煤炭概述
1.1认识煤炭
1.1.1.煤的生成
煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体长期埋藏在地下，处于空气不足条件下，经历复杂的生物化学作用和地质作用，逐步形成的由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体可燃矿物。煤炭的生成大体可分为两个阶段，第一阶段是泥煤炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。当植物枯死之后，堆积在充满水的沼泽中，开始是水存在的氧气不足，后来在水面下隔绝空气，并细菌的作用下，知道植物的各部分不断分解，相互作用，最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质，这就是泥炭。这个过程叫做泥炭化过程。这个阶段需要漫长的地质历史时期，需要进行千百万年。第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。当泥炭层形成后。有水经常冲刷大陆的低洼地方，带来了大量的上砂、石，在泥潭层逐渐形成岩层（称为顶板）。被埋在顶板下的泥炭层在顶板下的泥潭层在顶板岩石层的压力作用下，发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等一系列变化，同时它的化学组成也发生了缓慢的变化，逐步变成比重较大，较致密的黑褐色的褐煤。当顶板逐渐加厚，顶板的静压力逐渐增高，煤层中温度也逐渐升高后，煤质便发生变化，逐渐由成岩作用变成了以温度影响为主的变质作用。这样褐煤逐渐变成了烟煤、无烟煤。如果有更高的温度，最终可能变成石墨。
成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件（2）气候条件（3）地理条件（4）地壳运动条件。
1.1.
2.煤的化学组成
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％。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备、污染环境。煤中硫的含量可分为5级：高硫煤，大于4％；富硫煤，为2.5％～4％；中硫煤，为1.5％～2.5％；低硫煤，为1.0％～1.5％；特低硫煤，小于或等于1％。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。
1.1.3.煤中伴生元素
指以有机或无机形态富集于煤层及其围岩中的元素。有些元素在煤中富集程度很高，可以形成工业性矿床，如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等，其价值远高于煤本身。
根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。有益元素主要有锗、镓、铀、钒等，可被利用。有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。硫是煤中常见的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高但危害极大，如砷是一种有毒元素。煤在燃烧中，硫是造成城镇环境污染的主要物质源。当然，对有害元素如果收集、处理得当也可变成对人有用的财富。煤中伴生元素，有各自的地球化学性质，形成于不同的沉积环境中。因此，可根据元素的相对含量、元素的共生组合关系及元素的比值，来判断相和沉积环境。
1.2.煤的开采
1.2.1.煤的开采方式
由于煤炭资源的埋藏深度不同，一般相应的采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。开采方式
露天开采：移去煤层上面的表土和岩石（覆盖层），开采显露的煤层。这种采煤方法，习惯上叫剥离法开采，这是因为露出地面的煤已开采殆尽，有必要剥离表土，使煤层显露出来。此法在煤层埋藏不深的地方应用最为合适，许多现代化露天矿使用设备足以剥除厚达60余米的覆盖层。
矿井开采：对埋藏过深不适于用露天开采的煤层，可用3种方法取得通向煤层的通道，即竖井、斜井、平硐。竖井是一种从地面开掘以提供到达某一煤层或某几个煤层通道的垂直井。从一个煤层下掘到另一个煤层的竖井称盲井。在井下，开采出的煤倒入竖井旁侧位于煤层水平以下的煤仓中，再装入竖井箕斗从井下提升上来。斜井是用来开采非水平煤层或是从地面到达某一煤层或多煤层
之间的一种倾斜巷道。斜井中装有用来运煤的带式输送机，人员和材料用轨道车辆运输。平硐是一种水平或接近水平的隧道，开掘于水平或倾斜煤层在地表露出处，常随着煤层开掘，它允许采用任何常规方法将煤从工作面连续运输到地面。可露天开采的资源量在总资源量中的比重大小，是衡量开采条件优劣的重要指标，我国可露天开采的储量仅占7.5%，美国为32%，澳大利亚为35%；矿
井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。我国采煤以矿井开采为主，如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用这一开采方式，也有露天开采，如内蒙古霍林河煤矿就是我国最大的露天矿区。
1.2.2.煤的开采过程
矸石排放: 煤矿生产排放量最大的固体废物, 也是中国
工业固体废物中产生量和堆积量最大的固体废物, 产生
量一般为煤炭产量的10%左右。中国煤矸石年排放量大约在1.5 亿—2.0 亿t之间。截止2002 年底, 全国煤矸石积存量约34亿t, 占地2.6 万公顷, 是中国工业固体废物中产出量和累计积存量最大的固体废物。2004 年, 全国煤矸石综合利用量为1.35 亿t, 利用率54%。矿井水的排放: 在煤矿建设和生产过程中, 各种类型的水源
水会通过不同的途径进入巷道和工作面, 为了保证采矿
安全, 防止水害发生,需将矿井涌水排出。据不完全统计, 在采煤过程中,2004年全国煤矿矿井水排放约30亿m³, 平均吨煤涌水量约为2m³。资源化利用率仅占22%左右。
瓦斯抽放与矿井通风: 在煤炭开采前和开采中抽放
瓦斯气,是保证煤矿安全的重要措施。但将抽放的瓦斯排入大气, 会产生强烈的温室效应, 瓦斯中所含甲烷的温
室效应比二氧化碳大20 倍。另外煤矿在生产过程中, 井下巷道每秒钟都需要数十万乃至数百万立方米的空气,
它们主要是通过矿井通风来完成, 矿井通风同样含有瓦斯, 并且还有大量粉尘。据近几年有关评价估算, 全国煤层瓦斯资源量为3×106Mm³。2002 年中国重点煤矿煤层瓦斯产生量为9773.37Mm³, 其中利用瓦斯量为517.49Mm³, 利用率5%左右。
传统煤炭开采忽略其它共生、伴生矿物的开采、加工、利用, 造成了资源的浪费。中国煤系共生、伴生20多种矿产, 目前绝大多数没有利用, 另外矿物的随意存
放丢弃还会造成环境污染, 破坏生态环境。生态破坏: 煤炭开采破坏了地壳内部原有的力学平衡状态。引起地表塌陷, 原有生态系统受到破坏。这种破坏使原有土地收益的减少或丧失, 同时也造成地表水利设施的破坏和生态环
境恶化。每年因开采引起的地表塌陷面积已达40万h㎡,且平均每年以1.5万h㎡的速度增加。
1.3.煤的种类
1.3.1.国际煤炭分类概况
在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使煤炭的品种多样化，从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。
为在国际间对煤炭分类方法有一个共同的认识，以利于科学技术交流和国际贸易的发展，由一部分主要产煤国家和用煤国家共同研究提出了一种煤炭分类方法。这种煤炭分类方法最初由联合国欧洲经济委员会煤炭委员会于1949年组成了一个国际煤炭分类工作组研究制订国际
煤炭分类方案，参加研究工作的有奥地利、比利时、丹麦、德国、法国、英国、美国、荷兰、意大利、希腊、捷克、南斯拉夫、匈牙利、苏联和波兰等国家。1953年通过了“硬煤国际分类表”提交煤炭委员会，同时为了贸易和统计的需要，又提出一个“区分各组煤的简化方案”（统计组），该方案在各参加国试用2年后，一般认为可行，于1956年正式向各国推荐使用，并建议做为国际标准。因欧洲各国褐煤资源较多，欧洲经济委员会于1957年提出一个“褐煤国际分类”，于1974年经国际标准化组织（ISO）修改后向各国推荐使用。
硬煤为烟煤无烟煤的统称。指恒湿无灰基高位发热量大于或等于24MJ/Kg,镜质组平均随机反射率大于或等
于0.6的煤。硬煤国际分类是以干燥无灰基挥发分为第一指标，表示煤的煤化程度，当挥发分大于33％，则以恒湿无灰基高位发热量为辅助指标；以表示煤粘结性的坩埚膨胀序数或罗加指数为第二指标；以表示煤的焦性的格一金焦型或奥一阿膨胀度为第三指标，将煤分为62个类别，每个类别以3位阿拉伯数字表示，其中烟煤59类，无烟煤3类。为便于煤炭贸易和统计，又将性质相近的类别煤分为11个统计组。褐煤国际分类是对恒湿无灰基高位发热量小于24MJ/Kg的煤（以这个界限与硬煤区分）以铝甑法焦油产率和新采煤样无灰基总水分为分类指标，将褐煤分为6类5组30个牌号，各个牌号均以2位阿拉伯数字表示。
为使煤炭分类与煤的特性相结合，欧洲经济委员会煤炭委员会固体燃料利用组于1987年提出一个国际硬煤分类编码系统，以代替1956年的国际硬煤分类，使煤炭生产者、销售者和用户根据分类编码能明确地了解煤的质量。该编码系统于1988年4月由欧洲经济委员会第43次会议批准。编码系统选定8个参数说明煤的不同性质，即：
（1）镜质组平均随机反射率Rr(%) 2位数
（2）镜质组反射率分布特征S 1位数
（3）显微组分指数2位数
（4）坩埚膨胀序数1位数
（5）挥发分产率Vdaf(%) 2位数
（6）灰分产率Ad(%) 2位数
（7）全硫含量St,d 2位数
（8）高位发热量Qgr,daf(%) 2位数
根据以上8个参数及给定的数码位数制订出”国际硬煤分类编码系统”。
如某一种煤的特性如下：
（1）镜质组平均反射率Rr1.76% 编码17
（2）镜质组反射率分布特征:S=0.23；
（3）一个凹口编码3
（4）显微组分指数％（体积）
（5）惰质组32 编码33
（6）壳质组10
（7）坩埚膨胀序数1 编码1
（8）挥发分产率Vdaf16.3％编码16
（9）灰分产率Ad18.7％编码18
（10）全硫含量St,d1.42％编码14
（11）高位发热量Qgr,daf36.4MJ/Kg 编码36 则该煤样编码号为17333116181436。
从1989年起,联合国欧洲经济委员会又按煤化程度、煤质品位和煤岩类型订了一个国际煤层煤分类（International Classification of Coal in Seam）。将恒湿无灰基高位发热量低于24MJ/Kg的煤称中煤阶煤。镜质组平均随机反射率小于2.0％，且恒湿无灰基高位发热量不低于24MJ/Kg的煤称中煤阶煤。煤质组平均随机反射率不小于2％的煤称高煤阶煤。镜质组指植物的木质一纤维组织经凝胶化作用转化而成的显微组分组。镜质组反射率指在显微镜下，于油浸及546nm波长条件下镜质组的反射光强度与垂直入射光强度的百分比，以R （％）表示，其值随煤化程度增高而加大。随机反射率是指不转动显微镜载物台所测得的镜质组反射率。
1.3.
2.我国煤炭分类概况
我国煤炭资源品种齐全，煤的种类很多，划分方法不一，主要有以下几种不同的分类方法。
1)按现行的《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86)划
