淺析溫度時間和壓力對煤化作用的影響

李進(jìn) 閆曉明

（遼寧省東煤測試分析研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000）

一、淺述部分階段裸級的特征

煤的許多物理和化學(xué)特性，例如孔隙率，內(nèi)表面，水分和鏡質(zhì)體反射率，都會隨著煤化的進(jìn)行而改變。這些更改通常是有規(guī)律的。褐煤等級的增加主要特征在于總水分含量的減少?？傮w而言，隨著埋藏深度的增加，褐煤的總含水量呈下降趨勢，壓力的壓實效果明顯。壓力降低褐煤的孔隙率，這是減少水分的主要原因。但是壓力對不同煤種褐煤總含水量的影響是不同的。在軟褐煤階段，深度每增加10 m，水分含量將減少4%；在深色褐煤階段，深度每增加10 m，水分含量將減少1%右則需要沉降10 米至20 。在化學(xué)組成方面，在褐煤轉(zhuǎn)化為次煙煤的過程中，木質(zhì)素和纖維素的最后殘留物將轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，腐殖酸會發(fā)生縮合反應(yīng)生成較大的分子，從而導(dǎo)致腐殖質(zhì)的損失。許多煤炭巖石學(xué)家在此基礎(chǔ)上使用沸騰的KOH溶液來區(qū)分褐煤和煙煤。在整個褐煤階段，揮發(fā)物含量變化相對較小，且孔隙度，內(nèi)表面積和水分含量隨煤級的升高而降低。褐煤中的苯提取物是非常重要的物質(zhì)，由于其在許多方面的良好性能，已被廣泛用于軍事，機(jī)械制造，造紙，電氣材料和防水領(lǐng)域。介質(zhì)含量較高。在光亮褐煤的水平上，褐煤蠟的含量非常小，甚至不含褐煤蠟。世界上褐煤蠟產(chǎn)量最多的國家是德國。揮發(fā)分大于3瑞士法郎的煙煤中，煤化作用與褐煤基本相似，但水分含量降低，熱值相應(yīng)增加。由于揮發(fā)物主要由煤的非芳香烴餾分組成，隨著一些飽和基團(tuán)的去除和腐殖質(zhì)化合物的芳構(gòu)化，揮發(fā)物含量將迅速降低，鏡質(zhì)組的發(fā)射率也相應(yīng)增加。同時，碳的變化很小。經(jīng)過中等揮發(fā)度煙煤的幾個階段后，孔隙度，內(nèi)表面和水分含量將隨煤級的增加而增加，并一直持續(xù)到無煙煤階段。無煙煤階段的特征是H含量迅速下降，fl / C原子比相應(yīng)降低，并且鏡質(zhì)組的反射率和光學(xué)各向異性大大提高。

二、淺析腸應(yīng)、時向、壓力對熱化作用

煤化程度會對煤的物理結(jié)構(gòu)以及化學(xué)組成產(chǎn)生影響，對于煤等級的劃分以及煤的價值與使用進(jìn)行研究有著不可忽視的意義。溫度其對于碳化產(chǎn)生的影響是十分強(qiáng)烈的。煤化需要一定的溫度而針對無煙煤碳化來講高溫是其中不能夠缺少的一項。在匹茲堡的威斯特法倫D階中發(fā)現(xiàn)，超無煙煤的揮發(fā)度較低，其底層系統(tǒng)是一個巨大的侵入體。在正常的地?zé)崽荻葏^(qū)域，一般沉降很難滿足這種高溫要求。許多無煙煤的產(chǎn)量也可能與巖漿侵入的額外熱量有關(guān)。現(xiàn)在通過鉆探可知，煤的化學(xué)煤級通常隨著深度的增加而升高，這主要是由于地溫隨深度的增加而引起的。滿足某些地面溫度要求后，許多化學(xué)和物理變化都可以順利進(jìn)行。此時，碳化程度取決于“有效加熱時間”。當(dāng)溫度很低時，即使經(jīng)過很長時間，煤位的變化也不會很明顯。自沉積以來，莫斯科盆地的深度從未超過25攝氏度，導(dǎo)致在石炭紀(jì)早期形成的泥炭仍處于褐煤階段。在美國路易斯安那州的墨西哥海岸，含煤包裹體的中生代巖石在約170萬年的時間內(nèi)沉降到5400米的深度。該部件的地面溫度約為140攝氏度，但快速沉降導(dǎo)致煤炭“不足”的時間不足以生產(chǎn)出揮發(fā)分含量高的煙煤。在接近埋葬深度和地面溫度的情況下，低揮發(fā)度煙煤在德國北部發(fā)現(xiàn)，區(qū)別在于后者經(jīng)受了將近2.7億年的“烘烤”。可以看出溫度和時間對碳化的影響非常全面。

壓力，特別是靜壓力其自身對于煤化產(chǎn)生影響所進(jìn)行的研究其自身主要是使用很多實驗去完成的。靜壓并不會使得煤化變得異?？焖佟７粗?，高靜壓使得煤化進(jìn)行過程中有很多的氣體不斷逸出，同時還能夠在很大程度上遏制了化學(xué)煤化的產(chǎn)生?？墒?，構(gòu)造運(yùn)動出現(xiàn)的切應(yīng)力下能夠使得芳香薄片快速的保持平行排列，同時使得鏡質(zhì)組出現(xiàn)的反射率得到提升。當(dāng)前，我們國家有很多構(gòu)造學(xué)家在一些煤炭結(jié)構(gòu)里找出了反射率超出2.5%的煤，同時按照區(qū)域地質(zhì)當(dāng)前的條件，地層并未完全的沉降到至超出30攝氏度的一個平流層里。剪切壓力其主要值得是煤鏡質(zhì)組反射率得到提升的核心要素?？墒牵谀嗵慨?dāng)前其產(chǎn)生的成巖作用里，靜壓產(chǎn)生的促進(jìn)是非常顯著的。泥炭中水分逐步降低的核心原因是壓力是因為泥炭孔隙的降低而導(dǎo)致的。在從超無煙煤向石墨的過渡過程中，壓力的影響尤為突出，但是由于鏡質(zhì)組的反射率在此階段發(fā)生變化，因此隨著這種相變的加深，它將不會繼續(xù)增加。當(dāng)不同的煤炭巖石學(xué)家計算溫度，時間和煤化程度之間的定量關(guān)系時，沒有公式專門包含壓力。

三、結(jié)論

碳化是從頭到尾一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化的總和。它受許多內(nèi)部和外部條件的控制。深入認(rèn)識煤化的前提是找出這些影響因素，尤其是主要影響因素。煤炭石化科學(xué)家在碳化研究中取得了許多成就，已在許多煤炭化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，人們對煤化及其某些機(jī)制的理解仍然存在很大的差距或差異。因此需要學(xué)者們對煤化形成一個新的認(rèn)知與研究。