1.1　低阶煤的分类及特征

1.1.1　低阶煤的分类

当前世界上较流行的煤炭分类体系有：国际标准ISO 11760（2005）、美国ASTM标准（2004）、澳大利亚AS标准（1994）、《中国煤炭分类》（GB/T 5751—2009）。

（1）国际分类

煤炭分类国际标准ISO 11760于2005年发布，是以煤的变质程度（以镜质组反射率来表示）、岩相组成（以镜质组含量来表示）以及煤的品级（以干基灰分产率来表示）作为煤炭分类的依据。

按照类别划分，规定煤层水分≤75%，且R（平均镜质体随机反射率）<0.5%的煤为低阶煤（褐煤和次烟煤）；按照牌号划分，低阶煤又可分为褐煤B、褐煤C和次烟煤3个小类。

（2）美国ASTM分类

ASTM标准中煤按照变质程度来划分，从褐煤至无烟煤。低阶煤的划分指标为CV_mmmf（恒湿无矿物质基发热量，中国国标采用符号Q表示发热量）、黏结性，见表1-1。

（3）澳大利亚AS标准

①简单分类。按照发热量大小，Q_gr，daf（干燥无灰基高位发热量）≤27MJ/kg或Q_gr，afm（恒湿无灰基高位发热量）≤21MJ/kg属于低阶煤。

②常用名称分类。低阶煤划分标准如下：次烟煤，Q_gr，afm为19～23.98MJ/kg[或者Q_gr，afm为19～26.48MJ/kg且CSN为0或者1/2（注：CSN为坩埚膨胀系数）]；褐煤，Q_gr，_afm<19MJ/kg。

（4）中国分类

《中国煤炭分类》（GB/T 5751—2009）采用煤化程度参数（主要是干燥无灰基挥发分）将煤炭划分为无烟煤、烟煤和褐煤。低阶煤主要包含通常意义上的褐煤和低变质烟煤（长焰煤、不黏煤、弱黏煤），其划分见表1-2。

当V_daf（干燥无灰基挥发分）>37.0%，G（黏结指数）≤5，再用P_M（透光率）来区分烟煤和褐煤。当V_daf>37.0%，P_M>50%为烟煤；30%<P_M≤50%的煤，如Q_gr，maf（恒湿无灰基高位发热量）>24MJ/kg，应划分为长焰煤，否则为褐煤。

1.1.2　低阶煤的特征

1.1.2.1　低阶煤的分布特征

低变质烟煤主要分布在我国内蒙古、新疆、陕西、山西等地，成煤时代以早、中侏罗纪为主，其次为早白垩纪和石炭二叠纪，主要产地见表1-3。

褐煤主要分布在内蒙古东部（锡林浩特、通辽、呼伦贝尔等）和云南。其中内蒙古东部褐煤占我国褐煤查明储量的81.59%；云南褐煤占我国总储量的5.1%；此外，黑龙江东部、辽宁、山东等地均有零星分布。我国褐煤的主要产地见表1-4。

据国家统计局资料，2015～2018年，我国产煤地区累计生产原煤量见表1-5。

可以看出，相较于2017年，2018年排名前4位的产煤地区产量全部增长，其中，陕西增加5364.6万吨，增量最大；新疆增长14.0%，增幅最高。2018年晋陕蒙三省区合计产量24.4亿吨，占全国产量的68.9%，相较2017年（66.8%）增加2.1%。2018年全年产量不足1000万吨的地区为6个，比上年增加1个（福建省），其中湖北、北京、江西、福建4个地区产量降幅超过10%，6个地区全年产量合计2950.4万吨，仅占全国产量的0.8%。

这主要是因为煤炭主产区资源赋存条件好，开采成本相对较低、安全性高，因此在我国调节能源结构的转型期，原煤产量进一步向主产区集中，产煤小省加速退出，各省煤炭产量分化明显。低阶煤主要集中于我国煤炭主产区，其在我国煤炭产量中的比重会越来越高。

1.1.2.2　低阶煤的结构特征

从煤炭物理结构来讲，煤炭是由内部有机质、水分、灰分以及外在水分和矿物质组织组成；从煤炭的化学组分来讲，煤炭是一种由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成的具有复杂结构的有机大分子；从化学结构来看，煤炭分子是由多个苯环、环烷、链烃组成的复杂化合物。迄今为止，煤化学界公认比较合理准确的煤的威斯（Wiser）化学结构模型（见图1-1），基本反映了煤的化学结构，煤炭的煤化程度越低，支链越多越易裂解。

低阶煤是由芳环、脂肪链等官能团缩合形成的大分子聚集体，既含有以无定形碳与灰为代表的成分（60%～80%，质量分数），又有含量高达10%～40%（质量分数）的代表煤本身固有油气成分的挥发分，后者由链烷烃、芳香烃、碳氧支链构成。

低阶煤的分子结构中含有大量的由2个或者3个苯环相连构成的缩合芳环结构，低阶煤基本结构单元见图1-2，其变质程度较低，碳氢含量低、氧含量高，结构单元芳核较小，结构单元之间由桥键和交联键形成空间大分子，侧链长而且数量多，空隙率高。低阶煤中常见的官能团包括甲基侧链、乙基侧链、乙烯基桥链、氢化芳香族、双键桥键、链状双键、环状α碳链、酚羟基和醚键等。

褐煤是煤化程度最低的煤，外观呈褐色和黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽，含有较高的内在水和不同数量的腐植酸，在空气中易风化碎裂，发热量低，挥发分V_daf>37%，且恒温无灰基高位发热量不大于24MJ/kg。根据其透光率P_M（GB/T 2566—2010）的不同，小于30%的为褐煤一号；30%～50%为褐煤二号。褐煤的最大特点是水分含量高、灰分含量高、发热量低。根据176个井田或勘探区统计资料，褐煤的全水高达20%～50%，灰分一般为20%～30%，收到基低位发热量为11.71～16.73MJ/kg。

长焰煤是烟煤中煤化程度最低、挥发分最高（V_daf>37%）、黏结性很弱（G<35）的一类煤，受热时一般不结焦，燃烧时火焰长。不黏煤是煤化程度较低，挥发分范围较宽（V_daf在20%～37%之间）、无黏结性（G<5）的煤。在我国，此类煤显微组分中有较多的惰质组。弱黏煤煤化程度较低，挥发分范围较宽（V_daf在20%～37%之间），受热后形成的胶质体较少。此类煤显微组分中有较多的惰质组，黏结性微弱（G在5～30之间），介于不黏煤和1/2中黏煤。

在我国，低变质烟煤不仅资源丰富，且煤的灰分低、硫分低、发热量高、可选性好，煤质优良。各主要矿区原煤灰分均在15%以内，硫分小于1%，其中不黏煤的平均灰分为10.85%，平均硫分0.75%；弱黏煤的平均灰分为10.11%，平均硫分0.87%。根据71个矿区的统计资料，长焰煤的收到基低位发热量为16.73～20.91MJ/kg，弱黏煤、不黏煤的收到基低位发热量为20.91～25.09MJ/kg。