關于煤的外表特征和生成第1頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三主要內容：

（1）煤的種類和外表特征（2）煤是如何形成的？第2頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三煤的定義：煤是由遠古植物殘骸沒入水中經過生物化學作用，然后被地層覆蓋并經過物理化學與化學作用而形成的有機生物巖。關鍵詞：第3頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第一節煤的種類和外表特征1植物的演化及種類

按進化論的觀點，植物是由低級向高級逐步演化的，植物界傳統劃分為四大類：藻菌植物低等植物苔蘚植物蕨類植物高等植物種子植物一、煤的成因類型第4頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2低等植物和高等植物的特點

低等植物：是由單細胞和多細胞構成的絲狀體或葉狀體植物，沒有根、莖、葉等器官的分化。高等植物：進化論認為，高等植物由低等植物長期進化而來，構造復雜，有根、莖、葉的區別。第5頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三低等植物——地衣第6頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三低等植物——蘑菇第7頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三高等植物——華南毛蕨第8頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三高等植物——松樹第9頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3煤的種類和外表特征第10頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第11頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三表1-1腐植煤與腐泥煤的主要特征第12頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三煤化度：煤在成煤諸因素共同作用下所達到的化學成熟程度（即煤化程度）二、腐植煤的外表特征第13頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三1泥炭嚴格地講，泥炭并不是煤，而是植物向煤轉變的過渡產物。外觀棕褐色或黑褐色，無光澤，質地柔軟且不均勻，富含未分解的植物組織，如根、莖、葉等殘留物。原始泥炭含水量高達85%~95%。風干后含水25%~35%。第14頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三泥炭的有機質：（1）腐殖酸。它是泥炭最主要的有機成分，是一種由高分子羥基羧酸組成的復雜混合物膠體，具有酸性。（2）瀝青質。它指可用苯、甲醇等有機溶劑抽提出的有機物，部分由樹脂和樹蠟轉化而成，部分由植物組分的還原產物通過合成反應生成。（3）未分解或尚未完全分解的植物族組成，包括纖維素、半纖維素、木質素和果膠質等。（4）變化不大的植物穩定組分，如角質、樹脂、孢子等。第15頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三從物理化學的觀點，泥炭是一個以水為分散介質的膠體體系。其膠體性質表現為：（1）能將大量的水吸入微孔結構，而本身并不膨脹；（2）含腐植酸，具有酸性，并有較強的吸附能力。泥炭用途：泥炭用途廣泛：氣化、液化、焦化原料；制甲醇等化工原料；建材、肥料等。第16頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三泥炭的賦存形態：泥炭是由植物殘骸在沼澤中形成的。泥炭的埋藏深度很淺，裸露泥炭上無泥沙覆蓋。埋藏泥炭上的泥沙也僅有幾十厘米至幾十米厚，適宜露天開采。世界上泥炭豐富的國家有俄羅斯、芬蘭、愛爾蘭、瑞典、加拿大和美國等。我國的泥炭約有270億噸。第17頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2褐煤褐煤成巖的初期產物，外觀褐色或黑褐色，因而得名。隨著煤化度增高，主要在成巖作用壓力的影響下，褐煤發生一系列變化：顏色變深，密度增加，硬度變大，腐殖酸含量減少，水分顯著降低。德國、澳大利亞等國有豐富的褐煤資源。我國已探明的保有儲量約1400億t，占全國煤炭儲量的17%。分布于東北、西北、西南和華北等地。第18頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三用途：適宜成型作氣化原料；可生產優質城市煤氣，焦油產率6.0%～8.5%；制成油煤漿后催化加氫，褐煤有機質的80%可以轉化成氣態和液態產品，油收率約占35%；經溶劑抽提所得褐煤蠟(又名蒙旦蠟)，具有熔點高、化學穩定性好、防水性強、導電性低、耐酸、強度高和表面光亮等特性，可用作表面活性劑、表面光亮劑、疏水劑、色素溶劑和吸油介質等。但褐煤易風化破碎，故一般不宜長途運輸。第19頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3煙煤煙煤呈黑色，水分含量較少，因燃燒時煙多而得名。一般煙煤具有不同程度的光澤，絕大多數呈明暗交替條帶狀。所有的煙煤都是比較致密的，真密度較高(1.20～1.45g/cm3)，硬度亦較大。煙煤是自然界最重要，分布最廣，儲量最大，品種最多的煤種。第20頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三按煤化度由低至高，我國將其劃分為長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤和貧煤等。在煙煤中，氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤和瘦煤都具有不同程度的黏結性，是煉焦的主要原料煤，故稱之為煉焦煤；除此以外的其他煤沒有或基本沒有黏結性，只能用于低溫干餾、造氣或動力燃料等。第21頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三4無煙煤煤化度最高的腐殖煤，燃燒時無煙，外觀灰黑色，有金屬光澤，無明顯條帶。其碳含量、真密度、硬度、燃點等均達到最大化。主要用途：民用、發電燃料；合成氨原料；炭素產品原料；高爐噴吹燃料；冶金脫氧劑、增碳劑等。第22頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三一、成煤的原始物質1三種成煤假說：煤是和地球一起形成的，有地球就有煤；煤是由巖石變化而來的；煤是由植物殘骸形成的。煤由植物形成的證據：常常發現在煤層中有保存完好的古植物化石和由樹干變成的煤，有的甚至保留著原來斷裂樹干的形狀;煤層底極多富含植物根化石或痕木化石，證明它曾經是植物生長的土壤；顯微鏡下觀察煤制成的薄片可以直接看到原始植物的木質細胞結構和其他殘骸，如孢子、花粉、樹脂、角質層和木栓體等；在實驗室用樹木進行人工煤化試驗，可以得到外觀和性質與煤類似的人造煤。因此，煤是由植物而且主要是由高等植物轉變而來的觀點已成為人們的共識。第二節煤的生成第24頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2植物的演化第25頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3地質年代與主要成煤植物地質年代：

地質學家綜合了地層層序、生物演化、地殼運動等因素，把地質歷史劃分為很多階段，每個大階段又劃分為次級階段，這樣就產生了地質年代單位。常用的地質年代單位主要有代、紀、世。國際通用的地層系統與地質年代的關系如表1-3所示；該表參照1989年國際地質聯合會(ICS)的地球地層表，列出了相應的成煤植物及主要煤種開始生成的地質年代。第26頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

4植物的有機族組成從化學的觀點看，植物的有機族組成可以分為四類，即糖類及其衍生物、木質素、蛋白質和脂類化合物。（1）糖類及其衍生物糖類及其衍生物含有碳、氫、氧三種元素，常用的通式Cn（H2O）m

包表示，被稱為碳水化合物，括纖維素、半纖維素和果膠質等。第28頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三a纖維素纖維素是組成植物細胞壁的主要成分，是一種高分子的碳水化合物，屬于多糖；其鏈式結構可用通式

表示。分子結構如圖1-1所示。第29頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三纖維素在生長著的植物體內很穩定，但植物死亡后，需氧細菌通過纖維素水解酶的催化作用可將纖維素水解為單糖，后者進一步氧化則分解為。在沼澤環境缺氧時，厭氧細菌使纖維素發酵生成無論是水解產物還是發酵產物，它們都可與植物的其他分解產物縮合形成更復雜的物質參與成煤，或成為微生物的營養來源。第30頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三b半纖維素半纖維素也是植物細胞壁的組成部分，也是多糖，其結構多種多樣，例如多維戊糖就是其中的一種。它們也能在微生物作用下分解成單糖：

這種單糖后續變化和纖維素的情況類似。第31頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三c果膠質果膠質是不穩定的，在泥炭形成的開始階段，即可因生物化學作用水解成一系列的單糖和糖醛酸，進一步分解可形成脂肪酸類物質而參與成煤。第32頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（2）木質素木質素主要分布在高等植物的細胞壁中，包圍著纖維素并填滿其間隙，以增加莖部的堅固性。木質素是具有芳香結構的化合物，它的結構復雜，至今還不能用一個結構式來表示。但已知它具有一個芳香核，帶有側鏈并含有甲氧基（）、、、-O-和

等多種官能團。木質素的組成因植物的種類而異，目前已查明有三種類型的單體如表1-5所:第33頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三針葉樹的松柏醇落葉樹的芥子醇喬木的－香豆醇木質素的單體以不同的鏈連接成三度空間的大分子，因而比纖維素穩定，不易水解。但在多氧的情況下，經微生物的作用易氧化成芳香酸和脂肪酸而參與成煤。木質素是成煤的主要植物成分。第34頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（3）蛋白質蛋白質是構成植物細胞原生質的主要物質，也是有機體生命起源最重要的物質基礎。蛋白質是一種無色透明半流動狀態的膠體，由許多不同的氨基酸分子縮合而成的復雜高分子化合物。蛋白質的元素組成有碳、氫、氧、氮、硫等元素，煤中的氮和硫元素可能來自成煤植物中的蛋白質。植物死亡后，蛋白質在氧化條件下可分解為氣態產物。在泥炭沼澤中，它可水解生成氨基酸。如氨基酸與糖類縮合則生成結構更為復雜的腐殖物質參與成煤。第35頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（4）脂類化合物脂類化合物通常指不溶于水，而溶于苯、醚和氯仿等有機溶劑的一類有機化合物，包括脂肪、樹脂、蠟質、角質、木栓質和孢粉質等。a脂肪脂肪屬于長鏈脂肪酸的甘油脂。低等植物含脂肪較多，如藻類含脂肪可達20%。高等植物一般僅含1%～2%，且多集中在植物的孢子或種子中。

脂肪受生物化學作用可被水解，生成脂肪酸和甘油，前者參與成煤作用。在天然條件下，脂肪酸具有一定的穩定性，因此從泥炭或褐煤的抽提瀝青中能發現脂肪酸。第36頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三b樹脂樹脂是植物生長過程中的分泌物，當植物受創時，不斷分泌出膠狀的樹脂來保護傷口。高等植物中的針狀植物含樹脂最多。低等植物不含樹脂。

樹脂的化學性質十分穩定，不受微生物破壞，也不溶于有機酸，因此能較好地保存在煤中。我國撫順第三紀褐煤中的“琥珀”就是由植物的樹脂演變而成的。第37頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三c樹蠟樹蠟的化學性質類似于脂肪，但比脂肪更穩定。它呈薄層覆于植物的葉、莖和果實表面，以防止水分的過度蒸發和微生物的侵入。其化學性質穩定，遇強酸也不易分解。在泥炭和褐煤中經常可發現樹蠟。d角質角質是角質膜的主要成分，其含量可達50%以上。植物的葉、嫩枝、幼芽和果實的表皮常常覆蓋著角質膜，作用亦是防止水分的過度蒸發和微生物的侵入。角質是脂肪酸脫水或聚合的產物，化學性質穩定，能較好的保持在煤中。第38頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三e木栓質木栓質將植物的木栓組織浸透以提高其抵抗微生物作用腐爛變質的能力。在木栓中木栓質約含25%～50%。木栓質的主要成分是脂肪醇酸、二羧酸、碳原子數大于20的長鏈羧酸和醇類。化學性質穩定，能保持在煤中。f孢粉質孢粉質是構成植物繁殖器官孢子、花粉外壁的主要有機成分，具有脂肪—芳香族網狀結構。化學性質非常穩定，耐酸耐堿且不溶于有機溶劑，并可耐較高的溫度而不發生分解，常完好的保存在煤中。脂類化合物的共同特點是化學性質穩定，因此能較完整地保存在煤中。第39頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三5成煤原始物質對煤質的影響成煤植物的性質及其對成煤的影響,不同種類的植物，同種植物的不同部分，有機族組分的百分含量均不同。例如，木本植物各部分的有機族組成差別甚大，如表1-4所示。除了植物的有機化合物組成外，植物有機質的元素組成也影響著成煤特征和煤的利用。構成植物有機質的元素種類雖少，但含量大，主要有碳、氫、氧、氮4種元素(表l-6)。第40頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三表1-4植物的有機組成%第41頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第42頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三低等植物中蛋白質、脂類化合物含量較高，由低等植物形成的煤中氫含量較高。在高等植物形成的煤中，如果成煤植物殘骸以植物的莖、根等木質纖維組織為主，煤氫含量就較低；如果成煤植物殘骸中角質、木栓質、樹脂、孢粉等脂類化合物較多，煤的氫含量就較高。

煤的組成、性質的差異，影響煤的工業利用，所以，煤的原始物質是影響煤質的重要因素之一。第43頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二成煤過程

成煤過程是指從植物死亡，遺體堆積知道轉變成煤所經歷的一系列演變過程。1成煤條件第44頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（1）古植物條件植物是成煤的物質基礎，只有植物大量繁殖的時期才是成煤的有利時期。在植物發展史上只有當植物演化發展到一定階段，即有高大的木本植物大量繁殖堆積，才能廣泛形成有工業意義的煤層。第45頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（2）氣候條件氣候對成煤的影響主要表現在兩個方面：首先，氣候能影響植物的繁殖，只有溫暖、潮濕的氣候環境最適宜植物的生長繁殖。其次，氣候控制著泥炭沼澤的發育。所以，溫暖、潮濕的氣候條件最適宜成煤。當年平均降水量<年平均蒸發量低洼地區少數沼澤化當年平均降水量>年平均蒸發量低洼地區大范圍沼澤化第46頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（3）自然地理條件泥炭沼澤是發生聚煤作用的良好古地理環境。沼澤

植物死亡后被水掩蓋，避免植物全部氧化。氣候濕潤，適宜植物的生長、繁殖。第47頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（4）地殼運動條件主要表現在：①地殼運動對自然地理環境起控制作用。當地殼發生沉降運動時，可以使近海平原或內陸洼地積水，形成沼澤。沼澤的面積大小，覆水深度、演化過程都受地殼運動控制。②泥炭層的堆積要求地殼發生緩慢的下降。下降的速度最好與植物殘骸堆積的速度大致平衡（水層厚度2m），這種平衡持續的時間越長，形成的煤層也越厚。下降的速度>植物殘骸堆積的速度——植物生長繁殖受限下降的速度<植物殘骸堆積的速度——植物遺體氧化破壞第48頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2成煤過程(1)腐泥煤的生成低等植物的遺體經過復雜的生物化學變化轉變成腐泥的過程腐泥化作用。腐泥化作用形成的環境和條件：低等植物和浮游生物水體較深：湖泊、積水較深的沼澤、海灣、淺海等還原環境：厭氧細菌作用作用：蛋白質、脂肪等分解再聚合、縮合產物：富含水的有機軟泥（腐泥）氣態產物：富含氫的液態和固態瀝青質物質—腐泥腐泥經煤化作用而成腐泥煤。隨煤化程度的增加，腐泥煤發生的變化與腐植煤相似。第49頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三(2)腐植煤的生成

腐殖煤的生成過程稱為成煤過程，包括植物遺體堆積到形成無煙煤的全過程。可大致分為兩個階段：泥炭化作用和煤化作用①泥炭化作用

泥炭化作用是指高等植物遺體經過復雜的生物化學變化和物理化學變化轉變成泥炭的過程。

生物化學變化與物理化學變化a生物化學變化此過程相繼發生氧化分解和還原聚合兩個階段的變化。第50頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第一階段氧化分解

纖維素—單糖木質素—芳香酸和脂肪酸蛋白質—氨基酸第51頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第二階段氧化分解還原聚合

纖維素、果膠—丁乙酸等蛋白質—氨基酸脂肪—脂肪酸腐殖酸鹽、硫化氫、二氧化碳、甲烷等第52頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三表1—7植物與泥炭化學組成的比較

元素組成，%有機組成，%植物與泥炭CHNO+S纖維素半纖維素木質素蛋白質瀝青腐植酸莎草47.205.611.6139.3750.0020~305~105~100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.301~71~30樺川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥炭65.466.531.2026.75o.890.390042.88植物變成泥炭后組成的變化

植物轉變成泥炭后，蛋白質消失了，木質素、纖維素等減少，而產生了植物中沒有的大量腐殖酸。元素組成中，泥炭的碳含量和氮含量有所增加，而氧含量減少。第53頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三b物理化學變化

在泥炭化階段：氧化與還原、需氧菌和厭氧菌、分解與聚合，這些矛盾的綜合作用，對成煤的影響非常復雜，從物理化學的角度看，可歸并為兩種作用。凝膠化作用植物的主要組分在泥炭化階段經過生物化學、物理化學變化，形成以腐殖酸和瀝青質為主體的膠體物質的過程。其在成巖作用階段的延續又稱為鏡煤化作用。絲炭化作用植物的木質纖維組織，主要受氧化作用（遭受森林火災）而產生貧氫富碳的絲炭化物質過程。其中火災是偶然現象。

第54頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三凝膠化作用

第55頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三絲炭化作用第56頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三②煤化作用始于泥炭被泥沙沉積物覆蓋，生化作用逐漸停止，地質化學作用逐漸增強。分為成巖作用和變質作用兩個階段，它們與成煤的關系見下圖。

第57頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三a成巖作用

無定形的泥炭沉積之后由于地殼持續下降，因受上覆無機沉積物的巨大壓力，逐漸發生壓緊、失水、膠體老化硬結等物理和物理化學變化，轉變為具有巖石特征的褐煤的過程。條件：深度不大（200～400m）的地下，溫度<60℃主要作用因素：壓力及壓力作用時間變化：壓緊、失水、膠體老化。發生一定程度的分解與縮聚，纖維素、半纖維素、木質素消失，腐殖酸不斷降低至消失，H、O減少，C增加。第58頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第59頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三b變質作用

褐煤沉降到地殼深處，受長時間地熱和高壓作用，組成、結構、性質發生變化，轉變為煙煤和無煙煤的過程。變化：脫水、脫羧、脫CH4、縮聚，分子內排列規則化，分子量增加。元素組成和含量發生變化，碳含量進一步增加，氧氫含量進一步減少。揮發分和水分的含量減少，腐殖酸完全消失。光澤度增強、密度增加。第60頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第61頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三變質的原因：

溫度：主因第62頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

時間：重要因素在此指溫度與壓力作用時間的長短。作用時間影響的重要性表現在：溫度相同時，時間長則變質程度高；溫度不同時，短時間較高溫度與長時間較低溫度可達到相同的變質程度。

壓力：次因壓力范圍幾十至幾百兆帕。在壓力作用下，煤主要變化是壓緊、失水、孔隙率降低，但也略有促進化學變化的作用，如促使芳香稠環的排列出現定向化趨勢。第63頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第64頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三瓦斯和煤層氣的生成

瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭開采過程中的主要危害形式，但瓦斯又是寶貴的資源。煤中的瓦斯主要是在煤化作用過程中形成的。在煤化作用過程中，煤分子上的側鏈和官能團不斷分解和脫落，生成低分子氣體，即煤層氣，其主要成分為甲烷（70%～96%）。在自然條件下，生成1噸褐煤可產生68m3甲烷，生成1噸肥煤、瘦煤、無煙煤分別可產生甲烷230m3、330m3和400m3。

如果煤層周圍的圍巖不透氣，在煤化作用過程中產生的氣體或被吸附在煤的孔隙中，或逐漸聚積形成煤層氣田。第65頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三什么是沼澤?

沼澤是在一定的氣候、地貌和水文條件下，常年積水或極其潮濕的地段，內有大量植物生長和堆積。

沼澤的分類（1）按水分補給來源的不同，可劃分為三種類型：低位沼澤、高位沼澤、中位沼澤低位沼澤：主要由地下水和地表水補給；水質微酸性到中性，富含礦物質和無機鹽，且有地表水攜帶的泥沙沉積。泥炭灰分含量高，干燥基灰分一般大于7%。成煤環境對煤質的影響第66頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三高位沼澤：主要以大氣降水為補給來源的泥炭沼澤