任務(wù)一認(rèn)識(shí)煤炭主要內(nèi)容：（1）成煤的物質(zhì)是什么？（2）煤是如何形成的？2009年11月在新疆沙爾湖煤田勘查區(qū)鉆孔，鉆探出可采煤層11層，總厚度達(dá)301米，其中一處單一煤層的最大厚度達(dá)217.14米，再次刷新了全國(guó)紀(jì)錄。知識(shí)點(diǎn)一煤的形成1、煤是由植物（

plant

）形成的

煤是由植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成的沉積有機(jī)巖。

2低等植物和高等植物的特點(diǎn)(characteristics)

低等植物(lowerplants)：包括菌類和藻類，是由單細(xì)胞和多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀體或葉狀體植物，沒(méi)有根、莖、葉等器官的分化。高等植物(higher

plants)

：包括苔蘚、蕨類、裸子植物和被子植物。進(jìn)化論認(rèn)為，高等植物由低等植物長(zhǎng)期進(jìn)化而來(lái)，構(gòu)造復(fù)雜，有根、莖、葉的區(qū)別。

地史上植物演化年代見(jiàn)圖2-1。0.0180.2-0.61.442.032.512.983.544.104.404.955.45低等植物——海帶低等植物——地衣高等植物——蕨類植物高等植物——松樹(shù)3

我國(guó)主要聚煤期

我國(guó)主要聚煤期：新生代新近紀(jì)-古近紀(jì)（約0.24～0.65億年）中生代晚侏羅世-早白堊世（約1.44億年）早、中侏羅世（約2.03億年）晚三疊世（約2.5億年）晚古生代晚二疊世（約3億年）晚石炭世-早二疊世（約3～3.54億年）早石炭世（約3.54億年）早古生代早寒武世（約5.45億年）

4

植物的主要化學(xué)組成(constituents)

（1）碳水化合物（carbohydrates

）

（2）木質(zhì)素（lignins

）

（3）蛋白質(zhì)（proteins

）

（4）脂類化合物（lipids/lipidiccompounds

）包括纖維素、半纖維素及果膠質(zhì)。

纖維素：是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素一般不溶于水，在溶液中能生成膠體，容易水解。在泥炭沼澤的酸性介質(zhì)中，纖維素可以分解為纖維二糖和葡萄糖等簡(jiǎn)單化合物。

半纖維素：化學(xué)組成和性質(zhì)與纖維素相近，但比纖維素更易分解或水解為糖類和酸。

果膠：糖的衍生物，呈果凍狀。在生物化學(xué)作用下，水解成一系列單糖和糖醛酸。4.1碳水化合物（carbohydrates

）

4.2木質(zhì)素lignins

木質(zhì)素也是植物細(xì)胞壁的主要成分，常分布在植物根、莖部的細(xì)胞壁中。木本植物的木質(zhì)素含量高，木質(zhì)素是具有苯基丙烷芳香結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，含甲氧基methoxyl

、羥基hydroxyl等官能團(tuán)。木質(zhì)素的單體以不同的鏈連接成三度空間的大分子，比纖維素穩(wěn)定，不易水解，易于保存下來(lái)。在泥炭沼澤中，在水和微生物作用下發(fā)生分解，與其他化合物共同作用生成腐植酸類物質(zhì)，這些物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化成為煤。所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱脑嘉镔|(zhì)中最重要的有機(jī)組分。針葉樹(shù)的松柏醇落葉樹(shù)的芥子醇喬木的－香豆醇

木質(zhì)素，其組成因植物的種類不同而異，見(jiàn)圖。4.3脂類化合物lipidiccompounds

脂類化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有機(jī)溶劑的有機(jī)化合物。在植物中脂類化合物主要有以下幾種。

脂肪：屬于長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或堿性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，參與成煤作用。

蠟質(zhì)：主要是長(zhǎng)鏈脂肪酸與含有24～26個(gè)碳原子的高級(jí)一元醇形成的脂類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易受細(xì)菌分解。

樹(shù)脂

:

樹(shù)脂是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的分泌物，當(dāng)植物受傷時(shí)，膠狀的樹(shù)脂不斷分泌出來(lái)保護(hù)傷口。針狀植物含樹(shù)脂較多，低等植物不含樹(shù)脂。樹(shù)脂不溶于有機(jī)酸，不易氧化，微生物也不能破壞它，因此能很好地保存在煤中。

角質(zhì)和木栓質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不溶于有機(jī)酸，微生物也難以作用，在成煤過(guò)程中能保存下來(lái)。4.3脂類化合物lipidiccompounds4.4蛋白質(zhì)proteins

蛋白質(zhì)：由若干個(gè)氨基酸結(jié)合而形成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子。由于含羧基carboxyl和羥基hydroxyl，蛋白質(zhì)具有酸性和堿性官能團(tuán)，強(qiáng)烈親水性膠體。

高等植物中蛋白質(zhì)含量少；低等植物中蛋白質(zhì)含量高。

植物死亡后，完全氧化條件下，蛋白質(zhì)完全分解為氣態(tài)物質(zhì)；在泥炭沼澤和湖泊的水中，蛋白質(zhì)分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，參與成煤作用，但對(duì)煤的性質(zhì)沒(méi)有決定性的影響。

是煤中硫、氮元素的來(lái)源之一。4.5不同植物化學(xué)組成的差異性植物碳水化合物木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂類化合物細(xì)菌綠藻苔蘚蕨類草類松柏及闊葉樹(shù)12~2830~4030~5050~6050~7060~70001020~3020~3020~3050~8040~5015~2010~155~101~75~2010~208~103~55~101~3木本植物的不同部分木質(zhì)部葉木栓孢粉質(zhì)原生質(zhì)60~75656052020~302010001825702~35~825~3090105煤炭的成因類型

根據(jù)形成煤炭的物質(zhì)基礎(chǔ)劃分煤炭的類型稱為成因類型。主要是：腐植煤、腐泥煤、殘植煤和腐植腐泥煤。（1）腐植煤：由高等植物經(jīng)過(guò)成煤過(guò)程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化作用生成。（2）腐泥煤：主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲(chǔ)量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。（3）殘植煤：由高等植物殘骸中對(duì)生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分(孢子、角質(zhì)層、樹(shù)皮、樹(shù)脂)富集而成。（4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。成煤的條件和環(huán)境

煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、地質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利用價(jià)值的煤炭礦藏。這些條件包括：

（1）大量植物的持續(xù)繁殖(生物、氣候的影響)

（2）植物遺體不能完全腐爛－－適合的堆積場(chǎng)所

(沼澤、湖泊等)

（3）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運(yùn)動(dòng)－－形成上覆巖層和頂?shù)装澹嗝簩樱┏擅鹤饔眠^(guò)程

由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過(guò)程，一般需要幾千萬(wàn)年到幾億年的時(shí)間。腐植煤成煤作用可劃分為兩個(gè)階段：即泥炭化作用

peatification和煤化作用coalification。煤化作用又分為兩個(gè)連續(xù)的過(guò)程即成巖作用diagenesis和變質(zhì)作用metamorphism.

圖示如下：植物泥炭化泥炭成巖作用褐煤變質(zhì)作用煙煤、無(wú)煙煤煤化作用第三節(jié)成煤作用過(guò)程煤化程度metamorphicgrade的概念：在褐煤向煙煤、無(wú)煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)化階段稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程度，或煤級(jí)(rank)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤lignite/browncoal

煙煤

bituminouscoal（長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、

焦煤、瘦煤、貧煤）無(wú)煙煤anthracite。1泥炭化作用peatification1.1泥炭化作用的概念：

高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成泥炭的過(guò)程稱為泥炭化作用。在這一階段，植物首先在微生物作用下，分解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之間相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。1泥炭化作用peatification1.2泥炭化作用的過(guò)程：分兩個(gè)階段

第—階段：多氧條件下

植物遺體暴露在空氣中或在沼澤淺部的多氧條件下，由于喜氧細(xì)菌和真菌等微生物的作用，植物遺體中的有機(jī)化合物，經(jīng)過(guò)氧化分解和水解作用。一部分被徹底破壞，變成氣體和水；另一部分分解為簡(jiǎn)單的化學(xué)性質(zhì)活潑的化合物，它們?cè)谝欢l件下可化合成為腐植酸，而未分解的穩(wěn)定部分則保留下來(lái)。THANKYOUSUCCESS2024/1/730可編輯1泥炭化作用peatification第二階段：缺氧條件下

在沼澤水的覆蓋下，出現(xiàn)缺氧條件，喜氧微生物被厭氧細(xì)菌所替代。分解產(chǎn)物相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。這兩個(gè)階段不是截然分開(kāi)的，在植物分解作用進(jìn)行不久，合成作用也就開(kāi)始了。1.3植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：

（1）組織器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀體－－泥炭；

（2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達(dá)到40%以上。1

泥炭化作用peatification表2—6植物與泥炭化學(xué)組成的比較

元素組成，%有機(jī)組成，%植物與泥炭CHNO+S纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)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.890.390042.882.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時(shí)間。2.3.1溫度的影響

促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過(guò)低（<50～60℃），褐煤的變質(zhì)就不明顯了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3億年以上，但仍處于褐煤階段。通常認(rèn)為，煤化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。溫度越高，變質(zhì)作用的速度越快。因?yàn)樽冑|(zhì)作用的實(shí)質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化，溫度高促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)速度的提高。2.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時(shí)間。2.3.2時(shí)間的影響時(shí)間是影響煤變質(zhì)的另一重要因素。時(shí)間因素的重要性表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，在溫度、壓力大致相同的條件下，受熱時(shí)間越長(zhǎng)，煤化程度越高。第二，煤受短時(shí)間較高溫度的作用或受長(zhǎng)時(shí)間較低溫度（超過(guò)變質(zhì)臨界溫度）作用，可以達(dá)到相同的變質(zhì)程度。2.3.3壓力的影響壓力可以使煤壓實(shí)，孔隙率降低，水分減少；并使煤巖組分沿垂直壓力的方向作定向排列。靜壓力促使煤的芳香族稠環(huán)平行層面作有規(guī)則的排列。盡管一定的壓力有促進(jìn)煤物理結(jié)構(gòu)變化的作用，但只有化學(xué)變化才對(duì)煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)有決定性的影響。人工煤化實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)靜壓力過(guò)大時(shí)，由于化學(xué)平衡移動(dòng)的原因，壓力反而會(huì)抑制煤結(jié)構(gòu)單元中側(cè)鏈或基團(tuán)的分解析出，從而阻礙煤的變質(zhì)。因此，人們一般認(rèn)為壓力是煤變質(zhì)的次要因素。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas一、煤層氣的定義煤層氣是賦存在煤層中以甲烷（CH4）為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤層本身自生自儲(chǔ)式非常規(guī)天然氣。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas二、煤層氣的成因按成因可以分為生物成因氣和熱成因氣，煤型氣經(jīng)過(guò)運(yùn)移并聚集成藏的成為煤成氣藏，仍然保存在煤層中的稱為煤層氣。第四節(jié)煤層氣coal-bedgas二、煤層氣的成因1.生物成因氣生物成因氣是指在相對(duì)低的溫度條件下，有機(jī)質(zhì)通過(guò)細(xì)菌的參與或作用，在煤層中生成的以甲烷為主并含有少量其它成分的氣體。其形成溫度不超過(guò)50℃，相當(dāng)于泥炭－褐煤階段。按生氣時(shí)間、母質(zhì)以及地質(zhì)條件的不同，生物成因氣又可以分為原生生物成因氣和次生生物成因氣兩種類型。（1）原生生物成因氣

原生生物成因氣是煤化作用早期階段（泥炭化和褐煤階段），低變質(zhì)煤在泥炭沼澤環(huán)境中通過(guò)細(xì)菌分解等一系列復(fù)雜作用所產(chǎn)生的氣體。由于泥炭或低變質(zhì)煤中的孔隙很有限，而且埋藏淺、壓力低，對(duì)氣體的吸附作用也弱，所以一般認(rèn)為原生生物成因氣難以保存下來(lái)。（2）次生生物成因氣

次生生物成因氣與盆地水動(dòng)力學(xué)有關(guān)，是煤系地層被后期構(gòu)造作用抬升并剝蝕到近地表后大氣降水帶入的細(xì)菌通過(guò)降解和代謝作用將煤層中已生成的濕氣轉(zhuǎn)變成甲烷和二氧化碳，生成次生生物煤層氣。次生生物成因氣的形成