1.1 低階煤的分類及特征
1.1.1 低階煤的分類
當前世界上較流行的煤炭分類體系有：國際標準ISO 11760（2005）、美國ASTM標準（2004）、澳大利亞AS標準（1994）、《中國煤炭分類》（GB/T 5751—2009）。
（1）國際分類
煤炭分類國際標準ISO 11760于2005年發布，是以煤的變質程度（以鏡質組反射率來表示）、巖相組成（以鏡質組含量來表示）以及煤的品級（以干基灰分產率來表示）作為煤炭分類的依據。
按照類別劃分，規定煤層水分≤75%，且R（平均鏡質體隨機反射率）<0.5%的煤為低階煤（褐煤和次煙煤）；按照牌號劃分，低階煤又可分為褐煤B、褐煤C和次煙煤3個小類。
（2）美國ASTM分類
ASTM標準中煤按照變質程度來劃分，從褐煤至無煙煤。低階煤的劃分指標為CVmmmf（恒濕無礦物質基發熱量，中國國標采用符號Q表示發熱量）、黏結性，見表1-1。
表1-1 美國ASTM煤炭（低階煤）分類表（2004）
注：1Btu=1.05kJ；1lb=0.45359kg。
（3）澳大利亞AS標準
①簡單分類。按照發熱量大小，Qgr，daf（干燥無灰基高位發熱量）≤27MJ/kg或Qgr，afm（恒濕無灰基高位發熱量）≤21MJ/kg屬于低階煤。
②常用名稱分類。低階煤劃分標準如下：次煙煤，Qgr，afm為19～23.98MJ/kg[或者Qgr，afm為19～26.48MJ/kg且CSN為0或者1/2（注：CSN為坩堝膨脹系數）]；褐煤，Qgr，afm<19MJ/kg。
（4）中國分類
《中國煤炭分類》（GB/T 5751—2009）采用煤化程度參數（主要是干燥無灰基揮發分）將煤炭劃分為無煙煤、煙煤和褐煤。低階煤主要包含通常意義上的褐煤和低變質煙煤（長焰煤、不黏煤、弱黏煤），其劃分見表1-2。
表1-2 低階煤的分類
當Vdaf（干燥無灰基揮發分）>37.0%，G（黏結指數）≤5，再用PM（透光率）來區分煙煤和褐煤。當Vdaf>37.0%，PM>50%為煙煤；30%<PM≤50%的煤，如Qgr，maf（恒濕無灰基高位發熱量）>24MJ/kg，應劃分為長焰煤，否則為褐煤。
1.1.2 低階煤的特征
1.1.2.1 低階煤的分布特征
低變質煙煤主要分布在我國內蒙古、新疆、陜西、山西等地，成煤時代以早、中侏羅紀為主，其次為早白堊紀和石炭二疊紀，主要產地見表1-3。
表1-3 我國低變質煙煤的主要產地
注：C2為石炭紀中石炭世；P1為二疊紀早二疊世；J1、J2、J3分別為侏羅紀早、中、晚侏羅世；K1為白堊紀早白堊世；E2、E3分別為第三紀始新世、漸新世。
褐煤主要分布在內蒙古東部（錫林浩特、通遼、呼倫貝爾等）和云南。其中內蒙古東部褐煤占我國褐煤查明儲量的81.59%；云南褐煤占我國總儲量的5.1%；此外，黑龍江東部、遼寧、山東等地均有零星分布。我國褐煤的主要產地見表1-4。
表1-4 我國褐煤的主要產地
注：E1為第三紀古新世；N1、N2分別為第三紀中新世、上新世。
據國家統計局資料，2015～2018年，我國產煤地區累計生產原煤量見表1-5。
表1-5 2015～2018年全國各地區累計生產原煤量
可以看出，相較于2017年，2018年排名前4位的產煤地區產量全部增長，其中，陜西增加5364.6萬噸，增量最大；新疆增長14.0%，增幅最高。2018年晉陜蒙三省區合計產量24.4億噸，占全國產量的68.9%，相較2017年（66.8%）增加2.1%。2018年全年產量不足1000萬噸的地區為6個，比上年增加1個（福建省），其中湖北、北京、江西、福建4個地區產量降幅超過10%，6個地區全年產量合計2950.4萬噸，僅占全國產量的0.8%。
這主要是因為煤炭主產區資源賦存條件好，開采成本相對較低、安全性高，因此在我國調節能源結構的轉型期，原煤產量進一步向主產區集中，產煤小省加速退出，各省煤炭產量分化明顯。低階煤主要集中于我國煤炭主產區，其在我國煤炭產量中的比重會越來越高。
1.1.2.2 低階煤的結構特征
從煤炭物理結構來講，煤炭是由內部有機質、水分、灰分以及外在水分和礦物質組織組成；從煤炭的化學組分來講，煤炭是一種由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成的具有復雜結構的有機大分子；從化學結構來看，煤炭分子是由多個苯環、環烷、鏈烴組成的復雜化合物。迄今為止，煤化學界公認比較合理準確的煤的威斯（Wiser）化學結構模型（見圖1-1），基本反映了煤的化學結構，煤炭的煤化程度越低，支鏈越多越易裂解。
圖1-1 煤的威斯（Wiser）化學結構模型
低階煤是由芳環、脂肪鏈等官能團縮合形成的大分子聚集體，既含有以無定形碳與灰為代表的成分（60%～80%，質量分數），又有含量高達10%～40%（質量分數）的代表煤本身固有油氣成分的揮發分，后者由鏈烷烴、芳香烴、碳氧支鏈構成。
低階煤的分子結構中含有大量的由2個或者3個苯環相連構成的縮合芳環結構，低階煤基本結構單元見圖1-2，其變質程度較低，碳氫含量低、氧含量高，結構單元芳核較小，結構單元之間由橋鍵和交聯鍵形成空間大分子，側鏈長而且數量多，空隙率高。低階煤中常見的官能團包括甲基側鏈、乙基側鏈、乙烯基橋鏈、氫化芳香族、雙鍵橋鍵、鏈狀雙鍵、環狀α碳鏈、酚羥基和醚鍵等。
圖1-2 低階煤基本結構單元
褐煤是煤化程度最低的煤，外觀呈褐色和黑色，光澤暗淡或呈瀝青光澤，含有較高的內在水和不同數量的腐植酸，在空氣中易風化碎裂，發熱量低，揮發分Vdaf>37%，且恒溫無灰基高位發熱量不大于24MJ/kg。根據其透光率PM（GB/T 2566—2010）的不同，小于30%的為褐煤一號；30%～50%為褐煤二號。褐煤的最大特點是水分含量高、灰分含量高、發熱量低。根據176個井田或勘探區統計資料，褐煤的全水高達20%～50%，灰分一般為20%～30%，收到基低位發熱量為11.71～16.73MJ/kg。
長焰煤是煙煤中煤化程度最低、揮發分最高（Vdaf>37%）、黏結性很弱（G<35）的一類煤，受熱時一般不結焦，燃燒時火焰長。不黏煤是煤化程度較低，揮發分范圍較寬（Vdaf在20%～37%之間）、無黏結性（G<5）的煤。在我國，此類煤顯微組分中有較多的惰質組。弱黏煤煤化程度較低，揮發分范圍較寬（Vdaf在20%～37%之間），受熱后形成的膠質體較少。此類煤顯微組分中有較多的惰質組，黏結性微弱（G在5～30之間），介于不黏煤和1/2中黏煤。
在我國，低變質煙煤不僅資源豐富，且煤的灰分低、硫分低、發熱量高、可選性好，煤質優良。各主要礦區原煤灰分均在15%以內，硫分小于1%，其中不黏煤的平均灰分為10.85%，平均硫分0.75%；弱黏煤的平均灰分為10.11%，平均硫分0.87%。根據71個礦區的統計資料，長焰煤的收到基低位發熱量為16.73～20.91MJ/kg，弱黏煤、不黏煤的收到基低位發熱量為20.91～25.09MJ/kg。