chap2 煤的的形成

脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。低等植物含量 高(20%左右) ，高等植物中含量少(1-2%) ，且主要集 中在孢子和种子中。在生化作用下在酸性或碱性溶 液中分解生成脂肪酸和甘油，前者参与成煤作用。 在天然条件下，脂肪酸具有一定的稳定性，因此从 泥炭或褐煤的抽提沥青中能发现脂肪酸。
1.4.3 脂类化合物
纤维素在生长着的植物体内很稳定，但植物 死亡后，需氧细菌通过纤维素水解酶的催化 作用可将纤维素水解为单糖，后者进一步氧 化则分解为CO2和水，即：
当环境缺氧时即酸性条件下，在厌氧细菌作用 下发酵生成甲烷、氢、丁酸、醋酸等中间产物 无论是水解产物还是发酵产物，它们都可与 植物的其他分解产物缩合形成更复杂的物质 参与成煤，或成为微生物的营养来源。
3、适宜的地质作用的配合
是不是所有的沼泽地区都可以形成煤层呢? 也不是的； 在植物遗体的堆积过程中，如果沼泽的基底不 下降，整个沼泽会很快被植物遗体堆满，后续植 物死亡后不能被水掩盖，遭受氧化而破坏，无法 形成较厚的泥炭层。因此地壳运动对煤的形成有 着重要的影响。 当地壳发生沉运动，其沉降速度与植物遗体的 堆积速度大致相等时，沼泽基底沉降的空间恰好 被植物遗体的堆积所充填，沼泽中积水的深度基 本保持不变，继续维持沼泽环境，这种平衡持续 时间越长，泥炭层的堆积厚度就越大。
半纤维素：多糖，化学组成和性质与纤维 素相近，但比纤维素更易分解或水解为糖 类和酸。 果胶：糖的衍生物，呈果冻状存在于植物 的果实和木质部中。在生物化学作用（泥 炭化作用）下，水解成一系列单糖和糖醛 酸。
1.4.2 木质素
木质素主要分布在高等植物的细胞壁中，包围着纤
维素并填满其间隙，以增加茎部的坚固性。
2、适宜的地理环境
是否所有的植物死亡后都能转变成煤呢？ 不是的。 如果植物残体堆积在空气畅通的地方，则受喜氧细菌 的作用而被完全氧化，分解成CO2和H2O而不能成煤。但 在有水和隔绝空气的地方，则不能完全氧化。而在自 然界中，只有泥炭沼泽具备这种条件。因为沼泽是地 表常年积浅水，气候非常湿润的洼地，所以沼泽环境 很适宜植物的生长、繁殖。当植物死亡后，又能及时 被沼泽中的水掩盖，避免植物全部氧化分解，而其中 一部分分解产物能保存下来并最终变成煤。所以，泥 炭沼泽是发生聚煤作用的良好地理环境。
孢粉质：构成孢粉和花粉外壁的主要成分。 具有脂肪－芳香族网状结构。
以上物质化学性质十分稳定，不溶于有机酸，微生物也 难以作用，在成煤过程中能保存下来。
1.4.4 蛋白质
蛋白质：由若干个氨基酸结合而形成的结构复杂的高分 子。由于含羧基和羟基，蛋白质具有酸性和碱性官能团， 强烈亲水性胶体。 高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量高。 植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为气态 物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、 喹啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有 决定性的影响。 煤中硫、氮元素的来源之一。
5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3
木质部 叶 木 栓 孢粉质 原生质
60~75 65 60 5 20
20~30 20 10 0 0
1 8 2 5 70
2~3 5~8 25~30 90 10
1.5 煤炭的成因类型
根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主要 是：腐植煤、腐泥煤、残植煤。
木质素的组成3 OH
CH CH CH2OH
针叶树的松柏醇
CH CH CH2OH
落叶树的芥子醇
CH
CH CH2OH
乔木的－香豆醇
1.4.3 脂类化合物
脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等 有机溶剂的有机化合物。在植物中脂类化合物主要 有以下几种。
当地壳沉降速度小于植物遗体堆积速度时，沼 泽基底沉降的空间不足以充填植物遗体，相当于沼 泽中积水的深度变浅，这种状况持续一段时间后， 沼泽被植物遗体填满，后续植物死亡后不能被水掩 埋，遭受氧化而破坏，无法形成较厚的泥炭层。 当地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度时，沼 泽基底沉降的空间不能被植物遗体填满，相当于沼 泽中积水的深度增大，这种状况持续一段时间后， 沼泽逐渐演变为湖泊。由于水深超过一定限度(一 般认为是2m)，植物的生长繁殖受到限制，泥炭层 的沉积中断，不能形成较厚的泥炭层，转而沉积泥 砂物质，逐渐把泥炭层覆盖起来。这层覆盖物就成 为以后煤层的顶板或夹矸层。
木质素具有芳香结构，带有侧链的聚合物，含甲氧 基、羟基等官能团。木质素的单体以不同的链连接 成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不易水解， 易于保存下来。
但在泥炭沼泽中（多氧），在微生物作用下易氧化 成芳香酸和脂肪酸，与其他化合物共同作用生成腐 植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。故木质素 是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分。
1.2 低等植物和高等植物的特点 低等植物：包括菌类和藻类，是由单细胞和多细 胞构成的丝状体或叶状体植物，没有根、茎、叶等 器官的分化。它们大多数生活在水中，是地球上最 早出现的生物。 高等植物：包括苔藓、蕨类、裸子植物和被子植 物。进化论认为，高等植物由低等植物长期进化而 来，构造复杂，有根、茎、叶的区别。除了苔藓外， 高等植物常能长成高大的乔木，具有粗壮的茎和根， 成为重要的成煤物质来源。
蜡质：在植物中呈薄膜状覆盖在茎、叶和果实表面， 防止水分蒸发和避免遭受伤害，植物茎、叶表面细 胞壁外层的角质化和老的根、茎的栓质化，皆与蜡 质的加入有关。主要是长链脂肪酸与含有24～26个 碳原子的高级一元醇形成的脂类，化学性质稳定 （比脂肪稳定），不易受细菌分解。
1.4.3 脂类化合物
树脂: 树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤 时，胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含 树脂较多，低等植物不含树脂。

第二部分

第二章：煤的形成

煤是一种特殊的沉积岩，是由许多有机化 合物和无机化合物组成的混合物。不仅不 同的煤的组成、结构、性质存在着差异， 即使来自同一矿区、同一煤层的煤样也有 明显的差别。为了了解煤的千变万化的特 征及变化规律，提高对煤的勘探、开发， 煤质评价和加工利用途径，有必要掌握煤 的形成的基本知识，包括成煤的原始物质、 成煤的环境和成煤的作用等。

煤的生成是一个极其漫长与极其复杂的过程。 煤的成因因素，即成煤植物的种类，植物遗体的 堆积环境和堆积方式，泥炭化阶段经受的生物化 学作用等影响泥炭形成并保存的诸因素，决定了 煤在显微结构上具有多种形态各异的显微成分。 煤的变质因素，即泥炭成岩后煤变质作用的类型、 温度、压力、时间及其相互作用决定了煤的化学 成熟程度，亦即煤化程度，又称煤化度。 煤的显微成分组成和煤化度是表征煤的性质，尤 其是炼焦用煤工艺性质的二维坐标。因此，了解 煤的生成过程，可以帮助我们从本质上更深刻地 认识煤。
低等植物——海带
低等植物——地衣
低等植物——蘑菇
高等植物——华南毛蕨
高等植物——松树
1.3
植物演化史和主要聚煤期
1.4成煤植物的有机族组成及成煤性质

高等植物和低等植物的基本组成单元是细胞。细 胞是由细胞壁和原生质构成的。前者的主要成分 是纤维素、半纤维素和木质素，而后者的主要成 分是蛋白质和脂肪。高等植物的细胞含原生质较 少，低等植物则相反。茎是高等植物的主体，其 外表面被一层表皮所包裹。表皮外层为角质层， 里层为木栓层。从表皮向内，依次是形成层、木 质部和髓心。 高等植物除了根、茎、叶外，还有繁殖器官孢子 和花粉。孢子属于孢子植物，花粉属于种子植物 所有。
树脂是混合物，其成分主要是二萜和三萜类的衍生物。
树脂不溶于有机酸，不易氧化，微生物也不能破坏它， 因此能很好地保存在煤中。我国抚顺第三纪褐煤中的 “琥珀”就是由植物的树脂演变而成的。
1.4.3 脂类化合物
角质：角质是角质膜的主要成分，植物的叶、嫩枝、幼 芽和果实的表皮常常覆盖着角质膜，作用是防止水分的 过度蒸发和微生物的侵入。角质是脂肪酸脱水或聚合的 产物，其主要成分是含有16－18 个碳原子的角质酸。 木栓质：能将木栓组织浸透，以提高其抗腐烂的能力。 主要成分是脂肪醇酸、二羧酸、碳原子数大于20的长链 羧酸和醇类。
（1）腐植煤： 由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变 化作用生成。自然界中分布最广，蕴藏量最大。煤化学的主 要研究对象。
（2） 腐泥煤： 主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。 储量大大低于腐植煤，工业意义不大。 （3） 残植煤： 由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组 分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。残植煤在自然界中 的储量很少，常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。
1.4.5 不同植物化学组成的差异性
植 物 碳水化合物 木质素 蛋白质 脂类化合物
细 绿 苔 蕨 草
木 本 植 物 的 不 同 部 分
菌 藻 藓 类 类
松柏及阔叶树
12~28 30~40 30~50 50~60 50~70 60~70
0 0 10 20~30 20~30 20~30
50~80 40~50 15~20 10~15 5~10 1~7
泥炭沼泽中植物与泥炭层的形成
第三节 成煤作用过程
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般 需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作用可划分为两个阶 段：即泥炭化作用过程和煤化作用。图示如下： 煤化作用
植物 泥炭化 泥炭 成岩作用 褐煤 变质作用 烟煤、无烟煤


一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及 植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快， 植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之， 地壳下降的速度缓慢，埴物遗髓堆积的薄，进座 煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来 水平的煤层发生褶皱和断裂，有一些煤层埋到地 下更深的地方，有的又被排挤到地表，甚至露出 地面，比较容易被人们发现。还有一些煤层相对 比较薄，而且面积也不大，所以没有开采价值。 此外，由于地壳的上升和下降运动可能是反 复进行的，因此在同一地区就可能出现多次的泥 炭层积累，这就是形成一般煤田都有多层煤的原 因。