煤化学笔记汇编

1、第一章绪论第一节煤炭是中国的主要能源一、中国的能源构成中国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家。自从1989年煤炭产量超过10亿t后，一直稳居世界第一，煤炭消费始终占一次能源的70%以上。表1-1是世界主要国家一次能源消费结构对比数据。表1-1世界上主要国家一次能源消费结构国别石油/%天然气/%煤炭/%核能/%水能/%总计/Mt油相当量美国39.8026.3024.308.502.102028.6加拿大35.7028.5011.2012.5012.10222.50丹麦49.0012.1038.90一一20.60法国39.0011.906.0040.003.10232.00德国40.

2、5018.3028.9011.700.60333.20英国38.1028.0023.0010.500.40217.80俄罗斯24.5050.4019.003.902.20644.60中国19.202.0076.400.501.90748.70日本56.1011.4017.1014.001.40478.50总计40.0023.0027.207.202.604926.50二、中国煤炭资源储量及分布根据中国煤田地质总局第三次全国煤田预测资料：我国2000m以浅的煤炭资源总量为5.57万亿t,其中已发现保有储量1.02万亿t,预测资源量4.55万亿t。我国煤炭资源总量大，但探明成度低，开采条件差，可供

3、建井的储量严重不足。根据全国矿产储量表和实际情况汇总，截至1996年底全国未利用的经过普查以上的煤产地共2092处，保有储量3827.43亿to其中可能利用的1219处，储量2411.5亿t;暂时利用和极难利用的873处，储量1415.93亿t。达到详查程度的储量有1679亿t,达到精查程度的储量有646.8亿t,其中可供建井的储量仅有365.2亿t。按矿井生产能力与后备储量1:200的比例，仅能提供建设1.8亿t的矿井生产能力。此外，在这些储量中尚包括远离消费地、严重缺水，以及地质及资源条件差所造成的非经济开发储量。可见，煤炭后备资源严重不足，难以满足国民经济发展对煤炭的需求。从总量看，我国

4、的煤炭资源丰富，但煤炭产地多且远离经济发达地区和煤炭主要消费地。全国第三次煤炭资源分布统计如表1-2所列。表1-2煤炭资源分布统计表赋煤区已发现资源量/亿t占全国比例/%资源总量/亿t占全国比例/%东北1311.712.883940.017.07华北6656.1665.3928114.9350.47华南981.39.653786.446.80西北1223.5712.0219786.035.52滇藏6.630.0676.320.14全国10179.3610055703.7100除上海市外其他省（市、区）都有探明煤炭储量，但是规模和储量丰度差异很大。仅晋、陕、蒙、新、黔、皖、滇、豫、鲁、冀11省（

5、区）普查以上的保有储量就有5395.9亿t,占全国的92.8%,其中晋、陕、蒙3省（区）达到3774.4亿t,占全国的64.9%。以秦岭、淮河为界，北方地区普查以上的保有储量5182.9亿t,占全国的89.1%;南方各省仅有634.6亿t,占10.9%。中西部普查以上的保有储量有5360.5亿t,占全国的92.1%;而经济发达的东部沿海辽、京、冀、鲁、苏、浙、闽、粤、琼、桂等省区普查以上的保有储量仅有457.0亿t,占全国的7.9%。我国煤炭资源的分布呈明显的北多南少、西多东少的特点。第二节煤化学的主要内容及其在煤炭加工利用中的作用煤化学是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包

6、括分子结构和孔隙结构）、性质、分类以及它们之间的相互关系的科学。广义煤化学的研究内容还包括煤炭转化工艺及其过程机理的问题。煤的组成和结构复杂，而且极不均匀。从组成上来说，它是由上千种有机物和几十种无机物组成的复杂混合物。有机物是煤炭利用和研究的主体，无机物对于煤的利用基本上是不利的甚至是有害的。迄今为止，对于煤中的有机物种类及其分子结构还不十分清楚。煤的组成和性质受多种因素的影响，主要有成煤原始植物的种类、植物遗体堆积和积聚的环境（气候、水质、水流、水深、地质、土壤、地理位置等）、埋藏深度、沉积时间、地壳运动、地下水质及水流，等等。由此可见，煤的组成和性质的复杂性不是偶然的，人类对于煤的认识还

7、有很长的路要走。虽然煤化学的发展已经有200多年的历史，但对于煤的许多问题还不明了，特别是煤的分子结构问题是目前困扰科学家的最大难题。煤的组成和性质是煤化学研究的核心，也是指导煤炭加工利用的基础。现代煤炭加工利用的各种工艺均离不开煤的组成和性质的分析，简单归纳如下:（1）煤炭分选：确定分选工艺必须要知道原煤的灰分、硫分、变质程度、密度、矿物质与煤的结合情况等基本指标。（2）粉煤成型：确定成型工艺和配方必须要知道原煤的灰分、挥发度、水分、硫分、密度、粒度组成等基本指标。（3）动力煤配煤：确定配煤工艺和配方必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成等基本指标。（4）

8、水煤浆：确定制浆工艺和添加剂的用量必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成、表面性质等基本指标。（5）煤炭燃烧：选择合适的燃烧设备必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、粘结性、粒度组成等基本指标。（6）煤炭气化：选择合适的气化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素组成、发热量、灰熔点、灰粘度、粘结性、反应性、结渣性、粒度组成等基本指标。（7）煤炭液化：选择合适的液化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素组成、矿物组成、粘结性、粒度组成等基本指标。（8）煤炭焦化：制造优质冶金焦必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物

9、组成、粘结性、粒度组成等基本指标。（9）煤基碳素耐火材料：制造优质碳素耐火材料必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。（10）电极糊：制造优质电极糊必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、导电性、矿物组成、粒度组成等基本指标。（11）炭质吸附剂：制造优质炭质吸附剂（活性炭、炭分子筛）必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。第二章煤的生成煤是植物遗体经过生物化学的作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。

10、成煤作用大致可以分为两个阶段：第一个阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断分解、化合、堆积的过程。这个过程起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当已形成的泥炭和腐泥由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用转化为第二阶段一一煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。成煤第二阶段包括成岩作用和变质作用。在这一阶段中起主导作用的是物理化学作用。在温度和压力的影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。煤与

11、煤之间的性质千差万别，不仅不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大。在同一煤田同一煤层不同地点采的煤样，其煤质也有较大的差别；甚至是同一煤田同一煤层同一地点采样，而采样时，将煤层从上到下分成若干个分层采样，各分层的煤质也有差别。引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤作用有关。第一节年代地层系统和主要聚煤期一、地质年代某地质年代内形成的岩层，称为该地质年代的地层。划分地层、确定地层生成次序的主要依据是古生物化石。生存于某一段地质历史时期的生物，称为古生物。而保存在地质中的古生物遗骸和遗迹，称为化石。其中演化快、生存时间短、而且分布又广泛的生物化石，称为标准

12、化石。表2-1地质年代表注代纪世距今年龄开始繁殖时期（亿年）植物动物新生代第四纪全新世更新世0-0.018古人类出现新近纪上新世中新世0.238被子植物大量繁殖，为成煤提供原始物质古近纪渐新世始新世古新世0.65哺乳动物中生代白垩纪晚白垩世早白垩世1.442被子植物裸子植物极盛，为成煤提供原始物质爬行动物侏罗纪晚侏罗世中侏罗世早侏罗世2.03三叠纪晚三叠世中三叠世早三叠世2.51古生代晚古生代二叠纪晚二叠世中二叠世早二叠世2.98裸子植物抱子植物极盛，为成煤提供原始物质两栖动物石炭纪晚石炭世早石炭世3.54泥盆纪晚泥盆世中泥盆世早泥盆世4.10早古生代志留纪奥陶纪顶志流世晚志流世中志流世早志流

13、世晚奥陶世中奥陶世早奥陶世4.404.95裸蕨植物海藻大量繁殖，为石煤的形成提供原始物质鱼类无脊椎动物寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世5.45续表2-1代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新元古代震旦纪晚震旦世早震旦世6.80菌藻类南华纪晚南华世早南华世8.00青白口纪晚青白口世早青白口世10.00中元古代蓟县纪晚蓟县世早蓟县世14.00长城纪晚长城世早长城世18.00古元古代薄沱纪25.00新太古代28.00中太古代32.00古太古代36.00始太古代45.00二、年代地层单位国际上通用的年代地层单位，即为宇、界、系、统、阶、带六级。宇是最大的年代地层单位。现将常见的年代地层单位解释如下

14、。.界它的划分主要是根据生物界演化史上大的阶段。不同界中生物界有较明显的差别，界可划分为若干次一级的地层单位一一系。.系系指一个纪的时间内形成的地层。它是界的组成部分。每个系均有其特征的生物群。系又可再划分为若干个更次一级的地层单位统。.统统相当于一个世的时间内形成的地层，它是系的组成部分。通常，一个系可分为若干个表2-2地层单位名称及其代号简表界（代号）系（代号）统（代号）新生界（KZ）第四系（Q）全新统（Qh）更新统（Qp）新近系（N）上新统（N2）中新统（N1）古今系（E）渐新统（E3）始新统（E2）古新统（E1）中生界（MZ）白垩系（K）上白垩统（K2）下白垩统（K1）侏罗系（J）上侏

15、罗统（J3）中侏罗统（J2）下侏罗统（J1）三叠系（T）上三叠统（T3）中三叠统（T2）下三叠统（T1）古生界（PZ）二叠系（P）上二叠统（P3）中二叠统（P2）下二叠统（P1）石炭系（P）上石炭统（C2）下石炭统（C1）泥盆系（D）上泥盆统（D3）中泥盆统（D2）下泥盆统（D1）志流系（S）顶志流统（S4）顶志流统（S3）顶志流统（S2）顶志流统（S1）奥陶系（O）上奥陶统（O3）中奥陶统（O2）下奥陶统（O1）寒武系（上寒武统（中寒武统（下寒武统（新元古界（Pt3）震旦系（Z）南华系（Nh）青白口系（Qb）中元古界（Pt2）蓟县系（Jx）长城系（Ch）古元古界（Pt1）薄沱系（Ht）新太古

16、界（Ar3）中太古界（Ar2）古太古界（Ar1）始太古界（Ar0）三、岩石地层单位岩石地层单位与上面的年代地层单位完全是并列的，在煤矿区的地层系统表中，经常见到的是一些岩石地层单位，如群、组、段、层等。.群群是最大的岩石地层单位，群与统是两套不同的地层单位，没有可比性。群有时也可大于统，甚至大于系。.组组是基本岩石地层单位。如华北二叠系下部的含煤地层称为山西组，华南二叠组系上部的含煤地层称为龙潭组。3.段段是小于组的地方性地层单位。根据岩性特征等标志的不同，可以把组划分为若干段。例如，四川华莹山南段矿区的龙潭组分为五段，主要可采煤层大多赋存于第一段中。四、我国的主要聚煤期自从地球上出现植物，便

17、有了成煤的物质条件。但由于地史上大的地壳运动，常常使地形、气候和空气中CO2的含量以及气体条件发生过变化。这些变化不仅促使各阶段植物体本身的演化，而且使得各个时期植物的繁盛程度和堆积强度也不同。加之当时受地表海陆分布、隆起与沉降状况、沉积作用等因素的影响，故使各时期聚煤作用的强弱有很大差异。几个较强的聚煤作用时期是：新生代新近纪古近纪中生代晚侏罗世早白垩世早、中侏罗世晚三叠世晚古生代晚二叠世晚石炭世早二叠世早石炭世早古生代早寒武世上述8个聚煤期中，除寒武世属于菌藻植物时代，形成腐泥无烟煤外，其他7个聚煤期均是以腐植煤为主的聚煤期。若从聚煤作用的强度而言，这7个聚煤期也是不均衡的，其中以晚石炭世

18、早二叠世，晚二叠世，早、中侏罗世和晚侏罗世早白垩世4个聚煤期的聚煤作用为最强。第二节成煤物质一、植物的演化植物是地史上，逐步有低级向高级发展演化，并经过多次飞跃。从低等的菌藻到高级的被子植物，其发展过程显示出5个阶段，由老到新是：菌藻植物时代、裸蕨植物时代、蕨类和种子植物时代、裸子植物时代和被子植物时代。这几个阶段与煤的形成和聚集有直接的关系。植物由低级向高级演化，当某种高等植物占优势后，有些植物灭绝，但低等植物的有一些门类仍继续存在。最早出现的植物是低等植物，低等植物是由单细胞或多细胞构成的丝状和叶片状植物体，没有根、茎、叶等器官的分化，如细菌和藻类。低等植物大多生活在水中，细菌的生存环境十

19、分广泛，它们是地球上最早出现的生物，藻类从太古代、元古代开始一直发展到现在，其种类达两万种以上。高等植物有根、茎、叶等器官的分化，包括苔葬植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物，地史上这些类别的植物除苔葬外，常能形成高大的乔木，具有粗壮的根和茎，成为重要的成煤物质。图2-1表示了最主要的植物门类在地史上的分布。地质年代植物质化时樗购带一现珞带潮湿气候 1I石爆腐泥无烟热J泥量本内弟:帙制苏铁制银杏第于i电松柏踹物科达纲种了黑纲石松安类节装纲操原植物苦植物苗羞植物植物熨别前孑枕勒拂疑裁类、种子植御 被子植粉叫代裸子植物时代 耀常时找时代 蓄蕈植物时代a螺的类别图那1地史上主要植物群分布图、亡1各，慢

20、带（寒带 除弗）的潮俎 掘他带一空的乖, 温带潮湿，候石Jftffi 二叠纪 三叠纪 株期纪 白垩纪 古近纪 拓近纪 第四但MW纪 东留纪 泥盆纪富武纪图2-1地史上主要植物群分布图（P10）二、植物的有机组成高等植物和低等植物的基本组成单元都是细胞。植物细胞是由细胞壁和细胞质构成的。细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，细胞质的主要成分是蛋白质和脂肪。高等植物的细胞含细胞质较低等植物要少。茎是高等植物的主体，其外表面被角质层和木栓层的表皮所包裹，内部为形成层、木质部和髓心。高等植物除了根、茎、叶外，还有抱子和花粉等繁殖器官。从化学的观点看，植物的有机组成可以分成4类，即糖类及其衍生物、

21、木质素、蛋白质和脂肪化合物。（一）糖类及其衍生物糖类及其衍生物包括纤维素、半纤维素和果胶质等成分。纤维素是一种高分子的碳水化合物，属于多糖，其链式结构可用通式（C6H10O5）n表示，CO2纤维素的分子结构如图2-2所示。纤维素在生长着的植物体内很稳定，但植物死亡后，需氧细菌通过纤维素水解酶的催化作用可将纤维素水解为单糖，单糖可进一步氧化分解为和H2O,即：(C6H1oO5)n+nH2O细困作用.nC6H12。6C6H12。6+6O2f6co2T+6H2O+热量图2-2纤维素的分子结构图2-2纤维素的分子结构（P11）当成煤环境逐渐转变为缺氧时，厌氧细菌使纤维素发酵生成CH4、CO2、C3H7

22、COOH等中间产物，参与煤化作用。无论是水解产物还是发酵产物，它们都可能与植物的其他分解产物作用形成更复杂的物质参与成煤。半纤维素也是多糖，其结构是多种多样的，例如多维戊糖（C5H8。4川就是其中的一种。它们也能在微生物的作用下分解成单糖。果胶质主要由半乳糖醛酸与半乳糖醛酸甲酯缩合而成，属糖的衍生物，呈果冻状存在于植物的果实和木质部中。果胶分子中有半乳糖醛酸，故呈酸性。果胶质不太稳定，在泥炭形成的开始阶段，即可因生物化学作用水解成一系列的单糖和糠醛酸。此外，植物残体中还有糖甘类物质，有糖类通过其还原基团与其他含煌基物质，如醇类、酚类缩合而成。（二）木质素木质素是成煤物质中最主要的有机成分，主要

23、分布在高等植物的细胞壁中，包围着纤维素并填满其间隙，以增加茎部的坚固性。木质素的组成因植物种类的不同而异，但已知它具有一个芳香核，带有侧链并含有一OCH3、一OH、一O一等多种官能团。目前已查明有三种类型的单体如表2-3所示。木质素的单体以不同的连接方式连接成三维空间的大分子，因而比纤维素稳定，不易水解。但是多氧的情况下，经微生物的作用易氧化成芳香酸和脂肪酸。表2-3木质素的三种不同类别的单体（P12）衰2-3木质素的三种不同类别的单体据谢克昌CM2）植物种类针叶树此叶树杠单体名称松柏群芥子醇香豆肿0HZvOCHjJWOHO-ZV-OCHaOH1结构式YCHCH1CHQHYCH1CH1CHsO

24、H仅（三）蛋白质是由许蛋白质是构成植物细胞原生质的主要物质，是生命起源最重要的有机物质基础，多不同的氨基酸分子按照一定的排列规律缩合而成的具有多级复杂结构的高分子化合物（见图2-3）。一个氨基酸分子中的一COOH和另一个氨基酸分子中的一NH2生成酰胺键，分子中的一CONH一成为肽键。蛋白质是天然多肽，相对分子质量在10000以上，一般含有埃基、胺基、羟基、二硫键等。煤中的氮和硫可能与植物的蛋白质有关。植物死后，蛋白质在氧化条件下可分解为气态产物；在泥炭沼泽中，它可水解生成氨基酸、吓咻等含氮化合物，参与成煤作用，例如氨基酸可以与糖类发生缩合作用生成结构更为复杂的腐殖质。图2-3蛋白质片断化学结构

25、示例图2-3蛋白质片段化学结构示例（P12）（四）脂类化合物脂类化合物通常不溶于水，而溶于苯、醍和氯仿等有机溶剂的一类有机化合物，包括脂肪、树脂、蜡质、角质、木栓质和抱粉质等。脂类化合物的共同特点是化学性质的稳定，因此能较完整地保存在煤中。脂肪属于长链脂肪酸的甘油酯，如三软脂酸甘油酯（见图2-4）。低等植物脂肪较多，Qc ouc o“c - o o O c I c C H2HHO如藻类含脂肪可达20%。高等植物一般仅含1%l2%且多集中在植物的抱子或种子中。脂肪受生物化学作用可被水解，生成脂肪酸和甘油，前者参与成煤作用。（CH2）14CH3（CH2）14CH3（CH2）14CH3图2-4三软脂

26、酸甘油酯的结构式树脂是植物生长过程中的分泌物，高等植物中的针状物含树脂较多。树脂是混合物，其成分主要是二菇和三菇类的衍生物。在树脂中存在的典型树脂酸有松香和右旋海松酸（见图2-5）。这两种树脂酸具有不饱和性，能起聚合作用。树脂的化学性质十分稳定，不受微生物破坏，也不溶于有机酸，因此能较好地保存在煤中。蜡质的化学性质类似于脂肪，但比脂肪更稳定，通常以薄层覆盖于植物的叶、茎和果实表面，成分比较复杂，蜡质的主要成分是长链脂肪酸和含有2436（或更多）个碳原子的高级一元醇形成的脂类（如甘油硬脂酸类），其化学性质稳定，不易分解。在泥炭和褐煤中常常发现有蜡质存在。HjCCOOH%C、,COOH图2-5松香

27、酸（1）和右旋海松酸（2）图2-5松香酸（1）和右旋海松酸（2）角质是角质膜的主要成分，植物的叶、嫩枝、幼芽和果实的表皮常常覆盖着角质膜。角质是脂肪酸脱水或聚合作用的产物，其主要成分是含有1618个碳原子的角质酸。木栓质的主要成分是3脂肪醇酸、二竣酸、碳原子数大于20的长链竣酸和醇类。抱粉质是构成植物繁殖器官抱子花粉外壁的主要有机成分，具有脂肪一芳香族网状结构。化学性质非常稳定，耐酸耐碱且不溶于有机溶剂，并可耐较高的温度而不发生分解。除上述4类有机化合物外，植物中还有少量糅质、色素等成分。糅质（又称丹宁）是由不同组成的芳香族化合物，如丹宁酸、五倍子酸、糅花酸等混合而成，并具有酚的特性。W质浸透

28、了老年木质部细胞壁、种子外壳，许多树皮中糅质高度富集，如红树皮中糅质达21%58%铁杉、漆树、云杉、栋、柳、桦等现代和第三纪成煤植物的重要种属都含有糅质。糅质具有抗腐性，泥炭群的细胞壁由于浸透了糅质，所以抗腐性强，一般分解程度较差。色素是植物内贮存和传递能量的重要因子，含有与金属原子结合的口比咯化合物结构。综上所述，不论是高等植物还是低等植物，包括微生物，都是成煤的原始物质，它们的各种有机组成都可能通过不同途径参与成煤，这是煤具有高度复杂性的重要原因之一。三、成煤植物对煤炭性质的影响由于植物种类的不同，其有机组分的百分含量也是不同的。低等植物主要是蛋白质和碳水化合物组成，脂肪的含量较高，而高等

29、植物的组成则以纤维素、半纤维素和木质素为主。相同植物不同部分的有机组分百分含量也不同，如木本植物各部分的有机组成差别很大，见表24表2-4植物的主要有机组分含量%植物糖类及其衍生物木质素蛋白质脂类化合物细菌122805080520绿藻3040040501020苔葬3050101520810蕨类50602030101535草本植物50702030510510松柏及阔叶树607020301713木本植物的木质部60752030123不同部分叶6520858木栓质601022530抱粉质50590原生质2007010高等植物和低等植物都是成煤的重要原始物质。由于成煤的原始物质的不同，必然导致煤炭在性

30、质上的差异和用途上的不同。由高等植物形成的煤叫“腐植煤”，由低等植物形成的煤叫“腐泥煤”，而由高等植物、低等植物共同形成的煤叫“腐植腐泥煤”。这些由不同种类的成煤植物所形成的各种类型的煤，成为不同成因类型的煤。若成煤的原始物质主要是植物的根、茎等木质纤维素组织，则煤的氢含量就比较低；若成煤的原始物质是由含脂类化合物多的角质层、木栓层以及树脂、抱粉所组成，则煤的氢含量就高（见表2-5）;若成煤的原始物质是由藻类所组成，则煤的氢含量就更高。这些煤在加工利用过程中，表现出来的工艺性质很不一样，所以成煤的原始物质是影响煤炭性质的重要因素之一。表2-5成煤植物各种物质的元素组成成煤植物一元素组成/%CH

31、ON浮游植物45.07.045.03.0细菌48.07.532.512.0陆生植物54.06.037.02.75纤微素44.46.249.4一木质素62.06.131.9一蛋白质53.07.023.016.0脂肪77.512.010.5一蜡质81.013.55.5一角质61.59.19.4一树脂80.010.59.0一抱粉质59.38.232.5一鞋质51.34.344.4一第三节成煤环境植物遗体不是在何情况下都能顺利地堆积并能转变为泥炭的，而是需要一定的条件。首先需要有大量植物的持续繁殖，其次是植物遗体没有被全部氧化分解，能够保存下来转变为泥炭。具备这样条件的场所就是沼泽。一、泥炭沼泽的起源

32、沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下的产物。沼泽是常年积水或及其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积，植物死亡后遗体被沼泽水覆盖，并与氧呈半隔绝状态，使植物遗体不致完全氧化分解，经过生物化学作用，即可转变为泥炭。煤层通常源自沉积在沼泽中的泥炭。泥炭沼泽形成条件取决于古植物、古气候、谷地理和大地构造。古植物：植物遗体的大量堆积是泥炭形成的基础，亦是成煤的物质来源。尽管泥盆纪已有陆生植物出现，但数量不多，未能形成有工业价值的煤层。只有植物演化到一定阶段，高大的木本植物繁殖堆积，才可形成广泛的、工业意义的煤层。古气候：植物生长需要适宜的温度和湿度，即温度潮湿的气候。其中湿度是最重要的，只要有足够的湿度

33、，热带、亚热带、温带和寒带都可发育泥炭沼泽，并形成泥炭层。气温既可影响植物繁殖速度也可影响植物遗体分解速度。在潮湿温暖的气候下沉积的煤层中含有许多由粗大树干形成的光亮煤宽条带，而温和或微冷的气候下则光亮煤相对较少。古地理：提供成煤的场所（泥炭形成环境）一一常年积水的洼地。包括地形和沉积环境在内的总体景观。煤层的前身是泥炭和腐泥，它们是沼泽的产物。古地理环境决定了煤层发育的一般地段和最有利地段。虽然许多泥炭沼泽是由于海退形成的，但另一些则是由于海浸的结果。大地构造（地壳运动）：提供成煤作用缓慢而均匀的沉降运动（均衡补偿）和成煤坳陷，同时也产生坳陷内部的次级隆起以及坳陷所导致的沉积作用分异。地壳的

34、剧烈或过缓沉降运动都不利于厚层泥炭层的形成，植物的堆积和地壳沉降的平衡，决定泥炭层形成厚度。在以上4个条件中，大地构造因素往往起主导作用（见图2-6）,古气候、古地理受大地构造的影响，而古生物的大量繁殖又是在合适的古气候、古地理条件下产生的。古结构在区域上决定了海水进退，局部调节微地貌和水文条件，它是通过影响古地理进而影响这沉积面貌和含煤性变化的。但大地构造因素不决定一切，因为某些古气候和古地理受全球性控制，与大地构造因素无关。图2-6泥炭沼泽形成条件关系煤的形成是自然界生物成矿作用的重要地质事件，其赋存和分布不仅受古植物、古气候和古地理环境的制约，也受一定构造格局的控制。在不同的构造背景和沉

35、积环境下，形成了不同含煤建造（含有煤层的沉积岩系）。所以，含煤建造是地壳构造演化特定阶段的产物。不同地史时期的构造运动具有自身的特点，它对聚煤作用具有直接的影响，不仅影响聚煤盆地形态、聚煤中心和富煤带的展布和迁移，而且奠定了大型聚煤区的分布，控制海水进退及生物群的迁移。中国东部和西部古生代海西运动表现出的强度差异性、运动阶段性、旋回性及定向迁移性，对晚古生代植物种群和聚煤作用的规律性变化起到了直接控制作用。进入中、新时代，中国东部及亚洲东部滨太平洋区域的广大地区，地壳构造格局发生深刻变化，导致北北东北东向的隆起和坳陷以及强烈的褶皱和断裂发育。地壳的裂解致使古陆解体并漂移，从而形成一系列大型构造

36、盆地，为聚煤作用提供了良好的场所。地史上植物的发生和繁殖同样受构造格局和沉积环境的影响。自然景观的变化，深刻地影响生物有机体。植物由于遗传和变异、适应和选择而出现相应阶段性的变化。从低等植物到高等植物，从水生植物、半水生植物到陆生植物，从简单到复杂，形成种类繁多的植物世界，为煤的聚集提供了物质基础。正由于植物群落的演变呈现出继承性、阶段性发展，使中国地史上聚煤模式经过了四个阶段（见图2-1），而且每一个阶段具有一定的特点，并在煤岩性质方面留下了不同的标志。二、沼泽分类沼泽可发育在浅海的滨岸、泻湖海湾、水上三角洲、山间盆地、湖泊、冲积扇前缘、河漫滩阶地和牛轭湖等处。（1）根据水分补给来源的不同，

37、可分为低位沼泽、中位沼泽或过度沼泽、高位沼泽。低位沼泽：主要以地下水为补给来源的潜水面较高的沼泽，其地下水面的高度几乎与沼泽表面相等，而且由于地形低凹，常被水淹没或者周期性地被水淹没。中位沼泽或过度沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给、部分由大气降水补给的沼泽。高位沼泽在：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽，其地下水面经常低于凸起的沼泽表面。（2）根据沼泽距离海岸的远近，可分为近海泥炭沼泽和内陆泥炭沼泽。近海泥炭沼泽：在近海区域不论是滨海平原、滨海三角洲平原，还是潮坪带都有泥炭沼泽发育。滨海泥炭沼泽一一在北美大西洋、墨西哥湾沿岸的海滨平原，宽达五百余千米；而大部分海滨平原

38、海拔不及30m，地势低平。海滨平原上分布着许多宽阔的河流盆地，由于泄水不良，有泥炭沼泽发育，有些面积可达几千平方千米。三角洲平原泥炭沼泽一一美国密西西比河三角洲及墨西哥湾北岸发育着大片的滨海沼泽，局部伸入到大陆内部50km。各种植物带及其相应的沼泽平行海岸分布，由滨海生长网茅等草本植物的咸水沼泽，在陆地上变成繁殖莞属等植物的微咸水沼泽以及生长芦苇的半微咸水沼泽，最后变成以香蒲、芦苇为主的淡水沼泽。红树林泥炭沼泽一一红树林泥炭沼泽是一种特殊类型的滨海泥炭沼泽。红树林是热带地区的海岸植物，它生长在滨海的浅海滩上。涨潮时潮水淹没了浅海滩，树干被淹泡在水中，只有树冠漂露在海面上，成为一片“海洋森林”；

39、落潮后露出的树干常沾满污泥，树根周围堆积了大量的浮泥（海滩上茂密的红树林，有减低流速和加速沉积的作用）。为了适应长期浸泡在海水与淤泥等缺乏空气的环境中生活，又适应海岸风浪，红树具有发达的支柱根和气根。红树的生长要求终年无霜，气候温暖、潮湿，世界上红树林大致分布在南北回归线范围内。内陆泥炭沼泽：内陆泥炭沼泽发育在山间盆地、内陆湖泊、冲积扇前缘、河漫滩阶地和牛轭湖等处。（3）根据沼泽内的植物群，可分为草本泥炭沼泽和木本泥炭沼泽。我国四川西北部的康藏高原东北边缘的若尔盖沼泽都属草本泥炭沼泽。若尔盖沼泽海拔3400m，面积达2700km2左右，该地区降水量大（年降水量为556860mn）,故地下水得到

40、充分补给，而且气候寒冷。蒸发量小，年平均湿度较大，沼泽内长满了喜湿的草本植物和低等植物，如蒿草、苔草、睡莲和藻类，这些植物随着水的深浅呈带状分布，所以在沼泽中堆积着泥炭层。泥炭层的厚度一般为23m,厚者可达6m,古为内陆高原低位草本泥炭沼泽。（4）根据水介质的含盐度，可分为淡水沼泽、半咸水沼泽和咸水沼泽。淡水沼泽一般是内陆沼泽，在大陆上分布很广，有些是湖泊淤泥形成的，有些是由河流两侧的泛滥平原和扇面地区形成的，如若尔盖沼泽、河北省围场县宽谷泥炭沼泽等。咸水沼泽和半咸水沼泽，都是与海有关的近海泥炭沼泽，如我国海南省崖县海边的红树林泥炭沼泽、海南省文昌县境内由草本植物形成的滨海泥炭沼泽，以及美国南

41、部墨西哥湾北岸现代沼泽。三、煤相的发育有关“煤相”的概念，一部分学者强调环境因素，一部分学者强调物质因素。大多数学者认为“煤相”应为一定的形成环境下所沉积的泥炭物质的表现，是煤的原始成因类型，它取决与泥炭形成时的环境。煤相是通过煤的显微组分、矿物组分（显微煤岩类型组合）、与煤级关系不大的某些化学参数（如硫、氮的含量和镜质组的氢碳比）以及某些结构特征来表现的。同时它也反映了不同的工艺类型。Hacquebard（1964，1967）Marchioni（1980）用四端元双三角法划分出陆地森林沼泽煤相（FTM）、森林沼泽煤相（FM）、芦苇沼泽煤相（RM）和开阔水体沼泽煤相（OM）。不同的煤相类型，成

42、因不同，工艺性质也不相同。下列因素决定了煤层的原始性质：堆积方式（原地生成的、异地生成的）；形成泥炭的植物群落；沉积环境（浅沼的，湖沼的，微咸水咸水的，富含钙质的）；养分供给（富养分的，贫养分的）；PH值，细菌活动性，硫的供给；泥炭的温度；氧化还原电位（需氧的，厌氧的）。煤的还原程度是影响我国煤性质的另一个成因因素，它的影响主要体现在煤的成因类型上，而不同的煤类型又是通过显微组分的特征得到反映的。不同还原程度（类型）的煤由于形成环境及组成上的差异，必然致使煤质发生明显的变化。这种变化不但反映在煤的化学组成与性质、化学工艺性质上，还影响到煤在埋藏过程中的产煌能力和自然发火倾向。煤的还原程度不同决

43、定了煤性质上的差异，在不同的煤阶下：。1强还原煤比弱还原煤有较高的氢碳原子比（H/C）、硫含量（St,d）、挥发分产率（Vdaf）、焦油产率（TaQaf）和较强的粘结能力（粘结指数G和丫值）；Q强还原煤比弱还原煤有较高的氢含量和产煌率。由此可见，强还原煤是一般较好的直接液化煤；较强还原煤具有较好的粘结能力，是良好的炼焦煤；而弱还原煤在这些方面都比强还原煤差。煤的还原程度的大小更重要的应用，是用来评定煤自然发火的倾向（见图2-2）。由图可见，自然发火倾向大的煤，多数集中在倒“U”形线外，均属强还原煤；在倒“U”形线内的煤，即使硫含量较高，自然发火倾向大的煤层也是为数较少。这对煤矿安全生产也是一种

44、重要的提示。.4030如10“跖IV L5%11% x 15 500(8 650)不同程St叁粒的器用性 ！ T dlial型新逑 Itex会将 一 塞U -3，1T I _。II 司，一 图2-9主要罐化作用指标（据Stadi煤岩学教程,198幻图2-9主要煤化作用指标（P23）四、煤化作用跃变及实质与其他显微组分相比，镜质组在煤化过程中演变的内容最丰富。镜质组主要是木质素、纤维素经过腐植化作用和凝胶化作用转变而成的，后一种作用亦称为镜煤化作用。成岩过程中的软褐煤阶段，木质素与纤维素继续转变为腐殖酸，并减少甲氧酸，说明在软褐煤阶段腐植化用作用仍在继续进行。至硬褐煤阶段，全部木质素和纤维素也都

45、已通过镜煤化作用变为腐殖质，呈胶体状态的腐殖酸因亲水基团羟基(OH)、羧基(COOH)、甲氧基(OCH3)的脱落而缩合为较大的分子，并失去酸性，转变为不溶于碱的腐殖质。同时因析出CO2、H2O和CH4，使氧和水分含量降低而碳含量相应增高。软褐煤中的腐殖酸经过胶体化学作用转变为腐植凝胶。暗褐煤通过镜煤化作用转变为亮褐煤，颜色黑而有光泽，外观上已经很像烟煤，从物理变化来看，可以认为亮褐煤已进入变质阶段；但若从化学角度来看，通常还不认为亮褐煤已达到变质阶段，因为很大一部分煤田地质工作者以是否有腐殖酸作为区分褐煤与烟煤的标志，腐殖酸要到烟煤阶段才完全消失，而亮褐煤中还残留有腐殖酸，故仍属成岩阶段。根据

46、国外的近期研究，在煤的演变过程中，出现四次较明显的变化，成为煤化作用跃变(coalificationjump)，简称煤化跃变。第一次煤化跃变与油母岩中石油开始生产的阶段相当，均在长焰煤的开始阶段(Cdaf=80%、Vdaf=43%、Ro,max=0.6%)。第一次跃变的特点是沥青化作用的发生并进入了最明显的阶段。沥青化作用的残余产物，由于进一步的缩合，增高了反射率(约在Vdaf=44%H40%阶段)。另外从长焰煤到肥煤阶段水分继续下降，发热量和碳含量相应增高。第二次煤化跃变出现在肥煤阶段(Cdaf=87%、Vdaf=29%、Ro,max=1.3%)，第二次煤化跃变的发生是由于煤中年甲烷大量逸出

47、，从而释放掉大量氢所造成的。但在这一阶段开始时，却因为富氢的侧链和键的大量聚集，使煤的密度下降到最小值。由于在煤化过程中上覆压力不断增大，煤的显微孔隙度随之逐步减小，水分也相应减少。到焦煤阶段(Cdaf=89%、Vdaf=20%、Ro,max=1.7%)，腐植凝胶基本上完成了脱水作用，水分和孔隙度都达到了最低值，而发热量则升高到最大值。这些是与镜质组的硬度、密度的最小值以及炼焦时可塑形最大值是一致的。但随后因化学结构的变化，水分含量又有所回升。除此以外，出现在第二次煤化跃变的最大值尚有耐磨性、焦化流动性、粘结性、内生裂隙数目等；最小值还有内面积、湿润热等。表示这一系列物理化学的曲线，在出现最大

48、值或最小值处转换了方向，因此第二次煤化跃变又叫煤化作用转折(coalificationbreak)。当第二次煤化跃变开始后，壳质组的颜色、突起和反射率与镜质组越来越接近。至Vdaf为22%，无论是用化学还是用光学方法都不能使孢子体和花粉体同镜质组区分开；角质体也是类似情况，其反射率甚至比镜质组还高。壳质组的Vdaf从29%到22%这一阶段的明显变化也称为“煤化台阶”(coalificationstep)。第三次煤化跃变发生在烟煤与无烟煤的分界附近(Cdaf=91%、Vdaf=8%、Ro,max=2.5%)，第四次煤化跃变出现在无烟煤与超无烟煤的交界左近（Cdaf=93.5%、Vdaf=4%、R

49、o,max=3.7%）。由于在前阶段，特别是无烟煤阶段，释放出大量的甲烷，因此无烟煤阶段也以氢含量和H/C比的迅速降低为特征；甲烷大量释放的同时，芳香族稠环增大，缩合程度提高，反射率迅速增高。在超无烟煤阶段，芳香族稠环在上覆压力不断增高的条件下，顺层面的排列更加规则化，镜质组的最大反射率甚至大于丝质体，光学异向性明显增强，因此超无烟煤阶段又以反射率和光学异向性的急剧增强为特点。内部结构的演变是煤的各种性质变化的主要原因。这种研究还处在开始阶段，总的说来，演变的实质是腐植复合物芳香族稠环体系在环境、压力作用下不断增强其缩合程度，侧链逐渐减少、缩短，官能团不断减少，结构单元不断增大，因而碳含量逐渐

50、增高，挥发分、氢含量等逐渐减少的过程，当然有些物理化学性质不是直线变化的。煤化程度和煤变质阶段的划分是煤质研究的一个重要课题。煤变质阶段是根据单一煤岩类型的物理指标来测量和划分的。当前主要根据镜质组的反射率划分煤变质阶段或煤级（煤阶）。我国目前使用的煤工业分类方案是根据平均煤样的化学工艺性质（挥发分Vdaf和粘结指数G）来划分的。挥发分不仅受煤化程度的影响，而且还受不同煤岩显微组分的影响，如壳质组或惰质组的挥发分就比镜质组的高或低，仅用挥发分来反映平均煤样的煤化程度就会带来误差，只有当平均煤样是属于光亮煤或半亮煤（以镜质组为主）时，煤的工业牌号才与煤阶相当。依据镜质组的反射率可以将中国腐植煤划

51、分为以下8个煤阶：Ro,max2.50%褐煤长焰煤/低煤化烟煤4L气煤肥煤烟煤/中煤化烟煤、焦煤瘦煤高煤化烟煤1办依I贫煤无烟煤复习思考题.名词解释煤相、沼泽、泥炭形成层、还原程度、高（低）位沼泽.煤是由什么形成的？.成煤植物的主要化学组分是什么？它们各自对成煤的贡献如何/.什么是腐泥煤？什么是腐植煤？.有高等植物形成煤，要经历哪些过程和变化？.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？.试述决定泥炭沼泽形成的因素及其相互关系。.试论影响煤质的成因因素。.简述煤化作用指标、煤化作用跃变以及实质。.简述成煤作用各个阶段及其经历的各种化学、物理、生物和地质作用。煤岩学是一门研究可燃岩石的学科，是

52、用肉眼或运用光学仪器来研究自然状态下固体可燃矿产井作为有机岩石加以研究的学科。狭义地讲，它仅从岩层学的角度来研究煤的组成、成分、类型和性质等，它的主要研究领域是煤的显微镜学。至今煤岩学存在两大派系，即理论煤岩学和应用煤岩学。从岩石学的观点，煤是一种特殊的沉积岩可燃有机岩。其物质组成较为复杂。当用肉眼仔细观察时，就可以看到它的物质组成，常显示明显的不均一性。其主要表现为煤是有机物质和无机物质（矿物质）的混合物。即使有机物本身也因成煤原是物质的不同和聚积条件的不同，呈现出复杂性和多样性。如果用显微镜对煤进行观察，其不均一性就显得更加明显。这种不均一性，对煤的物理化学性质和加工工艺特性均有很大的影响

53、。运用煤岩学的方法，确定煤的岩石组成和煤化程度，是正确评价煤质、确定煤的合理利用途径的主要依据，也是研究煤的成因和变质程度的基础。煤岩学研究方法是在不破坏煤的原生结构、表面性质的情况下，采用以物理方法为主，直接对煤的各方面性质进行研究。这种方法具有制作简单、操作方便、观察测试结果直观、分析快以及论据充分的优点。运用煤岩学传统方法研究煤，基本上有宏观研究法和微观研究法两种方法。宏观研究法就是利用肉眼或放大镜来观察煤，根据煤的颜色、条痕色、光泽、硬度、断口和密度等物理性质，确定煤岩类型和煤的光泽岩石类型，判断煤化程度，初步评定煤的性质和用途。宏观研究法简单易行，便于推广，但较粗略。微观研究法是利用

54、显微镜来研究煤。通常采用的方法，一种是在投射光下研究煤的薄片（薄片尺寸：2cmx2cm,厚0.02mm），鉴定标志主要是根据颜色（透光色）、形态和结构等；另一种是在反射光下研究煤的光片，即将煤块或煤粉制成煤的光片（光片尺寸为2cmx2.5cm、厚1.52cm的方柱体或直径2cm、厚1.52cm的圆柱体），除根据颜色（反光色）、形态和结构外，还根据突起、反光性等进行鉴定。反射光下的研究，又可分为普通反射光（物镜在空气介质中观察）和油浸反射光（物镜在油浸介质中观察）两种。由于油浸的折射率（一般采用1.5151.518）与物镜光学玻璃的折光率接近，减少了空气中折射的影响，使光线集中，从而使各显微镜的

55、特征更加明显，易于区别和辨识。第一节煤的纤维组分显微组分（Maceral）是指煤在显微镜下能够区别和辨识的最基本的组成成分，是显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物残体转变而成的有机成分。煤不是均一的物质，而是由各种性质不同的组分所组成。与矿物组成的形式类似，煤由显微组分组成，一种矿物是有非常确定的化学成分，其物质是均一的，而且大多数矿物实际上是晶质的；而煤的同种显微组分在化学性质和物理性质上相近，但有变化，并且是非晶质的。目前国际煤岩学术委员会的显微组分分类方案（表3-1）是侧重于化学工艺性质的分类，按其成因和工艺性质的不同，大致可分为镜质组、壳质组（稳定组和类脂组）和惰质组三大类。依据颜色、形

56、态、结构和突起等特征划分显微组分。根据各种成因标志，在显微组分中进一步细分出亚组分，如无结构镜质体分为四个亚组分即均质镜质体、胶质镜质体、基质镜质体和团块镜质体。有的显微组分根据形态和特征，以及它们所属的植物种类和植物器官，进一步又划分出若干显微组分的种，如结构镜质体又可细分为科达树结构镜质体、真菌质结构镜质体、木质结构镜质体、鳞木结构镜质体和封印木结构镜质体等五种。运用特殊方法，如浸蚀法、电子显微镜法、荧光法，还可以在某些组分中发现显微镜下无法识别的结构及细胞特征，根据这些特征所确定的称为隐组分（Cryptomaceral）,如镜质组中可分出隐结构镜质体、隐团块镜质体、隐胶质镜质体和隐镜屑体

57、。表3-1国际硬煤的显微组分分类方案显微组分组显微组分显微亚组分显微组分种镜质组结构镜质体结构镜质体1结构镜质体2科达树结构镜质体真菌结构镜质体木质结构镜质体鳞木结构镜质体封印木结构镜质体无结构镜质体均质镜质体胶质镜质体基质镜质体团块镜质体镜屑体壳质组抱子体薄壁抱子体厚壁抱子体小抱子体大抱子体角质体树脂体镜质树脂体木栓质体藻类体结构藻类体皮拉藻类体轮奇藻类体层状藻类体荧光体沥青质体渗出沥青质体壳屑体惰性组半丝质体丝质体火焚丝质体氧化丝质体粗粒体菌类体真菌菌类体密丝组织体团块菌类体假团块菌类体微粒体惰屑体、镜质组(Vitrinite)镜质组是由植物的木质纤维组织受凝胶化作用转化形成的，是煤中最常

58、见和最重要的显微组分组。凝胶化作用是指泥炭化作用阶段成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化，一方面植物组织在生物化学的作用下，分解、水解、化合形成新的化合物；另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程。从低煤级到高煤级煤中，镜质组在油浸反射光下呈深灰至浅灰色，无突起到微突起。在透射光下呈橙红色一棕红色一棕黑色一黑色。部分低煤级烟煤中镜质组在蓝色激光下发暗褐色到褐色荧光，被称为富氢镜质体或荧光镜质体。与其他两个组分组相比，镜质组氧的含量较高，碳、氢含量介于二者之间。根据结构和形状的不同，镜质组又可分下列三种显

59、微组分。(一)结构镜质体结构镜质体指普通显微镜下植物细胞结构(木质、皮质和周皮细胞等)清楚或朦胧可见的镜质组分，即来源于植物的树干、树枝、茎、叶和根等植物组织器官，以细胞形态保留在煤中的镜质化(凝胶化)细胞壁，称为结构镜质体，其细胞结构完整或受压变形，细胞腔往往被无结构镜质体填充，有时也被树脂体附录版图1(a)、微粒体或粘土矿物所填充。(二)无结构镜质体无结构镜质体是在普通显微镜下没有显示植物细胞结构的镜质组分。它常作为其他各种显微组分碎片和共生矿物的基质胶体物或填充物。无结构镜质体可再细分为4种显微亚组分：O均质镜质体，一般在较厚的镜煤或镜质组层中出现，主要由植物的木质部和叶等组织经凝胶化作

60、用转变而成，常呈宽窄不等的条带状和透镜状，均一、纯净，发育垂直裂纹，具有较正常的反射率，是作为测量反射率以确定煤级的标准组分附录图版1(b);胶质镜质体，数量很少，充填到与层理近于垂直的裂缝中和菌核的空腔中，甚至沿抱子外壳裂缝充填到抱子腔中，无确定形态，不含其他杂质，是一种真正没有结构的凝胶，并可见到其流动的痕迹，其反射率稍高，氢含量稍低；。3基质镜质体，多见于微亮煤、微暗亮煤、微亮暗煤以及微三合煤中，不显示任何细胞结构痕迹，没有固定形态，胶结其他各种显微组分和矿物附录图版1(c),作为镜煤化基质出现，具有稍低的反射率和稍高的氢含量；团块镜质体，是一种均质体，大多数呈圆形或卵圆形，呈单体或群体