤在受熱后將不再出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。它與現(xiàn)行中國煤炭分類中V daF= 10%的分界點大致相當。在國際煤層煤分類中,相應的煙煤小類前綴分別加注有para, ortho, meta和per-。在譯成中文時,低階(para-) ,中階(ortho-) ,高階(meta-) ,對于(per-)前綴只能譯作”超高階”。對于無煙煤(高煤階煤) , 以R ran=3.5%及5.0%為分界點,將無煙煤劃分成低階(para- )無煙煤,中階( ortho )無煙煤,高階(meta )無煙煤。R rar =5.0%是對應伊利石晶體結構變化的特征點,作為中階無煙煤與高階無煙煤的界值; R ,ran=3.5%界值是與無煙煤的點燃性能相關,當R ran 23.5%后,點燃該類無煙煤變得聲加國駱至于煤 與非中國煤化工煤,即高階無煙煤與半石墨的分界值為R ran≤8% (> 8%為半石LYHCNMH G(2)組成。據(jù)GB/T 15588 1995"煙煤顯微組分分類”及GB 8899 88”煤的顯微組分和礦物mkt99/mkx990199112.htm (第4/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學技術990112的測定方法”,將煤劃分成四個顯微組分組:鏡質組,半鏡質組,惰質組和殼質組,分別以V , SV , I和E為代號。考慮到V與煤工業(yè)分析中的揮發(fā)分V容易產生混淆,本標準中鏡質組以V表示。其分類依據(jù)是按煤中有機成分在顯微鏡下的顏色、突起、反射力、結構、形態(tài)特性、成因及物理、化學和工藝性質的差異而加以確定。但是在國際標準ISO 7407:3-1994" 煙煤與無煙煤的煤巖分析方法:第三部分一顯 微組分組成的測定方法”中，則沒有”半鏡質組”這個組別,而采用”三分法”, 即按V t I及E(vol,dmmf%)分組。為此,在統(tǒng)計測定煤中Vt%時,按我國現(xiàn)行標準測定V {%)的測值數(shù)據(jù)可能較國際標準值低,可能將原屬”較高鏡質組含量”煤,誤認為屬于”中等鏡質組含量”煤等等,而無法與國際煤炭資源與儲量相對比。為了避免對我國煤炭資源中鏡質組含量的測值產生負面影響,規(guī)定采用ISO7407:3對鏡質組含量進行測定,來解決與國際接軌問題。針對上述情況,建議參照國際標準,從速對我國現(xiàn)行相關標準進行修改,將習慣采用的”四分法”, 改成”三分法”, 以便與國際煤炭資源、儲量的統(tǒng)計口徑相- - -致。煤的顯微組分組成作為分類參數(shù)存在測值重復性與重現(xiàn)性較差的缺陷。煤層煤分類中三個參數(shù)的重復性允許差列見表3,由表列允許差可見, V (vol, %)的實驗室內重復性測值允許差高達土6%。作為分類參數(shù),期望有如下要求:①良好的重復性與重現(xiàn)性;②適當?shù)木?③主觀因素少,客觀性強;④具有良好的可信度與區(qū)分性;⑤操作簡易方便;⑥儀器價廉易于購置;⑦具有測試自動化的潛力,使之盡量減少主觀因素并降低試驗費用,節(jié)省開支?？紤]到顯微組分測值誤差較大的實際,以及煤中鏡質組含量與惰質組和穩(wěn)定組含量(無礦物質基)之和為100% , 即測值互補( V+I+E=100%)。在選定”組成”參數(shù)時,單獨以無礦物質基煤中鏡質組含量(V %)為分類指標,以貫穿”科學、簡明、可行”的原則。表3煤層煤分類參數(shù)的測值重復性允許差Rv,max/%ISO 7403:5 (1994)G B6948- 86士0.06%<1.0%土0.03%1.0%~ 1.9%+ 0.03%~士0.04%1.9% ~ 2.5%土0.06%2.5% ~ 4.0%士0.09%>4.0%土0.14% ，Vt/%ISO 7403:3(1994)GB8899-88,其顯微組成:士6%<10% 2.0%10% ~ 30% 3.0%30% ~ 60% 4.0%60%中國煤化工>9JMHCNM HGfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第5/ 7頁) 2010-3- 234:16:54煤炭科學技術990112Ag/%ISO 1171(1981)GB/T 212- 1996< 10% 0.2%<15% 0.2%|> 10%士2%的平均值15% ~ 30% 0.3%>30% 0.5%從中國煤質特征的情況看,用單一鏡質組作組成參數(shù)是具有缺陷的。石炭紀煤通.常都是以鏡質組為主要組成,V含量決定著煤的諸多性質;但對于侏羅紀等煤來說,非鏡質組的含量相對較高，且部分惰質組(按三分法)可能具有”活性”( 指煤受熱后,可能部分能轉成塑性體)。這一現(xiàn)象,對于南半球的岡瓦納區(qū)域的穩(wěn)定臺地煤更為明顯。這也說明即便全部顯微組分的含量都作分類參數(shù),亦難以解決”組成”內在性質的復雜性。著眼于簡單明了地區(qū)分”組成”, 認為采用V單一參數(shù)來劃分是可取的,并以Vt> 80%、60% ~ 80%、40% ~ 60%以及<40%分別命名成高鏡質組含量;較高鏡質組含量;中等鏡質組含量及低鏡質組含量四個小類。(3)品位。通常以煤中礦物雜質含量來表征煤的品位。國內煤質化驗例常分析中很少對礦物質含量進行直接檢測，習慣上用灰分產率來替代煤中礦物質含量。本標準從例常習慣,以灰分, Ag%來表征煤的”品位”, 各種品位煤描述及其分界點與GB/T15224.1- 94煤炭質量分級一-煤 炭灰分分級的規(guī)定相同。Ad≤10%者稱之為低灰分煤; >10%到≤20%的稱低中灰分煤; >20%到≤30%稱中灰分煤; >30%到≤40%稱較高灰分煤, >40%至≤50%的煤稱為高灰分煤;考慮到Ad> 50%的碳質巖尚可應用于流化床燃燒, >50%到≤80%稱之為碳質巖, > 80%者謂巖石。> 50%者稱之碳質巖,不屬煤的范疇。(4)煤層煤分類的稱謂與命名表述。在冠名時以褐煤、次煙煤、煙煤和無煙煤作煤類別的主體詞。前綴屬性為形容詞,順序以品位、顯微組分組成及煤階依次排列。首先要確定該煤的煤階，用Rran等于、大于或小于0.6%以及Qgrma是否大于等于24 MJ/kg來劃定煤的類別。再根據(jù)相應灰分和鏡質組含量多少,冠以所對應的小類稱謂。例如中灰分、高鏡質組、高階褐煤;較高灰分、中等鏡質組、中階煙煤等。3結語以”科學、簡明、可行”的原則，參照聯(lián)合國歐洲經濟委員會"煤層煤分類”的主要技術內容,以鏡質組反射率和發(fā)熱量作煤階參數(shù);采用鏡質組含量作為顯微組分組成參數(shù);采用灰分作品位參數(shù)對煤進行分類與命名。這將有利于國際間交流煤炭資源、儲量信息,便于與國際上對煤炭資源的質量及儲量統(tǒng)計系統(tǒng)接軌;在國內,填補分類系統(tǒng)的空白,與現(xiàn)行”中國煤炭分類”及”中國煤炭編碼系統(tǒng)”二個國家標準互為補充,同時執(zhí)行,使中國煤炭分類、編碼系統(tǒng)形成--個完整體系。作者簡介陳鵬1934年生,教授、博士生導師, 1956中國煤化化工系,曾獲國家級、省部級科技進步一等獎1項、二等獎3項、三i認7支論文170多篇,現(xiàn)在煤炭科學研究總院煤化學研究所從事科學研究工作。地址:北京市和平fl// 7方熬攝/mtkx99/mtkx9901990112.htm (第6/ 7頁) 2010-3-234:16:54煤炭科學技術990112里,郵碼: 100013。作者單位:煤炭科學研究總院北京煤化學研究所(收稿日期: 1998-02-01 ;責任編輯:趙志軍)中國煤化工MHCNM HGfl/7數(shù)攝rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第7/ 7頁) 2010-3- 234:16:54