『壹』 鐓よ川璇勪環鐨勫唴瀹規湁鍝浜
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『貳』 關於煤質分析的一篇大學畢業論文。煤的工業分析！！
巨野煤田煤質分析及科學利用評價
摘要]從工業、元素、工藝性質方面，對巨野煤田煤質進行了詳細的分析，根據其煤質特點，進行科學論證，得出巨野煤田
是優質動力用煤和煉焦用煤的結論，可以用來制備水煤漿，用於煤氣化合成氨、合成甲醇及後續產品，用作焦化原料等。
[關鍵詞]煤質分析；煤質特點；科學利用；評價
1巨野煤田煤質分析
1.1煤的工業分析
工業分析是確定煤組成最基本的方法。在指標
中，灰分可近似代表煤中的礦物質，揮發分和固定碳
可近似代表煤中的有機質。
衡量煤灰分性能指標主要有灰分含量、灰分組
成、煤灰熔融性（DT、ST、HT和FT）。其中煤灰熔融性是
動力用煤和氣化用煤的重要性能指標。一般以煤灰軟
化的溫度（即灰熔點ST）作為衡量煤灰熔融性的指標。
1.1.1龍固礦鑽孔煤樣工業分析結果(表1)變形溫度（DT）為煤灰錐體尖端開始彎曲或變圓
時的溫度；軟化溫度（ST)為煤灰錐體彎曲至錐尖
觸及底板變成球形時的溫度；半球溫度（HT）為灰錐形
變至近似半球形，即高約等於底長的一半時的溫度；
流動溫度（FT）為煤灰錐體完全熔化展開成高度＜1.5 mm
薄層時的溫度。
1.1.2彭庄礦鑽孔煤樣工業分析結果（表2）
2煤質特點及科學利用評價
2.1巨野煤田煤質特點
由煤炭科學研究總院《巨野礦區煤質特徵及菜加
工利用途徑評價》2003.5可以看出巨野煤田煤質有
如下特點：①灰分含量低，屬於中、低灰煤層。②揮發
分含量高，各煤層原煤的揮發分含量在33%以上，且
差異不大，均屬於高揮發分煤種。③磷含量特低；硫分
含量上低下高。④乾燥基低位熱值高。各層煤的都比
較高，且隨原煤灰分的降低而升高。⑤粘結指數、膠質
層厚度和焦油產率均較高。⑥碳、氫含量較高。碳含量
在86.02%～86.51%之間，氫含量在5.41%～5.44%之
間，C/H比值＜16。⑦灰熔點上高下低。
2.2成漿性實驗評價
2008年1月，華東理工大學對巨野煤田龍固礦
(1#)、趙樓礦(2#)和彭庄礦(3#)原煤進行成漿性實驗
及評價。
2.2.1成漿濃度實驗
成漿濃度是指剪切速率100 s-1，粘度為
1 000 mPa·s，水煤漿能達到的濃度。採用雙峰級配製
漿，粗顆粒與細顆粒質量比為3∶7；選取腐殖酸鹽作
為添加劑，用量為煤粉質量的1%。製成一系列濃度的
水煤漿，測量其流動性，觀察水煤漿的表觀粘度隨成
漿濃度上升的變化規律，結果如表10所示。由表10看出，隨著煤漿濃度增大，煤漿表觀粘度
也明顯升高。本實驗3種煤樣成漿濃度分別為龍固礦
66%(wt)；趙樓礦67%(wt)；彭庄礦68%(wt)。
2.2.2流變性實驗
水煤漿流變特性是指受外力作用發生流動與變
形的特性。良好的流變性和流動性是氣化水煤漿的重
要指標之一。
將實驗用煤製成適宜濃度的水煤漿，然後用
NXS-4 C型水煤漿粘度計測定其粘度。將水煤漿的表
觀粘度隨剪切變化的規律繪製成曲線，觀察水煤漿的
流變特性，見表11。
從表11可以看出，3種煤製成的水煤漿中，隨著
剪切速率增大，表觀粘度都隨之降低，均表現出一定
的屈服假塑性。屈服假塑性有利於氣化水煤漿的儲
存、泵送和霧化。
2.2.3實驗結論
煤粉粗粒度（40～200目）和細顆粒（＜200目）質
量比為3∶7，腐殖酸鹽作為添加劑，添加量為煤粉質
量的1%時，龍固礦煤漿濃度為66%（wt）、趙樓礦煤漿
濃度為67%（wt）、彭庄礦煤漿濃度為68%（wt），滿足加
壓氣流床水煤漿氣化技術對水煤漿濃度的要求。
2.3原料煤的應用
2.3.1適合於制備水煤漿
水煤漿不但是煤替代重油的首選燃料，而且是加
壓氣流床水煤漿氣化制備合成氣的重要原料。同時它
又是一種很有前途的清潔工業燃料。實踐上，華東理
工大學「巨野煤田原煤成漿性實驗評價報告」表明：巨
野煤田各礦井原料煤均適合於制備高濃度穩定水煤
漿。
2.3.2用於煤氣化合成氨、合成甲醇及後續產品
巨野煤田原煤屬於高發熱量的煤種（彈筒熱平均
值在28～31 MJ/kg之間），該煤有利於降低氧氣和能量消耗，並能提高氣化產率；因灰熔點較高
（＞1 300℃），有利於固態排渣。根據鞍鋼和武鋼分
別使用雙鴨山和平項山1/3焦煤作高爐噴吹的經驗，
巨野煤田的1/3焦煤與雙鴨山和平頂山1/3焦煤一
樣成漿性較好，其1/3焦煤洗精煤可以製成水煤漿，
作為德士古（Texaco）水煤漿氣化爐高爐噴吹用原料。
煤氣化得到的合成氣既可通過變換用於合成
氨/尿素，又可經凈化脫硫合成甲醇或二甲醚。以甲
醇為基礎可進一步合成其他約120餘種化工產品。另
外，還可利用甲醇制備醇醚燃料及合成液體烴燃料
等。
2.3.3用作焦化原料
焦化用於生產冶金焦、化工焦，其副產焦爐煤氣
可用於合成甲醇或合成氨，副產煤焦油進行分離和深
加工後可得到一系列化工原料及化工產品。由表12看出，巨野煤田大槽煤經過洗選以後，可
以供將來的400萬t/a焦化廠或者上海寶鋼等大型
鋼鐵企業生產I級焦炭時作配煤煉焦使用；灰分
≤9.0%的8級精煤（2#），也可供華東地區的中小型焦
化企業生產2級和3級冶金焦的配煤煉焦使用。此
外，該煤也可以單獨煉焦，但所生產焦炭的孔隙率偏
高，最好進行配煤煉焦。2.3.4遠景目標———煤制油
煤直接液化可得到汽油、煤油等多種產品。巨野
煤田的大部分煤層均為富油煤，尤其是15煤層平均
焦油產率＞12%，屬高油煤；根據元素分析計算的碳氫
比各煤層均＜16%；大部分煤層揮發分＞35%的氣煤和
氣肥煤通過洗選後的精煤揮發分＞37%，而其灰分
＜10%。因此，巨野煤田的煤炭都是較好的液化用原料
煤。
煤間接液化可製取液體烴類。煤經氣化後，合成
氣通過F-T合成，可以製取液體烴類，如汽油、柴油、
石臘等化工產品及化工原料。
3結語
綜上所述，巨野煤田第三煤層大槽煤屬於低灰、
低硫、低磷、結焦性好、揮發分高、發熱量高的煤炭資
源，其中的氣煤、1/3焦煤、氣肥煤、肥煤、天然焦等是
國內緊缺的煤種，它們的洗精煤不僅可作為煉焦用
煤、動力用煤，而且是制備水煤漿和高爐噴吹氣化的
重要原料。因此,菏澤大力發展煤氣化合成氨和甲醇
並拉長產業鏈搞深度加工是必然的正確選擇。
『叄』 煤化指標與煤質分析
一、煤級分析中的有關概念
煤的工業分類即煤的分類主要是依據煤級，而煤級劃分的依據是煤質指標，特別是一些關鍵的煤質指標。一些煤質指標即煤化程度指標在前面已經做過介紹，本節將圍繞煤的工業分類對一些煤級指標的獲得做概略介紹(煤質學和煤化學已是獨立的學科)。
「基」是表示化驗結果是以什麼狀態下的煤樣為基礎而得出的，煤質分析中常用的「基」有空氣乾燥基、乾燥基、收到基、乾燥無灰基、乾燥無礦物質基。在新舊標准中，「基」採用的符號不同(表7-1)。
表7-1 新舊標准中各種基採用的符號對照
空氣乾燥基是指以與空氣濕度達到平衡狀態的煤為基準，表示符號為 ad(air dry ba-sis); 乾燥基是指以假想無水狀態的煤為基準，表示符號為 d(dry basis); 收到基是指以收到狀態的煤為基準，表示符號為 ar(as received); 乾燥無灰基是指以假想無水、無灰狀態的煤為基準，表示符號為 daf(dry ash free); 乾燥無礦物質基是指以假想無水、無礦物質狀態的煤為基準，表示符號為 dmmf(dry mineral matter free)。
可以看出，新的 「基」是用英文名詞的開頭字母表示的，而舊 「基」是用漢語拼音的字頭表示。
二、主要的煤化指標
煤化指標是通過煤的工業分析獲得的。工業分析也叫技術分析或實用分析，包括煤中水分、灰分和揮發分的測定及固定碳的計算。煤的工業分析是了解煤質特性的主要指標，也是評價煤質的基本依據，根據工業分析的各項測定結果可初步判斷煤的性質、種類和各種煤的加工利用效果及其工業用途。
煤化程度指標簡稱煤化指標，又稱煤級指標。由於煤化作用是個復雜的過程，不同煤化階段中各種指標變化的顯著性各不相同，因此對於一定煤化階段往往具有不同的煤化程度指標(表7-2)。
表7-2 常用煤級指標在不同煤級階段的變化情況
注:①各指標測值的變化范圍按煤級增加的方向排列;②規律性差。(據楊起等，1988)
有關煤的化學組成和煤的元素已在第六章中介紹，這里僅就煤質分析中的一些關鍵指標如水分、灰分、揮發分、鏡質體反射率等做簡略介紹。
1.水分
水分是一項重要的煤質指標，它在煤的基礎理論研究和加工利用中都具有重要的作用。
在現代煤炭加工利用中，有時水分高反是一件好事，如煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體。在煤質分析中，煤的水分是進行不同基的煤質分析結果換算的基礎數據。可以根據煤的水分含量來大致推斷煤的變質程度。
2.灰分
煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤在規定條件下完全燃燒後的殘留物。它是煤中礦物質在一定條件下經一系列分解、化合等復雜反應而形成的，是煤中礦物質的衍生物。它在組成和質量上都不同於礦物質，但煤的灰分產率與礦物質含量間有一定的相關關系，可以用灰分來估算煤中礦物質含量。煤中礦物質來源有三，一是「原生礦物質」，即成煤植物中所含的無機元素;二是「次生礦物質」，即煤形成過程中混入或與煤伴生的礦物質，三是「外來礦物質」即煤炭開采和加工處理中混入的礦物質。煤中存在的礦物質主要包括黏土或頁岩、方解石(碳酸鈣)、黃鐵礦或白鐵礦以及其他微量成分，如無機硫酸鹽、氯化物和氟化物等。
煤中灰分是另一項在煤質特性和利用研究中起重要作用的指標。在煤質研究中由於灰分與其他特性，如含碳量、發熱量、結渣性、活性及可磨性等有程度不同的依賴關系，因此可以通過它來研究上述特性。由於煤灰是煤中礦物質的衍生物，因此可以用它來算煤中礦物質含量。此外，由於煤中灰分測定簡單，而它在煤中的分布又不易均勻，因此在煤炭采樣和制樣方法研究中，一般都用它來評定方法的准確度和精密度。在煤炭洗選工藝研究中，一般也以煤的灰分作為一項洗選效率指標。
3.揮發分
煤樣在規定的條件下，隔絕空氣加熱，並進行水分校正後的揮發物質產率即為揮發分。
煤的揮發分主要是由水分、碳氫的氧化物和碳氫化合物(以CH4為主)組成，但煤中物理吸附水(包括外在水和內在水)和礦物質二氧化碳不屬揮發分之列。
工業分析中測定的揮發分不是煤中原來固有的揮發性物質，而是煤在嚴格規定條件下加熱時的熱分解產物，改變任何試驗條件都會給測定結果帶來不同程度的影響。
影響揮發分測定結果的主要因素是加熱溫度、加熱時間、加熱速度，此外試驗設備的型式和大小，試樣容器的材質、形狀和尺寸以及容器的支架都會影響測定結果，即測定結果取決於所規定的試驗條件，因此說它是一個規范性很強的試驗項目。
煤的揮發分產率與煤的變質程度有比較密切的關系———隨著變質程度的加深，揮發分逐漸降低(表73)，因此根據煤的揮發分產率可以估計煤的種類。在我國及前蘇聯、美國、英國、法國、波蘭和國際煤炭分類方案中，都以揮發分作為第一分類指標。
表7-3 揮發分與煤的變質程度的關系
根據揮發分產率和測定揮發分後的焦塊特性可以初步決定煤的加工利用途徑。如高揮發分的煤，干餾時化學副產品產率高，適於作低溫干餾原料，也可作為氣化原料;揮發分適中的煙煤，粘結性較好，適於煉焦。在配煤煉焦中，要用揮發分來確定配煤比，以將混煤的揮發分控制到適宜范圍25%～31%。此外，根據揮發分，可以估算煉焦時焦炭、煤氣、焦油和粗苯等產率。在燃煤中，可根據揮發分來選擇適於特定煤源的燃燒設備或適於特定設備的煤源。在氣化和液化工藝條件的選擇上揮發分也有一定的參考作用。在環境保護中，揮發分還作為制定煙霧法的一個依據。
此外，揮發分與其他煤質特性指標，如發熱量、碳和氫含量都有較好的相關關系。利用揮發分可以計算煤的發熱量和碳氫含量。
4.煤的鏡質體反射率
煤的鏡質體反射率是不受煤的岩石成分含量影響，但卻能反映煤化程度的一個指標。煤的鏡質體反射率隨它的有機組分中碳含量的增加而增高，隨揮發分產率的增高而減少。也就是說同一顯微組分，在不同的變質階段，反射率不同，它能較好地反映煤的變質程度。因此，鏡質體反射率是一個很有前途的煤分類指標。特別是對無煙煤階段的劃分，靈敏度大，是區分年老無煙煤、典型無煙煤和年輕無煙煤的一個較理想的指標。目前在國際上已有許多國家採用鏡質體反射率作為一種煤炭分類指標。此外，煤的鏡質體反射率在評價煤質及煤炭加工利用等方面都有重要意義，如日本、西德等國家用鏡質體反射率來指導煉焦配煤來控制煤質量等等，而且在石油、地質勘探研究方面也很有價值。
反射率是指垂直反射時，反射光強度和入射光強度的百分比值，一般用R表示。
煤地質學
測定煤的鏡質體反射率是將已知反射率的標准片和煤樣(鏡質體)放在顯微鏡下，在一定強度的入射光中，它們反射出的微弱光流，通過光電倍增管轉變為電流並被放大成較強的電信號，然後將電信號輸出並饋入到記錄裝置。根據記錄裝置刻度盤上讀出標准片的反射光強度值和煤的鏡質體的反射光強度值，按下式求出煤的鏡質體反射率:
煤地質學
式中:R鏡為煤的鏡質體反射率;I標為標准片的反射光電流強度;I鏡為煤的鏡質體反射光電流強度;R標為標准片的反射率。
標准片的反射率R標按下式計算:
煤地質學
式中:n為標准片的折射率;n0為樣品和物鏡之間介質的折射率，空氣為1，香柏油一般為1.515～1.518。
『肆』 煤儲層的研究方法及實驗技術
煤儲層研究方法和實驗技術的不斷改進是煤儲層研究取得重要進展的標志之一。在煤的孔裂隙系統和滲透性的表徵研究中，傳統的研究方法主要有露頭、煤壁的野外觀察法（王生維等，2005），煤岩顯微裂隙觀察法（姚艷斌等，2006a），壓汞毛管壓力法（姚艷斌等，2006b），氮氣或二氧化碳吸附法和掃描電鏡分析法（SEM）等；其他新型研究方法有，透射電鏡分析法（Lee et al.，2006），小角度中子散射法（SANS）（Radlinski et al.，2004）和小角度X射線散射法（SAXS）（Diszko et al.，2000）等。
近年來，大量的非常規技術，特別是無損檢測手段開始應用於煤儲層的表徵，其中包括醫學中應用較廣的核磁共振（NMR）技術和CT掃描技術，以及近來在常規低滲油氣儲層中取得重要應用進展的恆速壓汞分析技術、X射線衍射（XRD）技術等。Karacan等（2001）採用X射線CT掃描（X-CT）方法研究了煤層氣在煤的微觀結構中的吸附和傳輸特徵。Pitman等（2003）和Soto-Acosta等（2008）通過對煤中礦物的碳、氧同位素的X射線衍射（XRD）研究，分別分析了美國黑勇士盆地和印第安那賓夕法尼亞煤中割理發育及其成因特徵。Mazumder等（2006）應用X射線計算機層析技術分析了割理和節理的發育特徵。Karl-Heinze等（2008）首次採用CT掃描成像分析技術研究了煤中割理的發育特徵，結果證明這種方法與實際割理的發育方位和密度具有高度一致性。國內的研究者，胡志明等（2006）和楊正明等（2006）首次將低場核磁共振技術和恆速壓汞技術應用於低滲透率油田儲層的研究，證明這種方法在研究煤的孔隙結構和吼道分布上具有較大優勢。遼寧工程技術大學唐巨鵬等（2005）採用核磁成像（MRI）技術研究了煤層氣解吸滲流特性，得出了新的煤層氣解吸特性、滲流特性與有效應力間關系的實驗結論。迄今為止，國內外還沒有或少有應用核磁共振（NMR）技術和CT掃描技術來定量分析煤儲層孔裂隙系統和滲透率等的相關報道。
另外，隨著多學科交叉研究的發展，測井和地震等常規油氣的方法逐漸應用於煤層氣領域。如胡朝元等（2005）通過波阻抗、縱橫波速和振幅、反射強度、瞬時相位等地震參數與煤儲層物性關系理論的推導，建立了採用地震響應來預測煤儲層裂隙發育程度的數學模型。杜翔（2007）提出了根據測井原理，利用煤層氣測井參數來評價煤層氣儲層特徵的方法。該方法為測井技術應用於分析煤儲層的深度、厚度、煤質、含氣量、滲透率、岩石力學性質、儲層溫度等研究提供了初步的研究思路。
總的來看，關於煤儲層的研究方法與實驗分析技術的研究已成為目前煤儲層研究領域最活躍、進展最快的研究分支之一。然而，將低場核磁共振技術、恆速壓汞技術和CT成像技術等用於煤儲層的研究，在國內外還未見報道，因此進一步確定這些研究手段在煤儲層研究中的具體應用將是今後的趨勢。同時，地震和測井等手段有望進一步推動煤儲層研究領域的發展。本書第4章和第5章內容將對低場核磁共振技術（low-field NMR）、恆速壓汞技術和微焦點X射線斷層掃描（μ-CT）技術在儲層研究中的新應用進行重點闡述。
『伍』 研究方法
1.資料收集與分析
系統收集研究區區域地質資料、煤炭地質資料、煤層氣地質資料、煤層氣生產開發資料(鑽井、測井、煤岩、壓裂、排采等相關資料)及研究成果。通過資料分析,為研究區內煤田構造、含煤地層與煤層特徵、煤變形與構造煤、煤岩煤質以及煤層氣井煤粉產出影響因素研究提供資料基礎。
圖1-1 技術路線圖
2.礦井調查及煤岩樣品採集
充分利用地質學研究方法,開展野外地質調查和礦井地質調查,運用煤田地質學、構造地質學、沉積學的野外工作方法,觀察研究區的煤層宏觀結構構造特徵,研究煤田構造、含煤沉積與煤層特徵、煤變形與構造煤、煤岩等,系統採集煤岩樣品,為煤岩測試分析和煤粉產出物理模擬實驗提供樣品。
3.現場監測及煤粉樣品採集
選擇不同井型、不同排采工藝、不同排采條件的典型煤層氣生產井,對煤粉產出液進行長期、連續地觀察、描述和監測煤粉產出情況及特徵,獲得煤層氣生產井排采工藝、排采參數和煤粉產出的實際資料,用煤粉濃度測試儀測試煤粉液樣中煤粉濃度,系統採集煤粉樣品,為煤粉測試分析提供原始樣品。
4.室內測試分析
對研究區的煤岩樣品和煤粉樣品進行室內測試分析,包括煤岩的工業分析和元素分析,用顯微光度計測定煤岩樣品的反射率,用光學顯微鏡對煤岩樣品和煤粉樣品進行煤岩顯微組分定量分析,用掃描電鏡對煤岩樣品和煤粉樣品進行形態特徵和結構構造分析,用X射線衍射儀對煤粉樣品進行無機礦物成分分析,採用激光粒度分析儀對煤粉粒度進行分析等。研究產出的煤粉與煤岩之間的關系,從煤粉的粒度、形態、成分等方面描述煤粉產出特徵,研究煤粉的來源和成因。
5.物理模擬實驗研究
針對不同煤岩樣品,在不同排采條件下,進行煤粉產出的物理模擬實驗。模擬煤層氣生產過程中不同排采條件下圍壓和驅替流速的改變對煤粉產出的影響。模擬相同排采條件下,具有不同煤岩組分和不同煤體結構的煤岩樣品對煤粉產出的影響。模擬不同粒度和不同成分的煤粉在不同流速下的運移情況,揭示煤層氣排采過程中煤粉在煤儲層、井筒和排采系統中的運移規律。
6.測井資料分析與煤體結構解釋
利用煤田地質勘探鑽孔和煤層氣井的測井資料,分析不同煤體結構煤在不同類型的測井曲線上的響應特徵,利用測井曲線組合特徵解釋研究區內煤層氣井主採煤層的煤體結構,揭示煤層氣井煤層特性及不同煤體結構煤的分布情況。
7.圖件編制
利用排采日報中的數據,結合監測煤粉濃度數據,繪制煤粉濃度與排采參數關系的曲線圖,分析煤粉產出與排采參數之間的關系。運用測井曲線對煤層的煤體結構進行識別,統計各個煤層的煤體結構解釋結果,編制各煤層煤體結構類型分布圖,結合現場煤層氣井煤粉產出情況,分析煤體結構對煤粉產出的影響,預測煤層氣井煤粉的產出情況。
8.綜合分析
綜合分析煤礦井下觀察到的煤層現象、測井解釋結果、室內測試數據、物理模擬實驗數據及現場監測數據,從煤層自身特徵和工程擾動及其耦合效應入手,分析韓城區塊煤層氣井煤粉產出的影響因素,研究煤粉的成因機制,查明煤粉產出的主控因素,揭示煤粉產出規律,提出合理的管控措施。