第二節(jié)　煤的物理性質(zhì)

煤的物理性質(zhì)是指煤不需要發(fā)生化學(xué)變化就能表現(xiàn)出來的性質(zhì)。主要討論煤的顏色、光澤、斷口、裂隙、密度、機(jī)械性質(zhì)、熱性質(zhì)、電性質(zhì)和光性質(zhì)，分析和研究這些性質(zhì)與煤的煤化程度的關(guān)系，為煤炭綜合利用提供重要信息，為研究煤的成因、組成、結(jié)構(gòu)提供重要信息。

一、煤的顏色和光澤

1.煤的顏色

煤的顏色是指新鮮（未被氧化）的煤塊表面的天然色彩，它是煤對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光吸收的結(jié)果。煤在普通的白光照射下，其表面的反射光所顯的顏色稱為表色。由高等植物形成的腐殖煤的表色隨煤的煤化程度不同而變化。通常由褐煤到煙煤、無煙煤，其顏色由棕褐色、黑褐色變?yōu)樯詈谏詈笞優(yōu)榛液谏鴰в袖摶疑踔凉陪~色。即使在煙煤階段，顏色也隨揮發(fā)分的變化而變化，如高揮發(fā)分的長(zhǎng)焰煤，外觀呈淺黑色甚至褐黑色，而到低揮發(fā)分、高變質(zhì)的貧煤就多呈深黑色。由藻類等低等植物形成的腐泥煤類，它們的表色有的呈深灰色，有的呈棕褐色、淺黃色甚至呈灰綠色。

煤中的水分常能使煤的顏色加深，但礦物雜質(zhì)卻能使煤的顏色變淺。所以同一礦井的煤，如其顏色越淺，則表明它的灰分也越高。

煤的粉色又叫條痕色，是指將煤在磁板上劃出條痕的顏色，它反映了煤的真正的顏色，褐煤的條痕色為淺棕色，長(zhǎng)焰煤為深棕色，氣煤為棕黑色，肥煤和焦煤為黑色（略帶棕色），瘦煤和貧煤為黑色，無煙煤為灰黑色。

2.煤的光澤

煤的光澤是指煤的新鮮斷面對(duì)正常可見光的反射能力，是肉眼鑒定煤的標(biāo)志之一。腐殖煤的光澤通常可分為瀝青光澤、玻璃光澤、金剛石光澤和似金屬光澤等幾種類型。常見的油脂光澤屬玻璃光澤的一種，它是由于表面不平而引起的變種。此外，還有因集合方式不同所造成的光澤變種，如由于纖維狀集合方式引起的絲絹光澤，又由于松散狀集合方式所引起的土狀光澤等。腐泥煤的光澤多較暗淡。

除了煤化程度與煤的光澤有密切相關(guān)外，煤中礦物成分和礦物質(zhì)的含量以及煤巖組分、煤的表面性質(zhì)、斷口和裂隙等也都會(huì)影響煤的光澤。此外，風(fēng)化或氧化以后，對(duì)煤的光澤影響也很大，通常使之變?yōu)榘档瓱o光澤。所以在判斷煤的光澤時(shí)一定要用未氧化的煤為標(biāo)準(zhǔn)。表2-17列出了八種不同煤化程度煤的光澤、顏色和條痕色。

從不同煤巖顯微組分來看，由于鏡質(zhì)組質(zhì)地均一，所以光澤也最強(qiáng)、最亮，絲質(zhì)組和半絲質(zhì)組以及穩(wěn)定組的光澤多弱而暗淡。半鏡質(zhì)組的光澤介于以上兩者之間。煤中的礦物組分含量越高，光澤就越暗淡。

二、煤的斷口和裂隙

（一）煤的斷口

煤塊受到外力打擊后不沿層理面或裂隙面斷開，成為凹凸不平的表面，稱為煤的斷口。人們根據(jù)斷口表面的形狀和性質(zhì)可分為貝殼狀斷口、參差狀斷口、階梯狀斷口、棱角狀斷口、粒狀斷口和針狀斷口等。根據(jù)煤的斷口即可大致判斷煤的物質(zhì)組成的均一性和方向性。

例如貝殼狀斷口可作為腐泥煤或腐殖煤中的光亮煤以及某些無煙煤類的特性，同時(shí)它也是表征煤的物質(zhì)組成均一性的重要標(biāo)志。不規(guī)則狀斷口常是一些暗淡煤或高礦物質(zhì)煤的特征。

（二）煤的裂隙

煤的裂隙是指在成煤過程中煤受到自然界的各種應(yīng)力的影響而產(chǎn)生的裂開現(xiàn)象。按裂隙的成因不同，可分為內(nèi)生裂隙和外生裂隙兩種。

1.煤的內(nèi)生裂隙的特點(diǎn)

內(nèi)生裂隙是在煤化作用過程中，煤中的凝膠化物質(zhì)受到地溫和地壓等因素的影響，使其體積均勻收縮，產(chǎn)生內(nèi)張力而形成的一種裂隙。內(nèi)生裂隙的發(fā)育情況與煤化程度和煤巖顯微組分有密切關(guān)系。通常以浮煤揮發(fā)分在25％左右的焦煤、肥煤類內(nèi)生裂隙最為發(fā)育，隨著揮發(fā)分的降低，煤的內(nèi)生裂隙也逐漸減少，到無煙煤階段達(dá)到最低值。揮發(fā)分大于25％的煤，其內(nèi)生裂隙隨揮發(fā)分的增高不斷降低，所以內(nèi)生裂隙數(shù)常以焦煤類最多，肥煤類次之，1/3焦煤、氣煤和長(zhǎng)焰煤類依次減少，到褐煤階段幾乎沒有內(nèi)生裂隙。其特點(diǎn)如下。

①出現(xiàn)在較為均勻致密的光亮煤分層中，特別是在鏡煤的凸鏡質(zhì)或條帶中最為發(fā)育。

②一般垂直于層理面。

③裂隙面常較平坦光滑，且常伴生眼球狀的張力痕跡。

④裂隙的方向有大致互相垂直或斜交的兩組、交叉呈四方形或菱形，其中裂隙較發(fā)育的一組為主要裂隙組，裂隙較稀疏的一組為次要裂隙組。

⑤由于光亮煤中的內(nèi)生裂隙在相同煤化階段煤中的數(shù)目較為穩(wěn)定，因此常以光亮煤的內(nèi)生裂隙作為煤的煤化程度的標(biāo)準(zhǔn)。

有人根據(jù)煤的內(nèi)生裂隙方向的規(guī)則性而認(rèn)為煤的內(nèi)生裂隙是在褶皺運(yùn)動(dòng)以前形成的。

2.煤的外生裂隙的特點(diǎn)

一般認(rèn)為煤的外生裂隙是在煤層形成以后，受構(gòu)造應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的。其特點(diǎn)如下。

①可以出現(xiàn)在煤層的任何部位，通常以光亮煤分層為最發(fā)育，并往往同時(shí)穿過幾個(gè)煤巖分層。

②常以不同的角度與煤層的層理面相交。

③裂隙面上常有波狀、羽毛狀或光滑的滑動(dòng)痕跡，有時(shí)還可見到次生礦物或破碎煤屑的充填。

由于外生裂隙組的方向常與附近的斷層方向一致，因此研究煤的外生裂隙有助于確定斷層的方向。此外，研究煤的外生裂隙還對(duì)提高采煤率和判斷是否會(huì)發(fā)生煤塵爆炸和瓦斯爆炸具有一定的實(shí)際意義。

三、煤的密度

密度是反映物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，密度的大小取決于分子結(jié)構(gòu)和分子排列的緊密程度。煤的密度隨煤化程度的變化有一定的規(guī)律，利用密度數(shù)值還可以用統(tǒng)計(jì)法對(duì)煤進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。由于煤具有高度的不均一性，煤的體積在不同的情況下有不同的含義，因而煤的密度也有不同的定義。

（一）煤的密度的四種表示方法

1.煤的真相對(duì)密度（TRD）

煤的真相對(duì)密度是指在20℃時(shí)，單位體積（不包括煤的所有孔隙）煤的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，用符號(hào)TRD來表示。

煤的真相對(duì)密度測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 217—2008）中用的是密度瓶法，以水做置換介質(zhì)，根據(jù)阿基米德定律進(jìn)行計(jì)算。該法的基本要點(diǎn)是在20℃下，以十二烷基硫酸鈉溶液為浸潤(rùn)劑，在一定容積的密度瓶中盛滿水（加入少量浸潤(rùn)劑）放入一定質(zhì)量的煤樣，使煤樣在密度瓶中潤(rùn)濕、沉降并排出吸附的氣體，根據(jù)煤樣的質(zhì)量和它排出的同體積的水的質(zhì)量計(jì)算煤的真相對(duì)密度。

計(jì)算公式如下

　　 （2-2） 　　

式中　——干燥煤的真相對(duì)密度；

md——干燥煤樣的質(zhì)量，g；

m1——密度瓶加煤樣、浸潤(rùn)劑和水的質(zhì)量，g；

m2——密度瓶加浸潤(rùn)劑和水的質(zhì)量，g。

干燥煤樣的質(zhì)量

　　 （2-3） 　　

式中　m——空氣干燥煤樣的質(zhì)量，g；

Mad——空氣干燥煤樣的水分，％。

在室溫下真相對(duì)密度的計(jì)算

　　 （2-4） 　　

式中　Kt——t℃下溫度校正系數(shù)。

　　 （2-5） 　　

式中　dt——水在t℃時(shí)真相對(duì)密度；

d20——水在20℃時(shí)的真相對(duì)密度。

TRD是煤的主要物理性質(zhì)之一。在研究煤的煤化程度、確定煤的類別、選定煤在減灰時(shí)的重液分選密度等都要涉及煤的真相對(duì)密度這個(gè)指標(biāo)。

2.煤的視相對(duì)密度（ARD）

煤的視相對(duì)密度是指在20℃時(shí)，單位體積（不包括煤粒間的空隙，但包括煤粒內(nèi)的孔隙）的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比，用符號(hào)ARD表示。

測(cè)定煤的視相對(duì)密度的要點(diǎn)是，稱取一定粒度的煤樣，表面用蠟涂封后（防止水滲入煤樣內(nèi)的孔隙）放入密度瓶中，以十二烷基硫酸鈉溶液為浸潤(rùn)劑，測(cè)出涂蠟煤粒所排開同體積水的溶液的質(zhì)量，再計(jì)算出蠟煤粒的視相對(duì)密度，減去蠟的密度后，求出煤的視相對(duì)密度。

在計(jì)算煤的埋藏量時(shí)和對(duì)儲(chǔ)煤倉的設(shè)計(jì)以及在煤的運(yùn)輸、磨碎、燃燒等過程的有關(guān)計(jì)算時(shí)都需要用煤的視密度這項(xiàng)指標(biāo)。

3.煤的堆密度（散密度）

煤的堆密度是指單位體積（包括煤粒間的空隙也包括煤粒內(nèi)的孔隙）煤的質(zhì)量，即單位體積散裝煤的質(zhì)量，又叫煤的散密度。在設(shè)計(jì)煤倉、計(jì)算焦?fàn)t裝煤量和火車、汽車、輪船裝載量時(shí)要用這個(gè)指標(biāo)。

4.純煤真密度

純煤真密度是指除去礦物質(zhì)和水分后煤中有機(jī)質(zhì)的真密度，它在高變質(zhì)煤中可作為煤分類的一項(xiàng)參數(shù)，在國(guó)外已經(jīng)有用來作為劃分無煙煤類的依據(jù)。

（二）影響煤的密度的因素

1.煤的成因類型的影響

不同成因類型的煤，其密度是不同的。腐殖煤的真密度大于腐泥煤的真密度。如腐殖煤的真相對(duì)密度最小的為1.25，而腐泥煤的真相對(duì)密度為1.00。這主要是由于成煤的原始物質(zhì)不同及煤有機(jī)質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同引起的。

2.煤化程度的影響

隨著煤化程度的增高，煤的真密度逐漸增大。煤化程度較低時(shí)真密度增加較慢，當(dāng)接近無煙煤時(shí)，真密度增加很快。各類型煤的真相對(duì)密度范圍大致如下。

泥炭　　　　　　　　　　　　　　0.72

褐煤　　　　　　　　　　　　　0.8～1.4

煙煤　　　　　　　　　　　　　1.2～1.5

無煙煤　　　　　　　　　　　1.4～1.8

3.煤巖成分的影響

對(duì)于同一煤化程度的煤，煤巖成分不同其真密度也不同。在同一煤化程度的四種宏觀煤巖成分中，以絲炭的真密度最大，暗煤次之，亮煤和鏡煤最小。

4.礦物質(zhì)的影響

煤中礦物質(zhì)對(duì)煤的密度影響很大，因?yàn)榈V物質(zhì)的密度比煤中的有機(jī)質(zhì)的密度大得多。例如，常見的黏土密度為2.4～2.6g/cm3，石英為2.65g/cm3，黃鐵礦為5.0g/cm3。所以，煤中礦物質(zhì)含量越多，煤的密度越大。一般認(rèn)為，煤的灰分產(chǎn)率每增加1％，煤的真相對(duì)密度要增加0.01。

四、煤的機(jī)械性質(zhì)

煤的機(jī)械性質(zhì)是指煤在機(jī)械力作用下所表現(xiàn)出的各種特性，這里重點(diǎn)介紹煤的硬度、可磨性和抗碎強(qiáng)度。

（一）煤的硬度

煤的硬度是指煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。

根據(jù)測(cè)定原理和方法不同可分為劃痕硬度、壓痕硬度和耐磨硬度。常用的是前面的兩種。

1.煤的劃痕硬度（又稱莫氏硬度）

它是用一套標(biāo)準(zhǔn)礦物刻劃煤來判定煤的相對(duì)硬度。標(biāo)準(zhǔn)礦物的莫氏硬度見表2-18。

煤的莫氏硬度在2～4之間，煤化程度低的褐煤和中變質(zhì)階段的煙煤-焦煤的硬度最小，為2～2.5，無煙煤的硬度最大，接近于4。從焦煤向肥煤、氣煤、長(zhǎng)焰煤方向，煤的硬度逐漸增加，但到褐煤階段又明顯下降。各種煤巖成分的硬度也不同。同一煤化程度的煤，以惰質(zhì)組硬度為最大，殼質(zhì)組最小。鏡質(zhì)組居中。

2.煤的顯微硬度（即壓痕硬度）

煤的顯微硬度是指煤對(duì)堅(jiān)硬物體壓入的對(duì)抗能力。它是用規(guī)定形狀的金剛石壓錐在20g靜載荷下壓入煤樣并持續(xù)15s，然后撤去荷重，在顯微鏡下放大487倍觀測(cè)壓痕大小后求出的顯微硬度。以壓錐與煤實(shí)際接觸的單位面積上的荷重來表示（kg/mm2）。

本方法測(cè)定煤的顯微硬度常在煤化學(xué)研究中應(yīng)用。由于只要求很小的一塊表面，并能在脆性煤上留下壓痕，因而可避免煤質(zhì)不均以及脆性破裂引起的誤差。此外，還可用來直接測(cè)定不同顯微組分的硬度。

煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院曾對(duì)中國(guó)主要煤礦采樣測(cè)定顯微硬度，發(fā)現(xiàn)它與煤化程度之間的關(guān)系是靠背椅式的變化規(guī)律，如圖2-7所示。“椅背”是無煙煤，“椅面”是煙煤，“椅腿”是褐煤。褐煤階段顯微硬度隨煤化程度加深而增加，在附近有一最大值；煙煤階段顯微硬度不斷降低，在wdaf（C）=85％附近則有一最低值，以后又迅速升高；至無煙煤階段幾乎呈直線上升，變化幅度很大（30～200kg/mm2），因此顯微硬度可作為詳細(xì)劃分無煙煤的指標(biāo)。

上述變化規(guī)律可從煤的組成和結(jié)構(gòu)上加以解釋。煤化程度低的褐煤由于富含塑性高的腐殖酸和瀝青質(zhì)（含量達(dá)50％），結(jié)構(gòu)疏松，因此硬度較低；隨著煤化程度的加深，使分子間結(jié)合力得到加強(qiáng)，硬度逐漸加大，到高變質(zhì)程度的煙煤時(shí)，又因氧含量不斷減少，主要是煤化學(xué)分子結(jié)構(gòu)中氧鍵（—O—）減少，使分子間結(jié)合力減弱，硬度又有所下降；無煙煤具有高度縮合芳香結(jié)構(gòu)，碳網(wǎng)及其排列的整齊程度劇增，因此硬度幾乎是直線升高。

對(duì)不同煤巖組分而言，絲質(zhì)組的顯微硬度比鏡質(zhì)組高，穩(wěn)定組最低。由于各種組分的硬度不同，所以磨制煤的光片在拋光時(shí)，絲質(zhì)組突起要高一些。

煤中的礦物質(zhì)對(duì)硬度有影響，因?yàn)辄S鐵礦的硬度遠(yuǎn)比煤高得多。當(dāng)煤遭受風(fēng)化或氧化時(shí)，硬度就會(huì)不斷降低。

（二）煤的可磨性（HGI）

煤的可磨性是指煤被磨碎成粉的難易程度。這是一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)煤比較而得出的相對(duì)指標(biāo)。可磨性指數(shù)越大，煤越易被粉碎，反之則較難粉碎。

1.煤的可磨性指數(shù)的測(cè)定方法

煤的可磨性指數(shù)的測(cè)定方法很多，但其原理都是根據(jù)破碎定律建立的，即在研磨煤粉時(shí)所消耗的功與煤所產(chǎn)生的新表面積成正比。目前，國(guó)際上廣泛采用哈特格羅夫法。該法操作簡(jiǎn)便，具有一定的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性較強(qiáng)，并于1980年被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采用，列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)也采用此法作為煤的可磨性指標(biāo)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 2565—1998）。

哈特格羅夫法的基本方法是：采用美國(guó)某礦區(qū)易磨碎的煙煤作為標(biāo)準(zhǔn)，其可磨性作為100。測(cè)定時(shí)，稱取粒度為0.63～1.25mm的一般分析試驗(yàn)煤樣（50±0.01）g，在規(guī)定條件下，經(jīng)過一定破碎功的研磨，用篩分方法測(cè)定新增的表面積，由此算出煤的可磨性指數(shù)值。

計(jì)算公式如下

HGI=13+6.93m　　（2-6）

式中　HGI——煤樣的哈氏可磨性指數(shù)；

m——通過0.071mm篩孔（200目）的試樣質(zhì)量，g。

從式（2-6）中可知，HGI值越大，煤樣越易被粉碎。

哈氏可磨性指數(shù)還可采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法求得。其方法是采用4個(gè)一組已知可磨性指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)煤樣，將煤樣經(jīng)哈氏可磨性測(cè)定儀研磨，然后繪制出可磨性指數(shù)與通過0.071mm篩孔的篩下物平均質(zhì)量之間的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，按規(guī)定測(cè)出空氣干燥煤樣的0.071mm篩下物質(zhì)量，從而從標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線圖中查出煤的可磨性指數(shù)。

2.可磨性指數(shù)和煤化程度的關(guān)系

隨著煤化程度增高，煤的可磨性指數(shù)呈拋物線變化（見圖2-8），在碳含量90％處出現(xiàn)最大值。

（三）煤的落下強(qiáng)度

煤的落下強(qiáng)度是指一定粒度的煤樣自由落下后破碎的能力。煤在運(yùn)輸裝卸過程中，由于煤塊的碰撞常使原來的大塊破裂成小塊甚至產(chǎn)生一些煤粉，這對(duì)需要使用塊煤的用戶很不利。因此，使用塊煤的用戶對(duì)煤的抗碎強(qiáng)度有一定的要求。

1.煤的落下強(qiáng)度的測(cè)定原理（GB/T 15459—2006）

取一定粒度、一定質(zhì)量（或一定塊數(shù)）的煤塊，將其從規(guī)定的高度落下，然后用篩孔為25mm的篩子篩分，稱出大于25mm的篩上質(zhì)量。按式（2-7）計(jì)算煤的落下強(qiáng)度

　　 （2-7） 　　

式中　S25——煤的落下強(qiáng)度，％；

m——煤樣質(zhì)量，g；

m1——實(shí)驗(yàn)后大于25mm的篩上物質(zhì)量，g。

2.落下強(qiáng)度與煤質(zhì)的關(guān)系

煤的落下強(qiáng)度與煤化程度、煤巖成分、礦物含量以及風(fēng)化、氧化等因素有關(guān)。煤的落下強(qiáng)度隨煤化程度的變化規(guī)律如圖2-9所示。由圖可見，中等煤化程度的煤落下強(qiáng)度較低。

在不同的煤巖成分中，暗煤的落下強(qiáng)度最高，鏡煤次之，絲炭最低；礦物質(zhì)含量較高時(shí)落下強(qiáng)度較高；煤受到風(fēng)化和氧化后落下強(qiáng)度降低。

五、煤的熱性質(zhì)

煤的熱性質(zhì)包括煤的比熱容、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，研究煤的熱性質(zhì)，不僅對(duì)煤的熱加工（煤的干餾、氣化和液化等）過程及其傳熱計(jì)算有很大的意義，而且某些熱性質(zhì)還與煤的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。如煤的導(dǎo)熱性，能反映煤的一些重要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煤中分子的定向程度。

（一）煤的比熱容

在一定溫度范圍內(nèi)，單位質(zhì)量的煤，溫度升高1℃所需要的熱量，稱為煤的比熱容，也叫煤的熱容量，單位為kJ/（kg·℃）或J/（g·℃）。

煤的比熱容與煤化程度、水分、灰分和溫度的變化等因素有關(guān)。一般隨煤化程度的加深而減少，比熱容隨著水分升高而增大；隨著灰分的增加而減少。煤的比熱容隨溫度的升高，而呈拋物線形變化，當(dāng)溫度低于350℃時(shí)，煤的比熱容隨著溫度的升高而增大；如溫度超過350℃，煤的比熱容反而隨著溫度的增高有所下降，當(dāng)溫度增加到1000℃時(shí)，則比熱容降至與石墨的比熱容相接近。

（二）煤的導(dǎo)熱性

煤的導(dǎo)熱性包括熱導(dǎo)率λ［W/（m·K）］和導(dǎo)溫系數(shù)α（m2/h）兩個(gè)基本常數(shù)，它們之間的關(guān)系可用下式表示

　　 （2-8） 　　

式中　C——煤的比熱容，kJ/（kg·K）；

ρ——煤的密度，kg/m3。

物質(zhì)的熱導(dǎo)率應(yīng)理解為熱量在物體中直接傳導(dǎo)的速度。而物質(zhì)的導(dǎo)溫系數(shù)是不穩(wěn)定導(dǎo)熱的一個(gè)特征的物理量，它代表物體所具有的溫度變化（加熱或冷卻）的能力。α值越大，溫度隨時(shí)間和距離的變化越快。λ可表示煤的散熱能力，C·ρ表示單位體積物體溫度變化1K時(shí)吸收或放出的熱量，即物體的儲(chǔ)熱能力，所以導(dǎo)溫系數(shù)α為物體散熱和蓄熱能力之比，是物體在溫度變化時(shí)顯示出的物理量。常用于煤料的導(dǎo)熱計(jì)算。

煤的熱導(dǎo)率與煤的煤化程度、水分、灰分、粒度和溫度有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)表明：泥炭的熱導(dǎo)率最低，煙煤的熱導(dǎo)率明顯的比泥炭高，煙煤中焦煤和肥煤的熱導(dǎo)率最小，而無煙煤有更高的熱導(dǎo)率。

同一種煤，其熱導(dǎo)率隨煤中水分的增高而增大。同樣，煤的熱導(dǎo)率隨礦物質(zhì)含量的升高而增大。

煤的熱導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大。

　　 （2-9） 　　

式中　α，β——特定常數(shù)（對(duì)強(qiáng)黏結(jié)性煤α=β=0.0016；對(duì)弱黏結(jié)性煤α=0.0013，β=0.0010）。

煤的導(dǎo)溫系數(shù)有與煤的熱導(dǎo)率相似的影響因素，也因水分的增加而提高。

對(duì)中等煤化程度的煙煤，煤的導(dǎo)溫系數(shù)可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

溫度20～400℃時(shí)　　α=4.4×10-4［1+0.0003（t-20）］m2/h　　（2-10）

溫度>400℃時(shí)　　α=5.0×10-4［1+0.0033（t-400）］m2/h　　（2-11）

一般塊煤或型煤、煤餅的熱導(dǎo)率比同種煤的粉末煤和粉煤大。

（三）煤的熱穩(wěn)定性

煤的熱穩(wěn)定性是指塊煤在高溫下，燃燒和氣化過程中對(duì)熱的穩(wěn)定程度，即塊煤在高溫下保持原來粒度的性能。

熱穩(wěn)定性好的煤，在燃燒和氣化過程中能保持原來的粒度進(jìn)行燃燒和氣化，或者只有少量的破碎。熱穩(wěn)定性差的煤常常在加熱時(shí)破碎成小的、厚薄不等的大小碎片或粉末，從而阻礙氣流的暢通，降低煤的燃燒或氣化效率。粉煤量積到一定程度后，就會(huì)在爐壁上結(jié)渣，甚至停產(chǎn)。

通常熱穩(wěn)定性是在850℃下加熱煤樣，篩取大于6mm煤粒的量來量度，以TS+6表示之。顯然TS+6的值越大，表示煤的熱穩(wěn)定性越好。

一般褐煤和變質(zhì)程度深的無煙煤的熱穩(wěn)定性差。煤的熱穩(wěn)定性和成煤過程中的地質(zhì)條件有關(guān)，也和煤中礦物質(zhì)的組成及其化學(xué)成分有關(guān)。例如含碳酸鹽類礦物多的煤，受熱后析出大量二氧化碳而使煤塊破裂。孔隙度較大、含水分較多的煤，由于劇烈升溫而使其水分突然析出，也會(huì)使塊煤破裂而降低煤的熱穩(wěn)定性。

六、煤的電性質(zhì)與磁性質(zhì)

煤的電、磁性質(zhì)，主要包括導(dǎo)電性、介電常數(shù)、抗磁性、磁化率等。煤的電、磁性質(zhì)，對(duì)于煤的結(jié)構(gòu)研究及其工業(yè)應(yīng)用具有很大的意義。

（一）煤的導(dǎo)電性

煤的導(dǎo)電性是指煤傳導(dǎo)電流的能力。導(dǎo)電性常用電阻率（比電阻）、電導(dǎo)率表示。

1.電阻率

電阻率是一個(gè)僅與材料的性質(zhì)、形狀和大小有關(guān)的物理量，在數(shù)值上等于電流沿長(zhǎng)度為1cm，截面積為1cm2的圓柱形材料軸線方向通過時(shí)的電阻。

2.電導(dǎo)率

電導(dǎo)率等于電阻率的倒數(shù)。煤是一種導(dǎo)體和半導(dǎo)體。根據(jù)煤導(dǎo)電性質(zhì)的不同，可分為電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性兩種。煤的電子導(dǎo)電性是依靠組成煤的基本物質(zhì)成分中的自由電子導(dǎo)電，如無煙煤具有電子導(dǎo)電性。離子導(dǎo)電性是依靠煤的孔隙中水溶液的離子導(dǎo)電，如褐煤就屬于離子導(dǎo)電性。煤的電導(dǎo)率隨著煤化程度的加深而增加，煤的含碳量達(dá)到87％以后，電導(dǎo)率急劇增加。

在自然條件下，不同煤的電阻率變化范圍很大，可由10-4Ω·m到大于104Ω·m。這是由于煤的電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質(zhì)的數(shù)量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的構(gòu)造等因素影響的結(jié)果。

（二）煤的介電常數(shù)

煤的介電常數(shù)，是指當(dāng)煤介于電容器兩板間的蓄電量和兩板間為真空時(shí)的蓄電量之比。

　　 （2-12） 　　

式中　C0——真空時(shí)的電容量；

C——加入煤后的電容量。

水分對(duì)介電常數(shù)的影響極大，測(cè)定煤的介電常數(shù)時(shí)必須采用十分干燥的煤樣。

煤的介電常數(shù)隨煤化程度的增加而減少，在含碳量為87％處出現(xiàn)極小值，然后又急劇增大。

（三）煤的磁性質(zhì)

1.煤的抗磁性

將物質(zhì)放于磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)中，則其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=H+H'，H'為物質(zhì)磁化產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度。如H'和H方向相同，則該物質(zhì)具有順磁性；若方向相反，則具有抗磁性。煤的有機(jī)質(zhì)具有抗磁性。

2.磁化率

是指磁化強(qiáng)度M（抗磁性物質(zhì)是附加磁場(chǎng)強(qiáng)度）和外磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比，用K表示，為物質(zhì)的單位體積磁化率，是物質(zhì)的一種宏觀磁性質(zhì)。

　　 （2-13） 　　

順磁物質(zhì)，則M和H方向相同，K>0；而抗磁性物質(zhì)，則為方向相反，K<0。

3.比磁化率

化學(xué)上常用比磁化率x，表示物質(zhì)磁性的大小。比磁化率是在10-4T磁場(chǎng)下，1g物質(zhì)所呈現(xiàn)的磁化率（即單位質(zhì)量的磁化率）。

煤大部分具有抗磁性。無煙煤的磁性質(zhì)顯示出各向異性。

煤的比磁化率隨著煤化程度加深呈直線的增加，在含碳量79％～91％階段，直線的斜率減小。煤的比磁化率在煙煤階段增加最慢，而在無煙煤階段增加最快，在褐煤階段增加速度居中。利用比磁化率可計(jì)算煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

七、煤的光學(xué)性質(zhì)

（一）煤的反射率

煤的反光性隨著變質(zhì)程度的增高而增強(qiáng)。在反射光下，顯微組分表面的反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的百分?jǐn)?shù)稱為反射率，以R（％）表示，各組顯微組分的反射率不同，鏡質(zhì)組反射率的變化幅度大，規(guī)律明顯，而且大多數(shù)煤層的顯微組成都以鏡質(zhì)組為主，因此通常以鏡質(zhì)組的反射率作為確定變質(zhì)程度的標(biāo)準(zhǔn)。惰質(zhì)組的反射率在變質(zhì)過程中變化幅度很小，殼質(zhì)組的反射率變化雖然大，但在高變質(zhì)煤中已很少見，都不宜作為鑒定標(biāo)準(zhǔn)。在確定煤的變質(zhì)程度（煤階）時(shí)，以用油浸物鏡測(cè)得的鏡質(zhì)組的平均隨機(jī)反射率Rran作為主要鑒定指標(biāo)。

測(cè)定反射率應(yīng)用的是光電效應(yīng)原理。目前使用的反射率測(cè)試裝置是光電倍增管顯微光度計(jì)，測(cè)定煤的反射率時(shí)需要和已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)片對(duì)比。

褐煤的平均反射率為0.40％～0.50％，長(zhǎng)焰煤為0.50％～0.65％，氣煤為0.65％～0.80％，氣肥煤為0.80％～0.90％，肥煤為0.90％～1.20％，焦煤為1.20％～1.50％，瘦焦煤為1.50％～1.69％，瘦煤為1.69％～1.90％，貧煤為1.90％～2.50％，無煙煤為2.50％～4.00％。

一般來說，褐煤在光學(xué)上是各向同性的。隨著煤化程度的增加，煤由煙煤向無煙煤階段過渡，分子結(jié)構(gòu)中芳香核層狀結(jié)構(gòu)不斷增大，排列趨向規(guī)則化，在平行或垂直于芳香層片的兩個(gè)方向上光學(xué)性質(zhì)的各向異性逐漸明顯，反射率即能反映這一變化，這是由煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。

（二）煤的熒光性

熒光是一種有機(jī)物和礦物的發(fā)光現(xiàn)象，它是用藍(lán)光、紫外光、X射線或陰極射線激發(fā)而產(chǎn)生的。利用熒光顯微鏡在20世紀(jì)初才開始，自20世紀(jì)70年代以來，隨著可定量顯微鏡光度計(jì)的出現(xiàn)，使熒光光度方法在煤巖學(xué)方面得到廣泛應(yīng)用，它不僅可以直接用以鑒定顯微組分，同時(shí)顯微熒光光度參數(shù)可以用來確定煤級(jí)。

煤的熒光性研究可使用光片、薄片和光薄片，可進(jìn)行單色熒光強(qiáng)度測(cè)量、熒光變化測(cè)量、熒光光譜測(cè)量等。

（三）煤的透光率

1.煤的透光率的表示

煤的透光率是指煤樣和稀硝酸溶液，在100℃（沸騰）的溫度下，加熱90min后，所產(chǎn)生的有色溶液，對(duì)一定波長(zhǎng)的光（475nm）透過的百分?jǐn)?shù)。透光率能較好地區(qū)分低煤化程度的煤，是區(qū)分褐煤和長(zhǎng)焰煤的指標(biāo)。

2.煤的透光率測(cè)定方法

煤的透光率測(cè)定方法是，將低變質(zhì)程度煤與硝酸和磷酸的混合酸在規(guī)定條件下反應(yīng)產(chǎn)生的有色溶液。根據(jù)溶液顏色深淺，以不同濃度的重鉻酸鉀硫酸溶液作為標(biāo)準(zhǔn)，用目視比色法測(cè)定煤樣的透光率，以符號(hào)PM表示。

混合酸是由1體積含量65％～68％硝酸，1體積含量不低于85％的磷酸和9體積水混合配制而成的。其中的磷酸主要起隱蔽三價(jià)鐵的干擾作用，呈黃色的硝酸不能用。