一、煤的物理性质
煤的物理性质主要包括5个方面，即光学性质、机械性质、空间结构性质、电磁性质和热性质，具体如颜、光泽、反射率、折射率、吸收率，硬度、脆度、可磨性、断口，密度、表面积、孔隙度、压缩性，介电常数、导电性、磁性，比热、导热性等。煤的物理性质是煤的化学组成和分子结构的外部表现，受到煤化程度、煤岩组成和煤风化程度的影响。 1.颜
煤的颜是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜。在普通白光照射下，煤表面反射光线所显示的颜称为表。腐植煤的表随煤化程度的增高而变化，褐煤通常为褐、褐黑;低中煤化程度的烟煤为黑，高煤化程度的烟煤为黑略带灰，无烟煤往往为灰黑，带有铜黄或银白的彩。因此，根据表可以明显地区别出褐煤、烟煤和无烟煤。腐泥煤的表变化较大，有深灰、棕褐，甚至灰绿至黑。煤中的水分能使颜加深，而煤中的矿物质往往使煤的颜变浅。
煤研成粉末的颜称为粉。它可用钢针刻划煤的表面或用镜煤在未上釉的瓷板上刻划条痕
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而得，粉也称条痕。煤的粉一般略浅于表。粉较固定，用粉判断煤的煤化程度效果较好。褐煤的粉为浅褐、褐，低煤级烟煤为深褐到黑褐，中煤级烟煤为褐黑，高煤级烟煤为黑有时略带褐，无烟煤为深黑或灰黑。腐泥煤的粉一般比腐植煤要浅，随煤级的增高，粉也逐渐加深。煤的粉不但取决于煤化程度，还与煤岩类型和风氧化程度有关。为了统一对比条件，一般应以新鲜的较纯净的光亮型煤的粉为准。
把煤磨成薄片(厚约0.03mm)，用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜为透光，又称体。透光是煤对不同波长可见光选择性吸收的结果。不同的煤岩组分具有不同的透光，常见的有黄、红和黑;同一煤岩组分在不同煤化阶段显示出不同的透光。煤级越高，透光性越差，无烟煤几乎不透明。
把煤的表面磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面上显示出的颜称为反光。各种煤岩组分的反光均呈灰至白调。不同的煤岩组分反光不同，同一煤岩组分在不同煤化阶段反光也不同。随煤化程度的增高，煤反光逐渐变浅。
煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜，称为反射荧光。反射荧光随煤岩组分
和煤化程度的不同而变化，有绿黄、黄、棕等。随煤级增高，荧光减弱，至高煤级荧光消失。
2.光泽
煤的光泽是指煤新鲜断面的反光能力。光泽与煤的成因类型、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。腐泥煤的光泽一般都比较暗淡。腐植煤的4种宏观煤岩成分中，镜煤的光泽最强，亮煤次之，暗煤和丝炭的光泽暗淡。随着煤化程度的增高，各种宏观煤岩成分的光泽有不同程度的增强。丝炭和暗煤的光泽变化小，而镜煤和较纯净的亮煤变化明显。根据镜煤或较纯净亮煤的光泽可判断煤级，即年轻的褐煤无光泽，老褐煤呈蜡状光泽或弱的沥青光泽，低煤级烟煤具沥青光泽、弱玻璃光泽，中煤级烟煤具强玻璃光泽，高煤级烟煤具金刚光泽，无烟煤具半金属光泽。
3.反射率、折射率和吸收率
煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比，以百分率表示。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断增强。油浸介质中，煤的最大反射率Ro
max=0.26%～11.0%，空气介质中煤的最大反射率Romax=6.40%～22.10%。当Cdaf≥85%时，反射率出现最大值和最小值，即双反射现象。随煤级升高，双反射逐渐增强(表5-1)。煤的反射率是确定煤化程度最重要的光学常数，它对煤质评价、煤加工利用、油气勘探等地质问题均有十分重要的意义。
表5-1 镜质组的反射率、折射率和吸收率
(据周师庸，1985)
煤的折射率是光线通过煤的界面时，在界面发生折射后进入煤的内部，其入射角和折射角的正弦之比。随着煤化程度的增高，煤的折射率也相应增高，从1.680增至2.02。在Cdaf≥85%后，折射率出现最大值和最小值，其差距随煤级增高而增大。
煤的吸收率一般比较小，随煤化程度的增高，煤的吸收率逐渐增大，从0.02增至0.39。当Cdaf≥92%后，吸收率出现最大值和最小值，其差值随煤级增高而增大。在高煤级阶段煤的分子结构中，芳香层状结构不断增大，排列越来越规则化，在平行和垂直于芳香层面两个方向的光学性质出现显著差异，即出现光学各向异性现象。
4.硬度
煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。随着外加机械作用力的性质不同，煤的硬度表现形式也不一样。煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度3类。
图5-1 煤的显微硬度与煤化程度的关系(据E.M.泰茨，1993)
刻划硬度是用标准矿物刻划煤所测定的相对硬度。宏观煤岩成分中，暗煤硬度最大，亮煤、镜煤硬度小。煤的硬度还与煤级有关，褐煤和中煤化程度的烟煤硬度最小，为2～2.5，无烟煤硬度最大，接近4。
丙型肝炎防治指南显微硬度是压痕硬度的一种，可用专门仪器测定显微组分的硬度。测定是在显微硬度计上进行的。煤的显微硬度与煤化程度有关(图5-1)。年轻褐煤和中煤级烟煤的显微硬度最小，无烟煤的显微硬度最大，且上升的幅度很大。
抗磨硬度是磨损硬度的一种。它是用研磨阻力的大小来表示煤磨光面上显微组分或矿物的硬度，表现为显微组分或矿物的突起现象，是显微镜下鉴定标志之一。抗磨硬度与煤化程度有关，在低、中煤级煤中，丝炭比较硬，在磨光面上显示突起，而镜煤比较软，磨光面
上不显突起，随着煤级的增高，镜煤与丝炭抗磨硬度逐渐接近，丝炭的突起变小，甚至消失。抗磨硬度还与煤中的矿物质、煤的裂隙、风氧化程度有关。石英、黄铁矿、菱铁矿增加，煤的抗磨硬度增大;煤中的裂隙增多或煤受风氧化，则使煤的抗磨硬度降低。
管锥编5.脆度和可磨性
煤的脆度是指煤受外力作用而破碎的性质，表现为抗压强度和抗剪强度。强度小者，煤易破碎，脆度大;反之，脆度小。脆度和硬度同属抵抗外来机械作用的性质，但受力性质不同，表现的形式也不一样，所以两者概念不同。丝炭的脆度大，硬度也大;镜煤的脆度大，但硬度小，暗煤的硬度大，脆度小。不同的宏观煤岩成分和类型，其脆度不同。腐泥煤和残植煤的脆度都较小，如我国抚顺的煤精，是一种腐植腐泥煤类，其脆性小、韧性好。煤的脆度还与煤化程度有关，中煤级的烟煤脆度最大，低煤级煤的脆度变小，无烟煤的脆度最小。
有人提出显微脆度的概念，它是在显微镜下根据金刚石压锥压入显微组分后，压痕产生裂纹的程度来测定，在一定静载荷下，每100个压痕中出现裂纹的压痕数来表示。数值越大，显微脆度越大。由图5-2可见，中煤级的焦煤显微脆度最大，随煤级的增高或降低，显
微脆度变小。强还原煤比弱还原煤的脆度要大。
图5-2 显微脆度与煤化程度的关系(据И.И.Ammocob，1963)
煤的可磨性是指粉碎煤的难易程度，可用可磨性系数KHG来表示。可磨性越大的煤越易粉碎;反之，越难。测定煤可磨性的方法有许多种，我国和美、英、日、印等国均采用哈德格罗夫(Hardgrave)法，已作为国家标准。煤中各显微组分的KHG不同，其中丝质组最高，半丝质组其次，其后是镜质组，壳质组最低。它们随煤化程度而变化，但在中挥发分(Cdaf=90%附近)时都有一个最大值。
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6.煤的压缩性
煤在恒温下加压，其体积变化的百分数，称为煤的压缩性。压缩性与煤化程度有关，煤化程度越高，压缩性越小。加压后丝质组体积变化极少，镜质组有变化，稳定组分变化最大，但到高煤级时，其压缩性比镜质组小。显微组分的压缩性随压力的增大而增加，壳质组变化最大，镜质组其次，惰性组最小。二苯甲烷二异氰酸酯
7.断口
煤受外力打击后断开的表面，称为断口。断口不包括层理面或裂隙面。煤中常见的断口有贝壳状断口、阶梯状断口、参差状断口、棱角状断口、粒状断口等。断口反映了煤物质组成的均一性和方向性的变化。组成较均一的煤，如腐泥煤、腐植腐泥煤、镜煤等常具有贝壳状断口;而组成不均一的煤，常见其他类型的断口。
8.比重与密度
煤的比重是指20℃时煤的重量与同温度、同体积水的重量之比，用符号d2020表示。煤的密度是指单位体积煤的质量。比重和密度的数值相等，但物理意义不同。比重没有单位，而密度有单位。煤的比重与煤岩成分、煤化程度及煤中矿物质的性质和含量有关。
同一煤级的煤中，不同煤岩组分的真比重不同。丝质组的真比重最大，镜质组次之，壳质组最小。随着煤化程度的增高，各种煤岩组分的真比重逐渐接近。丝质组的真比重为1.35～1.80，镜质组为1.24～1.80，壳质组为1.12～1.80(图5-3;表5-2)。腐泥煤的比重明显低于腐植煤。
图5-3 煤岩组分真比重与煤化程度的关系(据杨起等，1979)
表5-2 煤岩组分在不同煤化程度时的真比重
注:V代表镜质组;E为壳质组;I为惰性组;Cdaf为干燥无灰基碳含量。(据白浚仁，1989，略修改)
镜质组在煤化程度较低时(Cdaf＜85%)真比重随煤化程度的升高而逐渐减少，至Cdaf至85%～87%时，真比重为最小值(dtr=1.24)。过此点后，真比重又随碳含量的增加而增大。当Cdaf＞90%以后，即到了无烟煤阶段，真比重急剧增加，从1.35一直上升至2.25(Cdaf=100%，石墨)。
煤中矿物的比重比煤岩组分大得多，如黏土矿物的比重为2.4～2.6，石英、方解石为3.7，菱铁矿为3.8，黄铁矿的比重为5.0等。因此煤中矿物对煤比重影响较大，随着矿物含量的增高，煤的比重也增大。但煤中矿物质的准确含量是很难测定的，所以要测得纯煤的真比重比较困难。有人研究，煤的灰分每增加1%，煤的真比重约增高0.01。因此，煤的真比重的近似值可用下式计算:
纯煤真比重=无水含灰煤的真比重－0.01×干燥煤的灰分
煤的视比重是计算储量的重要参数之一。由于煤中矿物质含量变化大，所以煤的视比重变化也大。在矿物质含量较低的情况下，褐煤的容重为1.1～1.2，烟煤的容重为1.2～1.4，无烟煤的容重为1.4～1.8。在地质勘探工作中，煤的容重要专门取样测定。
9.煤的表面积
(1)煤的润湿热
固体和液体接触时，如果固体分子和液体分子间的作用力大于液体分子之间的作用力，则固体可以被液体润湿;反之，则不能润湿。当煤被液体润湿时，由于煤分子和液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力，故有热量放出，称为润湿热。润湿热的大小与液体的种类和煤的表面积有关。常用的液体是甲醇，它的润湿力强，作用快，几分钟内润湿热基本上可全部释放出来。据测试，润湿热与煤的表面积大致存在的对应关系是:0.42J的润湿热相当于1m2的表面积。
煤的润湿热与煤岩组分和煤化程度有关，镜质组的润湿热最大，次为丝质组，壳质组较小。
(2)煤的表面积
国际投资环境
煤的表面积包括外表面积和内表面积两部分，但外表面积所占比例极少，主要是内表面积。煤的表面积用比表面积表示，即每克煤所具有的表面积，单位为m2/g，煤比表面积大小与煤的分子结构和孔隙结构有关。
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