煤階

煤階是一個用來描述煤形成過程中煤化程度的量，煤的物理性質和化學性質均會影響煤階。隨着煤化程度的加深，煤從最初的泥煤，按褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤的順序演變泥煤的含水量很高，熱值較低；最初形成的褐煤的有機質成熟度和熱值均較低，是一種軟質、呈棕黑色的物質。褐煤儲量在世界各種煤儲量中居首位。

經過數百萬年的演變，褐煤在温度和壓力的持續作用下進一步變化，其有機質成熟度逐步增加，從而演變為次煙煤，次煙煤呈漆黑色。隨着進一步的物理變化和化變化的進行，次煙煤變得更硬、更黑，從而形成煙煤。再隨着有機質成熟度的逐步增加，最終形成了無煙煤。前兩種煤是軟質煤，是電廠的主要燃煤；最後兩種煤——煙煤和無煙煤，則是“黑煤”或“硬煤”。

煤通常出現在沉積岩的接縫或礦脈處；煤層有不同的厚度，有些地下煤礦有0．7—2．4m(2．5—8ft)厚，而有些露天煤礦則有30m(100ft)厚，如美國西部的露天煤礦。 ^[1] 

圖1給出了美國材料試驗學會(ASTM)標準的煤階劃分，即煤可分為無煙煤、煙煤、亞煙煤和褐煤，並進一步細分為13組。在煤層氣形成過程中，大多數屬性在煙煤階段最佳。在成熟過程中，煙煤可以產生較多的氣體，而且吸附性能較好，物理性質和機械性能最佳。

隨着煤階和成熟度的增加，煤的含碳量增加，含氫量降低，含氧量降低。也就是説，隨着成熟度的增加，揮發性物質減少。這表明，可以用多個屬性來定義煤階，特別是含碳量、含氫量或揮發性物質。除此之外，其他有效的方法也可以定義煤階，例如，鏡質組反射率也是一個常用來定義煙煤和無煙煤煤階的方法。鏡質組反射率法是根據在煤成熟過程中，煤的光學性能發生改變的特性來定義煤階的，它隨着成熟度的增加而增加。鏡質組反射率確定煙煤的煤階有以下優點：

(1)鏡質組反射率隨煤階的穩定性增加；

(2)不受成分或反射測量的均質性影響；

(3)不受樣本大小限制；

(4)受氧化的影響很小。

Berkowitz使用北美和歐洲公佈的煤炭數據，建立了鏡質組反射率與無水無灰碳含量之間的關係。煙煤的芳香官能團能使鏡質組反射率穩步增加，使得鏡質組反射率成為準確確定煤階的一個重要標準，尤其是高煤階煤，其鏡質組反射率對含碳量反應很敏感。 ^[2] 

為了確定美國煤層中高揮發性煙煤或更高階煤的煤階，ASTM確立了以固定碳含量和乾燥、無灰的揮發性物質含量為基礎的標準。在歐洲，煤階的確定基於乾燥、無灰元素分析中碳的含量，而不是基於固定碳的含量。一般而言，在煤層氣項目中最經常遇到的問題是準確確定高階煤的煤階，而一個重要的、不受顯微組分含量變化影響的衡量標準就是最大鏡質組反射率。由圖2可以看出，反射率對無水、無灰含碳量在85%以上的微小含碳量變化很敏感。高揮發性煙煤以下，碳含量或水分的質量分數能最好地確定煤階。表2-3比較了確定煤階參數的各種方法。 ^[2]