煤的若干物理性质与煤层气储层裂隙认识实习-资源环境学院复习过程

煤的若干物理性质与煤层气储层裂隙认识实习-资源环境学院二.实习目的掌握未来工作中现场钻孔煤芯描述方法与井下煤层观察方法，尤其与煤层气关系密切的裂隙类型及其对煤层气储层的影响。三.实习方法与注意事项（1）手标本定位：观察煤的物理性质要求观察垂至于煤层层面的断面（剖面），因此首先要确定煤标本层面方位。通常以镜煤条带和泥质条带作为判断标志：①镜煤较为发育情况下，以镜煤条带代表煤层层面（构造煤除外），适用于反差较大的煤标本，如亮暗相间；②以细的泥质条带（夹矸）为煤层层面，适用于反差较小的煤标本，如暗淡煤。此外还可用内生裂隙判断。

（2）光泽判别：手标本正确定位之后，标本对着光线变换角度，可以看到煤标本亮暗相间变化，但是真正判别光泽时，要求以镜煤条带的光亮程度作为参考，鉴定煤标本的平均光泽。（3）裂隙观察：注意内生裂隙与外生裂隙区分。内生裂隙位于镜煤条带内部、垂直于镜煤条带，不穿层（镜煤条带）；外生裂隙则为后生的，显著特征为穿层，方位随即。内生裂隙一般具有两组，主次相交。注意不要将裂隙面当成层面，内生裂隙面垂直的面才是煤层层面。

四、实习作业

提交手标本素描和描述实习报告。

煤的灰分测定课程:煤地质学学时:2学时主讲:易伟欣资源环境学院实验教学中心一、实验目的

1掌握灰分的测定原理及方法。2掌握本法测定灰分的条件。

二、实验原理

煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质（除水分以外的所有无机质的总称）在一定温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣，用符号A表示。灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率”。煤中矿物质含量测定较麻烦，而且其组成更难直接测定，通常用测定煤灰组分的方法来推测原来的组分。因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创造财富的。测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及确定其使用价值也有重要意义。由于我国水泥生产的主要燃料也是用煤，所以煤灰的化学成分也是配料计算的依据。灰皿（图1）三、仪器四、测定步骤

精确称取分析煤样10.1，精确至0.0002g，于已经在81510℃灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于100℃的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在30min左右缓慢升高至500℃并保持此温度30min。然后，升高温度至81510℃，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分<15%的样品，可不必进行检查性灼烧。按下式计算灰分：式中m——试料的质量，g

m1——灼烧后残渣质量，g。五、灰分测定的允许误差灰分测定的允许误差如表1所示。表1灰分测定的允许误差（%）灰分（%）同一实验室不同实验室<1515~30>300.20.30.50.30.50.7六、作业与思考1灰分的测定意义是什么？2实验过程中如何控制好分析测试条件？煤的挥发分产率测定课程:煤地质学学时:2学时主讲:易伟欣资源环境学院实验教学中心

一、实验目的

1掌握挥发分产率的测定原理及方法。2掌握本法测定挥发分产率的条件。二、实验原理将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。

三、仪器

1磨口坩埚（见图1，测挥发分产率的瓷制专用坩埚）。坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。

图1测挥发分产率的瓷坩埚

2高温炉带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在90010℃范围内。3坩埚架用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，如图2所示，大小应与炉内90010℃稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离20～30mm。图2坩埚架

四、测定步骤

准确称取分析煤样10.01g，精确至0.0002g，于已在90010℃灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至90010℃的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好7分钟，迅速取出坩埚架，在空气中放置5～6min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。按下式计算挥发分产率：式中m——试料的质量，g；

m1——样品加热后减少的质量，g五、注意事项

1当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到90010℃，否则试验作废。2从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。3每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用。4测定挥发分产率的允许误差测定挥发分产率的允许误差列于表1中。表1挥发分产率测定的允许误差挥发分产率（%））平行测定结果的允许误差（%）不同化验室同一煤样的测定结果的允许误差（%）<1010~45>450.30.51.00.51.01.5六、作业与思考1挥发分产率的测定原理是什么？2实验过程中如何控制好分析测试条件煤中硫的测定课程:煤地质学学时:2学时主讲:易伟欣资源环境学院实验教学中心一、实验目的

1掌握煤中硫的测定原理及方法。2掌握本法测定煤中硫的条件。二、实验原理

一般工业分析中只测全硫，全硫的测定方法有：艾士卡质量法法、燃烧法、弹筒法等。燃烧法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公认的标准方法。1方法要点

本法是用艾士卡试剂（Na2CO3和MgO以质量比1+2的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡质量法。方法包括煤样的半熔反应、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。质量法的最大优点是准确度高、重现性好，因此，在国家标准中把它作为仲裁分析的方法，它的缺点主要是操作麻烦，费时较长

2基本原理试样和艾士卡试剂均匀混合后在高温下进行半熔反应，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃硫首先转化为SO2，继而在有空气存在下，和艾士卡试剂作用形成可溶于水的硫酸盐：煤+空气=CO2

+H2O+SO2+SO3+N2

2SO2+O2+2Na2CO3=2Na2SO4+2CO2

SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2

艾士卡试剂中的MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样，同时也能与SO2和SO3发生反应。不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时能和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐MeSO4和艾士卡试剂中的Na2CO3反应如下：MeSO4+Na2CO3=Na2SO4+MeCO3

生成的MeCO3是不溶于水的，因此，无论是煤中的可燃硫或是不可燃硫经过半熔反应都能转化成Na2SO4。

经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未作用完的Na2CO3也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。

滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，使其呈酸性（pH约1～2），其目的是消除CO32-的影响，因其也会和Ba2+在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。加入Ba2+后，生成硫酸钡沉淀：

SO42-+Ba2-

BaSO4

滤出BaSO4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。三、试剂1艾士卡合剂(MgO﹕Na2CO3质量比2+1)；[8.23]2盐酸溶液（1+1）；[1.1]3氯化钡溶液（100g/L）；[3.12]4甲基橙指示剂（2g/L）；[5.3]5硝酸银溶液（10g/L）。[3.6]四、测定方法

精确称取煤样（粒度应小干0.2mm）1g，精确至0.0002g，置于30mL瓷坩埚中，取艾士卡试剂2g，放在瓷坩埚内仔细混匀，上面再覆盖1g艾士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在2h内从室温升到850℃，在850℃下加热2h，取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再送入炉中加热）。将熔块连同坩埚一并放入400mL烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入100～150mL热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约5min（此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表面，则此次试验报废）。

用定性滤纸滤出不溶物，收集滤液在烧杯中，再用热蒸馏水吹洗不溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（约12次，最后溶液体积不超300mL）。在滤液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示剂3滴，然后用HCl溶液(1+1)调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加2mLHCl溶液(1+1)，把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加10mLBaCl2溶液(100g/L)，在电热板上保温2h（或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。

用热蒸馏水洗至无Cl，将沉淀和滤纸正确折叠放在850℃下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在850℃的高温炉中灼烧40min，取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。在一批艾士卡试剂使用时应作两次平行的空白试验，两次空白值之差不得大于0.001g，取其平均值。五、结果计算

测定结果可按下式计算：式中m——煤样质量，g；m1——灼烧后硫酸钡的质量，g；m2——空白试验硫酸钡的质量，g；0.1374——由硫酸钡换算为硫的换算因数。六、测定全硫的允许误差测定全硫的允许误差列于表1中。表1测定全硫的允许误差

St,ad同一实验室，%不同实验室，%<11~4>40.050.100.200.100.200.30七、注意事项1必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为SO2。这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。2在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入BaC12溶液后，最后体积应在200mL左右为宜。体积过大，虽然BaSO4的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。3调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除CO32-的影响：2H++CO32-=H2O+CO2

4在热溶液中加入BaCl2溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止Ba2+局部过浓，以致造成局部［Ba2+］和[SO42-]的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使BaSO4晶体慢慢形成，长成较大颗粒。5在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将洗液都滤干，这样洗涤效果较好。6在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风。如果这两方面不注意，BaSO4会被还原而导致测定结果偏低。BaSO4+2C=BaS+2CO2

八、作业与思考1煤中硫的测定原理是什么？2如何控制煤中硫的测定条件

煤的发热量测定课程:煤地质学学时:2学时主讲:易伟欣资源环境学院实验教学中心一、实验目的

1掌握“氧弹法”法测定煤的发热量的原理及方法。2掌握本法测定煤的发热量的条件。二、实验原理

取一定量的分析煤样在充满高压氧气的弹筒（浸没在装一定质量的水的容器——俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。三、仪器及设备测定发热量的仪器称为“量热计”，其结构如图1所示。量热计型号很多，根据水套温度的不同控制方式，可分成两种类型的量热计。恒温式：以适当方式使外筒温度保持恒定不变，以便用较简便的计算公式来校正热交换的影响；绝热式：以适当方式使外筒温度在试验过程申始终与内筒保持一致，因而消除热交换。

图1恒温式量热计1.外筒；2.内筒；3.搅拌器；4.马达；5.绝缘支柱；6.氧弹；7.量热温度计；8.外筒温度计；9.盖子；10.放大镜；11震荡器

图2氧弹结构

1.弹体；2.弹盖；3.进气管；4.进气阀；5.排气管；6.遮火罩；7.电极柱；8.燃烧皿；9.接线柱；10.弹脚量热计应安置在完全不受阳光直射的单独房间内，室温稳定在15~35℃之间。试验时应尽量保持温度恒定，每次测定的室温变化不应超过1℃。量热计主要部件如下：1氧弹用优质不锈钢制成（其结构见图2）。弹筒容积为250~300mL，经9.81×106Pa水压试验证明无问题后方能使用。氧弹针形阀不仅供充氧、抽气、排气用，同时又是点火电极一端，另一电极为弹体本身，两电极间采用聚四氟乙烯绝缘。

2内筒用优质不锈钢板制成，结构如图3所示。内筒的装水量为2000～3000mL，应能浸没氧弹。内筒内侧的半圆形竖筒为搅拌器室。内筒置于外筒内，与外筒间距10mm，底部有绝缘支柱支撑。内筒外表面应光亮，避免与外筒间的辐射作用。图3内筒3外筒由不锈钢板制成的夹层筒，外壁呈圆形。夹层中充水并使水温保持恒定。内表面也应光亮，避免辐射作用。外筒有两个半圆形的胶木盖，盖上有孔，以插入温度计、搅拌器等。设用自动恒温装置，控制水温在测试过程中稳定不变（0.1℃）。4搅拌器搅拌内筒中的水，使样品燃烧生成的热尽快、均匀地分散。搅拌器是螺旋浆式，用马达带动，转速一般为400~600转／分。螺旋浆与马达之间用绝热材料连接，避免传热。搅拌热不应超过125J。5温度计测量内筒中水温的变化值，是准确测定发热量的一个关键，因而必须使用高精密度的温度计。通常大都使用可变测温范围的贝克曼温度计，最小刻度为0.01℃，经读数放大后可估读至0.001℃。因为量程可变，所以可测-10~120℃范围内的任何温度变化。6点火装置在氧弹内的两电极之间，连接一段已知热值的细金属丝。通电后，金属丝熔断引燃试样。7压饼机螺旋式或杠杆式均可，以能压制直径约10mm的煤饼或苯甲酸饼为准。模具及压杆应用硬质合金制成，表面光洁，易于擦拭。四、材料及试剂1点火丝已知发热量、直径为0.1mm的铁丝（6694J/g）、铜丝（2510J/g）、镍铬丝（1400J/g）、棉线（1748J/g）、铂丝（418J/g）。2氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=0.1mol/L]。3甲基橙指示剂(2g/L)或酚酞指示剂(10g/L)。4苯甲酸试剂一级，标准发热量为26464J/g，供测定量热计热容量时，作为基准物。5氧气不能含可燃物，不能使用电解法制备的氧气五、测定过程1在金属燃烧皿底部铺上一个石棉纸垫（垫的周边应与皿密接，以防试样漏入皿底，燃烧不完全），准确称量燃烧皿的质量。准确称量1～1.2g直径小于0.2mm的分析煤样，放入燃烧皿中。为防止某些试样燃烧时飞溅，可先用压饼机压制成饼，再切成2～4mm小块或用已知质量的擦镜纸包裹。不易燃烧完全的试样，可提高充氧压力至3.4×106Pa促进燃烧或加入适量苯甲酸。取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在氧弹的两个电极上。将盛有试样的燃烧皿放于支架上，调节点火丝中间部分，使其下垂与试样接触。注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路。加10mL蒸馏水于氧弹内（用来吸收燃烧生成的硫氧化物和氮氧化物），小心拧紧弹盖，注意避免震动而改变燃烧皿和点火丝的位置。接上氧气导管，缓缓充入氧气，使压力达到2.6×106Pa，充氧完毕后拆下氧气导管。确称量适量的水加入内筒，其数量应使氧弹淹没在水面下10～20mm。用水量必须与标定仪器热容量时的用水量相同（相差1g以内）。先调好外筒水温，使与室温相差不超过1℃。内筒水温最初应稍低于外筒温度（用冰水调节），而测定终期温度又比外筒高0.5～1.0℃。内外筒温差过高，将导致过大的“冷却校正”而产生较大的误差

把装好水的内筒小心放入外筒内的绝缘支架上，再把氧弹小心放入内筒，检查弹筒的气密性。如氧弹中无气泡漏出，则表明气密性良好，如有气泡出现，则表明漏气，应找出原因，排除故障，重新充氧。然后，接上点火丝电源，装好搅拌器和温度计并盖上外筒盖。温度计的水银球应位于氧弹主体的中部，在温度计露出水银柱处，另悬挂一支普通温度计，用以测定露出柱的温度。

2开动搅拌器、报时灯、温度计震荡器和照明灯，准确称量少量冰水加入内筒（冰水量计入内筒水的总质量），使内筒水温较外筒略低0.5～1℃，搅拌5min，内筒温度均匀上升，开始测定。发热量的测定分三个阶段：初期、主期、终期。2.1初期在此期间，内、外筒之间温度为内低外高，进行着热交换。先读取一次内筒温度，记为t初。5min后再读取一次温度，记为始点温度to，并立即通电点火。同时，记下露出柱温度to。2.2主期在此期间，试样燃烧，使弹筒和内筒温度急剧升高，水温变为内高外低，内、外筒之间继续进行热交换。每隔半分钟读取一次温度，直到最高点后转而下降的第一次温度为止，最后一次温度记为tn，它标志着主期结束。同时记下露出柱温度tn。温升较快阶段，温度可只读到0.01℃，缓慢阶段应读到0.001℃。2.3终期终点后，相隔5min再读一次温度记为t末，测定结束。3当终期结束后，停止搅拌，取出氧弹，放气。打开弹筒，仔细观察燃烧皿看反应是否完全。找出点火丝，量取长度，计算燃烧热量。用蒸馏水冲洗弹筒内各部和燃烧皿、燃烧残渣，把全部洗液收集在一个烧杯中，供测硫用，总体积约100mL六、弹筒发热量Qb，ad的校正和计算

1温度校正1.1温度计刻度校正根据检定证书中所给的修正值（贝克曼温度计称为毛细管修正值）校正点火温度to和终点温度tn，再由校正后的温度（t0+h0）和（tn+hn）求出温升。其中h0和hn分别表示温度为to和tn时的读数修正值。

1.2露出柱温度校正值测量内筒水温的贝克曼温度计或精密温度计的分度值，随着基点温度、浸没深度和露出柱温度的不同而改变。前两个因素可在热量计热容量标定和试样测定中取相同条件而抵消，但第三个因素则因外界的温度无法人为控制使其保持一致，故需加以校正，校正系数H为H=1+0.00016（t-t0）

式中t——热容量标定中露出柱的平均温度，℃；t0——试样测定中点火时露出柱温度，℃；0.00016——水银对玻璃的相对膨胀系数。

2冷却校正

又称为辐射校正。在恒温式发热量测试过程中，由于内、外筒水温始终存在差别，不可避免产生热交换。热交换的结果常常使内筒温升偏低，致使测量结果偏低，因而称为冷却作用。冷却校正也是采用温度补偿的办法，将损失的热量以温度的形式补偿到温差项中，用校正系数C（℃）表示。

C值的准确计算较复杂，但它的大小主要与内筒温度的下降速度（起始阶段该值常为负值