第1章 煤的組成、性質(zhì)與應(yīng)用

煤是由植物（plant）形成的煤是由植物遺體（plantdebris）經(jīng)過生物化學(xué)作用（biochemcalreaction）和物理化學(xué)作用（physical-chemcalreaction）演變而成的沉積有機巖（Sedimentaryorganicrock）。Whatiscoal?

Coaloriginatedthroughtheaccumulationofvegetationthathasundergonephysicalandchemicalchanges.1.1煤的成因whatiscoal?一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?成煤過程Thecoalificationprocess植物在泥炭沼澤中持續(xù)地生長和死亡，其殘骸不斷堆積，經(jīng)過長期而復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用和地質(zhì)化學(xué)作用，在上覆巖層的溫度和壓力作用下逐漸演化成泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤的過程，稱為成煤作用。階段劃分：泥炭化階段Peatification好氧細菌的氧化分解Aerobicdecay厭氧細菌生物化學(xué)作用Anerobicdecay煤化階段成巖作用lithification/diagenesis變質(zhì)作用metamorphism一煤的形成coalformation一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?泥炭褐煤煙煤無煙煤一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?泥炭化階段

Peatification

泥炭化階段是指高等植物殘骸在泥炭沼澤中，經(jīng)過生物化學(xué)和地球化學(xué)作用演變成泥炭的過程。在這個過程中，植物所有的有機組分和泥炭沼澤中的微生物都參與了成煤作用。第一階段：好氧細菌的生物化學(xué)作用植物遺體暴露在空氣中或在沼澤淺部、多氧的條件下，由于好氧細菌和真菌等微生物對植物進行氧化分解和水解作用，植物遺體中的一部分被徹底破壞，變成氣體和水；一部分的分解為較簡單的有機化合物在一定條件下縮合，形成腐殖酸；而未分解的穩(wěn)定部分則保留下來。第二階段：厭氧細菌的生物化學(xué)作用在沼澤水的覆蓋下進入缺氧條件，微生物被厭氧細菌所替代。厭氧細菌不需依靠空氣中的氧，而能利用植物有機質(zhì)中的氧進行活動，故發(fā)生了還原反應(yīng)，結(jié)果留下了富氫的殘留物。一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?泥炭化階段發(fā)生的兩不種的作用凝膠化作用凝膠化作用是指植物的主要組分在泥炭化階段經(jīng)過生物化學(xué)變化和物理化學(xué)變化，形成以腐殖酸和瀝青質(zhì)為主體的膠體物質(zhì)(凝膠和溶膠)的過程。這一過程在成巖階段的延續(xù)又稱鏡煤化作用。絲炭化作用fusainization植物的木質(zhì)纖維組織在泥炭沼澤的氧化環(huán)境中，受到需氧細菌的氧化作用產(chǎn)生貧氫富碳的腐殖物質(zhì)，或遭受森林火災(zāi)而炭化成木炭的過程稱為絲炭化作用，其產(chǎn)物統(tǒng)稱為絲炭。依成因分為氧化絲質(zhì)體與火焚絲質(zhì)體。兩者在形態(tài)、反射率和工藝性質(zhì)等方面有一定的差異。但總體來說，氧化絲質(zhì)體的存在是普通的現(xiàn)象，而火焚絲質(zhì)體的出現(xiàn)是偶然的情況。

gelificationorvitrification一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?煤化作用階段成巖階段lithification成巖階段是指無定形的泥炭，因受上覆沉積巖的巨大壓力逐漸發(fā)生壓緊、失水、膠體老化硬結(jié)等物理和物理化學(xué)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩飵r特征的褐煤的過程。在成巖過程中，除了發(fā)生壓實和失水等物理變化外，也在一定程度上進行了分解和縮聚反應(yīng)。泥炭中殘留的植物成分，如少量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等逐漸消失，腐殖酸含量先增加，后減少。變質(zhì)階段metamorphism當?shù)貙永^續(xù)下沉和頂板加厚時，由于溫度明顯升高，壓力繼續(xù)加大，使煤質(zhì)發(fā)生變化變質(zhì)階段是指褐煤沉降到地殼的深處，在長時間地熱和高壓作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋?、無煙煤的過程。在這一轉(zhuǎn)變過程中，煤層所受到的壓力一般可達幾十到幾百MPa，溫度一般在200℃以下。如受到火山巖漿等更高溫度作用，則煙煤可能變成天然焦，無煙煤則可能變成石墨。一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?無煙煤煙煤褐煤泥炭Hill定律影響煤變質(zhì)程度的因素溫度＼壓力＼時間1.2成煤過程Howcoalisformed?一煤的形成coalformation木材腐殖質(zhì)泥炭褐煤無煙煤煙煤次煙煤CO2厭氧環(huán)境元素組成（％）CHO木材49744泥炭60832褐煤70525次煙煤75520煙煤85510無煙煤9433H去哪里了？量的變化10m1m0.5m0.17m一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?植物新陳代謝有機殘骸泥炭褐煤煙煤無煙煤生物化學(xué)降解物理化學(xué)作用凝膠化階段成巖階段變質(zhì)階段溫度壓力升高變質(zhì)程度增加顏色由淺變深光澤性變強碳含量增加氫含量減少氧含量減少密度增大好氧、厭氧微生物分解壓實、裂解芳構(gòu)化縮合煤階泥炭褐煤煙煤無煙煤碳wt%<5050~7070~8585~95一煤的形成coalformation1.2成煤過程Howcoalisformed?１.3成煤條件及影響因素condation&factors成煤條件包括多種因素，是各種相互聯(lián)系著的多種必然因素綜合作用的結(jié)果。古植物條件（物質(zhì)基礎(chǔ)）古氣候條件古地理條件地殼運動條件（決定條件）泥炭沼澤植物殘骸堆積速度與地殼下沉速率長時間平衡高大的木本植物大量繁殖堆積溫暖潮濕的氣候平原、瀉湖海灣、盆地最適于形成泥炭沼澤泥炭層堆積速度與地殼下降速度大致平衡一煤的形成coalformation１.４成煤時期及成煤分布when&where我國煤炭已探明儲量１萬多億噸，聚煤期主要有石炭紀、二疊紀、侏羅紀和第三紀。石炭紀聚煤期主要在晚石炭世，形成了華北、華東及中南地區(qū)的煤系，著名的太原組煤系就在這個時期形成，山西、河北地區(qū)的大礦區(qū)如西山、開灤、陽泉、晉城、潞安、汾西等都屬該煤系；二疊紀的早二疊世和晚二疊世都有較強的聚煤作用，早二疊世主要形成了以華北為中心的山西組煤系；晚二疊世則主要形成了貴州境內(nèi)的龍?zhí)睹合担毁_紀時期由于“燕山運動”遍及全國，此時期形成的煤田最多，主要集中于華北及西北地區(qū)；著名的煤田主要有神府、東勝煤田，大同煤田以及新疆地區(qū)的尚未開發(fā)的煤田；侏羅紀煤田儲量最豐，約占全國儲量的50%以上；第三紀由于“喜馬拉雅”造山運動影響，在東北及東部沿海地區(qū)沉積了一些煤系，如撫順、沈陽、琿春、舒蘭以及山東的龍口等煤田，此時期形成的煤系以褐煤為主，僅撫順為典型長焰煤和氣煤。一煤的形成coalformation從煤炭形成的地質(zhì)時代看，中國在地質(zhì)歷史上的成煤期共有14個，其中有4個最主要的成煤期，即廣泛分布在華北一帶的晚炭紀——早二疊紀，廣泛分布在南方各省的晚二疊紀，分布在華北北部、東北南部和西北地區(qū)的早中侏羅紀以及分布在東北地區(qū)、內(nèi)蒙東部的晚侏羅紀—早白堊紀等四個時期。它們所賦存的煤炭資源量分別占中國煤炭資源總量的26%、5%、60%和7%，合計占總資源量的98%。上述四個最主要的成煤期中，晚二疊紀主要在中國南方形成了有工業(yè)價值的煤炭資源，其他三個成煤期分別在中國華北、西北和東北地區(qū)形成極為豐富的煤炭資源。１.４成煤時期及成煤分布when&where一煤的形成coalformation2.1植物的有機族分organiccompositionofplant植物的有機族化學(xué)組成可以分為四類：糖類及其衍生物木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂類化合物二煤的組成CoalStructure蛋白質(zhì)脂類化合物木質(zhì)素糖類及其衍生物2.1植物的有機族分organiccompositionofplant二煤的組成CoalStructure褐煤次煙煤2.2煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)MolecularStructureofCoal無煙煤煙煤二煤的組成CoalStructure有機質(zhì)Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ礦物質(zhì)ＳiAlCaMgNa結(jié)構(gòu)單元橋鍵官能團（1）基本結(jié)構(gòu)單元的核心是縮合芳香環(huán)（２）基本結(jié)構(gòu)單元周側(cè)連有不同的官能團（３）基本結(jié)構(gòu)單元間通過橋鍵鏈接煤是三維空間高度交聯(lián)的非晶質(zhì)高分子縮聚物2.2煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)MolecularStructureofCoal二煤的組成CoalStructure3.1分類體系ＴypologyofCoal煤的分類成因類型工業(yè)分類變質(zhì)程度劃分煤巖類型宏觀煤巖組成顯微煤巖組成煤巖組成現(xiàn)元素組成之間的關(guān)系三煤的分類CoalTypology低等植物（菌類、藻類）

腐泥煤構(gòu)造簡單的單細胞或多細胞葉狀體生物，沒有根、莖、葉之分，主要由蛋白質(zhì)、脂肪組成，繁殖在深水環(huán)境（湖水或淺海），遺體經(jīng)過生物化學(xué)作用，變成膠凍狀的腐泥。特點：結(jié)構(gòu)均勻，韌性大，比重小，易點燃，含油率高。高等植物（苔蘚植物、蔽類植物、種子植物）

腐植煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有根、莖、葉之分，主要成分是纖維素和木質(zhì)素。多生長在陸地上和淺水里殘植煤由植物不易分解的“穩(wěn)定組分”殘積而成，具有油脂光澤、韌性大，含油率較高我國江西樂平、浙江長廣樹皮煤。殘植煤

由藻類等低等植物和某些高等植物的殘體聯(lián)合組成。腐植腐泥煤如江西渾源、大同等地所產(chǎn)的燭煤。山東肥城、陜西黃陵燭煤，遼寧撫順藻煤３.２成因分類ClassifiedbyFormingplants三煤的分類CoalTypology工業(yè)分類煤階coalrank牌號bran