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第一章绪论第一节煤炭是中国的主要能源一、中国的能源构成中国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家。自从1989年煤炭产量超过10亿t后，一直稳居世界第一，煤炭消费始终占一次能源的70%以上。表1-1是世界主要国家一次能源消费结构对比数据。表1-1世界上主要国家一次能源消费结构国别石油/%天然气/%煤炭/%核能/%水能/%总计/Mt油相当量美国39.8026.3024.308.502.102028.6加拿大35.7028.5011.2012.5012.10222.50丹麦49.0012.1038.90——20.60法国39.0011.906.0040.003.10232.00德国40.5018.3028.9011.700.60333.20英国38.1028.0023.0010.500.40217.80俄罗斯24.5050.4019.003.902.20644.60中国19.202.0076.400.501.90748.70日本56.1011.4017.1014.001.40478.50总计40.0023.0027.207.202.604926.50二、中国煤炭资源储量及分布根据中国煤田地质总局第三次全国煤田预测资料：我国2000m以浅的煤炭资源总量为5.57万亿t，其中已发现保有储量1.02万亿t，预测资源量4.55万亿t。我国煤炭资源总量大，但探明成度低，开采条件差，可供建井的储量严重不足。根据全国矿产储量表和实际情况汇总，截至1996年底全国未利用的经过普查以上的煤产地共2092处，保有储量3827.43亿t。其中可能利用的1219处，储量2411.5亿t；暂时利用和极难利用的873处，储量1415.93亿t。达到详查程度的储量有1679亿t，达到精查程度的储量有646.8亿t，其中可供建井的储量仅有365.2亿t。按矿井生产能力与后备储量1：200的比例，仅能提供建设1.8亿t的矿井生产能力。此外，在这些储量中尚包括远离消费地、严重缺水，以及地质及资源条件差所造成的非经济开发储量。可见，煤炭后备资源严重不足，1难以满足国民经济发展对煤炭的需求。从总量看，我国的煤炭资源丰富，但煤炭产地多且远离经济发达地区和煤炭主要消费地。全国第三次煤炭资源分布统计如表1-2所列。表1-2煤炭资源分布统计表赋煤区已发现资源量/亿t占全国比例/%资源总量/亿t占全国比例/%东北1311.712.883940.017.07华北6656.1665.3928114.9350.47华南981.39.653786.446.80西北1223.5712.0219786.035.52滇藏6.630.0676.320.14全国10179.3610055703.7100除上海市外其他省（市、区）都有探明煤炭储量，但是规模和储量丰度差异很大。仅晋、陕、蒙、新、黔、皖、滇、豫、鲁、冀11省（区）普查以上的保有储量就有5395.9亿t，占全国的92.8%，其中晋、陕、蒙3省（区）达到3774.4亿t，占全国的64.9%。以秦岭、淮河为界，北方地区普查以上的保有储量5182.9亿t，占全国的89.1%；南方各省仅有634.6亿t，占10.9%。中西部普查以上的保有储量有5360.5亿t，占全国的92.1%；而经济发达的东部沿海辽、京、冀、鲁、苏、浙、闽、粤、琼、桂等省区普查以上的保有储量仅有457.0亿t，占全国的7.9%。我国煤炭资源的分布呈明显的北多南少、西多东少的特点。第二节煤化学的主要内容及其在煤炭加工利用中的作用煤化学是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包括分子结构和孔隙结构）、性质、分类以及它们之间的相互关系的科学。广义煤化学的研究内容还包括煤炭转化工艺及其过程机理的问题。煤的组成和结构复杂，而且极不均匀。从组成上来说，它是由上千种有机物和几十种无机物组成的复杂混合物。有机物是煤炭利用和研究的主体，无机物对于煤的利用基本上是不利的甚至是有害的。迄今为止，对于煤中的有机物种类及其分子结构还不十分清楚。煤的组成和性质受多种因素的影响，主要有成煤原始植物的种类、植物遗体堆积和积聚的环境（气候、水质、水流、水深、地质、土壤、地理位置等）、埋藏深度、沉积时间、地壳运动、地下水质及水流，等等。由此可见，煤的组成和性质的复杂性不是偶然的，人类对于煤的认识还有很长的路要走。虽然煤化学的发展已经有200多年的历史，但对于煤的许多问题还不明了，特别是煤的分子结构问题是目前困扰科学家的最大难题。煤的组成和性质是煤化学研究的核心，也是指导煤炭加工利用的基础。现代煤炭加工利用的各种工艺均离不开煤的组成和性质的分析，简单归纳如下：2（1）煤炭分选：确定分选工艺必须要知道原煤的灰分、硫分、变质程度、密度、矿物质与煤的结合情况等基本指标。（2）粉煤成型：确定成型工艺和配方必须要知道原煤的灰分、挥发度、水分、硫分、密度、粒度组成等基本指标。（3）动力煤配煤：确定配煤工艺和配方必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成等基本指标。（4）水煤浆：确定制浆工艺和添加剂的用量必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成、表面性质等基本指标。（5）煤炭燃烧：选择合适的燃烧设备必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、发热量、灰熔点、粘结性、粒度组成等基本指标。（6）煤炭气化：选择合适的气化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素组成、发热量、灰熔点、灰粘度、粘结性、反应性、结渣性、粒度组成等基本指标。（7）煤炭液化：选择合适的液化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素组成、矿物组成、粘结性、粒度组成等基本指标。（8）煤炭焦化：制造优质冶金焦必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粘结性、粒度组成等基本指标。（9）煤基碳素耐火材料：制造优质碳素耐火材料必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。（10）电极糊：制造优质电极糊必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、导电性、矿物组成、粒度组成等基本指标。（11）炭质吸附剂：制造优质炭质吸附剂（活性炭、炭分子筛）必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。3第二章煤的生成煤是植物遗体经过生物化学的作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。成煤作用大致可以分为两个阶段：第一个阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断分解、化合、堆积的过程。这个过程起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当已形成的泥炭和腐泥由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用转化为第二阶段——煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。成煤第二阶段包括成岩作用和变质作用。在这一阶段中起主导作用的是物理化学作用。在温度和压力的影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。煤与煤之间的性质千差万别，不仅不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大。在同一煤田同一煤层不同地点采的煤样，其煤质也有较大的差别；甚至是同一煤田同一煤层同一地点采样，而采样时，将煤层从上到下分成若干个分层采样，各分层的煤质也有差别。引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤作用有关。第一节年代地层系统和主要聚煤期一、地质年代某地质年代内形成的岩层，称为该地质年代的地层。划分地层、确定地层生成次序的主要依据是古生物化石。生存于某一段地质历史时期的生物，称为古生物。而保存在地质中的古生物遗骸和遗迹，称为化石。其中演化快、生存时间短、而且分布又广泛的生物化石，称为标准化石。表2-1地质年代表注代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新生代第四纪全新世更新世0～0.018被子植物大量繁殖，为成煤提供原始物质古人类出现新近纪上新世中新世～0.2384古近纪渐新世始新世古新世～0.65哺乳动物中生代白垩纪晚白垩世早白垩世～1.442被子植物裸子植物极盛，为成煤提供原始物质爬行动物侏罗纪晚侏罗世中侏罗世早侏罗世～2.03三叠纪晚三叠世中三叠世早三叠世～2.51古生代晚古生代二叠纪晚二叠世中二叠世早二叠世～2.98裸子植物孢子植物极盛，为成煤提供原始物质两栖动物石炭纪晚石炭世早石炭世～3.54泥盆纪晚泥盆世中泥盆世早泥盆世～4.10早古生代志留纪顶志流世晚志流世中志流世早志流世～4.40裸蕨植物海藻大量繁殖，为石煤的形成提供原始物质鱼类无脊椎动物奥陶纪晚奥陶世中奥陶世早奥陶世～4.95寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世～5.45续表2-1代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新元古代震旦纪晚震旦世早震旦世～6.80菌藻类南华纪晚南华世早南华世～8.005青白口纪晚青白口世早青白口世10.00中元古代蓟县纪晚蓟县世早蓟县世14.00长城纪晚长城世早长城世～18.00古元古代滹沱纪～25.00新太古代～28.00中太古代～32.00古太古代～36.00始太古代～45.00二、年代地层单位国际上通用的年代地层单位，即为宇、界、系、统、阶、带六级。宇是最大的年代地层单位。现将常见的年代地层单位解释如下。1.界它的划分主要是根据生物界演化史上大的阶段。不同界中生物界有较明显的差别，界可划分为若干次一级的地层单位——系。2.系系指一个纪的时间内形成的地层。它是界的组成部分。每个系均有其特征的生物群。系又可再划分为若干个更次一级的地层单位——统。3.统统相当于一个世的时间内形成的地层，它是系的组成部分。通常，一个系可分为若干个统。表2-2地层单位名称及其代号简表界（代号）系（代号）统（代号）新生界（KZ）第四系（Q）全新统（Qh）更新统（Qp）新近系（N）上新统（N2）中新统（N1）古今系（E）渐新统（E3）始新统（E2）古新统（E1）中生界（MZ）白垩系（K）上白垩统（K2）下白垩统（K1）侏罗系（J）上侏罗统（J3）中侏罗统（J2）下侏罗统（J1）三叠系（T）上三叠统（T3）6中三叠统（T2）下三叠统（T1）古生界（PZ）二叠系（P）上二叠统（P3）中二叠统（P2）下二叠统（P1）石炭系（P）上石炭统（C2）下石炭统（C1）泥盆系（D）上泥盆统（D3）中泥盆统（D2）下泥盆统（D1）志流系（S）顶志流统（S4）顶志流统（S3）顶志流统（S2）顶志流统（S1）奥陶系（O）上奥陶统（O3）中奥陶统（O2）下奥陶统（O1）寒武系（上寒武统（中寒武统（下寒武统（新元古界（Pt3）震旦系（Z）南华系（Nh）青白口系（Qb）中元古界（Pt2）蓟县系（Jx）长城系（Ch）古元古界（Pt1）滹沱系（Ht）新太古界（Ar3）中太古界（Ar2）古太古界（Ar1）始太古界（Ar0）三、岩石地层单位岩石地层单位与上面的年代地层单位完全是并列的，在煤矿区的地层系统表中，经常见到的是一些岩石地层单位，如群、组、段、层等。1.群群是最大的岩石地层单位，群与统是两套不同的地层单位，没有可比性。群有时也可大于统，甚至大于系。2.组组是基本岩石地层单位。如华北二叠系下部的含煤地层称为山西组，华南二叠组系上部的含煤地层称为龙潭组。3.段7段是小于组的地方性地层单位。根据岩性特征等标志的不同，可以把组划分为若干段。例如，四川华莹山南段矿区的龙潭组分为五段，主要可采煤层大多赋存于第一段中。四、我国的主要聚煤期自从地球上出现植物，便有了成煤的物质条件。但由于地史上大的地壳运动，常常使地形、气候和空气中CO2的含量以及气体条件发生过变化。这些变化不仅促使各阶段植物体本身的演化，而且使得各个时期植物的繁盛程度和堆积强度也不同。加之当时受地表海陆分布、隆起与沉降状况、沉积作用等因素的影响，故使各时期聚煤作用的强弱有很大差异。几个较强的聚煤作用时期是：新生代新近纪