煤炭行业如何“由黑变绿”

据了解，当前我国正在推动燃煤电厂的超低排放改造工程，要求2020年前电厂排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘接近天然气电厂的水平。在陈亮看来，“黑色煤炭”也可以变绿色，煤炭清洁利用后，可以做到比天然气更环保。相对于天然气，清洁煤炭的大量使用却有助于减少我国能源的对外依存度。2015年，我国天然气对外依存度达到32.7%，已经超过30%的安全警戒线。2016年这一数字预计将提高到33.7%，而按《能源发展战略行动计划(2014-2020)》推算，到2020年，我国天然气的对外依存度应控制在33%以内。

清洁煤是清洁能源，随着煤价的持续飙升，加快了对清洁能源的研究步伐，努力寻找将黑色的脏能源――煤转化为绿色清洁燃料的方法。要实现煤炭向绿色能源的转化，这是清洁煤的一个长期目标。

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。

然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中其它一些物质分离出来。近年来，研究人员在这方面取得了很多进展。

在所有的碳捕获技术中包括一项煤的气化技术。该技术利用蒸气和氧气把煤转化为一种合成气体，其主要成份是氢。然后利用合成气体发电。这种气体的发热量高，而且比煤更清洁，是一种更为高效的能源。

然而，“绿色未来”项目真正能够实际运用尚需时日。这期间由于煤的价格低，而且比油、天然气的存储量大，煤的开采和使用量在变绿之前还会大幅上升。

据世界能源组织预测，到2全世界煤的使用量会上升43%。而石油和天然气预计40年和60年后将开采殆尽，在这一背景下，清洁煤技术的研发就更有意义。

参考资料：百度百科--清洁煤

随着煤价的持续飙升，研究人员加快了对清洁能源的研究步伐，努力寻找将黑色的脏能源――煤转化为绿色清洁燃料的方法。要实现煤炭向绿色能源的转化，研究人员还需要解决零碳排放技术问题，这是清洁煤的一个长期目标。

清洁煤

煤转化电能

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。

然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中的硫、铁、石英、硅以及其它一些物质分离出来。近年来，研究人员在这方面取得了很多进展。例如，现在技术能够将将燃煤排放物脱硫98%，这已经不是什么困难，问题是即使提取出这些矿物质，燃煤仍然会产生大量的二氧化碳。

清洁煤是一种重要的温室气体，随着煤价的持续飙升，研究人员加快了对清洁能源的研究步伐，努力寻找将黑色的脏能源――煤转化为绿色清洁燃料的方法。要实现煤炭向绿色能源的转化，研究人员还需要解决零碳排放技术问题，这是清洁煤的一个长期目标

煤是最便宜和最丰富的化石能源，地球上的煤还可以为我们提供几百年的能源供应。问题是，若干年后，烧煤所释放的二氧化碳(CO2)可能使得我们这个星球不再适于人类居住。

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。

传统的煤炭开发利用方式会给环境带来破坏，对大气造成污染，但如果在开采、运输、使用、转化过程中加以改进，尤其是煤电实现超低排放，达到或低于燃气电厂的排放标准，那就能成为清洁能源。

扩展资料：

中国清洁煤目前状况

截至2018年三季度末，我国煤电机组累计完成超低排放改造7亿千瓦以上，提前超额完成5.8亿千瓦的总量改造目标，加上新建的超低排放煤电机组，我国达到超低排放限值煤电机组已达7.5亿千瓦以上，占全部煤电机组75%以上；

节能改造累计完成6.5亿千瓦，占全部煤电机组65%以上，其中“十三五”期间完成改造3.5亿千瓦，提前超额完成“十三五”3.4亿千瓦改造目标。“煤电超低排放和节能改造总量目标任务提前两年完成，这标志着我国已建成全球最大的清洁煤电供应体系。”国家能源局电力司有关负责人说。

煤电超低排放为大气环境改善作出了不小贡献。国电环境保护研究院院长朱法华举了一组数据：燃煤电厂超低排放改造对长三角、珠三角、京津冀等重点区域细颗粒物年均浓度下降的贡献分别达24%、23%和10%。“

当前，煤电机组烟尘（颗粒物）、二氧化硫和氮氧化物排放分别占全国排放总量的3.3%、13.7%和9.1%。”电力规划设计总院副总工程师唐飞认为，我国煤电污染物排放强度不断下降、排放总量得到强力控制，煤电已不是造成环境污染的主要因素。

目前来看，我国煤电的超低排放和节能改造技术已较为成熟。拿世界首台百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组——泰州电厂二期工程3号机组来说，其发电效率已达到47.82%，成为全球煤电领域的标杆；2018年实现供电煤耗264.78克/千瓦时，这也是全国煤电机组的最好水平。

参考资料来源：百度百科——清洁煤

参考资料来源：中国网-中国建成世界最大清洁煤电供应体系 煤电排放5年降8成

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。

然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中的硫、铁、石英、硅以及其它一些物质分离出来。近年来，研究人员在这方面取得了很多进展。例如，现在技术能够将将燃煤排放物脱硫98%，这已经不是什么困难，问题是即使提取出这些矿物质，燃煤仍然会产生大量的二氧化碳。因此，要实现煤炭向绿色能源的转化，研究人员还需要解决零碳排放技术问题，这是清洁煤的一个长期目标。

煤炭的零碳排放技术又称为碳捕获技术，现在已经有很多研究正在进行，以更好地完善这一技术。为了减少碳的排放，很重要的方法就是捕获碳，然后将其深埋入地下，而不是排放到大气中。今年3月，丹麦的埃斯比约（Esbjerg）建成了世界上第一家碳捕获（carbon capture）实验工厂。这一工厂的主要目标是帮助欧盟排少10%的二氧化碳，其中30%是减少传统电厂的排放。该厂的研究人员努力研发新的溶剂，以便更好的捕获碳，将其转化为固体形式。国际能源机构温室气体项目经理哈丽·奥杜斯（Harry Audus）说：“这种做法主要是让二氧化碳通过一种液体溶剂，然后将其压缩，注入地下。这一研究能够帮助提高二氧化碳的捕获率。”他还说，该厂研制的新溶剂和碳捕获技术成本会更低。现在每立法米二氧化碳的碳汇成本是50－60欧元，而该项目有望将成本低到20－30欧元。

在美国，布什总统最近也宣布了一揽子总投资为20亿美元的清洁煤技术研发项目。“绿色未来”就是其中之一。该项目计划总投入为10亿美元，由政府和企业共同合作完成，目标是建成世界上最大的零排放化石燃料工厂。这一计划将在未来3年内完成。

在所有的碳捕获技术中包括一项煤的气化技术。该技术利用蒸气和氧气把煤转化为一种合成气体，其主要成份是氢。然后利用合成气体发电。这种气体的发热量高，而且比煤更清洁，是一种更为高效的能源。它排放的二氧化碳浓度也比直接燃煤产生的二氧化碳高，因此比较容易捕获。收集的二氧化碳将被注下深层地下盐池或是不能开采的煤层隙缝中，还可以直接泵到油气田的底层，利用压力提升油气水平。因此，这一工程得到了很多支持，被认为是一种可以清洁利用煤的很好方法。

然而，“绿色未来”项目真正能够实际运用尚需时日。这期间由于煤的价格低，而且比油、天然气的存储量大，煤的开采和使用量在变绿之前还会大幅上升。据世界能源组织预测，到2020年，全世界煤的使用量还将上升43%。而石油和天然气预计40年和60年后将开采殆尽，在这一背景下，清洁煤技术的研发就显得更有意义。

清洁煤技术：藏在深闺人不识

2005年2月，旨在限定全球温室气体排量的《京都议定书》正式生效，该条约的签署国已经达到140个。尽管美国是温室气体排放量最大的国家，但它提出将“按照自己的方式解决排放限制问题”，拒绝加入该条约。

2003年2月，美国政府宣布将实施一项名为“未来发电”的计划。该计划由美国能源部、私人投资者和国际组织共同投资10亿美元，在5年内完成设计和建造一座煤基零排放电-氢发电厂。这种发电厂的温室气体排放量可以达到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳气体，也可以通过技术手段将其“存储”于地下。

显然，这是一项面向未来的重要计划。然而，科学家指出：利用现有的技术能否解决当务之急呢？答案是肯定的。

今年，美国最大的燃煤电力公司（AEP）已经选好厂址，计划建造一座新型超净洁发电厂，即集成气化综合循环（IGCC）发电厂。人们往往把IGCC看作是“新技术”，但其实它是由两种著名的现有实用技术集合而成，而这两种技术都可以用来实现“未来发电”计划的最终目标。

第一种煤炭气化技术。在严格控制温度和压力的条件下部分燃烧煤，使其变为主要是由一氧化碳和氢气组成的浓缩合成气体，其中的杂质如二氧化硫等都很容易被除去。第二种技术是“循环”，这种技术已经在天然气发电厂得到普遍采用，涡轮的驱动力来自于天然气流和废热所产生的气流。最为重要的是，相比之下，从气流中捕获二氧化碳比从传统发电厂的烟囱中捕获二氧化碳要容易实现得多。

IGCC发电技术比当今普遍采用的燃煤发电技术先进很多。APE电力部门执行副董事长罗伯特·鲍威尔斯说：“我们已经对这种技术进行了深入的研究。人类从上世纪初已经开始使用煤炭气化技术，这种技术在石油化学工业和石油冶炼工业已经使用了很多年。此外，我们现在就拥有自己的循环燃烧发电厂。因此，上述两种技术都是成熟的和先进的。”

除了APE之外，美国国内和其他国家的大型能源公司对煤炭液化技术也十分重视。美国宾西法尼亚州的一个工业财团正计划建造一个工厂，从南非能源业巨人——萨索尔集团引进煤炭液化技术，工厂的设计产量为每天生产5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在计划在伊利诺斯州建一个工厂，利用煤来生产天然气。在美国之外，一些能源公司正在计划建造“纯氧燃烧”工厂，主要使用纯净氧气来燃烧煤，以更易于捕获浓缩的二氧化碳。

APE预计，拟建的IGCC发电厂总投资将比传统发电厂高15％—20％。但是，一旦联邦政府颁布实施限制二氧化碳排量的有关措施，这些投资就可以很快回收。由于发电厂一般都位于开阔地带，有足够的空间可以存储发电厂排放出来的二氧化碳，而在这种背景下就可以将这些存储的二氧化碳销售给其他公司，以赚取利润。据估算，IGCC发电厂的收益将比传统的发电厂高出50％，前者的效率也高于后者，在形成一定规模时其成本还将会进一步下降，同时，随着设计水平和所用材料的改进其效率也将会进一步提高。此外，由于捕获得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油产量，其废弃物的市场前景也将逐步看好。

显然，IGCC是一种成熟技术，所能带来的益处也是显著的，并且可以降低二氧化碳的排放。那么，为什么这种先进的技术不能够被广泛地采用呢？

霍华德·赫尔州戈是麻省理工学院的化工专家，他负责管理一个被称为“碳捕获专项行动”的工业财团。赫尔州戈认为：“技术本身并不是一个限制性因素，关键的因素是经济方面的激励”，“从技术的角度来看，我们可以很快实现这一目标。但如果政府不采取鼓励性政策，在这方面将不会有太大的作为。”

捕获碳的最终“命运”：不同的选择方案

清洁煤技术关键的步骤是捕获煤燃烧后释放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止温室气体的排放。而妥善处理或利用那些捕获的二氧化碳，则成为科学家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一个技术课题。

将二氧化碳注入地表之下已成为当今增加石油开采量的一种常用方法，但其主要目的并不是永久性地储藏二氧化碳。因此，亟待解决的一个关键问题是：我们能否把二氧化碳安全地存储在我们想存放的任何地方？

科学家认为，最安全的办法是将捕获的二氧化碳永久地存储于地表之下的某一个地方。主要方案是将二氧化碳“注入”到地表之下并对其进行矿物化后再埋藏。这种方式的潜在威胁是，一旦这些二氧化碳最终通过其他途径被排放到大气层中，将会导致全球变暖进一步加剧。

另一个问题是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同时，人类依然增加化石燃料的消费量，那么减排的任务将会异常艰巨：这是因为对二氧化碳液化后再存储的庞大投入，要相当于人类开采原始化石燃料的投入！

美国地质学家最近的一项研究成果，给人们提出了这方面的警示。50年前，为了增加石油产量，德克萨斯州一个古油井曾被注满二氧化碳，并用水泥加固管道。不久前，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室地质学家乔治·古斯瑞获得了其中一块加固水泥，发现其中的一部分已经出现了斑点，科学家推断这是由50年前存储的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蚀所致。这一结果提醒人们，海底存储的二氧化碳可能会对起加固作用的水泥产生腐蚀，利用这种方法存储的二氧化碳最终仍然有可能会被释放到大气层中。果真如此，削减二氧化碳排量所带来的暂时性好处将会消失殆尽。

然而，多数人依然对这种方法保持谨慎的乐观态度，认为人类已基本掌握了正确处理这一问题的大部分技术。截至目前，采用这种存储方法，挪威国家石油公司和达科他煤气化厂都已分别存储了2000万吨二氧化碳；阿尔及利亚的一个天然气田也存储了1700万吨二氧化碳；荷兰的一个项目则存储了800万吨二氧化碳。

联合国政府间气候变迁专家小组估计，采用适当的技术可以将所存储二氧化碳总量的99％保留100年以上，随着技术的进步，这一年限有可能增加到1000年。

除了对二氧化碳捕获后进行存储、出售给石油公司，用以增加石油产量之外，另外一种方案是利用二氧化碳生产甲醇，它是比氢气更实用的燃料。

目前，人类已经吹响了向“氢能经济”迈进的号角。但在这个过程中，除了氢气生产之外，氢气的输送和储藏都需要全新的设施，并且燃料电池技术也必须有实质性的进展。相比之下，“甲醇经济”则相对容易实现。因为利用二氧化碳和氢气生产的甲醇是一种液态能源形式，可以使用目前的设施来输送甲醇，并且甲醇经过改进后就可以作为汽车燃烧使用。

美国南加州大学洛克尔碳氢研究所所长、诺贝尔化学奖获得者乔治·奥拉赫教授是“甲醇经济”的积极倡导者，他对此充满信心。他说：“从以碳为基础的经济向‘氢能经济’过渡是一种美好的设想，但真正实现这一目标并不容易，而我们拥有大量可以循环利用的二氧化碳。”

一、煤的物理性质

煤的物理性质主要包括5个方面，即光学性质、机械性质、空间结构性质、电磁性质和热性质，具体如颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率，硬度、脆度、可磨性、断口，密度、表面积、孔隙度、压缩性，介电常数、导电性、磁性，比热、导热性等。煤的物理性质是煤的化学组成和分子结构的外部表现，受到煤化程度、煤岩组成和煤风化程度的影响。

1.颜色

煤的颜色是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤表面反射光线所显示的颜色称为表色。腐植煤的表色随煤化程度的增高而变化，褐煤通常为褐色、褐黑色低中煤化程度的烟煤为黑色，高煤化程度的烟煤为黑色略带灰色，无烟煤往往为灰黑色，带有铜黄色或银白色的色彩。因此，根据表色可以明显地区别出褐煤、烟煤和无烟煤。腐泥煤的表色变化较大，有深灰色、棕褐色，甚至灰绿色至黑色。煤中的水分能使颜色加深，而煤中的矿物质往往使煤的颜色变浅。

煤研成粉末的颜色称为粉色。它可用钢针刻划煤的表面或用镜煤在未上釉的瓷板上刻划条痕而得，粉色也称条痕色。煤的粉色一般略浅于表色。粉色较固定，用粉色判断煤的煤化程度效果较好。褐煤的粉色为浅褐色、褐色，低煤级烟煤为深褐色到黑褐色，中煤级烟煤为褐黑色，高煤级烟煤为黑色有时略带褐色，无烟煤为深黑色或灰黑色。腐泥煤的粉色一般比腐植煤要浅，随煤级的增高，粉色也逐渐加深。煤的粉色不但取决于煤化程度，还与煤岩类型和风氧化程度有关。为了统一对比条件，一般应以新鲜的较纯净的光亮型煤的粉色为准。

把煤磨成薄片(厚约0.03mm)，用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜色为透光色，又称体色。透光色是煤对不同波长可见光选择性吸收的结果。不同的煤岩组分具有不同的透光色，常见的有黄色、红色和黑色同一煤岩组分在不同煤化阶段显示出不同的透光色。煤级越高，透光性越差，无烟煤几乎不透明。

把煤的表面磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面上显示出的颜色称为反光色。各种煤岩组分的反光色均呈灰至白色色调。不同的煤岩组分反光色不同，同一煤岩组分在不同煤化阶段反光色也不同。随煤化程度的增高，煤反光色逐渐变浅。

煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜色，称为反射荧光色。反射荧光色随煤岩组分和煤化程度的不同而变化，有绿黄色、黄色、棕色等。随煤级增高，荧光减弱，至高煤级荧光消失。

2.光泽

煤的光泽是指煤新鲜断面的反光能力。光泽与煤的成因类型、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。腐泥煤的光泽一般都比较暗淡。腐植煤的4种宏观煤岩成分中，镜煤的光泽最强，亮煤次之，暗煤和丝炭的光泽暗淡。随着煤化程度的增高，各种宏观煤岩成分的光泽有不同程度的增强。丝炭和暗煤的光泽变化小，而镜煤和较纯净的亮煤变化明显。根据镜煤或较纯净亮煤的光泽可判断煤级，即年轻的褐煤无光泽，老褐煤呈蜡状光泽或弱的沥青光泽，低煤级烟煤具沥青光泽、弱玻璃光泽，中煤级烟煤具强玻璃光泽，高煤级烟煤具金刚光泽，无烟煤具半金属光泽。

3.反射率、折射率和吸收率

煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比，以百分率表示。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断增强。油浸介质中，煤的最大反射率Romax=0.26%～11.0%，空气介质中煤的最大反射率Romax=6.40%～22.10%。当Cdaf≥85%时，反射率出现最大值和最小值，即双反射现象。随煤级升高，双反射逐渐增强(表5-1)。煤的反射率是确定煤化程度最重要的光学常数，它对煤质评价、煤加工利用、油气勘探等地质问题均有十分重要的意义。

表5-1 镜质组的反射率、折射率和吸收率

(据周师庸，1985)

煤的折射率是光线通过煤的界面时，在界面发生折射后进入煤的内部，其入射角和折射角的正弦之比。随着煤化程度的增高，煤的折射率也相应增高，从1.680增至2.02。在Cdaf≥85%后，折射率出现最大值和最小值，其差距随煤级增高而增大。

煤的吸收率一般比较小，随煤化程度的增高，煤的吸收率逐渐增大，从0.02增至0.39。当Cdaf≥92%后，吸收率出现最大值和最小值，其差值随煤级增高而增大。在高煤级阶段煤的分子结构中，芳香层状结构不断增大，排列越来越规则化，在平行和垂直于芳香层面两个方向的光学性质出现显著差异，即出现光学各向异性现象。

4.硬度

煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。随着外加机械作用力的性质不同，煤的硬度表现形式也不一样。煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度3类。

图5-1 煤的显微硬度与煤化程度的关系(据E.M.泰茨，1993)

刻划硬度是用标准矿物刻划煤所测定的相对硬度。宏观煤岩成分中，暗煤硬度最大，亮煤、镜煤硬度小。煤的硬度还与煤级有关，褐煤和中煤化程度的烟煤硬度最小，为2～2.5，无烟煤硬度最大，接近4。

显微硬度是压痕硬度的一种，可用专门仪器测定显微组分的硬度。测定是在显微硬度计上进行的。煤的显微硬度与煤化程度有关(图5-1)。年轻褐煤和中煤级烟煤的显微硬度最小，无烟煤的显微硬度最大，且上升的幅度很大。

抗磨硬度是磨损硬度的一种。它是用研磨阻力的大小来表示煤磨光面上显微组分或矿物的硬度，表现为显微组分或矿物的突起现象，是显微镜下鉴定标志之一。抗磨硬度与煤化程度有关，在低、中煤级煤中，丝炭比较硬，在磨光面上显示突起，而镜煤比较软，磨光面上不显突起，随着煤级的增高，镜煤与丝炭抗磨硬度逐渐接近，丝炭的突起变小，甚至消失。抗磨硬度还与煤中的矿物质、煤的裂隙、风氧化程度有关。石英、黄铁矿、菱铁矿增加，煤的抗磨硬度增大煤中的裂隙增多或煤受风氧化，则使煤的抗磨硬度降低。

5.脆度和可磨性

煤的脆度是指煤受外力作用而破碎的性质，表现为抗压强度和抗剪强度。强度小者，煤易破碎，脆度大反之，脆度小。脆度和硬度同属抵抗外来机械作用的性质，但受力性质不同，表现的形式也不一样，所以两者概念不同。丝炭的脆度大，硬度也大镜煤的脆度大，但硬度小，暗煤的硬度大，脆度小。不同的宏观煤岩成分和类型，其脆度不同。腐泥煤和残植煤的脆度都较小，如我国抚顺的煤精，是一种腐植腐泥煤类，其脆性小、韧性好。煤的脆度还与煤化程度有关，中煤级的烟煤脆度最大，低煤级煤的脆度变小，无烟煤的脆度最小。

有人提出显微脆度的概念，它是在显微镜下根据金刚石压锥压入显微组分后，压痕产生裂纹的程度来测定，在一定静载荷下，每100个压痕中出现裂纹的压痕数来表示。数值越大，显微脆度越大。由图5-2可见，中煤级的焦煤显微脆度最大，随煤级的增高或降低，显微脆度变小。强还原煤比弱还原煤的脆度要大。

图5-2 显微脆度与煤化程度的关系(据И.И.Ammocob，1963)

煤的可磨性是指粉碎煤的难易程度，可用可磨性系数KHG来表示。可磨性越大的煤越易粉碎反之，越难。测定煤可磨性的方法有许多种，我国和美、英、日、印等国均采用哈德格罗夫(Hardgrave)法，已作为国家标准。煤中各显微组分的KHG不同，其中丝质组最高，半丝质组其次，其后是镜质组，壳质组最低。它们随煤化程度而变化，但在中挥发分(Cdaf=90%附近)时都有一个最大值。

6.煤的压缩性

煤在恒温下加压，其体积变化的百分数，称为煤的压缩性。压缩性与煤化程度有关，煤化程度越高，压缩性越小。加压后丝质组体积变化极少，镜质组有变化，稳定组分变化最大，但到高煤级时，其压缩性比镜质组小。显微组分的压缩性随压力的增大而增加，壳质组变化最大，镜质组其次，惰性组最小。

7.断口

煤受外力打击后断开的表面，称为断口。断口不包括层理面或裂隙面。煤中常见的断口有贝壳状断口、阶梯状断口、参差状断口、棱角状断口、粒状断口等。断口反映了煤物质组成的均一性和方向性的变化。组成较均一的煤，如腐泥煤、腐植腐泥煤、镜煤等常具有贝壳状断口而组成不均一的煤，常见其他类型的断口。

8.比重与密度

煤的比重是指20℃时煤的重量与同温度、同体积水的重量之比，用符号d2020表示。煤的密度是指单位体积煤的质量。比重和密度的数值相等，但物理意义不同。比重没有单位，而密度有单位。煤的比重与煤岩成分、煤化程度及煤中矿物质的性质和含量有关。

同一煤级的煤中，不同煤岩组分的真比重不同。丝质组的真比重最大，镜质组次之，壳质组最小。随着煤化程度的增高，各种煤岩组分的真比重逐渐接近。丝质组的真比重为1.35～1.80，镜质组为1.24～1.80，壳质组为1.12～1.80(图5-3表5-2)。腐泥煤的比重明显低于腐植煤。

图5-3 煤岩组分真比重与煤化程度的关系(据杨起等，1979)

表5-2 煤岩组分在不同煤化程度时的真比重

注:V代表镜质组E为壳质组I为惰性组Cdaf为干燥无灰基碳含量。(据白浚仁，1989，略修改)

镜质组在煤化程度较低时(Cdaf＜85%)真比重随煤化程度的升高而逐渐减少，至Cdaf至85%～87%时，真比重为最小值(dtr=1.24)。过此点后，真比重又随碳含量的增加而增大。当Cdaf＞90%以后，即到了无烟煤阶段，真比重急剧增加，从1.35一直上升至2.25(Cdaf=100%，石墨)。

煤中矿物的比重比煤岩组分大得多，如黏土矿物的比重为2.4～2.6，石英、方解石为3.7，菱铁矿为3.8，黄铁矿的比重为5.0等。因此煤中矿物对煤比重影响较大，随着矿物含量的增高，煤的比重也增大。但煤中矿物质的准确含量是很难测定的，所以要测得纯煤的真比重比较困难。有人研究，煤的灰分每增加1%，煤的真比重约增高0.01。因此，煤的真比重的近似值可用下式计算:

纯煤真比重=无水含灰煤的真比重－0.01×干燥煤的灰分

煤的视比重是计算储量的重要参数之一。由于煤中矿物质含量变化大，所以煤的视比重变化也大。在矿物质含量较低的情况下，褐煤的容重为1.1～1.2，烟煤的容重为1.2～1.4，无烟煤的容重为1.4～1.8。在地质勘探工作中，煤的容重要专门取样测定。

9.煤的表面积

(1)煤的润湿热

固体和液体接触时，如果固体分子和液体分子间的作用力大于液体分子之间的作用力，则固体可以被液体润湿反之，则不能润湿。当煤被液体润湿时，由于煤分子和液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力，故有热量放出，称为润湿热。润湿热的大小与液体的种类和煤的表面积有关。常用的液体是甲醇，它的润湿力强，作用快，几分钟内润湿热基本上可全部释放出来。据测试，润湿热与煤的表面积大致存在的对应关系是:0.42J的润湿热相当于1m2的表面积。

煤的润湿热与煤岩组分和煤化程度有关，镜质组的润湿热最大，次为丝质组，壳质组较小。

(2)煤的表面积

煤的表面积包括外表面积和内表面积两部分，但外表面积所占比例极少，主要是内表面积。煤的表面积用比表面积表示，即每克煤所具有的表面积，单位为m2/g，煤比表面积大小与煤的分子结构和孔隙结构有关。

煤中孔径小于10nm的微孔的比表面积在总比表面中占有的比例最大。测定煤的比表面积有各种方法，如润湿法、BET(三位物理、化学家名字的缩写)法、微孔体积法、吸附法和气相色谱法等。用不同方法测量比表面积的结果不同，通常CO2作吸附质，采用吸附法测量比表面积，其结果为:长焰煤90m2/g、气煤50～70m2/g、肥煤10～20m2/g、焦煤20～120m2/g、瘦煤80～130m2/g、贫煤90～130m2/g，而无烟煤最高可达287m2/g。

煤的比表面积与瓦斯吸附量呈正比关系，比表面积大，瓦斯吸附量也大。煤的比表面积对研究煤层中的瓦斯含量和瓦斯突出、研究煤在气化时的化学反应性都具有实际意义。

10.孔隙率

煤中毛细孔和裂隙之总体积与煤的总体积之比称为煤的孔隙率或孔隙度，也可用单位重量煤包含的孔隙体积(cm3/g)表示。

煤的孔隙率可以根据煤的真比重和视比重，用计算求得，因为氦分子能充满煤的全部孔隙，而水银在不加压条件下完全不能进入煤的孔隙，故用下式可求出煤的孔隙度:

煤地质学

式中:d氦和d汞为用氦和汞测定的煤的密度，g/cm3。

煤孔隙率的大小与煤级有关(表5-3)，褐煤的孔隙率高，为15%～25%，无烟煤的孔隙率也较高，约为5%～10%，而低中煤级烟煤的孔隙率较低，为2%～5%。煤的孔隙率与显微煤岩组分和煤中矿物质含量有关。相同煤级的煤，孔隙率可有相当大的波动范围。

表5-3 孔隙率与煤化程度的关系

煤中孔隙的大小并不是均一的。在煤矿的瓦斯研究工作中，煤中的孔隙大小一般分为三级，即大孔、过渡孔和微孔。大孔的孔径一般大于100nm，中孔的孔径为100～10nm，微孔的孔径小于10nm。

在大孔中，甲烷气体可以产生层流或者紊流渗透，煤中大孔的分布直接影响到煤中瓦斯运移的能力，在过渡孔中，可以产生毛细管凝结、物理吸附及扩散现象，它影响到煤层储藏瓦斯的能力，微孔则被甲烷分子充满，形成类似于固溶体的形式。

11.煤的导电性

煤的导电性是指煤传导电流的能力，通常以电阻率表示。煤的导电性与煤化程度、煤中的水分、煤中矿物质的性质和含量、煤岩成分，以及煤的孔隙度、风化程度等有关。

褐煤的孔隙度大，含水多，并有溶于水中的腐植酸离子，所以褐煤的导电性好，电阻率小，属于水溶液离子导电。烟煤是不良导体，电阻率大，高煤级的烟煤至无烟煤，电阻率迅速减小，煤的导电性大大增强，无烟煤为良导体，属于自由电子导电。褐煤的电阻率变化于10～200Ω·m之间，低中煤级烟煤的电阻率ρ=4000～5000Ω·m，高煤级烟煤的电阻率ρ=1000～10Ω·m，无烟煤的电阻率ρ=10～0.0001Ω·m。

低中煤级的煤中，镜煤、亮煤比暗煤和丝炭的导电性差但在高煤级烟煤和无烟煤中，情况相反，镜煤、亮煤的导电性比暗煤好。

煤的导电性与煤中矿物的性质和数量有关。一般烟煤的电阻率随矿物含量的增高而变小，而无烟煤则相反，电阻率随矿物含量的增高而增大。但煤中含黄铁矿时，则电阻率会显著降低。煤的电阻率还与煤的层状构造有关，沿层理面煤的电阻率较小，垂直层理面方向煤的电阻率较大。当煤遭受风氧化时，电阻率明显下降。

12.磁性

物体置于磁场内，和磁场相吸者称顺磁性物质，和磁场相斥者称抗磁性物质。抗磁性物质，其内部结构的原子或分子具有闭合的电子外层，即电子都已成对顺磁性物质，其电子层上尚有未配对的电子。煤属于抗磁性物质。

物质置于磁场内，由于其原子核吸收了磁场能，引起物质相对于磁场的自旋方向发生变化，这就是物质的核磁共振。煤的核磁共振是煤的重要磁性质之一。

在一高斯磁场下，1g物质所呈现的磁化率称物质的抗磁性磁化率或单位质量磁化率。煤的抗磁性磁化率随煤化程度的增高而增高。但在煤的Cdaf=80%～90%的区间内，抗磁性磁化率增高缓慢当煤的Cdaf＞90%以后，煤的磁化率剧增。

煤的抗磁性和煤的核磁共振是研究煤结构的有效方法。

13.导热性

煤作为燃料或者进行干馏、气化、液化都需要考虑到煤的导热性。

煤的比热是指1g质量的煤，温度变化1℃所需(释放)的热量(即热容)与水的热容(15℃的水)的比值。水的热容为4.18J/g(15℃)，故煤的比热和热容在数值上是一致的。比热没有单位，室温下煤的比热为0.2～0.4。煤的比热有一定的波动范围，这是因为煤是复杂的有机高分子物质，并含有无机矿物质和水。煤的比热除受煤的煤化程度影响外，还受非煤物质及其含量的影响。

煤的比热随煤中水分的增加而呈直线增大，这是因为水的比热比煤大得多。无机矿物质的比热较小，一般约0.19，故煤的灰分增高，则煤的比热下降。煤的比热还受温度影响，测定温度升高，煤的比热增大。

煤的导热性是煤加工利用时重要的物理性质。煤的导热性与煤的孔隙率及孔隙中的气体有关，还与煤级及煤中无机矿物质有关。随煤化程度的增高，煤的导热性增强。

二、煤的裂隙

煤的裂隙是指煤受到自然界各种应力作用而造成的裂开现象。按成因不同可分为内生裂隙和外生裂隙两种。

1.内生裂隙

内生裂隙是在煤化过程中，煤中的凝胶化物质受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种张裂隙。

内生裂隙主要出现在镜煤中，有时也出现在均匀致密的光亮型煤分层中。内生裂隙一般都垂直或大致垂直于层理面，只发育在镜煤或光亮煤条带或分层内。内生裂隙面较平坦光滑，有时可见到十分细密的环纹组成的眼球状张力痕迹。内生裂隙有大致互相垂直的两组，其中，一组较发育，称为主要裂隙组另一组则较稀疏，称为次要裂隙组(图5-4)。

图5-4 煤的内生裂隙示意图

内生裂隙的发育程度与煤化程度有关。中煤化阶段的焦煤、高煤化阶段的瘦煤内生裂隙最发育，5cm内约有30～60条(主要裂隙组)而低煤阶的长焰煤、气煤或高煤阶的贫煤则减少，5cm内为10～20条无烟煤和褐煤中内生裂隙很少或没有。褐煤由于失水，常常有切穿煤岩成分或层理的干缩裂纹。所以，可根据煤的内生裂隙发育程度来大致判断煤的煤化阶段。观察煤的内生裂隙时，要在打开的镜煤层理面上观察，而在垂直层理的断面上往往看不清楚。

2.外生裂隙

外生裂隙是在煤层形成之后，受构造应力的作用而产生的。外生裂隙可出现在煤层的任何部分，与煤层的层理呈不同角度相交，并切穿煤岩成分和煤分层的层理。外生裂隙面上常有波状、羽毛状或光滑的滑动痕迹，有时可见到次生矿物或破碎的煤屑。外生裂隙面有时与内生裂隙面重叠。

在矿井下，要经常注意测量外生裂隙方向，这对判断断层有一定的帮助。研究外生裂隙的方向，对提高采煤效率、预测瓦斯突出也有实际意义。

三、煤的结构和构造

1.煤的结构

煤的结构是指煤岩成分的形态、大小、厚度、植物组织残迹，以及它们之间相互关系所表现出来的特征，它反映了成煤原始物质的成分、性质及在成煤时和成煤后的变化。在低煤级煤中，煤的结构很清楚随着煤化程度的增高，各种煤岩成分的性质逐渐接近，因而煤的结构就逐渐变得均一。

煤的结构分原生结构和次生结构两种。

(1)原生结构

煤的原生结构是指由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。常见的原生结构有以下8种:

1)条带状结构:煤岩成分呈条带状相互交替出现。按条带的宽窄，可分为宽条带状结构(条带宽大于5mm)、中条带状结构(条带宽3～5mm)和细条带状结构(条带宽1～3mm)。条带状结构在烟煤的半亮型煤和半暗型煤中最为常见，年轻褐煤和无烟煤中条带状结构不明显。

2)线理状结构:指镜煤、丝炭、黏土矿物等以厚度小于1mm的线理断续分布于煤中，形成线理状结构。半暗型煤和半亮型煤中常见。据线理之间交替的线距，又可分为密集线理状结构和稀疏线理状结构。

3)凸镜状结构:指镜煤、丝炭、黏土矿物、黄铁矿等，常以大小不等凸镜体形式散布于煤中，构成凸镜状结构。半暗型和暗淡型煤中常见，有时光亮型煤中也可见到。

4)均一状结构:指组成成分较单纯、均匀，形成均一状结构。如镜煤、腐泥煤、腐植腐泥煤类等，都具有均一状结构。光亮型煤和暗淡型煤有时也表现出均一状结构。

5)粒状结构:由于煤中散布着大量的孢子或矿物杂质，使煤呈现出粒状结构。多见于暗煤或暗淡型煤中。有时含黄铁矿鲕粒或含黄铁矿结核而呈鲕粒状结构或豆状结构，它们为粒状结构的变种。

6)叶片状结构:煤中有大量的木栓层或角质层，使煤呈现纤细的页理，如叶片状、纸片状等，煤易被分成薄片。角质残植煤和树皮残植煤具有叶片状结构。

7)木质状结构:煤中保存了植物茎部的木质纤维组织的痕迹，植物茎干的形态清晰可辨，称木质状结构。褐煤中常可见到木质状结构，有些低煤级烟煤中也可见到。如我国山西繁峙褐煤中保存有良好的木质状结构而被称为“紫皮炭”。

8)纤维状结构:为丝炭所特有，它是植物根茎组织经丝炭化作用而形成的，可见到植物原生的细胞结构沿着一个方向延伸呈现出纤维状，疏松多孔。观察时要在煤层层面的丝炭上才可见到。

(2)次生结构

煤的次生结构是指煤层形成后受到应力作用产生的各种次生的宏观结构。

1)碎裂结构:煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，可看到煤层的层理。碎裂结构往往位于断裂带的边缘。

2)碎粒结构:煤被破碎成粒状，主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤的层理被破坏，碎粒结构往往位于断裂带的中心部位。

3)糜棱结构:煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，已看不到煤层的层理和节理，煤易捻成粉末。糜棱结构一般出现在压应力很大的断裂带中。

2.煤的构造

煤的构造是指煤岩成分空间排列和分布所表现出来的特征。它与煤岩成分自身的特征(形态、大小等)无关，而与成煤原始物质聚积时的环境有关。煤的原生构造分为层状构造和块状构造。

(1)层状构造

沿煤层垂直方向上可看到明显的不均一性，主要是由组成成分不同而引起的，或是煤岩成分的变化，或含无机矿物夹层所引起，表现为层理。

按层理的形态，可分为水平层理、波状层理和斜层理等。水平层理(连续状、不连续状)反映泥炭沼泽内成煤原始物质是在平静的环境中几乎没有水流动的条件下沉积形成的。波状层理(不连续状、水平波状、凸镜状)反映植物堆积时沼泽内的水介质有微弱的运动。斜层理则反映水介质有强度较大的定向流动的堆积环境。

(2)块状构造

煤的外观均一，看不到层理。主要是成煤物质相对均匀，在沉积环境稳定滞水的条件下形成。腐泥煤、腐植腐泥煤及一些暗淡型腐植煤具有块状构造。

由于构造变动，使煤产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。次生构造可改变或破坏煤的原生构造。次生构造与构造变动有关，对煤层进行观察和描述时应加以注意。