煤矸石分类体系

一、煤矸石的分类

1煤矸石分类的意义

我国目前煤矸石堆积量达50×108t以上，每年至少增加18×108t。而且煤矸石占用了大量的土地，严重污染环境。因此，世界上许多国家，如美国、德国、波兰、日本、澳大利亚等都很重视煤矸石的资源化利用和对煤矸石的治理。在对煤矸石进行利用或处置之前，掌握煤矸石的组成、特征及分类是基本的前提条件。

对煤矸石进行科学分类的意义具体表现为以下几个方面：①充分合理地利用、处置煤矸石。根据煤矸石的理化特征、化学组成确定其加工利用方向，能最大限度地利用煤矸石中有用成分。②通过煤矸石的科学分类，可初步提出煤矸石的加工利用方向。③对煤矸石进行科学分类，有利于对煤矸石的归类，有利于指导开发煤矸石新的利用途径。通过对煤矸石及煤矸石山进行科学合理的分类，有利于在复垦过程中了解煤矸石表层风化土壤的有关特性，为煤矸石山的综合复垦方向、选择煤矸石山绿化树种及其栽培方式和煤矸石山绿化的后期养护管理等提供依据。④对煤矸石及煤矸石山进行科学分类，有利于了解煤矸石堆积后可能产生的环境效应，特别是煤矸石堆积后是否产生酸性污染、是否自燃，为煤矸石山的环境治理和自燃的防治提供依据和指导。

2煤矸石分类现状

煤矸石的分类是综合利用煤矸石的基础性工作，也是一项综合性较强的工作。由于不同地区的煤矸石成分、物理化学特性各异，煤矸石不同利用方向对其的化学成分及物理化学特性要求不一样，使得国内外至今对煤矸石的分类和命名没有一个完整统一的方案。目前，我国煤炭生产部门经常用颜色来对煤矸石分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；也有用煤矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹矸等；也有用岩石类型来分类命名，如粘土岩矸石、砂岩矸石等。这些分类方案由于不能反映煤矸石自身的化学成分和物理化学特征，因此也不能根据这些分类方案制定煤矸石的利用方向。

针对煤矸石分类存在的上述问题，国内外学者对煤矸石分类进行了尝试。煤炭科学研究院重庆分院提出了煤矸石的三级分类命名法。中国矿业学院1986年曾对华东地区煤矸石进行了分类研究。焦作矿业学院葛宝勋、刘大锰同志对平顶山煤矸石进行了二级分类。在国外也有对煤矸石分类的研究报道。前苏联将煤矸石的来源、特征、成分等不同指标分等级列出“分类符号”。然后根据矸石在工业利用方面的质量要求，填入所需要的分类符号。根据这些分类符号，就可以选择矸石的利用方向了。

3煤矸石分类

（1）煤矸石大类的划分

依据我国煤矸石来源情况，以煤矸石产出方式作为划分依据，并采用生产中一些习惯叫法命名，将煤矸石分为煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸6大类。

1）煤巷矸。煤巷矸为在煤炭开采过程中沿煤层掘进工程所排出的煤矸石。煤巷矸主要由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，一般排量大，且含有一定的含碳量及热值。

2）岩巷矸。岩巷矸为在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排出的煤矸石。岩巷矸岩石种类复杂，排出量较集中，基本不含碳，基本无热值。

3）自燃矸。自燃矸为经过自燃的煤矸石。自燃矸一般呈红褐色、灰**及灰色。岩石种类以粉砂质泥岩及泥岩居多，其烧失量低，且有一定的活性。

4）手选矸。手选矸是混在原煤中产出，在井口或选煤厂拣出的煤矸石。手选矸具有一定的粒度，排量小，热值变化较大。

5）剥离矸。剥离矸为煤矿在开采或基建时，煤系上覆岩层因剥离而排出的矸石。剥离矸的特点是岩石种类复杂，一般无热值，目前多用来填沟造地。

（2）煤矸石亚类的划分

亚类的划分主要依据煤矸石的化学组分、矿物成分及其理化特性来确定。划分的目的是确定煤矸石的利用方式，使煤矸石物尽其用。根据全国的煤矸石资料，采用煤矸石类型、岩石类型、有机碳含量、全硫、Al2O3/SiO2的比值、Fe2O3的含量、灰熔点等项指标作为亚类划分的依据，并使用不同的代号表示，同时将此七项指标用阿拉伯数字表示等级次序，然后根据煤矸石的综合利用方向选择合适的数值列为一个亚类，这样共划分20多个煤矸石亚类（表2-1）。

1）煤矸石的岩石学特性及矿物组成特征。按此标准将煤矸石分为：高岭石泥岩（高岭石含量大于50%）、伊利石泥岩（伊利石含量大于50%）、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩及灰岩。

2）有机质碳含量。有机质碳含量决定了煤矸石工业利用方向。按照煤矸石中有机质碳量，将煤矸石分为四类：一类碳含量4%，二类为4%～6%，三类为6%～20%，四类为20%。碳含量大于20%时，煤矸石具有较大的能源潜力（＞836 MJ/kg），可以用作燃料；有机碳含量在6%～20%时，其发热量介于334～886MJ/kg，可以作为矿物燃料掺和料。

3）全硫量。全硫量决定了热加工的工艺方式及工业利用范围。煤矸石在综合利用时，有两条界线是需要考虑的。一是硫资源回收的最低界线；另一是煤矸石在利用过程中，多数制品对矸石硫含量的最高允许值。基于这两条界线，可将硫含量分为：①＜05%；②05%～3%；③3%～5%；④＞5%。全硫含量达5%的可从洗矸中回收硫铁矿。

4）铁含量。铁含量也影响煤矸石的热加工工艺方式和工业利用范围。按铁化合物含量分为：①少铁的＞01%；②低铁的01%～10%；③中铁的10%～35%；④次高铁的35%～80%；⑤高铁的8%～18%；⑥特高铁的＞18%。

5）煤矸石无机成分。煤矸石无机成分中铝硅比可以作为矸石亚类划分的主要依据。铝硅比不仅反映了煤矸石无机成分特征，也可决定着一般煤矸石的综合利用方式。

铝硅比大于05。这类煤矸石含铝量高，含硅量相对较低，矿物成分主要为高岭石，有少量伊利石、石英等。此类煤矸石可塑性好，具有膨胀现象，可作为陶瓷、4A分子筛的原料。

铝硅比在05～03之间。这类煤矸石铝、硅含量适中，矿物成分主要为高岭石、伊利石，含有少量的石英、长石、方解石等。此类煤矸石可作为生产聚合铝的原料。

铝硅比＜03。这类煤矸石硅含量比铝含量相对高得多，矿物成分主要是石英、长石、方解石、菱铁矿等，含少量粘土矿物。质点粒径大，可塑性差。

总之，煤矸石的科学分类，为其综合利用与处置提供了方向。

表2-1 煤矸石分类大类

二、煤矸石山分类

1煤矸石山的分类现状及意义

目前在煤矸石山的分类方面的理论和实践研究较少，而且大部分都是局域性煤矸石山分类，例如刘青柏等通过调查阜新地区煤矸石山的植被，根据煤矸石山的排矸年限、堆放高度和土壤风化层厚度对煤矸石山进行了分类，认为煤矸石山随着停止排矸年限增加，风化物养分状况逐渐改善。认为在排矸年限7年之内的煤矸石山上先锋植物处于优势地位；在排矸年限7～15年的煤矸石山上除生长先锋植物外，又出现适于山坡或草地生长的糙隐子草、丛生隐子草等多年生中旱生草本植物；在排矸年限15～25年的煤矸石山上先锋植物逐渐减少，逐渐出现了适合中生立地类型的植被。但是这种分类方式只是针对阜新地区的煤矸石山，根据煤矸石山已有的植被覆盖状况来研究的，对煤矸石山的地理位置、区域条件、山体构成等影响煤矸石山生态重建的因素缺乏综合的考虑。

张军等对阜新矿区煤矸石山的调查与分析，以能全面反映煤矸石山生态环境的三个主要因子——停止排矸年限、表层风化碎屑厚度、植物群落组成及盖度作为其生态分类的依据，将这一半干旱地区的煤矸石山的生态环境分为I度风化、Ⅱ度风化、Ⅲ度风化、Ⅳ度风化四种生态类型，并对各类型的特点进行描述，丰富了煤矸石山的分类理论。

通过对煤矸石山进行科学分类，可以掌握煤矸石山基质的物理化学性质和自然环境条件，为有效控制煤矸石环境污染和植被恢复和生态重建，乃至推动煤矸石资源化利用，都具有十分重要的理论和实际意义。

2分类原则

煤矸石山分类的主要目的是植被恢复和生态重建。因此，在煤矸石山分类中应遵循了以下四个原则。

（1）综合性原则

由于影响煤矸石山生态重建的因素较多，对于煤矸石山的分类要综合考虑影响植物成活和生长的各种因素，使煤矸石山类型的划分能代表煤矸石山的主要特点，并能够在煤矸石山生态重建中指导规划和实践。

（2）可操作性原则

在煤矸石山分类指标选择中，为了能够合理地评价和分类煤矸石山，要选择具有代表性的指标。另外选择的指标要容易获得，以方便确定煤矸石山的类型和在规划中确定煤矸石山生态重建目标，并利于选择合理的工程技术方法。

（3）因地制宜原则

煤矸石山的分类坚持因地制宜的原则，就是要根据各地煤矸石山的实际情况和不同煤矸石山的特点，综合煤矸石山立地条件对植物成活和生长限制因子，结合煤矸石山的地形地貌和景观特色，划分煤矸石山的类型。

（4）景观协调原则

生态重建不仅是恢复煤矸石山的生态环境，还要结合煤矸石山的景观环境、人文环境和矿区的发展等创建煤矸石山的风景。因此，煤矸石山的景观特点和协调性作为与煤矸石山生态重建目标有关的重要因素，在分类中要有所体现。

3煤矸石山分类体系

煤矸石山的分类体系的构建是以煤矸石山的生态重建为最终目标，通过煤矸石山分类体系的建立，能够为制定煤矸石山的生态重建目标、选择合理的工程措施和技术提供理论的支持。我们认为应主要根据煤矸石山的地域分布、堆积和积存过程中的变化、煤矸石山限制植物成活和生长的因素等对煤矸石山进行综合分类。

本书的煤矸石山的分类体系包含四个层次，即：以地域分布为依据的分类、以环境条件为依据的分类、以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类和以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。

第一层是以地域分布为依据的分类。地域的不同决定了不同区域有着不同的植被区划、自然环境条件、社会经济和人文环境条件。因此煤矸石山分类体系的第一层次是以煤矸石山的地域分布划分，可以划分为干旱地区煤矸石山、半干旱地区煤矸石山、半干旱半湿润地区煤矸石山、湿润地区煤矸石山（图2-1）。

图2-1 煤矸石山地域分布的分类

第二层次是以山体状况为依据的分类。煤矸石山自身的山体状况是煤矸石山生态重建的基础，决定了煤矸石山生态重建和景观创建的目标，并对煤矸石山生态重建技术措施的选择起着主导作用，影响煤矸石山生态重建工程的施工。因此，第二层次是以煤矸石山在堆积积存过程中发生的与植物定居和重建工程有关的变化为依据划分的。第二层包含了煤矸石山的自燃状况、堆积状况、风化层状况、地形状况等（图2-2）。

图2-2 煤矸石山山体状况的分类

第三层是以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类。其中自燃状况包括发生自燃、部分自燃和无自燃；堆积状况包括堆积方式、位置、年限、高度等；风化层状况包括风化层厚度、土壤养分、土壤水分、酸性、重金属污染等；地形特点包括坡度、山体形状、景观状况等（图2-3）。

图2-3 煤矸石山分类体系的第三层次

第四层是以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。该层的限制因子是在分类体系第三层的基础上，找出影响生态重建的各项重要因子，根据生态重建和景观设计的要求，提出相应的量值分类煤矸石山，以便于在生态重建规划和工程技术选择时作为依据。该层主要包括煤矸石山自燃状况的分类（表2-2）、堆积状况的分类（表2-3）、煤矸石山风化层状况的分类（表2-4）、煤矸石山地形地貌状况的分类（表2-5）。

对煤矸石进行分类后，有助于我们根据不同煤矸石山的特点，因地制宜地治理与复垦煤矸石山。如对于干旱地区的煤矸石山，由于地温高、极易蒸发，需要覆土复垦绿化，其他地区的煤矸石山都具有无覆土复垦绿化的可能。自燃是煤矸石山矿区环境污染和限制植物生长的主要因素，分类中将煤矸石山分为自燃、部分自燃和无自燃煤矸石山，煤矸石山的自燃与煤矸石山生态重建的立地改良和植物选择有关。对于正在自燃的煤矸石山往往需要先考虑灭火再考虑绿化措施；有自燃潜能的煤矸石山是指暂没自燃但有很大的自燃可能，甚至有的区域出现自燃前兆，对这类煤矸石山的绿化需要先采取措施防止自燃，做好防火措施，然后采取绿化措施；不自燃煤矸石山是指基本没有自燃可能的煤矸石山，这种立地条件可以直接复垦绿化。煤矸石山的堆积方式、位置、地形地貌等因素与煤矸石山生态重建的风景景观有密切的联系，可为煤矸石山的生态重建规划目标和风景景观规划设计提供依据。煤矸石山风化层的厚度、土壤养分、酸度等理化性质直接决定这煤矸石山的立地改良措施和植被恢复时植物种类的选择。煤矸石山坡度的大小是考虑植物生长、水土流失、地形整理工程等因素确定的。

表2-2 煤矸石山自燃分类

表2-3 煤矸石山堆积状况类型

续表

表2-4 煤矸石山风化层类型

表2-5 煤矸石山地形类型

总之，不同地区、不同的自燃情况、不同的风化程度和不同的地形条件，对煤矸石山治理与生态重建的技术要求是不同的，在进行煤矸石山治理与生态重建可行性分析和规划设计时，必须首先确定煤矸石山的类型。

4煤矸石山实用分类体系

根据煤矸石山治理多年的实践，发现煤矸石的酸碱性对煤矸石山的治理起着举足轻重的作用。因此，我们将煤矸石山分为酸性和非酸性两类。酸性煤矸石山不仅污染严重，而且容易氧化产酸，极易引发自燃，是最难治理的一种，往往需要用覆盖、碱性处理、防灭火等特殊的措施进行治理；对非酸性煤矸石山，由于不容易自燃和产酸污染，治理的方法相对容易，甚至可以进行无覆盖土壤的植被恢复。

来源不同、性质不同。

1、来源不同：煤矸石是在煤炭开采和煤炭加工过程中产生的废弃物，土毛石是指在土石方工程中挖掘出的原岩石块。

2、性质不同：煤矸石的主要成分是煤炭，其中还含有一些岩石和泥土颗粒，土毛石的主要成分是岩石，不含煤炭成分。

煤矸石主要是指在煤的开采过程中产生的废弃物料，一般含有矿物质、无机盐等成分。而关于张家口地区的煤矸石是否含有锂，需要进一步进行科学的矿物质分析和测定才能得出准确结论。目前，虽然有研究表明，一些煤层中或废弃矿物中确实包含了少量锂元素，但是锂在煤矸石中的含量却相对较低，通常在微量或痕量级别，除非有具体的科学报告，才能说明张家口煤矸石中是否含有锂，因此还需要进一步科学研究和实践来加以确认。

一、煤矸石的产生

我国煤炭资源储量丰富，煤种齐全，目前已探明原煤储量近15000×108t，主要分布在山西、陕西、内蒙古、新疆、山东、河南、江苏以及黑龙江等干旱、半干旱区域。2008年，我国煤炭产量由2000年的998×108t增至2716×108t，年均增加近3×108t，成为世界煤炭生产第一大国。为保证我国国民经济的正常发展，预计到2020年煤炭仍占一次性能源的70%左右，是我国最主要能源，而且这种能源结构在相当长时间内不会改变。煤炭资源的开发对我国经济建设和社会发展起到了重要的支撑作用，但是煤炭的开采和利用也引发了一系列的生态环境问题，煤矿区已经成为典型的、严重受损的生态系统，并成为制约煤矿区可持续发展乃至区域生态安全的重大隐患。因此，煤矿区生态环境治理迫在眉睫。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板和底板及煤层中的夹矸以及洗煤过程中排出的矸石。作为煤炭开采和加工过程中的必然产物，煤矸石是我国目前工业排出的固体废弃物中数量最大的一种，也是矿区环境污染和生态恶化的主要原因之一。

多年来，我国煤炭开采过程中排放的煤矸石、粉煤灰、剥离物等固体废弃物累计达74×108t，占压土地8×104hm2，其中，煤矸石是排放量最大的一种固体废弃物。从煤炭开采来看，我国每年生产1×108t煤炭，排放矸石1400×104t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1×108t炼焦煤，排放矸石量2000×104t，每洗1×108t动力煤，排放矸石量1500×104t。据不完全统计，目前，全国仅国有重点煤矿就有矸石山1700多座，堆积量50×108t以上（占全国工业固体废物排放总量的40%以上）。而且随着我国经济发展规模的扩大和对能源需求的不断增长，以及煤炭储量的逐年减少和产量的不断提高，煤矸石占煤炭产量的比例呈不断上升趋势。由此可见，由煤矸石引起的生态环境问题形势十分严峻，煤矸石的环境治理、生态重建和资源化利用显得十分必要。

煤矸石是聚煤盆地煤层沉积过程的产物，是成煤物质与其他物质相结合而成的可燃性矿石。聚煤盆地的沉降运动的变化，引起植物遗体堆积速度和沼泽水面上升速度之间出现“不足补偿”。如沼泽水面上升速度大于植物遗体堆积速度，沼泽水面加深，沼泽环境变化，引起泥炭作用减弱或停止，低含炭泥层或泥砂层沉积，在其后的地质作用下，形成了煤层的顶板、底板或煤层中间的含碳质泥岩或其他成分的岩层。

一般来讲，煤矸石是煤炭开采带出来的碳质泥岩、碳质砂岩，但在煤矿实际生产过程中，煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体。它包括煤矿在井巷掘进时排出的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。夹在煤层中间的岩层层数有多有少，有厚有薄，其中最常见的岩石有粘土岩、碳质泥岩、砂质泥岩、砂岩等。产生于煤层中的煤矸石煤层的顶板，常见的岩石有粘土岩、砂岩及铝矾土。在岩浆发育的煤田中，有的煤层顶底板或煤层中间有岩浆岩侵入。我国煤矸石主要来自于石炭系、二叠系晚期、侏罗至早白垩系等含煤地层。它是由碳质页岩、碳质泥岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物。

根据煤矸石的产生和来源，一般露天矿剥离岩石及采煤岩石巷道掘进排出的煤矸石称为白矸，约占总矸石排放量的45%；采煤过程中产生的普通矸石约占总矸石排放量的35%；选煤厂排出的选矸约占总矸石的20%（表1-1）。

表1-1 煤矸石来源及产生情况

随着煤炭生产的不断扩展，煤矸石的产生量与日俱增，2011年煤炭产量达352×108t，煤矸石产生量按原煤产量的15%计算，每年煤矸石至少增加528×108t，历年积存下来的煤矸石已超过50×108t，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤矸石已经严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源，如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。煤矸石的产生与分布与原煤产量有直接的关系。目前，我国煤矸石年排放量达400×104t的省份有山西、黑龙江、内蒙古、山东、河北、陕西、安徽、河南、新疆等。另外，四川和其他省、自治区也排放有大量的煤矸石。可见，煤矸石排放比较多的地区主要集中在北方。

露天煤矿产生的煤矸石主要是剥离和煤层顶板及上覆岩层的岩石，其岩性主要是砾岩、砂岩和泥岩；地下采煤的开拓巷由于资源回收、减少损失等原因一般布置在煤层底板岩层中，掘进排矸是岩石矸。因此，此类矸石一般是不具有燃烧值的白矸。露天煤矿回采过程中排出的煤矸石主要是煤中夹石层，一般是含炭砂岩、炭质泥岩等，此类煤矸石含有一定热值。地下采煤的准备巷道和回采巷道根据煤层多少和巷道位置的不同，产生的煤矸石含炭的多少不定，部分为具有低燃烧值的矸石。选煤厂排出的矸石是混入原煤中的伪顶和夹矸层，岩性主要是伴生硫铁矿、粉砂岩、炭质泥岩和粘土岩等，这类矸石具有一定的块度、粒度，在其化学组成上含炭、硫、铁、铝等，因此具有一定的热值，在一定的条件下极易发生自燃，这也是煤矸石山自燃的重要原因。

二、煤矸石的主要组成

煤矸石的组成随产地、层位、成因、开采方式等不同而各异，不同产地甚至同一产地的矸石，由于煤层的生成年代、成煤条件和开采等情况不同，矸石的组成和特性也不相同。因此，了解煤矸石的主要组成特征后，可以根据矸石类型确定其处理处置措施及加工利用工艺方向，制定综合处理利用方案，把矸石对环境的影响减为最小或回用转化为有用物质。

1岩石组成

煤矸石的岩石与煤田地质条件有关，也与采煤技术密切相关。煤矸石的岩石组成变化范围大，成分复杂，主要由页岩（炭质页岩、泥质页岩、粉砂质页岩），泥岩类（泥岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩）、砂质岩（泥质粉砂岩、砂岩）、碳酸盐类（泥灰岩、灰岩）及煤粒、硫结核等组成。

2矿物组成

不同地区的矸石由不同种类矿物组成，其含量相差也很悬殊。一般来讲，煤矸石中的主要矿物有硅酸盐类矿物（石英、长石类、闪石类、辉石类）、粘土矿物（高岭土类、膨润土类、蒙脱石、伊利石、水云母类）、碳酸盐矿物（方解石、白云石、菱铁矿）、硫化物（硫铁矿和白铁矿）、铝土矿（一水硬铝矿、一水软铝矿和三水铝矿）和其他矿物（石膏、磷灰石和金红石）。

3化学组成

煤矸石的化学组成随产地、层位、成因、开采方式等不同而各异，根据煤矸石的化学成分，可用于生产烧结及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材筑路等的骨料；有的煤矸石含硅较高，可作为硅质原料制作水泥等。煤矸石中常含有炭粒和黄铁矿结核，具有较高的发热量（表1-2～表1-4）。

表1-2 阳泉矿区洗选煤矸石化学分析单位：%

表1-3 我国其他部分煤矿煤矸石化学组成单位：%

表1-4 我国部分煤矿煤矸石污染物质组成单位：mg/kg

煤矸石的化学成分比较复杂，所包含的元素可多达数十种。一般以碳、硅、铝为主要成分，其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属，如铅、铜、锌、镉、铬、钛、钒、钴、镓等。其化学成分组成的百分率：SiO2为30～65；Al2O3为16～36；Fe2O3为228～1463；CaO为042～232；MgO为044～241；TiO2为090～4；P2O5为0007～024；K2O+Na2O为145～39；V2O5为0008～003。

三、煤矸石的特性

1颗粒大小

颗粒大小是煤矸石重要的物理性质，煤矸石的颗粒大小对矸石的筛分处理和资源化利用有很大的影响，而且不同粒径煤矸石的含硫量与发热量也是有所不同的。根据煤矸石颗粒大小可分为粗粒矸石（粒径＞25mm）、中粒矸石（粒径为25～1mm）和细粒矸石（粒径＜1mm）。

2孔隙率

煤矸石山渗透率的大小表明了煤矸石山供氧条件的好坏，它与煤矸石的粒径分布、粒度及形状有关，更主要的是取决于煤矸石山孔隙率。

3发热量

发热量是煤矸石最重要的质量指标，是煤矸石作为能源的使用价值高低的体现。一般煤矸石发热量的大小随着挥发分和固定碳含量的增加而增加，随灰分含量的增加而降低。根据发热量的高低可分为：低发热量矸石（发热量＜2092kJ/kg）、中发热量矸石（发热量为33472～8368kJ/kg）和高发热量矸石（发热量＞8338kJ/kg）。低发热量矸石用作一般建材原料，中发热量以上矸石用作沸腾炉的燃料，高发热量矸石可进行气化。

4熔融特性

矸石在某种气氛下加热，随着温度升高，产生软化、熔化现象，称为熔融性；在规定条件下测得，随着加热温度而变化的煤矸石灰堆变形、软化和流动的特性，称为“灰熔点”。煤矸石灰熔点的高低影响到矸石利用的工艺与设备。如一些固定床热处理设备的热处理温度将取决于灰熔点，若床层的温度过高则有可能造成设备停车事故。根据熔融特性，灰熔点或软化区范围可分为难熔矸石（灰熔点为1400～1450℃）、中熔矸石（灰熔点为1250～1400℃）和低熔矸石（灰熔点＜1250℃）。

5膨胀性

膨胀性一般是指矸石在一定温度和气氛下锻烧时，产生体积膨胀的现象，轻质陶粒的生产就是利用这种特性。根据膨胀性（膨胀系数）可分为：微膨胀矸石（膨胀系数＜02%）、中等程度膨胀矸石（膨胀系数为02%～16%）和激烈膨胀矸石（膨胀系数＞16%）。有膨胀性的矸石可烧制轻骨料。

6可塑性

煤矸石的可塑性是指矸石粉和适当比例的水混合均匀制成任何几何形状，当除去应力后泥团能保持该形状，这种性质称为可塑性。煤矸石可塑性大小主要和矿物成分、颗粒表面所带离子、含水量及细度等因素有关。按可塑性可分为低可塑性矸石、中等可塑性矸石和高可塑性矸石可塑性。中等以上的可塑性矸石适合制矸石砖。

7活性

在使用煤矸石生产水泥和烧结砖等建材时，其强度和性能在很大程度上取决于煤矸石的活性。煤矸石经过燃烧，其烧渣属人工火山灰类物质而具有活性，根本原因是煤矸石受热矿物相发生了变化。作为煤矸石主要矿物组分的粘土类矿物和云母类矿物的受热分解与玻璃化是煤矸石活性的主要来源。煤矸石的活性依赖于煤矸石煅烧温度和制品的养护条件，这是煤矸石综合利用时应当重视的问题。

8含硫量

煤矸石中含硫量的多少直接决定了其处置和利用方向。由于含硫高的煤矸石具有自燃的可能性，因此，此类煤矸石要进行安全处置，预防其自燃。

1、煤矸石灰份中一半以上的成分为SiO2 AI2O3其中SiO2的含量波动在37—68%， AI2O3 的含量平均波动在11-36%。

2、 在灰份里所含的诸元素波动在5-18%这可能与煤矸石在成岩后与地下水，以及矿化作用等有关， 一般以碳酸盐存在，以赤铁矿存在。

3、煤矸石所含的碱金属成分中，由于是在成岩过程中，离子容易浓于地下水而被流失，而成为粘土矿物的成分。

4、含量平均波动在010-28%，平均波动在痕迹至19%。通过半定量光谱分析，发现煤矸石还含有一定量的多种元素，它们的含量大约是：钡、锰、铍、钴、铜、镓、钼、镍、铅、钪、钒、锆、铬、磷、锡、锌、钇、锶、汞、砷、氟、氯等均为痕迹。这是一般混合矸石的化学组成情况，随着煤层地质年代，成矿结构，开采方法等不同，煤矸石所含元素均有一定特点，并呈规律变化。属于砂质岩的煤矸石， 含量一般可达70%左右；属于铝质岩的煤矸石，含量一般可达40%，属于碳酸盐的煤矸石，含量一般可达30%；属于粘土质岩的煤矸石，化学成分通常接近一般页岩。另外，在选煤厂中，同一煤种洗选出来矸石，随着煤矸石的颗粒粒径的变小， 等组成相应增多，含碳量和热值随之增加，灰份逐渐减少，这种现象可能是由于 等元素与碳粒结合力较大，不易分离，或者是应用泡沫浮选时，细小的矸石颗粒重新分布所致。

煤矸石的分类

对煤矸石的分类和命名不仅是煤矸石综合利用的基础工作，而且也是一项综合性较强的工作。各地煤矸石成分复杂，物理化学性能各异，不同的煤矸石综合利用的途径对煤矸石的化学成分及物理化学特征要求也不一样。为煤矸石进行科学、合理的分类对推动煤矸石资源化利用具有十分重要的理论和实际意义，主要体现在最大限度地堆煤矸石进行物尽其用、基于利用途径对煤矸石进行归类堆放、为探索高附加值利用煤矸石技术途径和其长远发展提供决策性依据。

关于煤矸石的分类命名，目前国内外至今尚无系统、完整和统一的方案，多是不同研究者根据某些特征提出自己的分类标准。煤矸石的分类及命名方案很多，其中最简单、最常用的是以煤矸石的产地来分类。煤炭生产部门则习惯用颜色来分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；或根据矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹石矸等。煤矸石常见的分类依据有按来源分类、按自然存在状态分类、分级分类法以及按利用途径分类法。

1、按来源分类 根据煤矸石的产出方式即来源可以将煤矸石分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸，有的研究中将自燃矸也作为按来源分类中的一类

（1）洗矸 从原煤洗选过程中排出的尾矿称为洗矸。洗矸的排量集中,粒度较细,热值较高,黏土矿物含量较高,碳、硫和铁的含量一般高于其他各类矸石。

（2）煤巷矸 煤矿在巷道掘进过程中，凡是沿煤层的采、掘工程所排出的煤矸石，统称煤巷矸。煤巷矸主要是由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，常有一定的含碳量及热值，有时还含有共伴生矿产。

（3）岩巷矸 在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排放出的煤矸石，统称岩巷矸。岩巷矸所含岩石种类复杂，排出量较为集中，其含碳量较低或者不含碳，所以无热值。

（4）手选矿 混在原煤中产出，在矿井地面或选煤厂由人工拣出的煤矸石称为手选矿。手选矿具有一定的粒度，排量较少，主要来自所采煤层的夹矸，具有一定的热值，与煤层共伴生的矿产业往往一同被拣出。

（5）剥离矸 煤矿在露天开采时，煤系上覆岩层被剥离而排出的岩石，统称为剥离矸。其特点是所含岩石种类复杂，含碳量极低，一般无热值，目前主要是用来回填采空区或填沟造地等，有些剥离矸还含有伴生矿产。

（6）自燃矸 自燃矸也称为过火矸，是指堆积在矸石山上经过自然后的煤矸石。这类矸石（渣）原岩以粉砂岩、泥岩与碳质泥岩居多，自燃后除去了矸石中的部分或全部碳，其烧失量较低，颜色与煤矸石原岩中的化学组成有关，具有一定的火山灰活性和化学活性。

2、按自然存在状态分类 在自然界中，煤矸石以新鲜矸石（风化矸石）和自燃矸石两种形态存在，这两种矸石在内部结构上有很大的区别，因而其胶凝活性差异很大。

（1）新鲜矸石 （风化矸石）是指经过堆放，在自然条件下经风吹、雨淋，使块状结构分解成粉末状的煤矸石。该种煤矸石由于在地表下经过若干年缓慢沉积，其结构的晶型比较稳定，其原子、离子、分子等质点都按一定的规律有序排列，活性也很低或基本上没有活性。

（2）自燃矸石是指经过堆放，在一定条件下自行燃烧后的煤矸石。自燃矸石一般呈陶红色，又称红矸。自燃矸石中碳的含量大大减少，氧化硅和氧化铝的含量较未燃矸石明显增加，与火山渣、浮石、粉煤灰等材料相似，也是一种火山灰质材料。自燃矸石的矿物组成与未燃矸石相比有较大的差别，原有高岭石、水云母等黏土类矿物经过脱水、分解、高温熔融及重结晶而形成新的物相，尤其生成的无定形SiO2和Al2O3，使自燃煤矸石具有一定的火山灰活性。

3、分级分类法 以上方法对煤矸石进行分类只能反映煤矸石某一方面的特性，不利于煤矸石的综合作用。欧洲各主要产煤国、美国、澳大利亚等国对煤矸石的综合利用进行了大量的研究，提出过多种分类方案，其中以前苏联的研究最具代表意义。他们按煤矸石的来源、特点、成分等不同指标分等级列出分类符号，然后根据各种利用途径对煤矸石质量的要求，填入所需的分类符号。根据分类符号所规定的质量要求，可以方便地选择煤矸石的加工工艺和综合利用途径。

20世纪80年代以来，我国科技工作者针对我国的煤矸石情况进行了较为深入的研究，同时借鉴国外的分类方法，提出了各种分类方案，并采用多级分类命名的方法，希望能够充分反映煤矸石的物理化学以及岩石矿物学特征，以期为煤矸石的利用提供方便，其分类方法如下介绍。

（1）重庆煤炭研究所提出煤矸石的三级分类命名法，三级分别为矸类（产出名称）、矸族（实用名称）、矸岩（岩石名称）。该方案首先按煤矸石的产出方式将其分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸五个类，最后按煤矸石的岩石类型划分矸岩。

（2）中国矿业大学以徐州矿区煤矸石的研究为基础，提出了华东地区煤矸石分类方案。该方案是以煤矸石在建材方面的利用为主要途径的一种分类方案。分类指标为岩石类型、含铝量、含铁量和含钙量，四个指标均分为四个等级，除岩石类型以笔画顺序排等级外，其他三个指标都以含量多少排等级，以阿拉伯数字表示等级次序。然后以岩石类型等级序号为千位数字，依次与其他三个指标的等级序号组成一个四位数，作为煤矸石分类代号。

4、按利用途径分类

分级分类方法虽然能比较全面的反映煤矸石的相关特征，但该方法过于复杂。鉴于煤矸石活性与煤矸石所含黏土矿物种类以及数量相关，便于煤矸石建材资源化利用，有些人层建议按煤矸石黏土矿物组成和数量对煤矸石进行分类，按煤矸石中高岭土、蒙脱土和伊利石含量多少将煤矸石分为高岭土质矸石、蒙脱土质矸石、伊利石质矸石和其他矸石，其他矸石是指所含黏土矿物总量小于10%的煤矸石。根据煤矸石主要利用途径，一是作为原料，二是利用其热值，结合煤矸石的矿物组成和碳含量，可以对煤矸石进行一下分类。

煤矸石中的碳含量决定着煤矸石资源化利用的方向，根据固定碳含量将煤矸石划分为四个等级；1级<4%（少碳的）、2级4%-6%（低碳的）、三级6%-20%（中碳的）和4级>20%（高碳的）。

根据煤矸石中的岩石矿物的组成特征可以将其分为高岭石泥岩（高岭石含量>50%）、伊利石泥岩（伊利石含量>50%）、碳质泥岩、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩与石灰岩。岩石矿物组成的差异必然导致化学组成存在差别，根据煤矸石中Al2O3含量和Al2O3/SiO2比值可以将煤矸石分为高铝质、黏土岩质和砂岩质矸石三大类。

尽管当前煤矸石的分类方法很多，但尚未形成一个统一的、明确的分类及命名方案。只有对各地区的煤矸石物理、化学以及岩石矿物性质进行系统的研究，建立起比较完备的煤矸石数据库，才能基于煤矸石综合利用来确定煤矸石的分类。从有利于煤矸石综合利用，且分类简单的方面来说，有些人认为根据煤矸石的碳含量和矿物组成进行分类是一种比较适合的分类方法。