煤层气是指保留在一定深度煤层内的煤成气，其是煤炭资源的伴生、矿种。煤阶会影响煤层渗透率，从而影响煤层气开采，想要开采煤层气？先来了解煤阶吧。

一、煤阶的定义及划分

煤阶是影响煤层饱和状态的参数。煤阶代表煤化作用中能达到的成熟度的级别，煤阶的改变是由于埋深增加的温度而改变的。煤阶是一个用来描述煤形成过程中煤化程度的量，煤的物理性质和化学性质均会影响煤阶。

随着煤化程度的加深，煤从最初的泥煤，按褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤的顺序演变。泥煤的含水量很高，热值较低；最初形成的褐煤的有机质成熟度和热值均较低，是一种软质、呈棕黑色的物质。

经过数百万年的演变，褐煤在温度和压力的持续作用下进一步变化，其有机质成熟度逐步增加，从而演变为次烟煤，次烟煤呈漆黑色。随着进一步的物理变化和化学变化的进行，次烟煤变得更硬、更黑，从而形成烟煤。

再随着有机质成熟度的逐步增加，最终形成了无烟煤。前两种煤是软质煤，是电厂的主要燃煤；最后两种煤——烟煤和无烟煤，则是“黑煤”或“硬煤”。褐煤储量在世界各种煤储量中居首位。

表1 给出了美国材料试验学会(ASTM)标准的煤阶划分，即煤可分为无烟煤、烟煤、亚烟煤和褐煤，并进一步细分为13组。在煤层气形成过程中，大多数属性在烟煤阶段最佳。在成熟过程中，烟煤可以产生较多的气体，而且吸附性能较好，物理性质和机械性能最佳。

表1 ASTM标准的煤阶

二、确定煤阶的方法

随着煤阶和成熟度的增加，煤的含碳量增加，含氢量降低，含氧量降低。也就是说，随着成熟度的增加，挥发性物质减少。这表明，可以用多个属性来定义煤阶，特别是含碳量、含氢量或挥发性物质。

为了确定美国煤层中高挥发性烟煤或更高阶煤的煤阶，ASTM确立了以固定碳含量和干燥、无灰的挥发性物质含量为基础的标准。在欧洲，煤阶的确定基于干燥、无灰元素分析中碳的含量，而不是基于固定碳的含量。

除此之外，其他有效的方法也可以定义煤阶，例如，镜质组反射率也是一个常用来定义烟煤和无烟煤煤阶的方法。镜质组反射率法是根据在煤成熟过程中，煤的光学性能发生改变的特性来定义煤阶的，它随着成熟度的增加而增加。

一般而言，在煤层气项目中最经常遇到的问题是准确确定高阶煤的煤阶，而一个重要的、不受显微组分含量变化影响的衡量标准就是最大镜质组反射率。

Berkowitz使用北美和欧洲公布的煤炭数据，建立了镜质组反射率与无水无灰碳含量之间的关系。烟煤的芳香官能团能使镜质组反射率稳步增加，使得镜质组反射率成为准确确定煤阶的一个重要标准，尤其是高煤阶煤，其镜质组反射率对含碳量反应很敏感。

表2 比较了确定煤阶参数的各种方法。 由表2 可以看出，反射率对无水、无灰含碳量在85%以上的微小含碳量变化很敏感。高挥发性烟煤以下，碳含量或水分的质量分数能最好地确定煤阶。

表2 确定煤阶参数的各种方法（%）

镜质组反射率确定烟煤的煤阶有以下优点：

(1)镜质组反射率随煤阶的稳定性增加；

(2)不受成分或反射测量的均质性影响；

(3)不受样本大小限制；

(4)受氧化的影响很小。