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煤结构

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煤的结构

煤的结构

不同煤化程度 metamorphic grade煤的结构 单元变化规律
煤分子基本结构单元的核随煤化程度的变化规律
煤分子基本结构单元的核主要由不同缩合程度的芳 香环构成，也含有少量的氢化芳香环和氮、硫杂环。
从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤大分子基本结 构单元的核缓慢增大，核中的缩合环数逐渐增多，当碳 含量超过 90％以后，基本结构单元核的芳香环数急剧增 大，逐渐向石墨结构转变。研究表明，碳含量为 70% ～ 83%时，平均环数为2左右；碳含量为83%~90%时，平均 环数为 3 ～ 5 ；碳含量为大于 90% 时，环数急剧增加，碳 含量大于 95% 时，平均环数大于 40 。煤的芳碳率，烟煤 一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。
1.2.3 桥键 bridge bond 煤的大分子是由若干基本结构单元连接而成，结构 单元之间的连接是通过: 次甲基键－CH2－、－CH2－CH2－； 醚键―O－；
硫醚键－S－、 －S－S－；
次甲基醚键 －CH2－O－、－CH2－S－；
芳香碳－碳键Car－Car等桥键实现的。
3. 煤中的低分子化合物 micromolecular compound
以及 1～ 6环的芳烃 aromatic hydrocarbon，但主要是以 1～2环芳烃为主。

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Part 3：煤的结构Coal structure 第三章：煤的结构Coal structure

第三章 煤的结构Coal structure



Main contents： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论
第一节 煤结构概述 summarization
1.2．基本结构单元的不规则部分(disordered part)

煤炭的分子结构

煤炭的分子结构

煤炭的分子结构煤炭是一种由有机物质形成的矿石，主要成分为碳、氢、氧、氮、硫和少量的其他元素。

它的分子结构主要由碳原子构成，形成了独特的晶体结构。

煤炭的分子结构可以分为两个层面来看待：宏观结构和微观结构。

从宏观结构来看，煤炭可以分为三大类：无烟煤、烟煤和褐煤。

无烟煤是最纯净的煤种，其分子结构中的碳原子数最多，同时含有较少的杂质。

烟煤的分子结构中的碳原子数较少，含有较多的杂质。

褐煤的分子结构中的碳原子数最少，含有较多的水分。

从微观结构来看，煤炭的分子结构非常复杂。

煤炭中的碳原子通过共价键相互连接，形成了链状、环状和三维结构。

其中，链状结构是最常见的一种结构形式，碳原子通过共价键连接成长链或短链。

环状结构由碳原子构成的环组成，环的大小和形状不同，也会影响煤炭的性质。

三维结构由碳原子构成的网状结构组成，具有更高的稳定性和坚固度。

在煤炭的分子结构中，碳原子之间还可能存在着其他元素的杂质。

这些杂质可以是氢、氧、氮和硫等元素。

其中，氢原子和碳原子通过共价键连接，形成了一些有机基团，如烷基、烯基和芳香基等。

氧原子和碳原子之间可以形成羟基、醚基和酮基等。

氮原子和碳原子之间可以形成胺基和吡啶基等。

硫原子和碳原子之间可以形成硫醚基和硫酚基等。

这些有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了很多特殊的性质。

煤炭的分子结构对其物理和化学性质具有重要影响。

煤炭中的链状结构和环状结构影响着煤炭的燃烧特性，如燃烧速率和热值等。

煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有一些特殊的性质，如吸附性、还原性和催化性等。

煤炭的分子结构也影响着煤炭的利用方式，不同结构的煤炭适用于不同的工业和生活领域。

煤炭的分子结构是一种复杂而多变的结构，由碳原子构成的链状、环状和三维结构对煤炭的性质和用途有着重要影响。

煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了丰富的特性和用途。

研究煤炭的分子结构不仅有助于深入了解煤炭的本质，还能为煤炭的有效利用和环境保护提供科学依据。

煤化学之煤的结构

煤化学之煤的结构

（2）液态结构 属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程
度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片 间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机 械强度低，热解时易形成胶质体。
（3）无烟煤结构 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增
大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。
2、物理结构模型(physical Structure model)
2.1 Hirsch模型 Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三 种物理结构。
（1）敞开式结构 属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片 (aromatic
layer)小，不规则的“无定形结构”比例较大。芳香层片间 由交联键(crosslink bond)连接，并或多或少在所有方向上 任意取向，形成多孔的立体结构。
1.2.2 官能团 functional group
（2）含硫官能团(sulfur containing functional group )， 如： 硫醇（–SH） 、硫醚（R–S–R）、 二硫化物（–S–S–）
（3）含氮官能团(nitrogen containing functional group )， 如： 吡啶 、喹啉的衍生物 胺基（–NH2）
(1)煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物
煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构 相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接 而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、 连接在核上的侧链和官能团两部分构成。
(2) 结构单元的核心是缩合芳香核
缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环 （含硫、氮），环数随煤化程度的提高而增加。碳含量 为70%～83%时，平均环数为2；碳含量为83%～90% 时，平均环数为3～5；碳含量为大于90%时，环数急剧 增加，碳含量大于95%时，平均环数大于40。煤的芳碳 率，烟煤一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。

煤层结构的概念

煤层结构的概念

煤层结构的概念
煤作为一种非常重要的能源，对人类的生活有着极其重要的意义，而煤的形成则与煤的结构有着密切的关系。

因此，了解煤的结构是进行深入研究煤资源的重要步骤。

煤层结构是煤资源在矿业上最重要的特征之一，是它在构建煤储量评估系统中具有重要作用的特征。

煤层结构是指煤层中物质组成结构的变化特性。

煤层结构表示煤层中物质的变化趋势，它不仅决定煤资源的总量，还影响着这些资源的发掘状况。

煤层结构由煤层厚度、煤层织物、煤层结构等组成，其中煤层厚度是指煤层中各项组成部分在空间上的分布厚度，而煤层织物是指煤层中物质构成的空间排列关系，而煤层结构是指煤层中具有相同或近似构造特性的依次层次式物质组成结构。

煤层结构的分类可以根据煤层厚度和煤层结构的特征等进行划分。

根据煤层厚度的不同，可以将煤层分为薄层、中层和厚层三类。

根据煤层结构的不同，可以将煤层结构分为稳定层、扰动层、无规则波动层、层状层、等距层和不等距层等六类。

煤层结构的研究具有重要意义，其研究内容一般包括煤层结构的形成机制和演化规律、煤层结构影响及其影响因素、煤层结构对煤资源发掘的影响、煤层结构的可控性等。

除此之外，煤层结构也用于煤资源的评估，以确定煤的储量、质量等指标，以及用于煤矿的安全指标评估。

总之，煤层结构既是煤资源评估的一个重要指标，也是煤储量评估系统构建的关键。

深入研究煤层结构，对于更好地开发和利用煤资
源，具有重要意义。

煤体结构(原生结构煤+构造煤)

煤体结构(原生结构煤+构造煤)
-7-
1）条带状结构 宏观煤岩成分（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）多呈各种形状的条 带，在煤层中相互交替的出现而形成条带状结构。按条带的宽窄又 可分为；细条带状结构（宽度为 1～3mm）、中条带状结构（宽度为 3～ 5mm）和宽条带状结构（宽度大于 5mm）。条带状结构在中变质烟煤中 表现最为明显，尤其在半亮型煤和半暗型煤中最常见；褐煤和无烟 煤中条带状结构不明显。 2）线理状结构 线理状结构是指镜煤、暗煤及粘土矿物等呈厚度小于 1mm 的线 理断续分布在煤层各部位面形成的结构。根据线理的间距，线理状 结构又分为密集线理状和稀疏线理状两种。在半暗型煤中常见到线 理状结构。
-6-
岩成分中，镜煤和没有矿化的丝炭脆度最大，亮煤次之，暗煤则往 往因含有许多稳定组分和矿物杂质而韧性较大。不同变质程度的煤， 以肥煤、焦煤和瘦煤脆度为最大；无烟煤脆度最小；长焰煤和气煤 的脆度较小，并具有一定的韧性。
5）断口 煤受外力打击而破裂时形成的断面称为断口。严格说来，断口 不应包括沿层理面或裂隙断开的表面。断口的表面形状可反映出煤 物质组成的不同特点，因此断口可以作为煤岩鉴定的辅助标志。煤 中常见的断口有贝壳状、参差状断口等。贝壳状断口是组成均匀的 煤的特征，腐泥煤、镜煤、较纯净的亮煤及一些块状无烟煤都常见 有贝壳状断口。 6）裂隙 裂隙是在成煤的不同时期中，各种自然力作用于煤层所造成的 裂开现象。根据成因不同，煤的裂隙可分为内生裂隙、外生裂隙和 气胀裂隙等。 2．原生结构煤的结构 原生结构煤的结构是指煤岩组分的形态和大小所表现的特征，反映 了成煤原始物质的性质、成分及其变化。原生结构煤的结构与构造 是反映成煤原始物质及其聚积和转变等特征的标志，是煤的重要原 生特征。煤化程度增高，煤的各种组分的肉眼鉴定标志逐渐消失， 至高变质阶段，煤的成分趋于一致，煤的宏观结构也逐渐趋于均一。 最常见的煤的宏观结构有下列几种：

煤化学 第三章 煤的结构

煤化学 第三章 煤的结构

第三章煤的结构煤的结构包括煤有机质的化学结构(大分子结构)和煤的物理空间结构。

研究煤的结构，不仅具有重要的理论意义，而且对于煤炭加工利用具有重要的指导意义。

由于煤炭组成的复杂性、多样性、非晶质性和不均匀性，所以将煤分离成为简单的化合物并研究其结构是一件非常困难的事情。

虽然科学家对煤的结构做了长期、大量的研究工作，并取得了长足进展，但遗憾的是，迄今为止尚未明了煤结构的全貌，只是根据实验结果和分析推测，提出了若干煤的结构模型。

本书重点介绍煤分子结构研究的结论。

第一节煤的大分子结构一、煤大分子结构的基本概念煤的有机质是由大量相对分子质量不同、分子结构相似但又不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。

根据实验研究，煤的有机质可以大体分为两部分:一部分是以芳香结构为主的环状化合物，称为大分子化合物;另一部分是以链状结构为主的化合物，称为低分子化合物。

前者是煤有机质的主体，一般占煤有机质的90%以上，后者含量较少，主要存在于低煤化程度的煤中。

煤的分子结构通常是指煤中大分子芳香族化合物的结构。

煤的大分子结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体。

研究表明，煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。

这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。

规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环(含氮、氧、硫等元素)缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核;不规则部分则是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团;桥键则是连接相邻基本结构单元的原子或原子团。

随着煤化程度的提高，构成核的环数不断增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。

二、煤大分子基本结构单元的核(一)煤的结构参数煤大分子基本结构单元的核具缩合环结构，称为芳香环或芳香核。

煤的基本结构单元不是一个均匀、确切的结构，但可以通过结构参数评价核的平均结构。

煤的结构参数有芳碳率、芳氢率、芳环率等。

煤的结构模型ppt课件

煤的结构模型ppt课件

化学结构一模、型煤的物理结构
➢ Fuchs结构模型 ➢ Given结构模型 ➢ Wiser结构模型 ➢ 本田结构模型 ➢ Shinn结构模型
Fuchs模一型、煤的物理结构 ——20世纪60年代以前的代表模型。由W. Fuchs（德）提出， 1957年经Van Krevelen修改
特点： Fuchs模型是20世纪60年代以前煤的化学结构模型的代表。当时煤化 结构的研究主要是用化学方法进行的，得出的是一些定性的概念，可用于 建立煤化学结构模型的定量数据还很少。Fuchs模型就是基于这种研究水平 而提出的，该模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上任 意分布着以含氧官能团为主的基团所组成。——比较片面，不能全面反映 煤结构的特征
– 化学结构一般以镜质组作为 研究对象
– 含量多 – 组成均匀，变化平稳
第一煤节的煤大的分大子分结子构结构
煤大分子结构的基本概念 煤的结构参数 基本结构单元的核 基本结构单元周围的烷基侧链和官能团 煤中的杂原子 连接基本结构单元的桥键 • 煤中的低分子化合物
煤煤大大分分子子结结构构的的基基本本概概念念
不同煤化程度煤的基本结构单元
褐煤
次烟煤
高挥发分烟煤
石墨
无烟煤
低挥发分烟煤
煤的结构参数
➢ 芳碳率 fcar
芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比 ➢ 芳氢率 fHar
芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比 ➢ 芳环率
基本结构单元中芳香环数与总环数之比
基本结构单元的核
➢ 缩合环结构，也称芳香环或芳香核 ➢ 由不同缩合程度的芳香环构成，也含有少量的氢化芳香
• 尽管每一模型都有相关实验证据的有力支持， 但没有一种模型可以解释所有的实验现象。 也许对于煤这种复杂物质，也不存在这样一 种模型

第五章煤体结构与构造煤

第五章煤体结构与构造煤
37
二、构造煤分布
2 顺煤层剪切带——构造煤分布范围广
顺煤层剪切带是指沿煤层发育的剪切面与煤层以小角度 相交或者近于平行的剪切带。顺层剪切带也叫逆掩断层、 顺层断层、缓倾角断层、层滑构造等。
图3-59 平顶山矿区东部戊9-10煤层顺层剪切带
38
二、构造煤分布 （1）与煤层产状一致的顺煤层剪切带
12
（2）宏观煤岩类型
烟煤宏观煤岩类型的划分
13
2 煤的原生结构和构造
煤的原生结构是由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。 煤的宏观结构指宏观煤岩成分的形态、大小、排列方式所表 现的特征。 条带结构:
1、细条带，1~3mm 2、中条带， 3~5mm
3、宽条带，大于5mm
14
2 煤的原生结构和构造
21
3 显微煤岩组分与类型 显微结构：
镜质组、壳质组、惰质组
22
3 显微煤岩组分与类型
显微镜下显微组分分层排列，界限清晰。原生结构煤的 煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨。
a b c
原 生 结 构 煤
d
e
f
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二、构造煤及其煤岩学特征 构 造 煤 结 构 类 型 分 类
原生结构煤 煤 结 构 类 型 构造煤 粉粒结构
呈现棱角状块 体，但块体间 已有相对位移
可捻搓 成cm、 mm级碎 粒 易捻搓 成mm级 碎粒或 煤粉 极易捻 搓成粉 末或粉 尘
0.8～ 0.3
10～15
过渡
Ⅲ
碎 粒 煤 糜 棱 煤
煤被揉搓捻碎 、主要粒级在 1mm以上 煤被揉搓捻碎 的更细小，主 要粒级在 1mm以下
构造镜面 发育
＜0.3
＞15
构造煤 粉砂岩

煤的结构

煤的结构
Part 3：煤的结构Coal structure

第三章：煤的结构Coal structure
第三章 煤的结构Coal structure
主要内容： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论
第一节 煤结构概述 summarization
第一节 煤结构概述 summarization
2.1 Hirsch模型(physical structure model)
（3）无烟煤结构： 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增
大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔 隙。
2.2 两相模型(host-guest model)
两相模型又称为主—客模型。认为煤中有机物大分子 多数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非 共价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤 的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流 动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。采用不同溶剂 抽提可以将主客体分离。在低阶煤中，非共价键的类型 主要是离子键和氢键；在高阶煤中，-电子相互作用和 电荷转移力起主要作用。
1、化学结构模型(chemical structure model) 1.1 Wiser模型：被认为是比较全面合理的一个模型，该
模型也是针对年轻烟煤（碳含量82%~83%），它展示 了煤结构的大部分现代概念，可以合理解释煤的液化 和其他化学反应性质。缺点是没有考虑小分子化合物。 1.2 本田模型：本田模型的特点是考虑了低分子化合物的 存在，缩合环以菲为主，它们之间有较长的次甲基键 相连接。模型中氧的存在形式比较全面，但没有考虑 氮和硫的结构。
煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌在煤大分子 主体结构中的一些相对分子质量小于500的有机化合物。 已确定的有：

第四章 煤的有机质的结构

第四章 煤的有机质的结构

第二节
一、含氧官能团
煤结构单元外围部分的结构
3．煤中的含硫和含氮官能团
硫的性质与氧相似，所以煤中的含硫官能团种类与含氧官能团
差不多。由于硫含量比氧含量低，加上分析测定方面的困难，故煤 中硫的分布尚未完全弄清。
煤中有机硫的主要存在形式是噻 吩，其次 是 硫 醚 键 和 巯 基
(-SH)。 煤中含氮量多在1％～ 2％，大约50％～75％的氮以吡啶环或喹
2．煤中含氧官能团随煤化程度的变化 煤中含氧官能团的分布随煤化程度的变化见图4—2。 由图4—2可见，煤中的含氧官能团随煤化程度增加而急剧降低， 其中以羟基为最多，其次是羰基和羧基，在煤化过程中，甲氧基首 先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中已不再存在，而羟基和羰基 仅在数量上减少，即使在无烟煤中也还存在。图中其余含氧主要指 醚键和杂环氧，它们所占的比例对中等变质程度的煤是相当大的。
N ( R) 1 )其中N(R)为基本结构单元中缩合环的 N (C )
c f ar
数目，N(C)为基本结构单元中碳原子数。环缩合度指数与芳碳率 之间有如下的关系
N ( R) 1 N (H ) c 2( ) 2 f ar N (C ) N (C )
第二节
一、含氧官能团
煤结构单元外围部分的结构
第四章
煤的有机质的结构
对煤的分子结构的研究一直是煤化学学科的中心环节， 受到了广泛的重视。近年来，对煤的结构研究取得一些进展。 一般采用煤的镜质组作为研究结构的对象，其原因是镜质组
在成煤过程中变化比较均匀以及矿物质含量低。
第一节
煤结构单元核心部分的结构
一、煤的基本单元结构 煤是以有机体为主，并具有不同的相对分子质量、不同化学结 构的一组“相似化合物”的混合物。它不像一般的聚合物，是由相 同化学结构的单体聚合而成的。因此，构成煤的大分子聚合物的 “相似化合物”被称作基本结构单元。也就是说，煤是许许多多的 基本结构单元组合而成的大分子结构。基本结构单元包括规则部分

煤结构16概述

煤结构16概述

平均结构单元模型
网络结构模型
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2.2.2.1 “平均结构单元”(average structure unit)模型


煤分子的概念 煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似 化合物”的混合物组成，多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接 而成的立体结构。 煤大分子结构的基本概念 有机质包括芳香结构的环状化合物占90％以上，非芳香结构的化 合物（低分子化合物）含量少。煤大分子结构通常是指煤中芳香族化 合物的立体结构。是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物。 煤分子的基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规 则两部分： 规则部分——由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（ 含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。 不规则部分——连接在芳香核周围的烷基侧链和各种官能团。
18:37
2.2.4.2 煤中的-相互作用力
煤中的-相互作用随参与体系和极化率的增大而增大，在 聚合芳香环体系间尤为强烈。该作用力属于短程作用力，其 强度与分子间距离的6次方成反比。
18:37
2.2.5 煤结构的研究方法
碎片信息重组法
方 法
物理仪器直接分析法 统计结构解析法
计算机模拟技术
单相的概念（monophase concept）
分子内和分子间相互作用 非共价键作用力.
18:37
2.2.3 构成“网络结构模型”作用力本质的不同认识
共价键型
共价键结合,低分子量物质，即所谓的 “两相模型”。
“网络结构模型”
非共价键型 非共价键缔合
共价键型
非共价键型
18:37
核心问题：形成煤聚合物网络的作用力的化学本质和形态
②煤的浓度越低，膨胀度越高；

煤层结构分类

煤层结构分类

煤层结构分类煤炭是一种重要的化石燃料资源，广泛应用于发电、制造和加工等领域。

煤炭的形成是一个漫长的过程，经历了多个地质时期的变化。

在地质学中，煤层被广泛研究和分类。

本文将介绍煤层结构的分类方法，并对各类煤层的特征进行阐述。

一、煤层结构分类方法根据煤层内部构造和组成特征，煤层可以分为以下几类：1. 煤层的纵向分布：煤层的纵向分布可分为单层、层状和复层三类。

其中单层煤层指的是煤层的纵向分布比较均匀，没有明显的分层现象；层状煤层则是指煤层中存在明显的层状结构，一般由多个煤层组成；复层煤层则是指煤层具有多个煤层重叠的特点，形成了复杂的结构。

2. 煤层的倾角：根据煤层的倾角，煤层可以分为水平煤层、倾斜煤层和褶皱煤层。

水平煤层指的是煤层的倾角接近于水平；倾斜煤层则是指煤层的倾角较大，一般在20度至70度之间；褶皱煤层则是指煤层受到地壳运动的影响，形成了弯曲和褶皱的结构。

3. 煤层的厚度：根据煤层的厚度，煤层可以分为薄层、中厚层和厚层三类。

薄层煤层指的是煤层的厚度小于1米；中厚层煤层指的是煤层的厚度在1米至3米之间；厚层煤层则是指煤层的厚度大于3米。

4. 煤层的组成：根据煤层的组成，煤层可以分为纯煤层、矸石夹煤层和夹矸石煤层。

纯煤层指的是煤层中几乎没有杂质的煤炭；矸石夹煤层则是指煤层中夹杂有一定量的矸石；夹矸石煤层则是指煤层中夹杂有很多的矸石。

二、各类煤层的特征1. 单层煤层：单层煤层具有均匀的纵向分布，一般没有较明显的层状结构。

这种煤层在开采过程中比较容易，煤炭的品质相对较好，煤层的厚度一般在3米至20米之间。

2. 层状煤层：层状煤层由多个煤层组成，各个煤层之间通过夹石层分隔。

这种煤层的厚度一般在10米至100米之间，厚度较大，品质较好。

在开采过程中，需要根据煤层的分布情况选择合适的开采方式。

3. 复层煤层：复层煤层是由多个煤层重叠形成的复杂结构。

这种煤层的厚度较大，一般在50米至200米之间。

在开采过程中，需要充分了解煤层的分布和变化规律，选择合适的开采方法。

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煤的化学结构及其研究方法
煤，从化学组成上来说，是由大量具有不同分子量的分子组成的混合物；从岩石学角度来说，是由不同显微煤岩组分组成的；从结构化学来看，是一种短程有序、长程无序，且具有层次结构的非晶态固体物质；从成因来看，具有阶段性演化特征，即从褐煤经烟煤至无烟煤的演化，其物理、化学性质的演变具有阶段性演化的特点。

一煤结构的概念
煤结构研究主要包括两方面的内容：一是煤的化学结构，二是煤的物理结构。

（1）煤的化学结构是指在煤的有机分子中，原子相互联结的次序和方式。

从煤的元素组成上看，煤主要由碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成，此外还有微量的磷、氯和某些金属元素，其中碳含量大于50%，多数含量在75%~95%之间，所以煤具有高碳物料的特征。

（2）煤的物理结构，传统的物理结构指煤的孔隙结构，主要是指其相界面间空隙及芳香层间的层间隙。

一般用孔隙率、比表面积、孔径分布、孔隙模型等来表征。

煤的孔隙结构实质上是由煤的化学结构决定的。

这是因为，煤的芳烃族和官能团之间参差不齐的排列形成了内部空隙，使煤成为多孔性物质。

（3）煤的岩相组成，从岩相学和矿物学观点上认识煤，可以认为煤是一种固体可燃有机岩。

在宏观上，可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种煤岩成分；在微观上，其有机显微组分在国际上划分为镜质组、丝质组和稳定组三种组分。

煤不同于一般的高分子有机化合物，它具有特别的复杂性、多样性和不均一性。

及时在同意小块煤中，也不存在一个统一的化学结构。

二煤结构的研究方法
长期以来人们对煤的化学结构的研究方法可以归纳为物理化学方法、化学方法、物理方法。

1.物理化学研究方法
物理化学研究方法，如溶剂抽提、吸附性能和物化特性法等。

溶剂抽提法是研究煤的组成、结构的最早方法之一，其理是利用溶剂的授、受电子能力使小分子相释放出来的过程，通过逐级抽提，分析抽提可溶物与不溶物，找出它们与煤结构之间的关系，提出相应的煤结构模型。

该法主要用来研究泥炭、褐煤的化学
组成。

煤具有一定的孔隙结构，所以它有一定的吸附性能，利用这一特性，可以测定煤的密度、比表面积等孔结构参数。

2.化学研究方法
化学研究方法，如氧化、加氢、卤化、解聚、热解、烷基化和官能团分析等，要使固体煤加氢转化为液体，就要把煤结构中的键断开并同时进行加氢，使其生成比原煤分子小的液体，一般可认为液化是煤结构单元之间联结的次甲基和氧桥断裂的结果。

煤液化转变为石油原油等需要深度加氢，而转变为沥青类物质只要轻度加氢。

氧化法的目的在于使煤分子破裂变成较简单的产物，这是一个逐渐降解的过程，也可称为氧解。

根据氧化所得产物的结构特征就可以推测出煤的基本结构特征。

将煤在隔绝空气下加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应的
复杂过程称为煤的热解，或称热分解、干馏。

煤的热解与煤的组成和结构关系密切，在热解过程中放出热解水、CO2、CO、石蜡烃类、芳烃类和各种杂环化合物，残留的固体不断芳构化，直至在足够高的温度下转变为类似于微晶石墨的固体。

3.物理研究方法
物理研究方法，如X射线、红外光谱、核磁共振波谱以及利用物理常数进行统计结构解析等。

(1)X射线衍射分析法研究物质的晶体结构时，衍射方向与晶胞的形状和大小有关，衍射强度则与原子在晶胞中的排列方式有关。

因此，他能很好的分析石墨等晶体。

煤并不是晶体，但是由于随着煤化程度的加深，煤的结构渐趋于石墨结构，X射线衍射分析亦能揭示出煤中原子排列的有序性。

(2)在红外区域出现的分子振动光谱。

其吸收峰的位置和强度取决于分子中各基团的振动形式和相邻基团的影响。

因此只要掌握了各种基团的振动频率，即吸收峰的位置，以及吸收峰位置移动的规律，即位移规律，从而进行光谱解析，确定煤中含有的化合物和官能团。

(3)用核磁共振法研究煤结构，可以了解氢在煤结构单元中的分布情况，它能详细给出氢分布的信息。

资料表明，对年老煤，脂肪族氢约占总氢量的1/3，对年青煤则约占2/ 3。

这意味着煤化程度的加深使芳香度和缩合环数增加，脂肪
族侧链减少。

4.煤的统计结构解析法就是利用结构解析的原理，根据煤的性质和结构的内在联系，在不使煤质发生破坏的前提下，通过统计计算，求取平均结构单元参数，来定量的描述煤的结构特征。

三煤结构研究的新进展及其在新材料中的应用
(1)煤结构的新型研究方法
近年来随着煤炭综合利用的深入进行，煤结构的研究再次引起人们的注意，重要的研究方法及其提供的信息有：
计算机断层扫描（CT）、核磁共振成像：孔结构；
电子投射/扫描显微镜（TEM/SEM）、扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜（AFM）：表面形貌与结构；
质谱：碳原子数分布、碳氢化合物类型、相对分子质量；
X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收近边谱（XANES）：有机S和无机N。

此外，用X射线径向分布函数法解析煤结构也是近年来的一大特色。

(2)煤结构研究在新材料制备中的应用
新型炭材料,如活性炭、活性炭纤维、纳米结构材料等煤基活性炭素材料在开发煤基高附加值产品上很有潜力；
功能材料，如抗静电和导电材料、离子交换材料和高聚物填料；
复合材料，如聚合物合金材料、神府煤/HDPE共混材料和AB交联共聚物。

赵楠
20100075
化学工艺。