第二章第三節(jié) 煤炭

第三節(jié)煤炭一、煤炭史話二、煤的構(gòu)成及分類三、煤炭開采和加工四、煤炭資源稱謂“Coal〞這個名詞來源于古老的盎格魯撒克遜語——“Col〞的意思是發(fā)光的或是熄滅的石頭。我國：如今：煤或煤炭；古代：石涅、黑金、黑丹、烏金、石墨、石炭等。一、煤炭史話開展史春秋戰(zhàn)國時代的地理著作<山海經(jīng)>記載了煤的產(chǎn)出情況，如：“女床之山，其陽多赤銅，其陰多石涅。〞“風(fēng)雨之山，其上多白金，其下多石涅。〞<漢書?地理志>：“豫章出石，可燃為薪〞?！苍フ拢航窠骶硟?nèi)〕可以當(dāng)柴燒的石頭就是煤，此時，煤曾經(jīng)走進人們的日常生活中了。南北朝以后，煤被稱為石炭。在1500多年以前的古書<水經(jīng)注>里記載：“屈茨北二百里有山，夜那么火光，晝?nèi)盏珶?，人取此山石炭，冶此山鐵〞?！睬模航裥陆畮燔囈粠А尺@闡明當(dāng)時我國用煤煉鐵的事業(yè)曾經(jīng)很興隆。隋唐時代，采煤事業(yè)有了進一步開展，以采煤為職業(yè)的人逐漸增多起來。唐代有一個從日本到中國來留學(xué)的和尚寫了一本書，書上說到，在山西太原晉山：“遍山皆有石炭，近遠諸州，盡來取燒。〞如今山東淄博和太行山東麓一帶，還有唐代當(dāng)年開采煤礦的遺址。可見當(dāng)時民間用煤非常普遍。宋代，朝廷開場設(shè)有專門的官吏來管理煤炭的消費和買賣。北宋時期，石炭替代木炭，曾經(jīng)成為汴京〔今河南開封〕居民不可短少的燃料；當(dāng)?shù)爻汕先f戶人家做飯取暖都用煤，甚至街頭賣小食的也用煤生爐子。13世紀(jì)的宋末元初，意大利人馬可?波羅游覽來到中國，回國后在他的<東方見聞錄>一書中寫道：“中國全境之中，有一種黑石，采自山中，好像脈絡(luò)，熄滅于薪無異，起火候且較薪為優(yōu)，蓋假設(shè)夜間燃火，次晨不息，其質(zhì)優(yōu)良，只是全境不然它物。〞馬可?波羅所說的“黑石〞就是煤，其實，這時我國曾經(jīng)用了1000多年，但在他看來，熄滅“黑石〞竟還是一件值得大書特書的奇聞怪事。到了明代，“京師百萬之家，皆以石煤代薪〞，每年僅僅制造宮廷御用什物，就需求用煤幾十萬斤。當(dāng)時民用和手工業(yè)用煤的數(shù)量就更大了。為了確定各種煤的用途，明代曾經(jīng)有人研討煤的分類。比如根據(jù)煤塊大小的不同，把煤分成三類：明煤、碎煤和末煤。后來還有人研討煤的成因，以為“煤是遠古樹木，因地震埋到地下，歷經(jīng)變化而成的。〞很有科學(xué)道理。明代科學(xué)家宋應(yīng)星所著<天工開物>中詳細地引見了當(dāng)時的采煤技術(shù)：“凡取煤閱歷久者，從土面能辨有無之色，然后發(fā)掘，深至五丈許，方始得煤。初見煤端時，毒氣灼人，有將巨竹鑿去中節(jié)，鋒利其末，插入炭中，其毒煙從竹中透上。人從其下施攫拾取者，或一井而下；炭縱橫廣有，那么隨其左右闊取。其上支板，以防壓崩耳……〞闡明了明代已科學(xué)地掌握了采煤方法，懂得采掘、支架、提升和排出毒氣的知識。今天的采煤技術(shù)，就是在過去采煤技術(shù)的根底上開展起采的。明代民族英雄于謙<詠煤炭>寫道：鑿開混沌得烏金，藏蓄陽和意最深。爝火燃回春浩浩，洪爐照破夜沉沉。鼎彝元賴生成力，鐵石猶存死后心。但愿蒼生俱飽暖，不辭辛勞出山林?？滴趸实郾焕焊G的故事清朝中期以后，京西門頭溝一帶流傳康熙皇帝被困煤窯的故事。在他親政后不久，臣下向他稟報門頭溝一帶“關(guān)門窯〞的情況，他聽了以后半信半疑，想親身去察個終究。有一天，他裝扮成平民只身前往門頭溝私訪廠走到過街塔附近，看見一伙像罪犯一樣的窯工被人領(lǐng)著往窯坑走去，他也隨著那伙人往坑下走。走著走著，聞到一股股爛肉的臭味，他借著油燈的微弱光亮仔細一看，不由得大吃一驚，原來臭味是坑道邊上一些死人腐爛的氣味，心里發(fā)怵了。于是他焦急地要回皇城，立刻降旨查封這些關(guān)門窯?？滴趸实垡恍南胫莱隹涌谇巴抢?，發(fā)揚他的權(quán)威，卻忘記了這兒是關(guān)門窯，眼下已身不由己了。當(dāng)他剛向坑口爬行時，冷不防挨了一鞭子，被腳踢得滾了下來，這時他一怔靖醒過來了，想走走不了了。于是主意來了，他一狠心張嘴咬破了中指，用本人的鮮血在煤石上寫了幾句詩：真龍被困關(guān)門窯，過街塔下好心焦。血染煤石傳圣旨，快快還我大清朝。詩的落款是“康熙御血題記〞，再說，朝廷的大臣們找不見皇帝，一個個急得團團轉(zhuǎn)，立刻派人四出查巡，忽然在景山煤堆上發(fā)現(xiàn)了一塊寫著血字的煤石，才知道皇帝被困在煤窯里邊了上。后來，人們就把康熙皇帝寫的那塊煤石稱為“御血石〞，還在過街塔西邊修了一座石佛寺，把血石供奉在寺內(nèi)聽人祭祀。這個故事，以特殊情節(jié)提示了門頭溝一帶窯主的兇殘。出土煤雕中國的煤精雕刻，歷史悠久、源遠流長，考古出土大批實物資料證明，早在六七千年以前的新石器時代晚期，我們的祖先就用煤精磨制出了古樸的用品；重新石器時代晚期起直下唐宋時期的幾千年中，中國的煤雕工藝不斷延綿不衰，出土的煤精制品普及全國寬廣地域。據(jù)曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)和見到的調(diào)查、開掘資料初步統(tǒng)計，10個省區(qū)30多個縣市數(shù)十處古墓、遺址中出土的煤精制品和坯料、煤塊等，合計已有550多件。陜西風(fēng)翔高莊、馬家莊、大邑丘龍等地春秋戰(zhàn)國時期的古墓中。西周國都豐鎬遺址出土的炭精環(huán)河南陜縣出土的東漢炭精小羊四川奉節(jié)出土的西漢炭精發(fā)飾陜西西安出土的東漢炭精耳珰甘肅嘉峪關(guān)出土的晉代煤精豬四川昭化出土的南北朝炭精獅新疆高昌故城出土的唐代煤精方盒〔a〕盒內(nèi)裝的波斯薩珊王朝銀幣〔b〕〔一〕煤的構(gòu)成煤是最豐富的化石燃料，在距今3億年前的古生代石炭紀(jì)，生長著大量的植物。二、煤的構(gòu)成及分類這些生物死后，殘骸在地下經(jīng)長期的堆積、埋藏，在高溫、高壓、缺氧條件下，經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)變化而構(gòu)成的。這一過程稱成煤作用。植物死亡后，被氧化及被細菌或微生物分解，使其腐爛成為泥煤(peat)，泥煤中含有大量之水分，熄滅熱值不高。泥煤被埋在堆積物底下，受地質(zhì)作用之溫度與溫度的添加，使煤原有之水分、氧、氮之含量減少，碳之含量及密度逐漸添加，經(jīng)褐煤(lignite)、煙煤(bituminouscoal)，最后轉(zhuǎn)變成為無煙煤(anthracite)。無煙煤質(zhì)地鞏固，熄滅時幾乎無煙、耐燃。埋在地下的時間愈久，煤含水及其它揮發(fā)成分愈低，煤質(zhì)愈好。煤中所含不揮發(fā)的碳，稱為固定碳。無煙煤是最高級的煤，固定碳量在90%以上。固定碳及揮發(fā)份多，煤之燃料價值也較高。硫分及水分越多，那么煤的質(zhì)量越差。煤構(gòu)成過程中的三個要素：細菌：在細菌作用下，殘骸的表層部分由于接觸空氣，經(jīng)腐解蛻變，蛋白質(zhì)和纖維素生成CO2和H2O等氣體和液體產(chǎn)物，深埋地下。在缺氧或無氧條件下，厭氧菌將木質(zhì)素等轉(zhuǎn)變?yōu)楦乘岷蜑r青等，后者再經(jīng)多種不同步驟轉(zhuǎn)化為煤。溫度：隨著地層的下沉和堆積層的加厚明顯升高，使成煤過程的蛻變作用得以進展。壓力：壓力是蛻變作用的必要條件之一，壓力與溫度相關(guān)聯(lián)，溫度高時，壓力也大。〔二〕煤的分類主要有泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤〔煤化程度的不同〕，其煤化程度依次增高。它們的構(gòu)成過程，用化學(xué)式可大致表示如下：

可見，隨著煤轉(zhuǎn)化程度的提高，各類產(chǎn)物中的碳氫比依次增高，而氧含量逐漸減小?！?〕泥炭煤化最淺的可燃礦物，其含碳量約為55％～60％，氧含量約為30％，在枯燥情況下很容易熄滅。另外泥炭中含有大量腐殖酸類物質(zhì)，經(jīng)過加工，可以作農(nóng)作物肥料和生長激素?！?〕褐煤泥炭進一步煤化的產(chǎn)物，很容易熄滅，適宜于作為發(fā)電燃料，也可用于氣化，生成合成原料氣或城市煤氣。〔3〕煙煤煤化較深的種類，其揮發(fā)分含量達10％～15％，容易熄滅；熄滅時會發(fā)出較長的火焰和黑煙，故稱煙煤。是世界上儲量最多，用途最廣的煤種。陳供熄滅外，還大量用于焦炭的冶煉、煤氣化和化學(xué)工業(yè)?！?〕無煙煤〔又稱白煤〕煤化過程的最后產(chǎn)物，其合碳量高達89%～98%，質(zhì)硬，色黑，有金屬光澤，燃點較高；熄滅火焰呈藍色。多用于民用和化肥工業(yè)。三、煤炭資源〔一〕世界煤炭資源煤炭是地球上蘊藏量最豐富，分布地域最廣的化石燃料。據(jù)世界能源委員會的評價，世界煤炭可采資源量達4.84×104億t規(guī)范煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8％。據(jù)<1997世界能源統(tǒng)計評論>統(tǒng)計，至1996年底，世界煤炭探明的可采儲量為1.03161×104億t，儲采比為224年，其中七位儲量最大的國家依次為美國、中國、澳大利亞、印度、德國、南非和波蘭。1.總括我國是一個以煤炭為主要能源的國家，煤炭在能源消費和消費中的比例不斷在70％以上，而且這種格局短期內(nèi)不會根本改動。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，到2050年，煤炭在能源中的比例仍占50%以上。為節(jié)約和維護資源，實現(xiàn)國民經(jīng)濟和社會可繼續(xù)開展，正確認識我國煤炭資源根本特征是非常必要的?！惨弧澄覈禾抠Y源經(jīng)過反復(fù)計算和論證，截至2002年年底：中國探明可直接利用的煤炭儲量1886億噸；人均探明煤炭儲量145噸，按人均年消費煤炭1.45噸，即全國年產(chǎn)19億噸煤炭計算，可以保證開采上百年。包括3317億噸根底儲量和6872億噸資源量合計1萬億多噸的資源，可以留待后人勘探開發(fā)。另一組數(shù)據(jù)顯示：同期中國煉焦用煤儲量為649億噸，還有根底儲量1244億噸、資源量1477億噸；2003年中國消費焦炭1.78億噸，出口量占世界貿(mào)易量的56.4%。按照近期中國焦炭的消費才干，曾經(jīng)探明的煉焦用煤儲量，可以保證開采200年左右。2.我國煤炭資源的地域分布煤炭資源主要分布于昆侖-秦嶺-大別山以北地域，煤炭資源量占全國煤炭資源總量的93.08%。煤炭資源主要分布于大興安嶺-太行山-雪峰山以西地域。大致這一線以西的內(nèi)蒙古、山西、四川、貴州等11個省區(qū)，煤炭資源量占全國煤炭資源總量的91.83%。我國煤炭資源地域分布上的北多南少、西多東少的特點，決議了我國的西煤東運、北煤南運的根本消費格局。中國煤炭資源分布面廣，除上海市外，全國各省、市、自治區(qū)都有不同數(shù)量的煤炭資源。在全國2100多個縣中，1200多個有預(yù)測儲量，已有煤礦進展開采的縣就有1100多個，占60％左右。按省、市、自治區(qū)計算，山西、內(nèi)蒙、陜西、新疆、貴州和寧夏6省區(qū)最多，這6省的保有儲量約占全國的81.6％。煤炭資源的分布區(qū)域：華北地域最多，占全國保有儲量的49.25％；西北地域〔30.39％〕；西南地域〔8.64％〕；華東地域〔5.7％〕；中南地域〔3.06％〕；東北地域〔2.97％〕。3.我國煤質(zhì)特征及煤炭分類〔1〕煤質(zhì)特征判別煤炭質(zhì)量優(yōu)劣的目的很多，其中最主要的目的為煤的灰分含量和硫分含量。陸相堆積，煤的灰分、硫分普遍較低；海陸相交替堆積，煤的灰分、硫分普遍較高。中國煤炭灰分普遍較高，秦嶺以北地域，晉北、陜北、寧夏、兩淮、東北等地域，侏羅紀(jì)煤田為陸相堆積，煤的灰分普通為10％～20％，有的在10％以下，硫分普通小于1％，東北地域硫分普遍小于0.5％。中國北方普遍分布的石灰紀(jì)、秦嶺以南地域、湖南的黔陽煤系、湖北的梁山煤系等屬海陸交替堆積的煤，灰分普通達15％～25％，硫分普通高達2％～5％。廣西合山、四川上寺等地的晚二疊紀(jì)煤層屬淺海相堆積煤，硫分可高達6％～10％以上。硫分小于1％的特低硫煤占探明儲量的43.5％以上，大于4％的高硫煤僅為2.28％。中國的煉焦用煤普通為中灰、中疏煤，低灰和低硫煤很少。煉焦用煤的灰分普通都在20％以上；硫分含量大于2％的煉焦用煤占20％以上。中國煉焦用煤的另一大特點是：硫分越高，煤的動結(jié)性往往越強，其可選性普通較差煉焦煤類〔27.65％〕非煉焦煤類〔72.35％〕氣煤〔13.75％〕主焦煤〔5.81％〕肥煤〔3.53％〕瘦煤〔4.01％〕其它〔0.55％〕無煙煤〔10.93％〕貧煤〔5.55％〕弱黏煤〔1.74％〕不黏煤〔13.8％〕長焰煤〔12.52％〕褐煤〔12．76％〕天然焦〔0.19％〕其它〔14.86〕分類〔2〕煤炭分類4.對我國煤炭資源的評價中國煤炭資源在儲量、勘探程度、地理分布、煤種及煤質(zhì)等方面有以下特點：〔1〕煤炭資源豐富，但人均占有量低?！?〕煤炭資源的地理分布極不平衡?！?〕各地域煤炭種類和質(zhì)量變化較大，分布也不理想。〔4〕適于露天開采的儲量少〔1〕煤炭資源豐富，但人均占有量低中國煤炭資源雖豐富，但勘探程度較低，經(jīng)濟可采儲量較少。所謂經(jīng)濟開采儲量是指經(jīng)過勘探可供建井，并且扣除了回采損失及經(jīng)濟上無利和難以開采出來的儲量后，實踐上能開采并加以利用的儲量。在目前經(jīng)勘探證明的儲量中，精查儲量僅占30％，而且大部分曾經(jīng)開發(fā)利用，煤炭后備儲量相當(dāng)緊張。我國人均：約234.4t世界人均：312.7t美國人均：1045t〔2〕煤炭資源的地理分布極不平衡北多南少、西多東少，分布與消費區(qū)分布不協(xié)調(diào)。華東地域：煤炭87％在皖、魯，而工業(yè)在以上海為中心的長江三角洲地域；中南地域：煤炭72％在豫，而工業(yè)在武漢和珠江三角洲地域；西南地域：煤炭67％在黔，而工業(yè)主要在四川；東北地域：煤炭52％在黑，而工業(yè)集中在遼寧?！?〕各地域煤炭種類和質(zhì)量變化較大，分布也不理想中國煉焦煤在地域上分布不平衡：四種主要煉焦煤種中，瘦煤、焦煤、肥煤有一半左右集中在山西；而擁有大型鋼鐵企業(yè)的華東、中南、東北地域，煉焦煤很少。東北地域，鋼鐵工業(yè)在遼；煉焦煤大多在黑；西南地域，鋼鐵工業(yè)在川；煉焦煤主要集中在黔?！?〕適于露天開采的儲量少露天開采效率高，投資省，建沒周期短。我國適于露天開采的煤炭儲量少，僅占總儲量的7％左右，其中70％是褐煤，主要分布在內(nèi)蒙、新疆和云南。5.我國主要煤田煤田是煤炭生成和分布的地帶。煤礦是人類開采煤炭的場所。人類只需在煤田上開設(shè)煤礦消費煤炭，才干獲得能源。由此可見，煤田的劃分是根據(jù)自然條件，而煤礦的設(shè)立是根據(jù)開采條件。1.大同煤田含煤面積1781.3Km2，資源量341.8億噸。區(qū)內(nèi)產(chǎn)量9000萬噸左右，以動力煤為主，是山西消費出口煤最多的煤田。主要種類為大同動力煤。

但是，隨著與之類似的國內(nèi)陜西神府煤田、內(nèi)蒙古東勝煤田的開發(fā)及神華鐵路的建立、印尼及南非出口動力煤的迅速開展，該現(xiàn)實上已失去競爭力，未來將處于逐年退縮的境地。

大同煤田目前以消費侏羅紀(jì)煤為主，侏羅紀(jì)煤現(xiàn)僅有保有儲量58.8億噸，按現(xiàn)有產(chǎn)量僅可開采20余年。因此,開發(fā)下部石炭-二迭紀(jì)煤田以迫在眉睫.2.寧武煤田面積3087Km2，資源量974.34億噸，區(qū)內(nèi)產(chǎn)量3700余萬噸，以動力煤為主，出口煤量僅次于大同煤田，主要出口種類為平朔洗動力煤.其特點是具有較高的灰熔點，較穩(wěn)定的質(zhì)量及供貨才干。其缺陷是灰分、硫分較高，洗選后仍不如大同煤。目前該礦主產(chǎn)品根本全部出口。大寧煤田最有希望的煤種是在90年代才開場勘測，近年來剛剛開發(fā)的大寧煤田南部侏羅紀(jì)煤。該煤田面積100多平方公里，煤層厚度1-3米，現(xiàn)年消費才干已到達100余萬噸(全部為地方小礦)。3.

沁水煤田含煤面積30500.1Km2，資源量3316.5億噸，以無煙煤和半無煙煤為主。主要有晉城無煙煤和陽泉無煙煤，是山西省第三大出口產(chǎn)品。近年來遭到國外越南鴻基煤、國內(nèi)寧夏無煙煤的沖擊，加上世界無煙煤市場的萎縮，這二個種類也將逐年萎縮。最有出口潛力的是該煤田西南部的焦煤。現(xiàn)有礦井約50個(全是地方小礦)。年產(chǎn)量為450萬噸左右。作為低灰低硫、低揮發(fā)分、強粘結(jié)性焦煤，該煤種必將成為進入國際市場的一個名牌產(chǎn)品。四、煤的開采埋藏在地下的煤層，由于成煤條件不同，地質(zhì)情況各異，有的埋藏很深，有的埋藏較淺，因此開采方法也不一樣。煤的開采方法：露天開采地下開采?，F(xiàn)代露天煤礦開采煤炭的大型發(fā)掘機1.露天開采移去煤層上面的表土和巖石〔覆蓋層〕，開采顯露的煤層。習(xí)慣上又稱叫剝離法開采，這是由于顯露地面的煤已開采殆盡，有必要剝離表土，使煤層顯顯露來。此法在煤層埋藏不深的地方運用最為適宜，許多現(xiàn)代化露天礦運用設(shè)備足以剝除厚達60余米的覆蓋層。露天開采用于地形平坦，礦層作程度延展，能進展大范圍剝離的礦區(qū)最為經(jīng)濟。當(dāng)?shù)V床地形起伏或多山時，采用沿等高線剝離法建立臺階，其一側(cè)是山坡，另一側(cè)幾乎是垂直的峭壁。露天開采使地面遭到損害或徹底的破壞，應(yīng)采取措施，重新恢復(fù)地面。煤層埋藏較深的地方用此法。礦井開采條件的好壞與煤礦中含瓦斯的多少成反比。傳統(tǒng)的地下開采方法：豎井開采斜井開采平硐開采2.地下開采豎井是一種從地面開掘以提供到達某一煤層或某幾個煤層通道的垂直井。從一個煤層下掘到另一個煤層的豎井稱盲井。在井下，開采出的煤倒入豎井旁側(cè)位于煤層程度以下的煤倉中，再裝入豎井箕斗從井下提升上來。