第二章第三节 煤炭

第三节煤炭一、煤炭史话二、煤的形成及分类三、煤炭开采和加工四、煤炭资源称谓“Coal”这个名词来源于古老的盎格鲁撒克逊语——“Col”的意思是发光的或是燃烧的石头。我国：现在：煤或煤炭；古代：石涅、黑金、黑丹、乌金、石墨、石炭等。一、煤炭史话发展史春秋战国时代的地理著作《山海经》记载了煤的产出情况，如：“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅。”“风雨之山，其上多白金，其下多石涅。”《汉书•地理志》：“豫章出石，可燃为薪”。（豫章：今江西境内）可以当柴烧的石头就是煤，此时，煤已经走进人们的日常生活中了。南北朝以后，煤被称为石炭。在1500多年以前的古书《水经注》里记载：“屈茨北二百里有山，夜则火光，昼日但烟，人取此山石炭，冶此山铁”。（屈茨：今新疆库车一带）这表明当时我国用煤炼铁的事业已经很发达。隋唐时代，采煤事业有了进一步发展，以采煤为职业的人逐渐增多起来。唐代有一个从日本到中国来留学的和尚写了一本书，书上说到，在山西太原晋山：“遍山皆有石炭，近远诸州，尽来取烧。”现在山东淄博和太行山东麓一带，还有唐代当年开采煤矿的遗迹。可见当时民间用煤十分普遍。宋代，朝廷开始设有专门的官吏来管理煤炭的生产和买卖。北宋时期，石炭代替木炭，已经成为汴京（今河南开封）居民不可缺少的燃料；当地成千上万户人家做饭取暖都用煤，甚至街头卖小食的也用煤生炉子。13世纪的宋末元初，意大利人马可•波罗旅行来到中国，回国后在他的《东方见闻录》一书中写道：“中国全境之中，有一种黑石，采自山中，如同脉络，燃烧于薪无异，起火候且较薪为优，盖若夜间燃火，次晨不息，其质优良，只是全境不然它物。”马可•波罗所说的“黑石”就是煤，其实，这时我国已经用了1000多年，但在他看来，燃烧“黑石”竟还是一件值得大书特书的奇闻怪事。到了明代，“京师百万之家，皆以石煤代薪”，每年仅仅制造宫廷御用什物，就需要用煤几十万斤。当时民用和手工业用煤的数量就更大了。为了确定各种煤的用途，明代已经有人研究煤的分类。比如根据煤块大小的不同，把煤分成三类：明煤、碎煤和末煤。后来还有人研究煤的成因，认为“煤是远古树木，因地震埋到地下，历经变化而成的。”很有科学道理。明代科学家宋应星所著《天工开物》中详细地介绍了当时的采煤技术：“凡取煤经历久者，从土面能辨有无之色，然后挖掘，深至五丈许，方始得煤。初见煤端时，毒气灼人，有将巨竹凿去中节，尖锐其末，插入炭中，其毒烟从竹中透上。人从其下施攫拾取者，或一井而下；炭纵横广有，则随其左右阔取。其上支板，以防压崩耳……”说明了明代已科学地掌握了采煤方法，懂得采掘、支架、提升和排出毒气的知识。今天的采煤技术，就是在过去采煤技术的基础上发展起采的。明代民族英雄于谦《咏煤炭》写道：凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深。爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉。鼎彝元赖生成力，铁石犹存死后心。但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林。康熙皇帝被困煤窑的故事清朝中期以后，京西门头沟一带流传康熙皇帝被困煤窑的故事。在他亲政后不久，臣下向他禀报门头沟一带“关门窑”的情况，他听了以后半信半疑，想亲自去察个究竟。有一天，他装扮成平民只身前往门头沟私访厂走到过街塔附近，看见一伙像罪犯一样的窑工被人领着往窑坑走去，他也随着那伙人往坑下走。走着走着，闻到一股股烂肉的臭味，他借着油灯的微弱光亮仔细一看，不由得大吃一惊，原来臭味是坑道边上一些死人腐烂的气味，心里发怵了。于是他焦急地要回皇城，立即降旨查封这些关门窑。康熙皇帝一心想着爬出坑口返回城里，施展他的权威，却忘记了这儿是关门窑，眼下已身不由己了。当他刚向坑口爬行时，冷不防挨了一鞭子，被脚踢得滚了下来，这时他一怔靖醒过来了，想走走不了了。于是主意来了，他一狠心张嘴咬破了中指，用自己的鲜血在煤石上写了几句诗：真龙被困关门窑，过街塔下好心焦。血染煤石传圣旨，快快还我大清朝。诗的落款是“康熙御血题记”，再说，朝廷的大臣们找不见皇帝，一个个急得团团转，立即派人四出查巡，忽然在景山煤堆上发现了一块写着血字的煤石，才知道皇帝被困在煤窑里边了上。后来，人们就把康熙皇帝写的那块煤石称为“御血石”，还在过街塔西边修了一座石佛寺，把血石供奉在寺内听人祭祀。这个故事，以特殊情节揭示了门头沟一带窑主的凶残。出土煤雕中国的煤精雕刻，历史悠久、源远流长，考古出土大批实物资料证实，早在六七千年以前的新石器时代晚期，我们的祖先就用煤精磨制出了古朴的用品；从新石器时代晚期起直下唐宋时期的几千年中，中国的煤雕工艺一直延绵不衰，出土的煤精制品遍及全国广大地区。据已经发现和见到的调查、发掘资料初步统计，10个省区30多个县市数十处古墓、遗址中出土的煤精制品和坯料、煤块等，共计已有550多件。陕西风翔高庄、马家庄、大邑丘龙等地春秋战国时期的古墓中。西周国都丰镐遗址出土的炭精环河南陕县出土的东汉炭精小羊四川奉节出土的西汉炭精发饰陕西西安出土的东汉炭精耳珰甘肃嘉峪关出土的晋代煤精猪四川昭化出土的南北朝炭精狮新疆高昌故城出土的唐代煤精方盒（a）盒内装的波斯萨珊王朝银币（b）（一）煤的形成煤是最丰富的化石燃料，在距今3亿年前的古生代石炭纪，生长着大量的植物。二、煤的形成及分类这些生物死后，残骸在地下经长期的堆积、埋藏，在高温、高压、缺氧条件下，经过复杂的物理化学变化而形成的。这一过程称成煤作用。植物死亡后，被氧化及被细菌或微生物分解，使其腐烂成为泥煤(peat)，泥煤中含有大量之水分，燃烧热值不高。泥煤被埋在沉积物底下，受地质作用之温度与温度的增加，使煤原有之水分、氧、氮之含量减少，碳之含量及密度逐渐增加，经褐煤(lignite)、烟煤(bituminouscoal)，最后转变成为无烟煤(anthracite)。无烟煤质地坚硬，燃烧时几乎无烟、耐燃。埋在地下的时间愈久，煤含水及其它挥发成分愈低，煤质愈好。煤中所含不挥发的碳，称为固定碳。无烟煤是最高级的煤，固定碳量在90%以上。固定碳及挥发份多，煤之燃料价值也较高。硫分及水分越多，则煤的品质越差。煤形成过程中的三个因素：细菌：在细菌作用下，残骸的表层部分由于接触空气，经腐解变质，蛋白质和纤维素生成CO2和H2O等气体和液体产物，深埋地下。在缺氧或无氧条件下，厌氧菌将木质素等转变为腐殖酸和沥青等，后者再经多种不同步骤转化为煤。温度：随着地层的下沉和沉积层的加厚明显升高，使成煤过程的变质作用得以进行。压力：压力是变质作用的必要条件之一，压力与温度相关联，温度高时，压力也大。（二）煤的分类主要有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤（煤化程度的不同），其煤化程度依次增高。它们的形成过程，用化学式可大致表示如下：可见，随着煤转化程度的提高，各类产物中的碳氢比依次增高，而氧含量逐渐减小。（1）泥炭煤化最浅的可燃矿物，其含碳量约为55％～60％，氧含量约为30％，在干燥情况下很容易燃烧。另外泥炭中含有大量腐殖酸类物质，经过加工，可以作农作物肥料和生长激素。（2）褐煤泥炭进一步煤化的产物，很容易燃烧，适宜于作为发电燃料，也可用于气化，生成合成原料气或城市煤气。（3）烟煤煤化较深的品种，其挥发分含量达10％～15％，容易燃烧；燃烧时会发出较长的火焰和黑烟，故称烟煤。是世界上储量最多，用途最广的煤种。陈供燃烧外，还大量用于焦炭的冶炼、煤气化和化学工业。（4）无烟煤（又称白煤）煤化过程的最后产物，其合碳量高达89%～98%，质硬，色黑，有金属光泽，燃点较高；燃烧火焰呈蓝色。多用于民用和化肥工业。三、煤炭资源（一）世界煤炭资源煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84×104亿t标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8％。据《1997世界能源统计评论》统计，至1996年底，世界煤炭探明的可采储量为1.03161×104亿t，储采比为224年，其中七位储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非和波兰。1996年世界前七位国家的煤炭储量[Mt]国家无烟煤和沥青煤次烟煤和褐煤合计占世界比例［％］R／P比（1995年R／P）1．美国10649513406324055823.3249(258)2．中国622005230011450011.185(88)3．澳大利亚4534045600909408.8364(375)4．印度680471900699476.8227(245)5．德国2400043300673006.5286(273)6．南非55333-553335.4267(272)7．波兰2910013000421004.1212(212)全世界合计5193585122521031610100.0224(228)1.总括我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭在能源生产和消费中的比例一直在70％以上，而且这种格局短期内不会根本改变。据有关专家预测，到2050年，煤炭在能源中的比例仍占50%以上。为节约和保护资源，实现国民经济和社会可持续发展，正确认识我国煤炭资源基本特征是非常必要的。（一）我国煤炭资源经过反复计算和论证，截至2002年年底：中国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨；人均探明煤炭储量145吨，按人均年消费煤炭1.45吨，即全国年产19亿吨煤炭计算，可以保证开采上百年。包括3317亿吨基础储量和6872亿吨资源量共计1万亿多吨的资源，可以留待后人勘探开发。另一组数据显示：同期中国炼焦用煤储量为649亿吨，还有基础储量1244亿吨、资源量1477亿吨；2003年中国生产焦炭1.78亿吨，出口量占世界贸易量的56.4%。按照近期中国焦炭的生产能力，已经探明的炼焦用煤储量，可以保证开采200年左右。2.我国煤炭资源的地域分布煤炭资源主要分布于昆仑-秦岭-大别山以北地区，煤炭资源量占全国煤炭资源总量的93.08%。煤炭资源主要分布于大兴安岭-太行山-雪峰山以西地区。大致这一线以西的内蒙古、山西、四川、贵州等11个省区，煤炭资源量占全国煤炭资源总量的91.83%。我国煤炭资源地域分布上的北多南少、西多东少的特点，决定了我国的西煤东运、北煤南运的基本生产格局。中国煤炭资源分布面广，除上海市外，全国各省、市、自治区都有不同数量的煤炭资源。在全国2100多个县中，1200多个有预测储量，已有煤矿进行开采的县就有1100多个，占60％左右。按省、市、自治区计算，山西、内蒙、陕西、新疆、贵州和宁夏6省区最多，这6省的保有储量约占全国的81.6％。煤炭资源的分布区域：华北地区最多，占全国保有储量的49.25％；西北地区（30.39％）；西南地区（8.64％）；华东地区（5.7％）；中南地区（3.06％）；东北地区（2.97％）。3.我国煤质特征及煤炭分类（1）煤质特征判别煤炭质量优劣的指标很多，其中最主要的指标为煤的灰分含量和硫分含量。陆相沉积，煤的灰分、硫分普遍较低；海陆相交替沉积，煤的灰分、硫分普遍较高。中国煤炭灰分普遍较高，秦岭以北地区，晋北、陕北、宁夏、两淮、东北等地区，侏罗纪煤田为陆相沉积，煤的灰分一般为10％～20％，有的在10％以下，硫分一般小于1％，东北地区硫分普遍小于0.5％。中国北方普遍分布的石灰纪、秦岭以南地区、湖南的黔阳煤系、湖北的梁山煤系等属海陆交替沉积的煤，灰分一般达15％～25％，硫分一般高达2％～5％。广西合山、四川上寺等地的晚二叠纪煤层属浅海相沉积煤，硫分可高达6％～10％以上。硫分小于1％的特低硫煤占探明储量的43.5％以上，大于4％的高硫煤仅为2.28％。中国的炼焦用煤一般为中灰、中疏煤，低灰和低硫煤很少。炼焦用煤的灰分一般都在20％以上；硫分含量大于2％的炼焦用煤占20％以上。中国炼焦用煤的另一大特点是：硫分越高，煤的动结性往往越强，其可选性一般较差炼焦煤类（27.65％）非炼焦煤类（72.35％）气煤（13.75％）主焦煤（5.81％）肥煤（3.53％）瘦煤（4.01％）其它（0.55％）无烟煤（10.93％）贫煤（5.55％）弱黏煤（1.74％）不黏煤（13.8％）长焰煤（12.52％）褐煤（12．76％）天然焦（0.19％）其它（14.86）分类（2）煤炭分类4.对我国煤炭资源的评价中国煤炭