煤的组成-岩石组成

第一章绪论主要内容：本章主要论述了煤层气开发地质学研究的目的与意义，以及煤层气勘探的开发的现状。

从多个方面分析了我国煤层气的储量、勘探、开发等情况，深入细致的描述了目前我国使用煤层气、利用煤层气的状况，同时也对未来我国煤层气开采的发展和利用做了一定的分析和研究。

第二章煤的物质组成及其基本物理化学性质主要内容：一、煤的物质组成1、煤储层固态物质组成（1）宏观煤岩组成煤是一种有机岩类，包括三种成因类型：①主要来源于高等植物的腐殖煤；②主要由低等生物形成的腐泥煤；③介于前两者之间的腐殖腐泥煤。

宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成的单位，宏观煤岩组成是根据肉眼所观察到的煤的光泽、颜色、硬度、脆度、断口、形态等特征区分的煤岩成分及其组合类型。

（2）显微煤岩组成显微煤岩组成包括有机显微组分和无机显微组分—矿物质。

在光学显微镜下能够识别的煤的基本有机成分，称为有机显微组分，是由植物残体转变而来的显微组分。

无机显微组分指显微镜下观察到的煤中矿物质。

2、煤中的水和气（1）煤中的水煤中的液相是指存在的水。

煤中水存在于煤孔隙—裂隙中，其形态分为液态水、固态水（2）煤中的气煤层中赋存的气态物质就是煤层气，主要化学组分为甲烷、二氧化碳、氮气、重烃气等。

二、煤化作用及煤层气的形成1、煤化作用成煤作用是原始煤物质最终转化成煤的全部作用，它分成两个相继的阶段：从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段；当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、、烟煤、无烟煤和变无烟煤的过程，称为煤化作用阶段，包括成岩作用阶段和变质作用阶段。

2、煤化作用特点及煤化程度指标（1）煤化作用特点①增碳化趋势②结构单一化趋势③结构致密化和定向排列趋势（反光性增强）④煤显微组分性质的均一性趋势⑤煤化作用的不可逆性⑥煤化作用发展的阶段性和非线性（2）煤化程度指标煤化程度指标简称煤化指标，又称煤级指标，不同煤化阶段中各种指标变化的显著性各不相同。

煤炭基础必学知识点
1. 煤炭的定义：煤炭是一种由植物残骸经过地质作用形成的有机岩石。

2. 煤炭的类型：煤炭根据其炭质和含水量的不同可分为无烟煤、炼焦煤、褐煤和泥炭等。

3. 煤炭的组成：煤炭主要由碳、氢、氧和少量的氮、硫等元素组成。

其中碳是主要成分，占煤炭质量的一大部分。

4. 煤炭的形成过程：煤炭是在地质历史上由原始植物积聚而形成的。

这些植物在长时间的压力和温度作用下逐渐转化为煤炭。

5. 煤炭的燃烧特性：煤炭燃烧时产生热量和废气。

煤炭的燃烧分为三
个阶段：放热阶段、水汽生成阶段和煤灰形成阶段。

6. 煤炭的用途：煤炭是一种重要的能源资源，广泛用于发电、供热、
冶金、化工等行业。

同时，煤炭也用于制造煤气、焦炭和煤焦油等副
产品。

7. 煤炭储量和产量：全球煤炭储量丰富，主要储量分布在中国、美国、澳大利亚、俄罗斯等国家。

中国是全球最大的煤炭生产国和消费国。

8. 煤炭的环境影响：煤炭的燃烧会产生大量的二氧化碳和氮氧化物等
有害气体，对空气质量和气候变化有一定影响。

此外，煤炭开采和燃
烧也会对环境造成破坏。

9. 煤炭的清洁利用技术：为了减少煤炭燃烧产生的污染物排放，煤炭
的清洁利用技术得到了广泛研发和推广，包括煤炭洗选、煤气化、燃
烧增效等技术。

10. 煤炭的经济影响：煤炭是许多国家的重要经济支柱，煤炭产业的
发展与国民经济密切相关。

煤炭价格的波动也会对全球市场产生一定
影响。

煤是如何形成的有什么用途煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，是非常重要的能源，煤的形成需要经过很长的时间，我们一定要节省资源。

下面就让小编来给你科普一下煤是如何形成的，一起看看。

煤的形成原因在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥;泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤;当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。

泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。

腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。

腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。

【煤的形成年代】在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期：(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。

主要煤种为烟煤和无烟煤。

(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。

主要煤种为褐煤和烟煤。

(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。

主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。

煤的主要用途煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。

主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。

①燃烧。

煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。

②炼焦。

把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。

焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。

煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。

焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。

电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。

③气化。

气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。

④低温干馏。

把煤或油页岩置于550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。

煤的显微组分组和矿物的测定方法
煤的显微组分组是指将煤中的有机质与矿物质分开，在显微镜下观察煤的显微组分，通常包括以下几个组分：
1. 煤体组分：主要由有机质组成，包括腐植质、孢粉及其他有机颗粒。

2. 矿物质：主要由无机物组成，包括石英、黄铁矿、白云石等矿物。

3. 难熔组分：主要指难以熔融的矿物质，通常是铁、硅、铝等元素的氧化物、硫化物等。

矿物的测定方法通常包括以下几个步骤：
1. 取样制片：从待测矿石或岩石中取样，制成薄片。

2. 显微镜观察：使用偏光显微镜观察制片，根据矿物的物理性质如颜色、形态、折射率等特征，初步确定矿物的类别。

3. 化学反应测定：对观察到的矿物进行一些化学反应测试，如酸碱反应、溶解性等，以进一步确定矿物种类。

4. X射线衍射分析：使用X射线衍射仪对矿物样品进行分析，通过比对标准库中的衍射图谱，确定矿物的晶体结构。

5. 电子显微镜观察：使用电子显微镜观察矿物的微观结构，如
矿物的晶体形态、颗粒大小等。

以上是常见的煤的显微组分组和矿物的测定方法，具体方法的选择与矿物的性质和研究目的有关。

煤显微组分煤是一种有机的生物岩石，可以用岩石学的方法来研究煤，这就是所谓的煤岩学。

从煤岩学角度来划分，煤是由有机显微组分和少量的无机显微组分组成的有机生物岩。

有机显微组分可以分为镜质组、惰质组、壳质组三大类。

物理性质煤岩有机显微组分的物理性质，对煤岩有机显微组分的物理挑选有着重要的指导意义。

（1）密度。

因为显微组分密度不同，所以在了解煤显微组分之前，应该掌握各个显微组分的密度差异。

惰质组显微组分密度最大，镜质组次之，壳质组密度最小。

随着煤变质程度的加深，各个显微组分的密度差异逐渐变小，慢慢会相互交融最终相同。

（2）硬度。

惰质组硬度大于镜质组，在显微组分中惰质组硬度最高。

由于壳质组含量过低不予比较。

（3）润湿性。

各显微组分憎水性为壳质组最强，镜质组其次，惰质组最弱，但是从本质来看各个显微组分的憎水性区别不明显，不能一味地将显微组分的润湿性作为区分它们的标准。

化学性质在有机显微组分中惰质组碳含量要多于镜质组，壳质组碳含量最小；而关于显微组分氢含量则是壳质组最大，镜质组稍低于壳质组，惰质组最小；关于显微组分挥发性，壳质组要远远强于镜质组以及惰质组，所以在煤热解时壳质组最先挥发，在煤岩沉积变质过程中，壳质组反应也是最强烈的，以至于在煤的显微组分中壳质组的含量最低，通常在对比各个显微组分之间差异时，由于壳质组含量过小，不易被提取出来，而不将壳质组作为参与实验对象。

煤岩组分工艺性质煤岩3个显微组分的脆度都有差异，而且其脆度越大越容易被破坏粉碎。

根据哈氏可磨性指数就可以测定出煤粉碎的难易程度。

其中，惰质组脆性最大，通常最快被破碎；镜质组较小，在粉碎时会产生较小粒级；壳质组韧性大以至于难以被破碎，通常存在于大粒级。

因此，在工业作业时，可根据各煤岩显微组分的可碎性和可磨性差异，使用先破碎后筛分的方法，把富集在大粒级的壳质组用于煤炭的液化、气化，再将富集在中粒级的镜质组和富集在较细粒级的惰质组用于炼焦，从而提升煤最大利用效率，在保证质量的基础上提高生产效率增加经济利益。

煤的分子结构煤是一种由有机物质经过长时间的地质作用形成的岩石状燃料。

它主要由碳、氢、氧和少量的氮、硫等元素组成。

煤的分子结构是由多种有机化合物组成的复杂混合物。

以下将对煤的分子结构进行解释。

1. 煤的主要组成煤的主要组成是碳元素。

当植物残渣经过压力和高温等地质作用时，其中的有机化合物会逐渐分解，释放出氧和水分子，留下富含碳的残渣。

这些残渣在进一步的地质作用下形成了煤。

煤中的碳元素以不同的形式存在，主要有纤维素、半纤维素和腈基等。

2. 煤的结构组成煤的分子结构主要由多环芳香烃、醚、酮、酚等有机化合物组成。

这些有机化合物通过共价键连接在一起，形成了复杂的聚合物结构。

多环芳香烃是煤中最主要的有机化合物之一，由苯环和其他环芳香烃组成，具有很高的稳定性和难以降解的特性。

3. 煤的结构类型根据煤的成熟度和形成过程的不同，煤可以分为不同的结构类型，主要包括褐煤、烟煤和无烟煤。

褐煤是最不成熟的煤，其分子结构中含有较多的氧和水分子。

烟煤是中等成熟度的煤，其分子结构中的氧含量较少，碳含量较高。

无烟煤是最成熟的煤，其分子结构中的氧和水分子含量很低，碳含量最高。

4. 煤的结构特性煤的分子结构决定了其物理和化学性质。

由于煤中含有大量的碳元素，因此煤具有高热值和较长的燃烧时间。

此外，煤中的多环芳香烃结构决定了它具有很高的化学稳定性，不容易被分解和燃烧。

另外，煤还含有很多的杂质，如硫和氮等，这些杂质会影响煤的燃烧性能和环境影响。

总结：煤的分子结构是由多种有机化合物组成的复杂混合物。

它主要由碳、氢、氧和少量的氮、硫等元素组成。

煤的结构包括多环芳香烃、醚、酮、酚等有机化合物的聚合物结构。

根据煤的成熟度和形成过程的不同，煤可以分为褐煤、烟煤和无烟煤等结构类型。

煤的分子结构决定了其物理和化学性质，如高热值、化学稳定性等。

同时，煤中的杂质也会对煤的性质产生影响。

煤岩石沉积岩逻辑
煤是一种常见的矿物资源，通常形成于沉积岩中。

沉积岩是由
岩屑、有机质等在地表或水下沉积后经过长时间压实形成的岩石，
而煤本身就是由植物残体在适当的条件下经过长时间的沉积、压实
和变质形成的。

因此，煤与沉积岩之间存在着密切的关联。

从逻辑上来看，煤与岩石的关系可以从多个角度进行分析。

首先，煤是一种含碳的矿物质，而岩石通常是由矿物颗粒或其他岩石
碎屑组成。

因此，煤可以被看作是一种特殊类型的岩石。

其次，煤
的形成过程与沉积岩的形成过程有一定的相似性，都是经过长时间
的沉积和压实形成的。

这种相似性也说明了煤与沉积岩之间的联系。

另一方面，煤与岩石也有一些区别。

煤是一种含碳的有机物质，而岩石则主要由矿物质组成，二者的成分和形成过程有所不同。

但是，煤通常是在沉积岩中形成的，这也说明了煤与沉积岩之间的密
切联系。

总的来说，煤与岩石、沉积岩之间存在着多方面的联系和关联，通过逻辑分析可以看出它们之间的相似性和差异性。

这种关系不仅
在地质学和矿产资源学中具有重要意义，也为我们理解地球演化过程提供了重要线索。

煤的概述1.煤的定义煤主要是高等植物残骸经过复杂的生物化学、物理化学以及地球化学变化转变而来的，由植物死亡、堆积一直到转变成煤的一系列转变过程，在这个转变过程中所经受的各种作用总称为成煤作用。

2.煤的构成2.1元素:煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。

碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。

泥炭中碳含量为50%～60%，褐煤为60%～70%，烟煤为74%～92%，无烟煤为 90%～98%。

化合物:煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。

2.2物理构成:煤是高分子化合物的复杂的混合物，主要由各种矿物质组成，包括各种粘土矿物、硫铁矿、石英、方解石等。

2.3组构骨架:煤分子的基本结构单元由芳香族结构、脂肪族结构以及脂环族结构组成的，此外，还有醚型的氧在基本结构单元之间以桥键组成。

构成煤的高分子化合物的基本结构单元彼此也不一样，这不仅体现在不同成煤阶段以及同一成煤阶段的不同显微组分的分子之间即便同一成煤阶段同一显微分子中间，其缩合程度也不可能一样。

孔隙:煤是具有很大表面积的多孔岩石，含有数量众多、大小悬殊、形态各异的孔隙。

其孔径大小变化在毫米级至纳米级（10^-3～10^-9米）之间。

通常按孔径大小分大孔、中孔、过渡孔、小孔、微孔等级别，但无统一划分标准。

多数煤层气储集在孔径为纳米级的微孔内。

煤中孔隙按成因可分成原生孔和次生孔。

原生孔是煤在沉积过程中形成的孔，包括植物组织的孔；次生孔是在煤化作用过程中形成的孔，其中最有意义的是因挥发作用煤结构变化形成的微孔。

孔径只有几个纳米的微孔可能是煤大分子结构内的空穴。

3.煤质的含义3.1煤质:是指煤的质量3.2衡量标准:水分、灰分、挥发分、发热量、含矸率水分:煤的水分对其加工利用、贸易、运输和储存都有很大的影响。

煤矿岩石分类
煤矿岩石主要分为两大类：煤和岩石。

1. 煤：煤是一种有机质的沉积岩，由植物残体在地壳深处经过长时间压力和热力变质形成。

根据煤的质量和化学成分的不同，可以将煤分为以下几个等级：
- 褐煤：质量较低，含水分较高，碳含量较低。

- 焦煤：质量较高，含挥发分较低，碳含量较高，适合炼焦
产生高炉焦炭。

- 烟煤：质量介于褐煤和石煤之间，常用于发电和工业用途。

- 石煤：碳含量最高，质量最好，适合用于发电和炼焦。

- 其他特殊煤种，如无烟煤、肥煤等，具有特定的特性和用途。

2. 岩石：在煤矿中，除了煤之外还存在其他的岩石类型，主要包括以下几种类型：
- 页岩：富含有机质的黏土矿物质，常与煤层相伴出现。

- 泥岩：主要由细粒的黏土矿物组成，常与煤层相伴出现。

- 砂岩：由石英颗粒组成的沉积岩，常作为煤矿周围的地层。

- 粉砂岩：介于泥岩和砂岩之间的沉积岩，也常见于煤矿周
围地层。

- 砾岩：由砾石和砂石组成，通常出现在河流和水体周围地层。

这些岩石类型在煤矿开采和矿山设计过程中会产生不同的工程地质问题和挑战，需要采取相应的工艺和技术来应对。

煤的14种分类煤是一种含碳量高的矿石，根据其含碳量、灰份含量、挥发分含量、硫含量等特征，可以将煤分为以下14种分类：1. 褐煤（Lignite）：褐煤含碳量较低，通常为20%至35%，具有较高的水分和灰份含量。

燃烧时产生的热值较低。

2. 亚褐煤（Sub-Bituminous Coal）：亚褐煤的含碳量稍高，通常为35%至45%，水分和灰份含量较低于褐煤，但仍较高。

热值较高于褐煤。

3. 可燃黑色页岩（Bituminous Coal）：可燃黑色页岩是最常见的煤种，含碳量为45%至86%，水分和灰份含量相对较低，热值较高。

4. 薄煤（Semi-Anthracite）：薄煤的含碳量较高，通常为70%至80%，水分和灰份含量较低。

热值较高。

5. 煤焦炭（Coke）：煤焦炭是一种通过高温热解处理而得到的煤制品，含碳量高达90%以上，水分和灰份含量极低。

用于冶金工业。

6. 煤矸石（Coal Gangue）：煤矸石是煤的一种附带矿石，主要由岩石、泥土和煤炭残渣组成。

7. 煤泥（Coal Slurry）：煤泥是煤的一种悬浮液体，由细碎煤和水混合而成。

8. 煤灰（Coal Ash）：煤灰是煤燃烧后残留下来的固体物质，主要由矿物质和无机物组成。

9. 煤炭焦油（Coal Tar）：煤炭焦油是煤焦炭炼制过程中产生的一种液体副产品，主要用于化工工业。

10. 煤气（Coal Gas）：煤气是通过煤的热解过程产生的一种气体燃料，主要由一氧化碳、氢气和甲烷组成。

11. 煤矿瓦斯（Coal Mine Gas）：煤矿瓦斯是在煤矿开采过程中释放出的一种气体，主要由甲烷组成。

12. 煤层气（Coalbed Methane）：煤层气是储存在煤矿煤层中的天然气，主要由甲烷组成。

13. 可燃冰（Methane Hydrate）：可燃冰是一种在深海沉积物中储存的天然气水合物，主要由甲烷组成，与煤有一定的关联。

14. 煤炭灰石（Coal Ash Stone）：煤炭灰石是经过煤矸石经过磨碎、烧结等工艺加工而成的人造石材，主要用于建筑和装饰。

煤矿基岩的概念煤矿基岩是指煤炭资源富集的岩石体，由含煤层与夹矸岩层组成的复杂岩石。

煤炭是地壳中保存最多的矿产资源之一，煤炭的形成是地球演化历史中重要的一部分。

煤炭的形成主要是在古代陆地地表发育的植被经过生物化学作用和地质作用而形成的。

在地质历史演化过程中，一些湖泊、河流和沿海地区等地的植物死亡后，埋藏在沉积层中，由于受到高温、压力和时间等因素的影响，植物的有机物质逐渐转化成煤炭。

煤矿基岩是围绕煤层形成的岩石，由砂岩、泥岩、页岩等非煤层岩石构成。

这些非煤岩石在地质历史演化过程中与煤层一起沉积、压实和固结，使煤层能够保存在地下长期保存。

煤矿基岩一般具有较高的含水量、较高的孔隙度和较低的岩层强度，这些特征对煤矿的开采会产生一定的影响。

煤矿基岩不仅是煤炭资源保存的基础，也是煤矿开采工程设计的重要依据。

煤矿基岩的性质直接决定了煤矿开采工程的稳定和安全性。

煤矿基岩的主要特点包括：1.岩性复杂多样化，包括泥岩、砂岩、页岩等。

其中，泥岩容易搬运和抛泥，砂岩硬度较大，页岩质地致密。

2.水分含量较高，受空气和地质因素的影响，煤矿基岩中的水分含量较高。

3.孔隙度大，煤矿基岩中的孔隙度相对较大，这对煤矿的开采有着重要的影响。

在煤矿开采过程中，煤矿基岩的性质对开采工程的稳定性和安全性有着重要的影响。

首先，煤矿基岩强度低，容易产生塌陷、滑坡和决堤等地质灾害，给煤矿开采造成一定的危害。

其次，煤矿基岩中的水分含量较高，容易导致开采现场积水和煤层冲积。

再次，煤矿基岩中的孔隙度大，不仅影响煤矿通风和瓦斯抽采，还会导致开采现场的坍塌。

为了确保煤矿开采工程的稳定和安全，煤矿基岩的性质需要进行详细的勘探和分析。

在煤矿开采前，需要对煤矿基岩进行地质勘探，通过钻探、采样和实验等方法获取煤矿基岩的有关数据。

在煤矿开采过程中，需要根据煤矿基岩的特性设计合理的采矿方法和支护措施，减小地质灾害的发生概率。

此外，煤矿开采后需要对煤矿基岩进行环境修复，恢复煤矿基岩的稳定状态。

煤主要成分煤的主要成分是碳，约占95%。

碳有很多同素异形体，它有不同的化学组成，其中最重要、用途最广的是石墨，约占1%。

石墨是一种灰色固体，有油脂光泽，质软具有可塑性，比金刚石还硬。

石墨与金刚石的结构和物理性质都非常相似，只是层状的排列方式不同。

石墨可由石油或天然气的焦油里，经过原子的富集和分馏，从中提炼出来。

石墨不仅可以做耐高温的材料，而且还是良好的润滑剂和防腐剂。

在自然界中，无论在陆地或海洋的大片土地上，在植物的根部或坚硬的岩石下，都可找到石墨矿床。

石墨的主要用途是制造石墨电极。

它的特点是热稳定性能好，导电性能强，但有良好的润滑性，而且摩擦系数小，不易粘附在金属上，因此可用来制造石墨电极、坩埚等。

石墨还可以加工成润滑剂和各种耐火材料，也可以制作电极、电刷、铅笔的笔尖和活塞环等。

可以说，石墨几乎应用于所有需要耐高温的地方。

但在生产实践中，人们总是千方百计地寻找廉价而又便宜的石墨替代品，以满足冶金、机械、电气、化工等行业对耐热材料日益增长的需求。

在科学技术不发达的古代，人们并不了解煤的这些优越性能。

因为当时生产力水平低下，人们对煤的用途了解得很少。

直到14世纪以后，随着生产力的发展，石油开采业的兴起，石油价格的不断上涨，人们才开始对石油与煤进行分别研究。

当时，石油在工业上的重要用途是用于制造燃料和汽油；而煤则主要用来制造炭黑、人造石油和沥青。

为此，英国曾专门成立过“煤公司”，以促进煤炭与石油的分离，进而使煤的利用扩大到工业上。

进入20世纪以后，石油被大量开采，石油资源的匮乏使各国不得不考虑寻找新的能源。

对石油与煤的区别，人们研究得更深了，许多专家从物理、化学、力学等角度分析两者的差别，指出了石油与煤的许多共同点，并提出了“油煤”这个概念。

所谓油煤，就是石油与煤的混合物。

人们希望将来能通过人工合成石油，以减轻对进口石油的依赖程度。

不久前，在科学家的帮助下，已经能够人工合成一种类似石油的物质，它可以取代石油，作为汽车、飞机等交通工具的燃料。