中国煤层煤分类的研究

煤炭科学技术990112资源系统煤炭科学技术数字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO)COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYDIGITIZED PERIODICAL1999年第27卷第1期vol.27 No.1 1999中国煤层煤分类的研究陈鹏摘要阐述了煤的技术、商业分类与科学、成因分类的异同。采用镜质组随机反射率和发热量作为煤阶参数,镜质组含量作为组成参数,灰分作为品位参数,对煤层进行分类与命名表达。“煤层煤分类”与”中国煤炭分类"、”中国煤炭编码系统”共同构成中国煤分类的完整体系。关键词煤层煤分类 煤阶与组 成品位1概不论用哪-种方式勘探、开发和利用煤炭,都离不开煤的分类,这关系到能源与国民经济计划的宏观控制。各工业化国家根据本国煤炭生产、利用情况,相继制订了各国的煤分类方案。这些分类绝大多数以商业应用为目的,采用挥发分表征煤阶,用粘结性表征煤的主要工艺性质。随着国内和国际间煤炭需求量的增加,需要一个统-的煤层煤分类,来准确无误地交流煤炭储量和质量，以及统一煤炭资源、储量评价的统计口径。对各种自然界物质进行分类时,概括起来,需要遵循两个共同原则,第一是根据物质各种特性的异同,划分出自然类别(分类学) ;第二步是对划分出的类别加以命名表述。这是分类系统学的通常程序。根据对煤分类目的的不同,有科学/成因分类(即使是纯科学分类,通常也有实际用途)和实用分类两大类。通常为了评价一种产品的最终用途,需要测定该产品的特性、性质及其行为参数等，这里首先要明确区分分类参数与产品的技术条件有着不同含义、目的和要求。煤层煤分类是与煤炭勘探、开发和生产利用相衔接的一环,而用煤技术条件则是和市场中用户的用煤要求与用煤装备相衔接的。明确煤炭分类与用煤技术条件,两者既有联系又有区别这一点,对优选分类指标是十分重要的。此外,区分科学/成因分类与煤的技术/商业两大分类系统的异同也十分重要。明确这种区分,可以促进学科与各种煤炭应用领域的发展与进步。两大分类就其应用范围、对象和目的而言,都不尽一致。表1比较了两者的主要差别,同时说明现有国家煤分类、编码标准的情况。制订中国煤层煤分类国家标准的主要目的是提供一个与国际接轨的统-的尺度来评价和计算煤炭资源量与储量;煤层煤(科学/成因)分类并不是一种纯学科、理论式的分类,而是将煤层煤看作原生地质岩体的一种按自然属性的分类,可直接应用到煤层煤的利用领域，可应用到煤的开采、加工与利用。2分类参数与方法按照近代对煤知识的了解,有3个相对独立的基本参数即表中国煤化工MHCNMH。煤的显微组分组成和品位(包含矿物杂质的程度) , 对煤进行分类。农州山仅小向业分类、编码系统与煤层煤分类(科学/成因分类)选用分类参数的异同。fl///J凉熬挢ntkx99/mtkx9901990112.htm(第1/ 7页) 2010-3-234:16:54煤炭科学技术990112(1)煤阶。煤阶是煤最基本的性质,说明煤化作用深浅程度,国内地质工作者常用”煤级”。在工业应用.上挥发分是最常用的煤阶指标,尽管它不能很好地反映高挥发分煤的煤阶,但由于测定方法简便实用,有利于推广应用, 还一直作为各国煤工业分类中的主要指标。煤的镜质组反射率是表征煤化程度的重要指标。由于镜质组反射率不受煤岩显微组分的影响,成为度量煤阶的较好参数。从分子结构上看,它反映了煤的内部由芳香稠环化合物组成的核缩聚程度,尤其在烟煤阶段,指V dafS 30%时,镜质组反射率R是最理想的煤阶参数。即使高挥发分煤阶段,也不比其它指标差。国际上常用平均随机反射率( Rran )来表征煤阶。为便于和国际接轨,本标准也采用Rran来表征煤阶(图1)。表1中国煤的分类与编码系统项目技术/商业分类、编码科学/成因分类国家标准技术分类: GB5751- -86 中国煤炭分类;中国煤层煤分类商业编码: GB/T 16772- -1997(1)加工煤(筛分煤、洗选煤、各粒级煤) ;(1)煤视为有机沉积岩;(2)非单- -煤层煤或配煤;(2)煤层煤;应用范围(3)商品煤;(3)国际、国内煤炭资源储量统一计算(4)指导煤炭利用基础(1)技术分类:以利用为目的(燃烧、转化) ;(1)科学/成因为目的;目的(2)商业编码:国内贸易与进出口贸易;(2)计算资源量与储量统一基础;(3)煤利用过程的性质与行为特征;(3)统一不同国 家资源储量的统计与可靠计算;(4)对商品煤给出质量评价或类别(4)对煤层煤质量评价(1)人为制订分类编码系统;(1)自然系统;(2)数码或商业类别(牌号) ;(2)定性描述类别;方法(3)有限的参数,有时是不分类界;(3)有类别界限;(4)基于煤的化学性质或部分煤岩特征(4)分类参数主要基于煤岩特征，表2现行分类、 编码系统与煤层煤分类的分类参数指标中国煤炭分类| 中国煤炭编码系统(GB5751- -86)(GB16772- -1997)化学性质/ 组成水分x (低阶煤)灰分挥发分中国煤化工THCNM HG全硫发热量Xfl/7数摄rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第2/ 7页) 2010-3- 234:16:54煤炭科学技术990112氢|x (高阶无烟煤)焦油产率x (低阶煤)透光率物理/机械性质粘结指数x (中阶煤)膨胀度胶质层厚度煤岩相性质镜质组含量(vol%)镜质组反射率.x (中、高阶煤)这里,煤阶有两种不同的煤阶称谓与层次。- 种煤阶称谓有:低煤阶煤、中煤阶煤和高煤阶煤;煤阶100低煤阶煤中煤阶煤.高煤阶煤R 8080高镜质组煤60较高镜质组媒感怕60一感过40-尔40 中镜质组煤巢口长20-20 低镜质组煤R0-低阶i高阶次烟煤低阶中阶高阶烟高阶低阶中阶高阶褐煤I次烟煤无烟煤0.61.01.42.03.55.08.012024恒湿无灰基高位发热量Qg,n,/MJ.kg-'镜质组平均随机反射率Rgn/%高较|中底|分花花煤贫|S0 4030 2(灰分A g/%中国煤化工图1中国煤层煤分类MHCNM HGfl/7数摄rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第3/ 7页) 2010-3- 234:16:54煤炭科学技术990112另-种按习惯形象且常用的称谓有:褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤(参见图例)。次烟煤是国际上常设的一类介于褐煤与烟煤类间的过渡煤类, 它属于低煤阶煤。在我国现行“中国煤分类"中,没有设置"次烟煤”类别,造成中国与国际上对煤炭探明、可采储量统计上的混乱。国际上常将次烟煤和褐煤作专项,而烟煤和无烟煤(相当于欧洲传统上的硬煤)另作专项进行统计。由于我国现行类别设置与分类指标上偏离当前划分低煤阶煤的国际走向,造成对我国煤炭资源的储量误解。例如,过去人们常常认为中国的褐煤难以成型,或者称中国褐煤缺乏国外褐煤的典型特征,究其原因,就是将一大部分理应归属次烟煤的煤,划作褐煤,使这部分煤不能得到正确的评价,影响这些煤的合理利用与加工方式。因为在国内-旦划作褐煤,其开发程序相应变得更为严格,一定程度上降低了这些煤的开发利用或这些生产矿的经济效益。事实上,这些煤在北半球的煤炭储量中，占有相当比例,在国际上占有- -定的煤炭贸易量,由于次烟煤发热量较褐煤高，可以作为很好的动力煤,在工业加工利用上与就地消费、水分含量高的褐煤不尽相同。制订本标准过程中，有必要单独将”次烟煤”分类划出。据此,符合ran< 0.6% ,且Qgrmaf= 20~ 24 MJ/kg的次烟煤煤矿点,在国内如云南布沼坝、罗茨，山西繁峙,内蒙伊盟罕川台、酸刺沟,甘肃武川,山东黄县,广西百色、那龙、上思、南宁沙井、新洲等。增设次烟煤类后,将更有利于正确评价我国的低煤阶煤,用以选择适宜的加工利用途径,提高这类煤的经济价值,同时也将有利于国际间对煤炭资源进行统计与贸易，统一储量口径,便于对比与交流,并与国际煤分类接轨。参照国际煤层煤分类,在低煤阶煤内的另-层次是除Qgr.maf = 20 ~ 24MJkg划成次烟煤外,并以15 MJ/kg作为低阶褐煤与高阶褐煤的分界(参见图1)。即属于低煤阶煤的有次烟煤、高阶褐煤和低阶褐煤3个小类。对于中煤阶煤,即烟煤,按Rran=0.6%、1.0%、 1.4%及2.0%划分有低阶烟煤、中阶烟煤、高阶烟煤和超高阶烟煤。界值的确定: Rran为1.0%是 与镜质体具有最大荧光强度相关的特征点;ran = 1.4%表征该煤炼焦后所得焦炭的光学结构将由镶嵌结构向纤维状结构过渡的特征点;ram=2.0%是烟煤(中煤阶煤)到无烟煤(高煤阶煤)的分界点,意味着该分界点后,煤在受热后将不再出现膨胀现象。它与现行中国煤炭分类中V daF= 10%的分界点大致相当。在国际煤层煤分类中,相应的烟煤小类前缀分别加注有para, ortho, meta和per-。在译成中文时,低阶(para-) ,中阶(ortho-) ,高阶(meta-) ,对于(per-)前缀只能译作”超高阶”。对于无烟煤(高煤阶煤) , 以R ran=3.5%及5.0%为分界点,将无烟煤划分成低阶(para- )无烟煤,中阶( ortho )无烟煤,高阶(meta )无烟煤。R rar =5.0%是对应伊利石晶体结构变化的特征点,作为中阶无烟煤与高阶无烟煤的界值; R ,ran=3.5%界值是与无烟煤的点燃性能相关,当R ran 23.5%后,点燃该类无烟煤变得声加国骆至于煤 与非中国煤化工煤,即高阶无烟煤与半石墨的分界值为R ran≤8% (> 8%为半石LYHCNMH G(2)组成。据GB/T 15588 1995"烟煤显微组分分类”及GB 8899 88”煤的显微组分和矿物mkt99/mkx990199112.htm (第4/ 7页) 2010-3- 234:16:54煤炭科学技术990112的测定方法”,将煤划分成四个显微组分组:镜质组,半镜质组,惰质组和壳质组,分别以V , SV , I和E为代号。考虑到V与煤工业分析中的挥发分V容易产生混淆,本标准中镜质组以V表示。其分类依据是按煤中有机成分在显微镜下的颜色、突起、反射力、结构、形态特性、成因及物理、化学和工艺性质的差异而加以确定。但是在国际标准ISO 7407:3-1994" 烟煤与无烟煤的煤岩分析方法:第三部分一显 微组分组成的测定方法”中，则没有”半镜质组”这个组别,而采用”三分法”, 即按V t I及E(vol,dmmf%)分组。为此,在统计测定煤中Vt%时,按我国现行标准测定V {%)的测值数据可能较国际标准值低,可能将原属”较高镜质组含量”煤,误认为属于”中等镜质组含量”煤等等,而无法与国际煤炭资源与储量相对比。为了避免对我国煤炭资源中镜质组含量的测值产生负面影响,规定采用ISO7407:3对镜质组含量进行测定,来解决与国际接轨问题。针对上述情况,建议参照国际标准,从速对我国现行相关标准进行修改,将习惯采用的”四分法”, 改成”三分法”, 以便与国际煤炭资源、储量的统计口径相- - -致。煤的显微组分组成作为分类参数存在测值重复性与重现性较差的缺陷。煤层煤分类中三个参数的重复性允许差列见表3,由表列允许差可见, V (vol, %)的实验室内重复性测值允许差高达土6%。作为分类参数,期望有如下要求:①良好的重复性与重现性;②适当的精度;③主观因素少,客观性强;④具有良好的可信度与区分性;⑤操作简易方便;⑥仪器价廉易于购置;⑦具有测试自动化的潜力,使之尽量减少主观因素并降低试验费用,节省开支。考虑到显微组分测值误差较大的实际,以及煤中镜质组含量与惰质组和稳定组含量(无矿物质基)之和为100% , 即测值互补( V+I+E=100%)。在选定”组成”参数时,单独以无矿物质基煤中镜质组含量(V %)为分类指标,以贯穿”科学、简明、可行”的原则。表3煤层煤分类参数的测值重复性允许差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,其显微组成:士6%<10% 2.0%10% ~ 30% 3.0%30% ~ 60% 4.0%60%中国煤化工>9JMHCNM HGfl/7数摄rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第5/ 7页) 2010-3- 234:16:54煤炭科学技术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%从中国煤质特征的情况看,用单一镜质组作组成参数是具有缺陷的。石炭纪煤通.常都是以镜质组为主要组成,V含量决定着煤的诸多性质;但对于侏罗纪等煤来说,非镜质组的含量相对较高，且部分惰质组(按三分法)可能具有”活性”( 指煤受热后,可能部分能转成塑性体)。这一现象,对于南半球的冈瓦纳区域的稳定台地煤更为明显。这也说明即便全部显微组分的含量都作分类参数,亦难以解决”组成”内在性质的复杂性。着眼于简单明了地区分”组成”, 认为采用V单一参数来划分是可取的,并以Vt> 80%、60% ~ 80%、40% ~ 60%以及<40%分别命名成高镜质组含量;较高镜质组含量;中等镜质组含量及低镜质组含量四个小类。(3)品位。通常以煤中矿物杂质含量来表征煤的品位。国内煤质化验例常分析中很少对矿物质含量进行直接检测，习惯上用灰分产率来替代煤中矿物质含量。本标准从例常习惯,以灰分, Ag%来表征煤的”品位”, 各种品位煤描述及其分界点与GB/T15224.1- 94煤炭质量分级一-煤 炭灰分分级的规定相同。Ad≤10%者称之为低灰分煤; >10%到≤20%的称低中灰分煤; >20%到≤30%称中灰分煤; >30%到≤40%称较高灰分煤, >40%至≤50%的煤称为高灰分煤;考虑到Ad> 50%的碳质岩尚可应用于流化床燃烧, >50%到≤80%称之为碳质岩, > 80%者谓岩石。> 50%者称之碳质岩,不属煤的范畴。(4)煤层煤分类的称谓与命名表述。在冠名时以褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤作煤类别的主体词。前缀属性为形容词,顺序以品位、显微组分组成及煤阶依次排列。首先要确定该煤的煤阶，用Rran等于、大于或小于0.6%以及Qgrma是否大于等于24 MJ/kg来划定煤的类别。再根据相应灰分和镜质组含量多少,冠以所对应的小类称谓。例如中灰分、高镜质组、高阶褐煤;较高灰分、中等镜质组、中阶烟煤等。3结语以”科学、简明、可行”的原则，参照联合国欧洲经济委员会"煤层煤分类”的主要技术内容,以镜质组反射率和发热量作煤阶参数;采用镜质组含量作为显微组分组成参数;采用灰分作品位参数对煤进行分类与命名。这将有利于国际间交流煤炭资源、储量信息,便于与国际上对煤炭资源的质量及储量统计系统接轨;在国内,填补分类系统的空白,与现行”中国煤炭分类”及”中国煤炭编码系统”二个国家标准互为补充,同时执行,使中国煤炭分类、编码系统形成--个完整体系。作者简介陈鹏1934年生,教授、博士生导师, 1956中国煤化化工系,曾获国家级、省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项、三i认7支论文170多篇,现在煤炭科学研究总院煤化学研究所从事科学研究工作。地址:北京市和平fl// 7方熬摄/mtkx99/mtkx9901990112.htm (第6/ 7页) 2010-3-234:16:54煤炭科学技术990112里,邮码: 100013。作者单位:煤炭科学研究总院北京煤化学研究所(收稿日期: 1998-02-01 ;责任编辑:赵志军)中国煤化工MHCNM HGfl/7数摄rmtkx99/mtkx9901990112.htm (第7/ 7页) 2010-3- 234:16:54