-
煤炭基础知识
一
、煤的形成
煤炭是一种固体化石燃料，主要成分为碳、氢和氧等，是人类社会重要
的基础能源和重
要原料。
目前，
我国在一次能源生产和消费中煤炭分别占到
76%
与
70%
。
在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、
灌木、乔木
等植物。因不同时代海平面常有变化，当水面升高时，植物会被淹而死亡。如
果这些死亡的植物遗体被沉积物覆盖而不透氧气，就不会完全分解，而是在地
下形成有机地层。随着海平面的升降，会产生多层有机地层。
经过漫长的地质作用，在温度增高、压力变大的还原环境中，
这一有机层
最终转变为煤层。同时，因埋藏深度、时间的差异所形成的煤也具有不同的煤
化程度。
煤炭根据其煤化程度的不同
，按从低到高的分类，可分为泥炭、褐煤、烟
煤和无烟煤四大类。
煤化阶段的两个过程
煤化阶段主要是指由泥炭向褐煤、烟煤和无烟煤转化的漫长成煤变质阶段，
该
阶段主要包括以下两个连续的过程：
过程一、
在地热和压力的作用下，<
/p>
泥炭层发生压实、
失水、
肢体老化、
硬结等各种变化而形成褐煤——密度比泥炭高，碳含量相对增加。这一过程又
叫成岩作用。
过程二、褐煤转变为烟煤和无烟
煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，
故又叫变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚，在地热和静压力
的作用下，褐煤继续经受着理化变化而被压实、失水，其内部组成结构和性质
都进一步发
生变化，此过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。
<
/p>
烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少。烟煤继续进行着变质作用，
从低变质程度向高变质程度变化，进而出现了低变质程度的长焰煤、气煤，中
变质程度的
肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着
变质程度的加深而增大
。
二、煤的开采
人类开采利用煤炭已有几千年的历史，
2009
年我国煤炭总产量超
30
亿
吨，
占世界煤炭产量的
40%
以上。<
/p>
我国
2300
多个县市中有
1458
个赋存着煤炭资源，但
< br>90%
的储量分布在
秦岭—淮
河以北地区，尤其是晋陕蒙三省区，占到全国总量的
63.5%
。从东
西方向看，煤炭资源的
85%
分
布于中西部，沿海地区仅占
15%
。从地区看，以山
西为中心的华北地区煤炭储量占全国
2/3
以上，
其次是西北和西南地区。
我国煤炭资源分布情况：
地区
华北
西北
30
西南
9
华东
5
东北
5
华中
5
占比（
%
）
49
云南省煤炭资源总量为
691
亿吨。
2006
年底，全省探明煤炭资源量为
277.1
亿吨，预测资源量为
413.84
亿吨。全省煤炭资源总量居全国第
11
位，已
提交的煤炭资源储量居全国第九位，在南方
各省区市中仅次于贵州，居第二位。
褐煤资源量仅次于内蒙，居全国第二位。全省保有资
源储量
267.89
亿吨，曲靖
市煤炭
保有储量为
99.04
亿吨，占全省保有资源储量的
36.97%
，昭通市
94.49
亿吨，占
35.27%
。红河州
41.88
亿吨，占
15.64%
，
其余
13
个州市
32.48
亿吨，
占
12.12%
。
根据煤炭储藏条件的不同，煤炭开采分为露天煤矿开采和地下
煤矿开采。
露天煤矿开采对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏
浅煤层厚度大的矿区采
用。移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采的称
为露天开采。
我国适合露天开采的煤田较少，可供露天开采的资源储量仅占
7.5%
。
我国采煤以地下煤矿开采为主。对于地下煤矿开采，煤炭开
采的完整
过程大概分为三个步骤：
井
田开拓—从地面开拓一系列井巷进入煤层的过程称为井田开拓。
巷道掘
进—按照巷道设计开凿出各种类型的巷道，直至把采煤工作面
开辟出来。
地下煤矿开采—在确定了井田开拓方式、完成了巷
道掘进之后，下一步
就是采用合适的方法和工艺，安全、顺利、高产和高效地将煤炭开采
出来。
煤炭开采基本术语
采场和采煤工作面：
指用来直接大量采取煤炭的场所。在采场内进行回
采的煤壁，称为采煤工作面。采煤工作面与采场是同义词。
采煤工作：指在采场内，为了采出煤炭所进行的一系列工作。分为基本工
序
—煤的破、装、运；辅助工序—工作面支护、采空区处理、移置运输、采煤
设备等。
采煤工艺：
由
于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成这些工序的方
法也就不同，并且在进行的顺序
上、时间和空间上必须有规律地加以安排和配
合。
这种按照一定
顺序完成各项工作的方法及其配合，
称为采煤工艺。
采煤系统：
采煤巷道的掘进一般是超
前于采煤工作进行的。它们之间在
时间上的配合以及在空间上的相互位置系统，称为采煤
巷道布置系统，即采煤
系统。
采煤方法：
指采煤工艺与采煤系统在时间上、空间上相互配合的总称
。
地下采煤方法分类
在我国，按落煤（
煤从整体煤层中破落下来）的技术方法不同，将地下采
煤分为旱采—机械落煤、
爆破落煤和水采—水力落煤。
大约
98%
的地下采煤都是
旱采。
旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以壁式采煤法为主。壁式
采煤法工
作面长，一般为
100
～
200m
，可以容纳功率大、生产能力高的大型采煤机械；柱
式采煤法工作面短，一般为
6
～
30m
，由于工作面短、顶板易维护，可减少支护
费
用降低成本，其缺点是回采率低。
云南省煤炭生产发展目标
原煤产量
精煤
（洗煤产品）
产
机焦产量
量
2010
年
2015
年
2020
年
1.0
亿吨
3100
万吨
1.3
亿吨
5500
万吨
1.4
亿吨
6800
万吨
1200
万吨
1300
万吨
1500
万吨
云南煤炭生产呈现“乡镇煤矿为主、国有煤矿为辅；小型煤矿为主，大中
型煤矿为辅；滇东地区为主，其它地区为辅”的格局。
2010
年初步形成“三块
一片”
，即：以云南煤化工集团公司下属
矿井构成的一块，以省监狱管理局所属
的小龙潭矿务局、凤鸣村煤矿、陆东煤矿构成的一
块；以滇东能源公司白龙山、
雨汪煤矿为基础的煤电一体化项目构成的一块。
“一片”是以地县及乡镇煤矿为
主构成的一片。大型煤炭企业集团包括煤化
工集团公司、滇东能源有限责任公
司、
小龙潭矿务局等产量占全
省原煤产量的
40%
左右，
加上中型煤
炭企业和乡镇
骨干矿井，大中型煤炭企业的市场占有率达到
70
%
，小型煤矿企业占
30%
。
2010
年全省煤矿数量力争控制在
1000<
/p>
个以内。
三、
煤的分类
1
、
中国煤按煤化程度的分类表
（
V
为
Vdaf
%
的略写）
大类
小类别
别
主要分类指标
主要
特性
一号褐煤
褐
二号褐煤
煤
透光率
Pm<30%
燃烧 V
<
br>37
高，
<
br>炼焦
30%
煤化
程度
最
低，
内在
水分
较
煤
高，
发热
量
低，
易风
化碎
裂，
作一
般燃
料
用。
长焰煤
烟
煤
V>37
G
≤
5
烟煤
G
﹥
5
～
中煤
35
化程
度最
低，
挥发
分最
高，
粘结
性最
弱，
不粘煤
V
﹥
28
～<
/p>
37
G
≤
5
V
＞
20
～<
/p>
28
火焰
长。
煤化
程度
较
低
，
挥发
分范
围较
宽，
无粘
结
性。
弱粘煤
﹥
28
～
37
G
﹥
5
～
略
30
V
＞
20
～
28
同
上，
受热
后形
成的
胶质
体很
少
1/2
中粘煤
V
﹥
28
～
G
﹥
5
～
略同
30
V
＞
20
～
28
气
煤
上
V
﹥
28
～
37 G
﹥
50
～<
/p>
65
煤化
V>37 G
﹥
35
～
65
y
≤
程度
25
较
低，
挥发
分较
炼焦
时产
生较
多的
煤
气。
气肥煤
V
﹥
37
G
﹥
85
y
﹥
25
略同
上，
粘结
性较
强，
时产
生大
量的
胶质
体和
煤
气。
1/3
焦煤
V
﹥
28
～
煤化
37
G
程度
﹥
65
y
≤
25
中
等，
炼焦
时产
生较
强的
粘结
性。
< br>
肥
煤
V
﹥
10
～
37
G
﹥
85
y
﹥
25
略同
上，
受热
产生
较多
< br>的胶
质
体，
有极
强的
粘结
性。
焦
煤
V
＞
10
～
28 G
＞
50
～
65
粘结
G
﹥
65
y
≤
25
性较
好，
受热
产生
热稳
定性
好的
胶质
体。
瘦
煤
V
﹥
10
～
煤化
20
程度
G
＞<
/p>
20
～
50 G
﹥
50
～
较
6
5
高，
挥发
分较
低，
受热
能产
生一
定数
量的
胶质
体。
贫瘦煤
V
﹥
10
～
略同
20
上，
G
＝
5
～
20
受热
能产
生很
少量
的胶
质
体，
粘结
性
差。
贫
煤
V
<
/p>
＞
10
～
烟煤<
/p>
中煤
化程
度最
高
，
挥发
20
G
≤
5
分最
低，
受
热
不产
生胶
质体
不结
焦，
热值
高。
< br>
一号无烟煤
二号无烟煤
无烟
三号无烟煤
煤
低。
碳含
量最
丰
富，
光
泽
V
＝<
/p>
0
～
3.5
V
＝
3.5
～
6.5
V
＝
6.5
～
10
煤
化
程度
最
高，
挥发
分最
性较
强，
硬度
高，
密度
大，
燃点
高，
无粘
结
性，
燃烧
时无
烟。
是高
炉喷
吹，
合成
煤气
等的
主要
原材
料。
2
、
中国煤按炼焦用煤分类表
Vdaf
∕
%
—
煤的干燥无灰基挥发分
G
—
GR
，
I
的略写，煤的粘结指数
Y
∕
mm
—
煤
的
胶
质
层
最
度
3
、
中国煤按加工方式的分类
大
厚
大类别
煤
粒级煤
精煤
原煤
特
征
从地下地上采掘出的毛煤经筛选去
掉矸石后
的煤。
煤经过精选
（干选或湿选）
后生产出来的符合
一定质量要求的产品
经过筛选或精选后，粒度下限＞<
/p>
6mm
，灰分≤
40%
< br>的煤。按不同粒度分为洗中块、中块、洗
混中块、
混中块
、
洗混块和混块、
洗大块和大
块、
洗特大块和特大块、
洗小块和小块、
洗粒<
/p>
煤和粒煤、
洗选煤
经过洗选和筛选已清除或减少原煤中所含的
灰分、
矸石、
硫分等杂质，
并按不同煤种、
灰
分、热值和粒度分成若干品种等级的煤。
其粒度分级为
50
、
2
5
、
20
、
1
3
、
6
（
mm
）
以下。
洗
选煤分为洗原煤、
洗混煤、
混煤、
洗混
末煤、
混末煤、洗末煤、末煤、洗粉煤、粉煤。
低质煤
灰分含量很高（大于
40%
）的各种煤。<
/p>
4
、中国煤分级表
煤
冶炼用
炼焦精煤
以
0.5%
的灰分为一个级差进行分级
，共分十
五级：
A=5.01%
～
5.50%
为一级
A=5.51%
～
6.00%
为二
级
......
以
0.5%
的灰分为一个级差进行分级，共分七
其他用精煤
级：
A=12.51%
～
13.00%
为
一
级
，
A=13.0
1%
～
14.00%
为二级……
动力用煤
以
1%
的灰分为一个级差进行分级，共
分三十
六级：
A=4.01%
～
5.00%
为一级
，
A=40%
为三十六级
.
。
四、煤的加工
从地下采出的毛煤会含有一些矸石和其他杂质，需经过洗选，
使煤中灰分、磷和硫等成份降低，可脱除煤中
50%
～
80%
的灰分
及
30%
～
40%
的全硫。
煤炭洗选—指利用煤和杂质（矸石）的理化性质的差异，
通过理化分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀
用途不同的煤炭产品的加工技术。
洗
物理选煤—指根据煤炭和杂质物理性质（如粒度、密度、
硬度、磁性及电性等）上的差异进行分选的技术方法。有（<
/p>
1
）
重力选煤：包括跳汰、重介质、斜槽、摇床、风力选煤等，在
实际生产中被广泛应用（
2
）电磁选煤：实际生产中没有应用。
选
浮游选煤—简称浮选，根据煤炭表面理化性质的差异进行分选
的技术方法。有（
1
）机械搅拌式浮选（
2
）无机械搅拌式浮选。
化学选煤，微生物选煤在工业生产中没有实际应用。
洗煤厂生产工艺流程
1
、原煤准备：包括原煤接受、储存、破碎和筛分。
2
、原煤分选：面前国内的主要
分选工艺包括跳汰
-
浮选联
合流程；<
/p>
重介
-
浮选联
合流程；跳汰
-
重介
-
浮选联合流程；块煤重介
-
末
煤重介旋流器分选流程；此外还有单跳汰和单重介流程。
3
、产品脱水：浮选出的精煤脱水，和块煤、末煤、煤泥的
脱水。
4
、产品干燥：一般在比较严寒的地区采用，以防煤冻。
5
、煤泥水（污水）处理。
洗精煤等级：
灰分
%
硫分
%
一号精煤
二号精煤
三号精煤
装炉煤经过高温干溜转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺
过程即煤炭焦化过程，简称炼焦。
现代炼焦生产由一座或几座焦炉及其辅助设施组成，焦炉的装
煤、推焦、熄焦和筛焦构成焦炉操作的全过程。
煤料从炉顶部的装煤孔或机侧（捣固焦）装入炭化室，由两侧
燃烧室传来的热量将煤料在隔绝空气的条件下加热至高温。加
热过程中煤料熔融分解，所生成的气态产物由炭化室顶部的上
升管道逸出，
导入煤气净化处理系统
，可得到煤气及化学产品。
残留在
炭化室的固化成焦炭。煤料分解固化过程完成后，将炭
7-8
8-9
9-16
0.4
0.5
0.6
热值
MJ/kg
26-28
26-28
24-26
炼
化室两侧的炉门打开，用推焦机将焦炭推出，落入熄焦车，赤
热的焦炭用水熄灭，冷却后便得到可使用的焦炭。
近来开发的炼焦新工艺还有：
配入部分型煤炼焦的配型煤工艺、
用捣固法装煤的煤捣固工艺、煤预热工艺等。
炼铁工艺即以铁矿石、焦炭等为原
料，借助于高炉等工
焦
具，生产出符合要求的钢铁制品。
炼铁的方法就是从炉顶加入铁矿石、焦炭和石灰石，从
炉底部向炉内通入加压空气，在焦炭燃烧时，矿石、石灰石与
焦炭一起发生反应，最终形成铁水和炉渣。其原理是矿石在特
定
的氛围中（还原物质
CO
、
H2
、
C,
适宜温度等）通过理化反应
获取还原后的生铁。
焦铁比—每炼一吨生铁所消耗的焦
炭量。一般为
380
～
400kg/T
。
生铁按不同冶炼工艺和用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。
炼焦的产品有：
1
焦炭—炼焦最主要的产品，
90%
以上用于高炉炼铁，其次用于
铸造与
有色金属冶炼工业，焦粉还用作烧结的燃料。
2
煤焦油—产量约占装炉煤的
3%
—
4%
。
3
煤气
和化学产品—经过净化的煤气属中热值煤气，发热量约
为
175
00kj/Nm
，
每吨煤约产炼焦煤气
300
—
400
立方米。
氨的回
收率约占装炉煤的
0.2%
< br>—
0.4%
，粗苯回收率约占装炉煤的
< br>1%
。
冶金焦的分级：
等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
灰分
%
≤
12.0
≤
13.5
≤
15.0
硫分
%
≤
0.6
≤
0.8
≤
1.00
五、
煤的检测
为了对煤炭的质量进行评价、分
类，洁净、合理利用煤炭资源，需要对煤炭的
化学、工艺性质进行检测。
最基本的煤质分析就是煤的工业分析、元素分析和煤的发热量
测定，以及煤
受热后的各种性质状况分析。
在对煤质进行以上基础分析、测定
时，其指标中常涉及一个概念“基”－就是
表示分析化验结果
是以什么状态下的煤样为基础而实测或换算出来的。
煤质分析中常用的基准
术语名称
符号
定义
英文名称
收到基
ar
已收到状态的煤
As
received
basis
为基准
空
气
干
燥
ad
与空气湿度达到
Air dried
basis
基
平衡状态的煤为
基准
干燥基
d
以假想无水状态
Dry
basis
的煤为基准
干
燥
无
灰
daf
以假想无水、无
Dry ash-free basi
基
灰状态的煤为基
准
1
、煤的工业分析：对煤中水分、灰分、挥发分和固定碳含量的分析
测定，就是
煤的工业分析。
水
分
煤是多孔性固体，或多或少含有水分。水分的存在对煤的加
工利用带
来不利影响，
外在水分
Mf
—
在煤开采运输和洗选过程中润湿在
煤的外表
（
M
）
以及大毛细孔中的水。含有
Mf
的
煤称为应用煤，失去
Mf
的
煤称为风干煤。
内在水分
Minh
< br>—
吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔直径中的水。
失去
Minh
的煤称为绝对干燥或干煤。
全水分
Mt
—
煤的内、外水分之和。
Mt
＝
Minh
＋
Mf
灰
分
煤的灰分不是煤的一种固有性质，煤中并不含“灰”
，而是煤
在规定条件下完全燃烧后的固态残留物。
灰分
A
—
<
/p>
一定质量的煤在
815
°
C
±
10
°
< br>C
的温度下将其中的
可燃物完全燃烧，然后对留下的残留
物称重，经计算得到煤
（
A
）
的灰分产率就称之为煤的灰分。
外在灰分—
不含于煤层内，
在开采过程中混入煤中的矸石称
为外来矿物质，
它们在燃烧时形成的灰分就称之为外在灰分。
比较容易用洗选方法除去。
内在灰分—
煤中的原生矿物质和次生
矿物质合称为内在矿
物质，来自于内在矿物质的灰分称为内在灰分。很难用洗选
方法除去。
煤灰成分主要有：
SiO
、
Al2O3
、
Fe2O3
、<
/p>
SO3
、
CaO
挥
发
分
煤在高温和隔绝空气的条件下加热
时
,
所排出的气体和液体
状态的产物称
为煤的挥发分
V
。
其主要成分有甲
烷、
氢及碳
氢化合物。
（
V
）
随着煤炭变质程度的增加，煤炭挥发分降低。褐煤、气煤
挥发分较高，瘦煤、无烟煤挥发分较低。挥发分不但是表征
煤阶的常
用参数，也可以表征煤的焦化、液化及燃烧特性，
以便于确定煤的加工利用途径。
在炼焦时，可
根据配煤挥发分的高低来预测焦化产品的回收
率。
煤中除去水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳
FC
。
固
定
碳
FCad = 100
－（
Mad+A
ad+Vad
）
FCad
—空气干燥基煤样中的固定碳
煤的固定碳是煤的发热量的重要来
源，它和挥发分一样，也
是表征煤的变质程度的一个指标，它随变质程度的增高而增
（
FC
）
高。
褐煤
烟煤
无烟煤
FCdaf
≤
60%
50%
～
90%
＞
90%
FC
daf
—干燥无灰基煤样中
的固定碳
煤的
燃料比
=
FC/V
其值的大小也可用来判断煤的种类及用
途。
★
FC
与
A
、
V
一样不
是煤中的固有成分，而是煤受热
分解的产物。
★
FC
与煤中碳元素含量也是两个不同的概念。
2<
/p>
、
煤的发热量
Q
：
煤的发热量又称为煤的热值，即单
位质量的煤完全
燃烧所发出的热量
—
用
1.4
比重液分选后的浮煤的发热量
（或灰分不超过
< br>10%
的原煤的发热量）
。
（
1
）
发热量的单位
热量的表示单位主要有
焦耳
（
J
）
简称焦、
卡
（
cal
）
、
和英制单位
（
Btu
）<
/p>
。
焦耳是国际标准化组织（
ISO
）所采用的热量单位—
J/g
、
kJ/g
、
MJ/kg
。
煤的常用发热量测定结果以
MJ/
kg(
兆焦
/
千克
)
表示。
其换算关系：
1
MJ
（兆焦）
= 1000
kJ
（千焦）
= 1000 000
J
（焦）
1
卡（
cal
）
= 4.18
焦（
J
）
1
千卡（
kcal
）
=
4.18
千焦
（
kJ
）
1 But = 1055.06 J
煤的发热量表征了煤的变质程度（
煤化程度）
，泥炭发热量最低，
褐煤的发热量有所增高，烟煤的
发热量继续增高，到焦煤和瘦煤时，碳含量虽
然增加了，但由于挥发分较低，特别是其中
氢含量比烟煤低得多，有的低
1%
，
仅
相
当
于
烟
煤
的
1/6
，
所
以
发
热
量
最
高
的
煤
还
是
烟
< br>煤
中
的
某
些
煤
种。
<
/p>
（
2
）煤的各种发热量名称含义
弹
筒
发
热
量
Qb
单位质量的煤样在热量计的弹筒内
，在过量高压气
（
25
～
35
个大气压）
中燃烧后产生的热量。
因其在恒容
（弹
筒内燃烧室容积不变）条件下测得，
故又称恒容弹筒发热
量。
由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的，因此出现了煤在
空气中燃烧时不能进行的热化学反应。所以，煤的弹筒发
热量要高于
煤在空气中、工业锅炉中燃烧时实际产生的热
量。
实际中要把弹筒发热量折算成符合
煤在空气中燃烧的发热
量。
高
位
发
热
量
Qgr
煤在空气中大气压条件下燃烧后所
产生的热量。
实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去煤在弹筒
< br>里燃烧时硫酸和硝酸生成热和得到的发热量。
恒容高位发热量
—
由恒容弹筒发热量折算出来的高位
发
热量。
（煤在空气中燃烧时是不会生成硫酸和硝酸的）
恒压高位发热量
—
煤在空气中大气压下燃烧的条件是
恒
压的（大气压不变）
，其高位发热量就是恒压高位发热量。<
/p>
一般情况
下恒容高位发热量比恒压高位发热量低
15J/g
左
右。
低
位
发
热
量
煤在空气中、大气压条件下燃烧后，产生的热量
减去煤中水分（煤中有机质内的氢燃烧后生成的氧化水及
煤中的游离水和化合
水）的气化热（蒸发热）
，剩下的实际
可以使用的热量。
恒容低位发热量
—由恒容高位发热量算出的低位发热量。
Qnet
恒压低位发热量
—由恒压高位发热量算出的低位发热量。
两者间也存在较小的差别。
★
煤在工
业燃烧设备中燃烧时，不可能得到硫酸、硝酸生成热和水的
蒸发热，而这三项热量在弹筒
燃烧时都能获得。所以，工业燃烧设备中所能获
得的最大理论热值必然是从弹筒发热量中
扣除这三项热量后的热值—
低位发
热量。
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