煤的形成与分类

煤的形成与分类
煤是一种固体可燃的有机生物岩；是以含碳、氢元素为主，同时含有少量氧、硫、氮等元素的矿物燃料；是千百万年前远古时代植物残骸经过极其复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用缓慢的转变而成的。

一．煤的形成
从远古时代植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列的演化过程，这个过程称为成煤作用。

这个过程大致可分为两个阶段：泥炭化阶段和煤化作用阶段。

成煤的原始物质主要是植物，其组成不同是影响煤质的重要因素之一，根据成煤植物不同可以划分出以高等植物为主形成的腐植煤和以低等植物为主形成的腐泥煤两大类，自然界腐泥煤很少见，工业开采中绝大多数是腐植煤，在以后的篇幅中提及的都是腐植煤。

1.泥炭化阶段
植物遗体是成煤原始物质的来源，并不是任何条件下植物遗体都能够顺利地堆积并转变，首先需要的大量的远古植物持续的繁殖、生长、死亡；其次是需要保存植物遗体的环境即原地堆积并且不至于完全被氧化，同时具备这两个条件的便是沼泽。

植物残骸大量堆积在沼泽浅部，在需氧微生物的分解作用下，一部分被彻底破坏分解成气体和水，未被分解的稳定部分则保留下来，在沼泽水的覆盖下，植物遗体逐渐和空气隔绝，厌氧微生物利用植物有机质中的氧发生氧化分解、去羧基和脱水作用，放出了二氧化碳和甲烷气体，形成一种凝胶状、含水分很高的棕褐色物质。

这个过程就是泥炭化过程（阶段）；形成的物质也就是泥炭（也称为泥煤）。

随着地球地壳的不断运动、下沉，泥炭层被深埋于地下，一泥炭层被无机沉淀物覆盖为标志，泥炭化过程结束。

2.煤化作用阶段
当泥炭化过程终止后，生物化学作用也逐渐减弱以至停止，在物理化学和化学作用下，泥炭开始向褐煤、烟煤和无烟煤转变，这个过程称为煤化阶段。

由于作用因素和结果不同，这个阶段可以划分为成岩阶段和变质阶段。

A.成岩阶段
无定形的泥炭因受到上面覆盖无机沉积物的巨大压力逐渐的发生压紧、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过程。

这个过程发生在深度不大的地下，泥炭上面覆盖层大约为200～400mm，温度约为60℃，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逐渐减少，腐植酸含量先增加后减少。

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，煤质的变化转入变质阶段。

B.变质阶段
具有生物岩特征的褐煤沉降到地壳深处，在长时间地热和高压作用下发生化学反应，其组成、结构和性质都在发生变化，引起这些变化的主要因素为温度、时间和压力。

a.温度
地球是一个庞大的热库，巨大的地热使地温自地表常温层以下随深度加大而逐渐升高，由于地温分布的这种规律性，在穿过含煤岩系的深孔中发现煤的变质程度向深部依层递增。

大量资料表明，转变为不同煤化阶段所需的温度大致为：褐煤40～50℃；长焰煤﹤100℃；烟煤﹤200℃；无烟煤﹤350℃。

b.时间
这里所说的时间，严格地讲不是指距今地质年代的长短，而是指某种温度和压力等条件作用于煤的变质过程的长短。

时间因素的影响表现在两个方面，第一是指受热温度相同时，煤的变质程度取决于受热时间长短，受热时间短的煤变质程度低，受热时间长的煤变质程度高；第二是指煤受短时间较高温度的作用和受长时间较低温度作用可以达到相同的变质程度。

c.压力
压力有促进煤物理结构变化的作用，比如孔隙率减小、水分降低等。

但是只有化学变化才可以对煤的化学结构有决定性影响。

因此目前人们一般认为压力是煤质变化过程中的次要因素。

根据煤化过程中变质条件和变质特征的不同，煤的变质作用可以分为深层变质作用、岩浆变质作用和动力变质作用三种类型。

深层变质作用是指煤在地下深处，受到地热和上覆岩层静压力的影响而引起的变质作用；岩浆变质作用是指煤层受到岩浆带来的高温、挥发性气体和压力的影响使煤发生异常变质的作用；动力变质作用是指由于地壳构造变化所产生的动压力和热量使煤发生的变质作用。

二．煤的分类
根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类。

即腐殖煤和腐泥煤。

1.腐泥煤
有低等植物和少量浮游生物形成的煤称为腐泥煤，主要包括藻煤和胶泥煤，藻煤主要有藻类生成；胶泥煤是无结构的腐泥煤植物成分分解彻底，几乎完全由基质组成，胶泥煤中的矿物质含量大于40%即称为油页岩，我国辽宁抚顺、广东茂名、山东黄县等地有丰富的油页岩资源。

2.腐殖煤
有高等植物形成的煤称为腐殖煤，主要是因为植物的部分木质纤维组织在成煤过程中曾变成腐植酸中间产物而得名。

除非特别说明，人们通常讲的煤就是腐殖煤。

腐殖煤是近代煤综合利用的主要物质基础。

根据煤化度不同，可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类：
A.泥炭
泥炭是植物向煤转化过程中的过度产物，含有大量未分解的植物组织；刚开采出来的泥炭含水量很高可达85%～95%，自然风干后可降至25%～35%，干泥炭为棕黑色或黑褐色土状碎块。

我国泥炭储量约为270亿吨，主要分布在大小兴安岭、三江平原、长白山、青藏高原和燕山、太行山等地。

泥炭有广泛的用途，经气化后可制成燃料气和工业原料气；经液化可制的人造液体洁净燃料；经焦化所得泥炭焦是制造优质活性炭的原料；还可以直接用于土壤改良剂和高质量的腐植酸肥料。

B.褐煤
褐煤是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或者暗褐色而得名。

褐煤大多数无光泽，含水一般为30%～60%，空气干燥后仍有10%～30%，易风化破裂。

外观上，褐煤与泥炭最大区别在于褐煤不含未分解的植物组织残骸。

按照煤化度由低到高，褐煤可分为土状褐煤、暗褐煤、亮褐煤和木褐煤。

我国褐煤储量约为893亿吨，集中分布在内蒙古、云南、吉林和黑龙江等地区。

褐煤适宜做气化原料；褐煤干馏后可得热值较高的优质城市煤气，同时焦油产率可达6.0%～8.5%；褐煤制成油煤浆后催化加氢，成油率可得35%。

褐煤易风化破碎，一般不宜长途运输。

C.烟煤
烟煤的煤化度较高于褐煤，因燃烧时烟多而得名。

一般烟煤具有不同程度的光泽，绝大多数呈明暗交替条带状，比较致密，硬度较大。

烟煤是自然界分布最广、储量最大、品种最多的煤种。

根据煤化度不同，我国将其划分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤。

其中气煤、肥煤、焦煤、瘦煤都具有不同程度的黏结性，故统称为炼焦煤。

D.无烟煤
无烟煤是煤化度最高的一种腐殖煤，因燃烧时无烟而得名。

外观呈灰黑色，带有金属光泽，无明显条带。

在各种煤种中，其挥发分最低，硬度最高，燃点高达360～410℃以上。

无烟煤主要用于民用、发电燃料、制造合成氨的原料。