煤巖學(xué)研究新進(jìn)展

1、煤巖學(xué)研究進(jìn)展煤巖學(xué)是把煤作為有機(jī)巖石，以物理方法為主研究煤的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、成因及合理利用的學(xué)科。是煤地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支。1924年,r.波托涅在普通煤巖學(xué)概論中第一次使用煤巖學(xué)一詞。顯微鏡下研究煤是煤巖學(xué)的主要手段。根據(jù)煤巖學(xué)理論，煤的不均一性主要表現(xiàn)在它是由多種性質(zhì)不同的顯微組分組成的，這些顯微組分的不同組合就造就了煤在外表形態(tài)、光學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)的不同，也造就了煤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及顯微結(jié)構(gòu)上的差異。由于煤巖學(xué)在研究煤炭物質(zhì)的成因、性質(zhì)及其加工利用等方面有著獨(dú)特的，其它學(xué)科不能代替的作用，而且在實(shí)踐和理論兩方面已經(jīng)并正在取得越來越重要的成果，因此煤巖學(xué)在世界各國(guó)獲得了廣泛發(fā)展。1

2、. 煤巖學(xué)研究發(fā)展史我國(guó)煤巖學(xué)研究始于上世紀(jì)三十年代，早期的煤巖學(xué)研究涉及的面較廣，區(qū)域煤巖學(xué)方面，既研究了華北的煤，也研究了西南和南方的煤的顯微結(jié)構(gòu)，既研究了煙煤，也研究了無煙煤。在應(yīng)用煤巖學(xué)方面，一是對(duì)煤物質(zhì)的成因及其地質(zhì)意義進(jìn)行一些探索；二是對(duì)煤物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及其在碳化過程中的結(jié)焦性進(jìn)行了分析測(cè)試，在普通煤巖學(xué)方面，主要是開展煤的薄光片和光片光面腐蝕等技術(shù)的試驗(yàn)研究。之前的研究成果對(duì)以后我國(guó)煤巖學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。方法試驗(yàn)、規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)工作在五十年代中期主要是煤巖采樣與系統(tǒng)鑒定有關(guān)的工作方法總結(jié)、煤片(塊煤薄片和光片)磨制及定量項(xiàng)目的劃分等，自后期至六十年代初期則集

3、中于與煤磚光片有關(guān)的磨制、定量項(xiàng)目和方法的研究，并開展了重液分離、熒光分析、苯提取物消光度、貝瑞克光度計(jì)以及煤的顯微硬度測(cè)定等方法的初步試驗(yàn)。七十年代以來，主要開展了用各種儀器方法測(cè)煤的反射率的試驗(yàn)研究以及煤磚光片磨制和光潔度劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步研究了煤的旋轉(zhuǎn)角、顯微硬度和熒光分析方法及其應(yīng)用前景。隨后，掃描電鏡也開始應(yīng)用于煤巖學(xué)領(lǐng)域。用掃描電鏡研究褐煤的凝膠化程度、植物解剖結(jié)構(gòu)(超微結(jié)構(gòu))和加氫液化的反應(yīng)性，效果良好。煤巖學(xué)的發(fā)展也不是一帆風(fēng)順的，其發(fā)展歷程中也經(jīng)歷過低迷時(shí)期，但由于煤炭在能源工業(yè)中舉足輕重的地位，使得煤巖學(xué)的研究不斷向前發(fā)展，取得了豐碩的成果。2. 煤巖學(xué)的研究方法作為評(píng)定煤質(zhì)

4、的研究方法，煤巖學(xué)研究主要有宏觀研究法和微觀研究法。宏觀研究法基于煤的顏色、條痕、光澤斷口、脆度和硬度等劃分煤的宏觀類型；微觀研究法主要是借助于光學(xué)顯微鏡研究煤的顯微結(jié)構(gòu)和組成。顯微鏡下研究煤是煤巖學(xué)的主要手段，煤的顯微組分、顯微類型和煤化作用是煤巖學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容，應(yīng)用煤巖學(xué)方法確定的煤巖組成、煤化程度是評(píng)定煤的性質(zhì)和用途的重要依據(jù)。用煤巖成分評(píng)定煉焦用煤的質(zhì)量，用惰性成分含量和反射率指導(dǎo)配煤。煤巖學(xué)提出了活性組分和惰性組分的概念，并按鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組及礦物對(duì)顯微組分進(jìn)行分類和定量統(tǒng)計(jì)分析。一般情況下，鏡質(zhì)組隨著煤變質(zhì)程度的增高而增高，殼質(zhì)組則逐漸減少，而惰質(zhì)組沒有一定的傾向

5、。對(duì)揮發(fā)分來說，隨著變質(zhì)程度的增高，所用微觀煤巖組分的揮發(fā)分都隨之減少。在變質(zhì)程度相同時(shí)，一般殼質(zhì)組的揮發(fā)分最高，鏡質(zhì)組居中，惰質(zhì)組最低；微觀煤巖組分含量比例的多少對(duì)煤的利用是十分重要的，因?yàn)橄嗤冑|(zhì)程度的煤也會(huì)因?yàn)槲⒂^組分所含比例不同而表現(xiàn)出完全不同的性質(zhì)；一般惰質(zhì)組的反射率最高，鏡質(zhì)組居中，殼質(zhì)組最低，并隨變質(zhì)程度的增高其差別逐漸縮小，最后幾乎趨于一致。鏡質(zhì)組反射率隨著變質(zhì)程度的增高而增高，而且鏡質(zhì)組的反射率受煤變質(zhì)作用的影響比較靈敏1。3.煤巖學(xué)的應(yīng)用隨著煤巖學(xué)研究的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。（1）煤成因研究：煤巖研究證明，煤是遠(yuǎn)古植物遺體演變而來，成煤環(huán)境亦可以煤巖組分、形態(tài)變

6、化、組合規(guī)律及所含礦物質(zhì)等特征得到反映。如山西煤田地質(zhì)研究所葛銀堂等，通過對(duì)大同煤田燕子山勘探區(qū)的煤巖研究，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)分析，認(rèn)為該區(qū)石炭二疊紀(jì)煤層主要由石松、楔葉及部分淺水草本植物形成，古地理環(huán)境基本為濱海沖積平原，并以森林沼澤為主，顯示微異地型泥炭堆積。該區(qū)侏羅紀(jì)煤層則主要由被子植物，如蘇鐵、本內(nèi)蘇鐵及松柏類組成，沉積于內(nèi)陸湖盆森林沼澤環(huán)境，泥炭堆積方式為原地型2。（2）煤層對(duì)比：因受成煤物質(zhì)及環(huán)境條件影響，不同煤層的煤巖組分、煤巖類型及其他煤巖特點(diǎn)，均有所不同，從而成為重要對(duì)比標(biāo)志。同一煤層中，各顯微組分含量比例穩(wěn)定，而不同煤層，則差別甚大。煤中礦物種類及含量比，也顯示這種特點(diǎn)。以此為標(biāo)

7、志對(duì)比煤層，效果良好。（3）預(yù)測(cè)煤化學(xué)工藝性能：測(cè)試表明，煤化學(xué)工藝性能與煤巖特征密切相關(guān)。通過鑒定煤巖組分、類型等特征，可判斷煤化學(xué)工藝性能，進(jìn)而預(yù)測(cè)煤類。（4）評(píng)價(jià)煤可選性：煤可選性一般通過在個(gè)別點(diǎn)采大樣，進(jìn)行篩分浮沉試驗(yàn)確定。這樣工作量大，成本高，效果也不一定好。煤巖學(xué)為此開辟另一途徑。即在顯微鏡下，觀察一定粒度煤磚光片，測(cè)定其中礦物雜質(zhì)百分比，由此分出精煤、中煤，并按中煤含量評(píng)價(jià)可選性。此法簡(jiǎn)便易行，成本低，采樣點(diǎn)多，代表性強(qiáng)。（5）煉焦工業(yè)應(yīng)用：焦炭是冶金工業(yè)重要原料。為生產(chǎn)合格焦炭，煉焦配煤是重要環(huán)節(jié)。在從經(jīng)驗(yàn)配煤向科學(xué)配煤過渡進(jìn)而預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量的過程中，煤巖學(xué)起到重大作用。（6）用

8、于煤成油氣研究：煤巖學(xué)在預(yù)測(cè)煤層氣分布和評(píng)價(jià)煤產(chǎn)氣能力方面也具有巨大的功能。不同煤巖組分產(chǎn)氣量不同，殼質(zhì)組最高，鏡質(zhì)組次之，惰性組最低。在肥至無煙煤階段，殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組產(chǎn)甲烷量之比分別為3.3:2:1。鑒于有些煤巖組分，特別是樹皮煤有較強(qiáng)的生油能力，因此煤巖學(xué)又可用于煤成油研究。（7）指導(dǎo)找礦：煤巖學(xué)研究既涉及煤的有機(jī)組分，也包括煤中礦物。由于成煤期間某些特殊地球化學(xué)作用影響，使一些礦物或稀散元素得以富集，甚至達(dá)到可工業(yè)利用程度。因此煤巖研究又可成為一種找礦手段。（8）指導(dǎo)礦井地質(zhì)工作：利用煤巖對(duì)比，還可判斷中小斷層性質(zhì)、斷距，為尋找斷失煤層指明方向。在特厚煤層開采中，利用煤巖對(duì)比，可

9、確定巷道所處位置。（9）其他應(yīng)用：當(dāng)前煤巖學(xué)應(yīng)用途徑還在繼續(xù)開發(fā)中。如將鏡質(zhì)組反射率分布圖用于判別商品煤質(zhì)量，確定配煤級(jí)和混合比及煤分類，效果良好，促進(jìn)了國(guó)際煤炭貿(mào)易和科技交流。由于煤巖特征影響著煤利用價(jià)值，故煤巖學(xué)研究又可為煤加工利用指出方向。在煤雕合理選料方面，煤巖學(xué)也能發(fā)揮指導(dǎo)作用1、3。4. 煤巖學(xué)研究的新進(jìn)展 隨著煤巖學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其再某些領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷的深化。王翠萍（2012）探討了煤巖成分與焦炭結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提出不同煤種的鏡質(zhì)組含量不同，肥煤最高，氣煤最低。不同煤種鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組性質(zhì)差異很大且與焦炭顯微結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。氣煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成各向同性的焦炭結(jié)構(gòu)；

10、肥煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成粗粒鑲嵌的焦炭結(jié)構(gòu)；焦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成細(xì)粒鑲嵌的焦炭結(jié)構(gòu)；焦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成流動(dòng)型焦炭結(jié)構(gòu)；瘦煤的鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，主要形成片狀的焦炭結(jié)構(gòu)。煤巖學(xué)在煉焦配煤方面的應(yīng)用4具有重要的意義，鄭海蘭，蘭正宏等（2012）研究了煤巖分析在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用，得出根據(jù)煤巖分析結(jié)果可準(zhǔn)確判斷進(jìn)廠煤的煤種、煤質(zhì)，其中與以工業(yè)分析指標(biāo)確定的煤種有差別的進(jìn)廠煤，其影響因素主要是煤中所含的礦物和無煙煤。在配煤時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析測(cè)定煤中所含的礦物和無煙煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的要適當(dāng)減少其用量，因?yàn)闊o煙煤會(huì)降低煤的黏結(jié)性，礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高會(huì)增加焦炭的灰分，從而會(huì)影

11、響焦炭的質(zhì)量，必要時(shí)要先做小焦?fàn)t試驗(yàn)，再指導(dǎo)煉焦配煤生產(chǎn)5。付啟茂（2012）闡述煤巖學(xué)在煉焦配煤中的主要應(yīng)用，得出把握好鏡質(zhì)組平均隨機(jī)反射率與反射直方圖和惰性比這三個(gè)參數(shù)，可以建立起相對(duì)簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確的配煤方案。因此，把他們作為煤巖配煤參數(shù)，就通過煤巖參數(shù)對(duì)煤進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)其焦炭的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，在煉焦配煤方面具有其他方式無可比擬的優(yōu)越性6。王翠萍，李雅楠（2011）對(duì)煤巖配煤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，煤巖成分與焦炭性能內(nèi)在關(guān)系十分明顯，通過調(diào)整煤巖成分的平衡指數(shù)（cbi）和強(qiáng)度指數(shù)(si)值，可以預(yù)測(cè)焦炭性能，同時(shí)還可減少主焦煤用量，降低入爐煤的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益7。影響煤自燃的因素很多，如煤化程度、煤巖顯

12、微組分、黃鐵礦含量等，田 鵬，辛廣順（2012）從新的角度研究了煤巖顯微組分對(duì)煤自燃的影響，通過對(duì)煤樣進(jìn)行的工業(yè)分析測(cè)試，對(duì)煤進(jìn)行煤質(zhì)顯微組分統(tǒng)計(jì)分析，從而得出顯微組分對(duì)煤自燃影響的結(jié)論：a）煤樣的鏡質(zhì)組含量高，其著火點(diǎn)低，自燃傾向性高，是煤自燃的直接重要影響因素；b）煤樣的惰質(zhì)組以絲質(zhì)體與半絲質(zhì)體為主，其在低溫吸氧能力較強(qiáng)，并放出熱量，更有利于煤的自燃；c）惰性組具有較多的孔隙，吸附性強(qiáng)于鏡質(zhì)組，在煤自燃的過程中對(duì)氧的吸附和擴(kuò)散起到重要支配作用8。因此，在今后的研究工作中要注意煤巖組分對(duì)煤自然的影響。參考文獻(xiàn)1張蕾. 煤巖學(xué)技術(shù)開發(fā)及在現(xiàn)代焦化企業(yè)中應(yīng)用j. 工業(yè)技術(shù)，2009，4：89.2

13、葛銀堂. 郝媚娟. 燕子山地區(qū)煤巖特征與成煤環(huán)境.19843關(guān)世橋. 談?wù)劽簬r學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景j. 中國(guó)煤田地質(zhì)，1999，11（4）：21-23.4王翠萍. 煤巖成分與焦炭結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究j. 煤炭科技，2012，86-89.5李娟，翟朝陽. 煤巖分析技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用研究j. 科技風(fēng)，2012，86.6付啟茂. 煤巖學(xué)在煉焦配煤方面的應(yīng)用j. 科技風(fēng)，2012，60.7王翠萍，李雅楠. 煤巖配煤的試驗(yàn)研究j. 燃料與化工，2012，42（2）：10-12.8田鵬，辛廣順. 煤巖顯微組分對(duì)煤自燃的影響j. 能源與節(jié)能，2012，11:19-21.9coal petrology, coalification and coal-related hydrocarbonsa.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì).abstracts of 30th international geological congress(volume 2 of 3)c.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì):,1996:12.10 robert b.finkelman.coal petrology and genesis of jurassic coal in the ordos basin,chinaj. geosciencefrontiers,2012,v.301:85-95. 11楊起，韓