第1章 煤的组成、性质与应用

煤是由植物（plant）形成的煤是由植物遗体（plantdebris）经过生物化学作用（biochemcalreaction）和物理化学作用（physical-chemcalreaction）演变而成的沉积有机岩（Sedimentaryorganicrock）。Whatiscoal?

Coaloriginatedthroughtheaccumulationofvegetationthathasundergonephysicalandchemicalchanges.1.1煤的成因whatiscoal?一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?成煤过程Thecoalificationprocess植物在泥炭沼泽中持续地生长和死亡，其残骸不断堆积，经过长期而复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用和地质化学作用，在上覆岩层的温度和压力作用下逐渐演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的过程，称为成煤作用。阶段划分：泥炭化阶段Peatification好氧细菌的氧化分解Aerobicdecay厌氧细菌生物化学作用Anerobicdecay煤化阶段成岩作用lithification/diagenesis变质作用metamorphism一煤的形成coalformation一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?泥炭褐煤烟煤无烟煤一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?泥炭化阶段

Peatification

泥炭化阶段是指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。在这个过程中，植物所有的有机组分和泥炭沼泽中的微生物都参与了成煤作用。第一阶段：好氧细菌的生物化学作用植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅部、多氧的条件下，由于好氧细菌和真菌等微生物对植物进行氧化分解和水解作用，植物遗体中的一部分被彻底破坏，变成气体和水；一部分的分解为较简单的有机化合物在一定条件下缩合，形成腐殖酸；而未分解的稳定部分则保留下来。第二阶段：厌氧细菌的生物化学作用在沼泽水的覆盖下进入缺氧条件，微生物被厌氧细菌所替代。厌氧细菌不需依靠空气中的氧，而能利用植物有机质中的氧进行活动，故发生了还原反应，结果留下了富氢的残留物。一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?泥炭化阶段发生的两不种的作用凝胶化作用凝胶化作用是指植物的主要组分在泥炭化阶段经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐殖酸和沥青质为主体的胶体物质(凝胶和溶胶)的过程。这一过程在成岩阶段的延续又称镜煤化作用。丝炭化作用fusainization植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受森林火灾而炭化成木炭的过程称为丝炭化作用，其产物统称为丝炭。依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。两者在形态、反射率和工艺性质等方面有一定的差异。但总体来说，氧化丝质体的存在是普通的现象，而火焚丝质体的出现是偶然的情况。

gelificationorvitrification一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?煤化作用阶段成岩阶段lithification成岩阶段是指无定形的泥炭，因受上覆沉积岩的巨大压力逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化，转变为具有生物岩特征的褐煤的过程。在成岩过程中，除了发生压实和失水等物理变化外，也在一定程度上进行了分解和缩聚反应。泥炭中残留的植物成分，如少量纤维素、半纤维素和木质素等逐渐消失，腐殖酸含量先增加，后减少。变质阶段metamorphism当地层继续下沉和顶板加厚时，由于温度明显升高，压力继续加大，使煤质发生变化变质阶段是指褐煤沉降到地壳的深处，在长时间地热和高压作用下发生化学反应，其组成、结构和性质发生变化，转变为烟煤、无烟煤的过程。在这一转变过程中，煤层所受到的压力一般可达几十到几百MPa，温度一般在200℃以下。如受到火山岩浆等更高温度作用，则烟煤可能变成天然焦，无烟煤则可能变成石墨。一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?无烟煤烟煤褐煤泥炭Hill定律影响煤变质程度的因素温度＼压力＼时间1.2成煤过程Howcoalisformed?一煤的形成coalformation木材腐殖质泥炭褐煤无烟煤烟煤次烟煤CO2厌氧环境元素组成（％）CHO木材49744泥炭60832褐煤70525次烟煤75520烟煤85510无烟煤9433H去哪里了？量的变化10m1m0.5m0.17m一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?植物新陈代谢有机残骸泥炭褐煤烟煤无烟煤生物化学降解物理化学作用凝胶化阶段成岩阶段变质阶段温度压力升高变质程度增加颜色由浅变深光泽性变强碳含量增加氢含量减少氧含量减少密度增大好氧、厌氧微生物分解压实、裂解芳构化缩合煤阶泥炭褐煤烟煤无烟煤碳wt%<5050~7070~8585~95一煤的形成coalformation1.2成煤过程Howcoalisformed?１.3成煤条件及影响因素condation&factors成煤条件包括多种因素，是各种相互联系着的多种必然因素综合作用的结果。古植物条件（物质基础）古气候条件古地理条件地壳运动条件（决定条件）泥炭沼泽植物残骸堆积速度与地壳下沉速率长时间平衡高大的木本植物大量繁殖堆积温暖潮湿的气候平原、泻湖海湾、盆地最适于形成泥炭沼泽泥炭层堆积速度与地壳下降速度大致平衡一煤的形成coalformation１.４成煤时期及成煤分布when&where我国煤炭已探明储量１万多亿吨，聚煤期主要有石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪。石炭纪聚煤期主要在晚石炭世，形成了华北、华东及中南地区的煤系，著名的太原组煤系就在这个时期形成，山西、河北地区的大矿区如西山、开滦、阳泉、晋城、潞安、汾西等都属该煤系；二叠纪的早二叠世和晚二叠世都有较强的聚煤作用，早二叠世主要形成了以华北为中心的山西组煤系；晚二叠世则主要形成了贵州境内的龙潭煤系；侏罗纪时期由于“燕山运动”遍及全国，此时期形成的煤田最多，主要集中于华北及西北地区；著名的煤田主要有神府、东胜煤田，大同煤田以及新疆地区的尚未开发的煤田；侏罗纪煤田储量最丰，约占全国储量的50%以上；第三纪由于“喜马拉雅”造山运动影响，在东北及东部沿海地区沉积了一些煤系，如抚顺、沈阳、珲春、舒兰以及山东的龙口等煤田，此时期形成的煤系以褐煤为主，仅抚顺为典型长焰煤和气煤。一煤的形成coalformation从煤炭形成的地质时代看，中国在地质历史上的成煤期共有14个，其中有4个最主要的成煤期，即广泛分布在华北一带的晚炭纪——早二叠纪，广泛分布在南方各省的晚二叠纪，分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪—早白垩纪等四个时期。它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26%、5%、60%和7%，合计占总资源量的98%。上述四个最主要的成煤期中，晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源，其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东北地区形成极为丰富的煤炭资源。１.４成煤时期及成煤分布when&where一煤的形成coalformation2.1植物的有机族分organiccompositionofplant植物的有机族化学组成可以分为四类：糖类及其衍生物木质素蛋白质脂类化合物二煤的组成CoalStructure蛋白质脂类化合物木质素糖类及其衍生物2.1植物的有机族分organiccompositionofplant二煤的组成CoalStructure褐煤次烟煤2.2煤的化学结构MolecularStructureofCoal无烟煤烟煤二煤的组成CoalStructure有机质Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ矿物质ＳiAlCaMgNa结构单元桥键官能团（1）基本结构单元的核心是缩合芳香环（２）基本结构单元周侧连有不同的官能团（３）基本结构单元间通过桥键链接煤是三维空间高度交联的非晶质高分子缩聚物2.2煤的化学结构MolecularStructureofCoal二煤的组成CoalStructure3.1分类体系ＴypologyofCoal煤的分类成因类型工业分类变质程度划分煤岩类型宏观煤岩组成显微煤岩组成煤岩组成现元素组成之间的关系三煤的分类CoalTypology低等植物（菌类、藻类）

腐泥煤构造简单的单细胞或多细胞叶状体生物，没有根、茎、叶之分，主要由蛋白质、脂肪组成，繁殖在深水环境（湖水或浅海），遗体经过生物化学作用，变成胶冻状的腐泥。特点：结构均匀，韧性大，比重小，易点燃，含油率高。高等植物（苔藓植物、蔽类植物、种子植物）

腐植煤结构复杂、有根、茎、叶之分，主要成分是纤维素和木质素。多生长在陆地上和浅水里残植煤由植物不易分解的“稳定组分”残积而成，具有油脂光泽、韧性大，含油率较高我国江西乐平、浙江长广树皮煤。残植煤

由藻类等低等植物和某些高等植物的残体联合组成。腐植腐泥煤如江西浑源、大同等地所产的烛煤。山东肥城、陕西黄陵烛煤，辽宁抚顺藻煤３.２成因分类ClassifiedbyFormingplants三煤的分类CoalTypology工业分类煤阶coalrank牌号bran