煤级指煤化作用所达到的阶段。煤化作用起因于温度及持续时间所引起的化学过程, 整个变化系列有4 次跃变, 所以煤级指标具阶段性;用以表征煤级的参数应互相补充,互相印证,才能起到较好的作用。
1926年,怀特(D.White)首次用它来表示固体燃料矿产在泥炭—无烟煤系列中所处的位置,以
干燥无灰基的碳含量(Cdaf)表示。煤级的测定,借助于那些在煤化过程中变化明显而且有一定规律性的物理、化学和工艺性质,即煤级参数或煤化(程度)参数,也称作煤变质(程度)参数。煤中水分和发热量,在包括
褐煤的低煤化阶段变化明显而又规律,适于作为低煤级煤的煤级参数;在
无烟煤和超无烟煤阶段,
x射线衍射曲线呈现出两个较明显的衍射峰,水分和氢含量呈明显的变化,它们可作为确定无烟煤和超无烟煤阶段的煤级参数;而碳含量除了在软褐煤到硬褐煤阶段和
肥煤到
贫煤阶段以外,都可作为其他各阶段的煤级参数。
显然,上述参数只适用于
煤化作用的部分阶段,都不是理想的煤级参数。
镜质组反射率与
挥发分两参数是有内在联系的。镜质组反射率值决定于
芳香环的缩合程度;而挥发分则基本上代表非芳香馏分。在煤化过程中,芳香环缩合程度加大,增长为更大的结构单元;而非芳香馏分则逐渐减少,导致挥发分降低而镜质组反射率相应地增高。由于镜质组反射率和挥发分都与
镜质组结构单元的
芳构化程度有关,因而镜质组反射率的增高和挥发分的降低,在变化程度上几乎是同步的。与其他煤级参数相比,
镜质组反射率不受
煤岩组分、
灰分和煤样代表性的影响,受还原程度的影响也较小。不过它也有两点不足:一是在低煤化阶段变化幅度小;二是在高煤化阶段出现光学
各向异性,即
双反射率。
壳质组的
荧光性在低煤化阶段随
煤化程度的加深而作规律性变化,正好补上镜质组
反射率在低煤化
阶段的不足。可以认为,镜质组反射率辅以壳质组荧光性是最好的煤级
参数。
不同煤化阶段煤在中国的分布。在
地质时代上,中国
晚古生代以中、高煤级煤占较大比例,尚未发现
褐煤;中生代虽有
褐煤,但以低、中煤级
烟煤为主,并有高煤级烟煤以至
无烟煤;
第三纪不仅有褐煤,而且也有低煤级烟煤。在地区的分布上,
北纬38°以北的西北、华北和
东北地区,以褐煤和低、中煤级烟煤为主;北纬38°以南的
华北地区产各煤级烟煤和无烟煤;西南地区主要是中、高煤级烟煤赋存地区,而
东南地区则以高煤级烟煤和无烟煤占优势。
中国煤级分布的特点是大多数煤经历了3个
演化阶段形成的。由于中国
晚古生代含煤岩系多
沉积地于台稳定阶段,除少数地区外,沉积幅度不大。部分中
新生代含煤岩系虽沉积于
地台活化阶段,但多数聚煤区的沉降幅度也不大,所以各
地质时代煤的上覆岩系一般厚度不大。经过以深成变质作用为主的第一演化阶段,煤级大部分偏低,如华北晚古生代深成变质煤一般不超过肥
气煤阶段,中生代深成变质煤通常可达长焰煤阶段,新生代煤基本上仍处于
褐煤阶段。
煤演化的第二阶段虽仍继续经受着
深成变质作用,但中生代
岩浆活动起更大的作用,特别是
燕山期岩浆的侵入活动,使得一部分
晚古生代和中生代深成变质煤又经受区域岩浆热
变质作用的叠加,形成了一系列规模大小不一,包括中、高变质煤的多煤级
变质带。
燕山期岩浆活动不仅强烈,波及面广,而且有多期多次活动的特点。就全国范围来说,南方强于北方,东部强于西部。北纬38°以北以低煤级煤为主,
东南地区高煤级煤占主导地位,其他地区则为中、高煤级煤为主的多煤级变质带。由于
燕山期岩浆侵入及其引起的区域岩浆热变质作用在
空间分布上具有一定的方向性,因而造成晚古生代和中生代煤级分带也呈现出明显的分带
规律。包括低、中、高多煤级的变质带自北而南沿以下。
5个主要东西构造带断续分布;沿北纬41°附近,北纬37°~38°,北纬35°~36°,沿北纬27°~28°和沿南岭纬向带断续分布。另一个导致多煤级
变质带断续分布的
岩浆侵入方向为东北向,主要的有沿
太行山东麓断裂、
密山-郯庐断裂、
丽水-
海丰等大型断裂。而
喜马拉雅期的岩浆侵入活动较弱,只有少量
第三纪褐煤受其影响变质为烟煤,如辽宁
抚顺、黑龙江
依兰、西藏
南木林和云南
剑川等地。
由于成煤期后,特别是
燕山运动后,大部分
晚古生代和中生代
含煤岩系被抬升接近地表,煤的
变质作用经历第三演化阶段。深成变质虽仍在进行,但影响不大,主要是新生代构造运动的改造,奠定了中国
煤变质带分布的格局。例如,大致沿北纬37°~38°的多煤级
变质带原来是横贯全国断续分布的,西起新疆英吉沙、
莎车,东经
南疆东部的
且末,青海
大柴旦与江仓、热水,甘肃九条岭、
古浪,宁夏中卫、中宁和韦州,山西
临县、太原西山到
阳泉,但再向东,由于
嫩江-
紫荆关断裂的右旋活动,将东部原来分布在
北纬37°~38°之间的河北邯邢、山东济东、
淄博和坊子等煤田向南推移了约100公里(大致相当纬度1度的距离),移到了北纬36°~37°之间。
中国各时代煤的煤级分布是 3个演化阶段综合作用的结果。以深成变质为主的第一演化阶段主要形成不超过肥
气煤阶段的低煤级
烟煤与
褐煤;第二演化阶段由于区域
岩浆热
变质作用的叠加弥补了
深成变质作用的不足,形成了大量中、高煤级的重要工业用煤;第三演化阶段使多煤级
变质带的分布更加复杂化。