煤風化作用

煤風化作用，煤炭科學術語，處於地表或地表附近的煤層，在大氣、水和生物等外力的長期聯合作用下，使煤的物理性質、化學性質及工藝性質發生的一系列破壞性變化。其強度由地表向下逐漸減弱，直至停止。煤風化作用是一個長期、緩慢和逐步加深的複雜過程。

基本介紹

• 中文名：煤風化作用
• 外文名：weathering of coal
• 學科：煤炭科學
• 拼音：méi fēng huà zuò yòng

煤風化作用類型

根據性質的不同，煤風化作用分為物理風化、化學風化和生物風化等三種主要類型。

物理風化作用

由於大氣溫度的變化以及煤中孔隙、裂隙水的反覆凍結與融化而使煤發生的顏色變淺，硬度及強度變弱，裂隙增多、增大，結構變松，甚至完全破碎成粉末等物理性質變化和機械破壞。其影響深度有限。

化學風化作用

由於受大氣和水中各種化學物質的影響，使煤的化學組成及工藝性質發生的變化和破壞。其影響深度較大。

生物風化作用

由於受生物活動的影響，使煤的物理性質和化學性質發生的變化和破壞。

煤風化作用過程

煤風化過程分為吸氧、次生腐植酸生成和有機物氧化分解等三個階段。

吸氧階段

煤中有機質大分子結構單元側鏈上的活性基團，吸附大氣中的氧，在煤的表面形成煤氧絡合物，使煤的重量增大、吸濕性增強。

次生腐植酸生成階段

煤氧絡合物分解，放出二氧化碳、一氧化碳、水和熱量。同時，由稠環和側鏈組成的煤分子氧化生成腐植酸。隨著風化程度的加深，次生腐植酸的含量不斷增加。煤的結構變得疏鬆，增大了與大氣、水等的反應面，為加快風化速度和加大風化深度提供了條件。

有機物氧化分解階段

隨著次生腐植酸的進一步氧化分解，煤中有機物含量明顯降低，直至全部消失，僅剩下煤中礦物風化後的殘留物。

有機質氧化生成的腐植酸、二氧化碳等酸性物質，可使煤中礦物水解，生成矽酸、鋁矽酸、磷酸等，與金屬離子形成有機鹽類絡合物，當鈣離子豐富時，則可生成方解石。煤中的黃鐵礦和白鐵礦氧化成硫酸和硫酸鐵，且與周圍的鈣、鋁礦物作用，形成石膏、明礬等新礦物。在有大量有機質分解而造成的還原環境下，硫酸鐵可再次被還原，生成次生黃鐵礦。因此，在煤層露頭及其附近常見有含鐵明礬的白色粉末(稱煤堊)，受氫氧化鐵污染的次生腐植酸褐色粉末(稱煤華)分布。煤堊、煤華都是重要的找煤標誌。

煤層的風化帶和氧化帶

煤層遭受風化作用地帶的總稱。根據受風化作用影響的不同程度，分為風化帶和氧化帶 。

風化帶

煤層露頭附近由於風化作用使煤的物理、化學性質發生顯著變化的地帶。因煤中有機質分解逸散或被水流溶解帶走，致使風化帶煤層厚度顯著變薄，在地表露頭處甚至尖滅成煤線。

風化帶可根據煤的物理、化學、工藝性質確定。風化帶的煤稱風化煤，其特點是顏色變淺，硬度及力學強度變弱，結構鬆散，甚至完全變成粉末狀;揮發分、水分和氧含量增高，碳、氫含量和粘結性、焦油產率、發熱量降低，失去燃燒價值，地質勘探時不計算其儲量。當風化煤中次生腐植酸含量超過20%時，應適當取樣並估算其腐植酸儲量。

氧化帶

煤層風化帶以下，因風化作用，煤的物理、化學性質雖未明顯變化，但煤的化學工藝性質已發生明顯變化的地帶。亦有人將此地帶劃為次風化帶，而將風化帶與次風化帶全稱氧化帶。氧化帶的深度，往往通過沿煤層傾向由淺而深系統採取煤樣(包括鑽孔煤心煤樣和煤層煤樣)，經測試而確定。氧化帶的煤稱氧化煤，它可作動力煤用，但因其化學工藝性質已發生變化，粘結性降低或喪失，故而不能煉焦。

煤風化作用的影響因素

煤風化作用受煤的成分和性質、煤層的埋藏條件、地表侵蝕速度、氣候條件等因素的制約。

煤的成分和性質

腐植煤較殘植煤和腐泥煤易風化;低變質煤較高變質煤易風化;鏡煤和亮煤較絲炭和暗煤易風化，但在低溫條件下絲炭能吸附大量的氧並放出熱量而加速風化作用。此外，煤的結構、裂隙發育程度、水分和煤中黃鐵礦的含量等，對煤風化作用也有一定的影響。

煤層的埋藏條件

煤層產狀、圍岩成分和性質、夾矸厚度和性質以及上覆蓋層的厚度和性質等因素都影響煤層與大氣和水的接觸條件，從而對煤風化作用進行制約。

地表侵蝕速度

地表侵蝕速度越快，地形切割越陡，煤層氧化帶越淺; 反之，則氧化帶越深。

氣候條件

溫濕氣候有利於化學風化的進行，風化深度大; 乾燥氣候則多以物理風化為主，風化深度小;大氣溫差越大，物理風化越強;大氣降水影響潛水面的位置和滲濾水的含量及性質。

構造條件

因構造裂隙導入水、氣而促使煤體發生風化、氧化。這種風化作用往往可達地下較深部位，但範圍比較局限。