D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1986.03.001 北京钢铁学院学报 1986年9月 Journal of Beijing University No,3 第3期 of Iron and Steel Technology Sept,1986 高温高压下煤的岩石学特征变化及 其与天然状态下煤的对比 唐亚兰 (采矿系矿业研究所) 摘 要 根据在河南禹县一荥巩煤田贫煤和无烟煤带存在气孔和镶嵌结构这一事实， 对南部平顶山煤田的肥煤进行了高温高压实验，从1,5Kb压力，不同温度下恒 温一甩后的产物特征得出：煤中的气孔形成于250一350℃：镶嵌结构形成于350一 500℃；随着温度增高，煤的各向异性指数略有增高；并且，与天然状态下的煤相 比，其具有气孔及镶嵌结构煤的反射率值要低得多。 关键词：煤。气孔，镶嵌结构、反射率。各向异性指数。 The Variation in Petrographic Characteristics of Coal under High Temperature and Pressure, Comparing with the Coal in Nature Tang Yalan Abstract According to the fact that there are some vacuoles and mosaic structures in meagre coal and anthracite in Yuxian-Xinggong coalfield of Henan province,a series of high temperature and pressure experiments were carried out on the fat coal from southern Pingdingshan coalfield, After heating at different temperature under pressure 1.5kbar for one 1986-02一28收到 1
年 月 第 期 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 。 、 甲 几 高温高压下煤的岩石学特征变化及 其与天然状态下煤的对比 唐亚 兰 采矿系矿业研究所 ， 协 摘 要 根据在河南禹县 —荣巩煤田贫煤和无烟煤带存在气孔和镶嵌结构这一事实 ， 对南部平顶山煤田的肥煤进行了高温高压实验 从 加涯力 ， 不同温度 下 恒 温一周后的产物特征得出 煤中的气孔形成于 一 ℃ 镶嵌结构形成于 一 。 ℃ 随着温度增高 ， 煤的各向异性相数略有增高 并且 ， 与夭然状态下的煤相 比 ，其具有气孔及镶嵌结构煤的反射率值要低得多 关健词 煤 气孔 镶嵌结构 反射率 各向异性指数 ， 从 一 ， 右一 一 收到 矽 ， ， 、 工 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1986．03．001
week,the vitrinites have been changed to some extent.The following conclusions are drawn on the basis of the experiments:vacuoles in coal form from250-350℃，mosaic structures350-500℃，anisotropy increases slightly when temperature is elevated,And comparing with the coal in nature,the reflectance of the heated samples with vacuoles and mosaic structures is evidently lower. key words:coal,.vacuole,mosaic structure,reflectaice,anisotropy. 河南省平顶山、禹县、新密和荣巩煤田的石炭一二叠系煤由南向北带状分布有肥 煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤。煤砖鉴定发现，在北部禹县、新密和求巩煤田的贫 煤及无烟煤带中的镜质组分具有大量气孔结构（图版1），随着反射率值增高，这些气 孔数量增多，直径增大，在无烟煤阶段发育为大的朵状气孔（图版2），并出现镶嵌结 构（图版3），见表1。 Table 1 Reflectance Coalfield R·% Rank Other characteristics maX Yuxian-Xinggong 2.14-6.03 Meagre coal-Anthracite With vacuoles Xinggong 5,12-6,16 Anthracite With vacuoles and mosaie atructure 图1贫煤镜质组分中出现的气孔，油浸反射单 偏光，225X,禹县煤田 Photo 1. The vacuoles in meagre coal in Yuxian coalfield,on poliahed surface,oil imm.,un- der refleeted light,225X. 图2无烟煤中的朵状气孔，油漫反射单偏光， 204X,荥巩煤田， Photo 2. The vacuoles in anthracite in Xinggong co- alfield,'on polished surface,oil imm,under reflected light,204X. 2
， 多 。 一 ℃ ， 一 ℃ ， ， ， · ‘ 一 ， 乓 ，、 丫 。 声 ‘ 云多 材 ， 一 飞， 面 ， 一 拜季 报 七巾 了 河南省平顶 山 、 禹县 、 新密和荣巩煤 田的石炭 一二叠 系煤 由南向北带状 分 布 有 肥 煤 、 焦煤 、 瘦煤 、 贫煤和无烟煤 。 卜 媒砖鉴慈发现 ， 在北部禹县 扩新密和荣巩 煤 田 的 贫 煤及无烟煤带 中的镜质组分具有大量 气孔结构 图版 ， 随着反 射率值增高 ， 这些气 孔数量 增 多 ， 直径增大 ， 在无烟煤阶 段发育为大 的 朵 状气 孔 图版 ， 并 出现镶嵌结 构 图版 ， 见表 。 杯 卜 一 。 一 。 。 一 。 ‘ 一 人 认痴神萝 一 翅哪黎姨脚欲姿 、 翔翩暇 气翻哪‘ ， 气，于 ，、 群篇斗段 淤乡 幼参 图 贫煤镜质组分中出现的气孔 ， 油浸反射单 偏光 ， ， 禹县煤田 。 ， 乡 ， “ ‘ 一 。 。 一 ， 一。 ， 一 ， 立 ， 。 升军滩魔 蕊 图 无烟煤中的朵状气孔 ，油浸反射单偏光 ， ‘ ， 荣巩煤田 。 七。 ， 一 ，飞 ， 一 。 二 ， ‘ ， 遨 名
图3无烟煤中的镶嵌结构，反射正交光， 196X,荥巩煤田， Photo 3 The mosaic structure in antbracite in Xinggong coalfield,ou polished surface, under reflectod light with crossed Nicols, 169X 图4肥煤中的镜质组在压力1.5kbar,温度 300℃，恒温一照条件下产生的气孔，反射单编光， 187X. Photo 4 The vacuoles of vitrinito in fat coal heated at temperaturo 300C under pressure 1.5kbar for one weok,on polished surface, aader reflected light,187X. 图5肥煤中的镜质组在压力1,5kbar温度 500℃，恒温一周条件下产生的气孔，样品已人T 焦化，反射单偏光，187X. Photo 5 The vacuoles of vitrinite in fat coal heated at temperature 500C under preasure 1.5kbar for ono week,coke-liking,on pollshed surface,under reflected light, 187X, 图6图版5在反射正交光下的情形，显示 发育完好的镶嵌结构。 Photo 6 Tho characteristics of Photo 5 under roflected light with crossed Nicole,ahowing well dovelopod mossic strncture
夕 ， 图 无烟煤中的镶嵌结构 ，反射正交光 ， 洲 ，荣巩煤田 。 名 ， ， 一 ， 从 叫， 图 肥煤中的镜质组在压力 腐泪变 。 ℃ ，恒温一周条件下产生的气孔 ， 反射单偏光 ， 丫 ， 生 垃 ℃ ， 。 七 ， ， 一 ， ‘ 么 ， · ‘ 招口哆 图 肥煤中的镜质组在压力 ‘ 。 温度 。 ℃ ，恒温一 周条件下产生的气孔 ， 样品已 人丁 焦化 ，反射单偏光 ， ， 一 ℃ 一 货 ， 。 一 ， 玄， ‘ ， 乎 ， ‘ ， 、 叫 ，卜 图 图版 在反射正交光下的情形 ，显示 发育完好的镶嵌结构 。 。 。 云 节 ‘ ‘ ， 五 份 ， 一
确定煤中气孔及镶嵌结构的形成温度，对解决该区煤的变质作用问题具有重要的意 义。因此，对平顶山煤田肥煤(R品，.为1.08%)的镜煤组分进行了高温高压实验。 实验是在冷封式自紧密封高压釜中进行，温度由XCT一191温度控制仪，配以ZK二 50可控硅电压调节仪控制，压力以水压控制。 在1.5kbar压力·，不同温度下恒温一周后所得产物的煤岩特征见表2。 Table 2 Temperature Reflectance Anisotropy ℃ ROmax Rank Other oharacteristios Romax-Rome an R0ma￥ Unbeated 1.08 0.07 Fat coal 40t+5040440450 200 1.10 0.11 Fat coal 58卡中8卡卡中9年年卡卡年年卡09年4 250 1,11 0.06 Fat coal 由9卡图#0不目年下”年年年9年年中 300 1.21 0.12 Coking coal with vacuoles 350 1.19 0.10 Coking Coal with vacnoles 500 2,74 0,20 Authracite with vacuoles and mosaic structure, like coke 从表2中可以看出，250℃时的样品未发生明显变化，尚未出现气孔，在300℃时， 样品由肥煤变成焦煤，并出现与贫煤中气孔十分相似的密集的气孔（图版4），350℃时， 样品未发生进-一步的变化，一直到500℃，样品发生了强烈的变化，已完全人工焦化， 普遍发育大的气孔（图版5），并具有发育非常好的镶嵌结构（图版6）。 由上述高温高压实验结果大致估计出，禹县、新密和荣巩煤田具有气孔结构的贫煤 和部分无烟煤经受了约250一350℃的温度，而荥巩煤田具有镶嵌结构的部分无烟煤则可 能遭受了350一500℃的温度。 高温高压实验结果还表明，在压力不变的情况下，随者温度增加，由200℃增到 500℃，煤的各向异性指数也略有增高，在350℃以前摆动于0.06~0.12之间，但到 500℃，增高至0.20，这说明各向异性指数的变化虽主要受到压力的影响1)，但在一定 程度上可能也受到温度的影响。 从高温高压实验结果还可以看出，在实验室条件下，煤被加热到250~300℃时，肥 煤级别的原样已产生与实际贫煤和无烟煤相似的气孔，但煤的反射率值却未明显增高， 仅为1.11%，仍属肥煤；而在350~500℃时，原样已产生与实际无烟煤相似的镶嵌结 构，但煤的反射率值仍很低，仅从1.19%增至2.74%，虽已达无烟煤级，但仍远低于实 际具有镶嵌结构煤的反射率值。这种实验反射率值与自然条件下具有相应结构煤的 实际反射率值之间的差异只能以其受热时间的长短来解释，也就是说，煤在较高的温 度作用下，其反射率值的增高还与受热时间有关。而煤受热所产生的结构特可征能 与时间的关系较小。即只要达到特定的温度，就可以产生相应的结构。反射率则不 ●根据煤层上覆岩系厚度按1km相当压力，0,276Kbr求得， 4
确 定煤 中气孔及镶嵌结构的形成温度 ， 对解决该 区煤的变质作用 问题具有重要的念 义 。 因此 ， 对平顶 山 煤田肥煤 急 二 为 的镜煤组分进行 了高温高压实验 。 、 实验是在冷封式 自紧密封 高压釜 中进行 ， 温度由 一 温度控制仪 ， 配以 一 可控硅 电压调 节仪控制 ， 压力 以水压控制 。 在 压 力 ， 不 同温 度下恒温一周后所得产物的煤岩特征见表 。 了 ℃ 几 玉 万 五 五 君 一 盈 卜 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 ， 山劝，曰 口反一﹄丹”材﹄︸ 八甘内 从表 中可以看 出 ， ℃时的样品 未发生 明显变化 ， 尚朱 出现 气 孔 在 。 ℃时 ， 样品 由肥煤变成焦煤 ， 并 出现与 贫煤 中气孔 十分相似的密集的 气孔 图版 ， ℃晚 样品 未发生进一步的变化， 一直到 ℃ ， 样品发生 了强烈的变化 ， 已完全人工 焦 化 ， 普遍发 育大的气孔 图版 ， 并具有发 育非常好的镶嵌结构 图版 。 由上述高温高压实验结果大致估计 出 ， 禹县 、 新密和荣巩煤田具有气孔结构的贫煤 和部分无烟煤经受 了约 一 ℃ 的温度 ， 而荣巩 煤田具 有镶嵌结构的部分无烟煤则可 能遭受 了 一 ℃ 的温度 。 高温高压实验结果还表明 ， 在压力不变的情况下 ， 随 着 温 度 增 加 ， 由 ℃增 到 。 ℃ ， 煤的各向异性指数也略有增 高 ， 在 ℃ 以 前 摆 动 于 之 间 ， 但 到 ℃ ， 增高至 ， 这 说明各 向异性指数的变化 虽主要受到压 力的影响山 ， 但 在一定 程度上可能也受到温度的影响 。 从高温 高压实验结果还可以看 出 ， 在实验室 条件下 ， 煤被加 热到 ℃ 时 ， 肥 煤级别的原样已产生与实 际贫煤和无烟煤相似的 气 孔 ， 但煤的反 射率 值却未 明显增高 ， 仅为 ， 仍属肥煤， 而在 。 ℃时 ， 原样已 产生 与实 际无烟煤相似 的 镶 嵌 结 构 ， 但煤的反射率值仍很低 ， 仅从 增至 。 ， 虽已达 无烟煤级 ， 但仍远低于 实 际具有镶嵌结构煤的反射率值 。 这种实验反射率值与 自然 条件下 具 有 相 应 结 构 煤 的 实 际反射率值之 间的差异 只能 以其受热时 间的长短来解释 ， 也就是说 ， 煤在 较 高 的 温 度作用 下 ， 其反射率值的增高还与受热时间有关 。 而煤受 热所产 生 的 结 构 特 可 征 能 与时间的关系较小 。 即只要达到特定的温度 ， 就可以 产生 相 应 的 结 构 。 反射 率 则 不 根据煤层上玻岩系厚度按佳二相当压力 ，。 了‘ ‘ 。 求得
然，煤在一定的热作用下，还需要一定的时间来调整其内部结构，以达到相应的反射率 值。 本文是作者研究生毕业论文的一部分，工作中曾得到杨起教授、潘治贵老师的热情 指导，武汉地质学院北京研究生部的吴国忠老师也给予了帮助，在此一并致谢。 参考文献 〔1〕Hower,J.C。et al..Application of vitrinite reflectance anisotropy in the evaluation of coal metamorphism,Geol,Soc.America Bul1,pt.1,6(1981),350 ● 6
然 ， 煤在一定的 热作用下 ， 还需要一定的时间来调整其内部结构 ， 以达到相应的反射率 值 。 本文是 作者研究生毕业论文的一部分 ， 工 作 中曾得到杨起 教授 、 潘治贵老师的热情 指导 ， 武汉地质学院北京研究生部的吴国忠老师也给 予了帮助 ， 在此一并致谢 。 参 考 文 献 〔 〕 ， 毛 了 ， ， ， ，