煤矿基本知识概述

　　煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。中国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井硐和采掘面等等。

　　煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中，以石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中产煤最多，是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46～97%，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。

　　一、煤的物化性质

　　煤的物理性质是在煤的形成和变化过程的不同阶段，受成煤原始物质、聚积环境、煤化作用等因素的影响而逐渐形成的。根据煤的物理性质可以确定煤的成因类型、宏观煤岩成分和煤化程度，作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤层的成因和变质作用等地质问题。煤的物理性质包括：光学性质(光泽、颜色、反射率等)、空间结构性质(密度)、力学性质(硬度、脆度、可磨性等)、热性质(着火点、气化指标)。

　　煤的化学性质可以通过工业分析和元素分析来研究。工业分析主要测定煤中的水分、灰分、挥发分和固定碳等组分，有时还包括粘结性和发热量的测定。煤中都含有一定量的水分，这些水分对煤的储存、运输和加工利用都会产生不利影响。煤的灰分，即煤完全燃烧后的残留物，主要由煤中的矿物质构成。显然，灰分对煤的质量产生不利影响，尤其对于炼焦和化工用途的煤而言。挥发分则是在与空气隔绝的条件下加热煤时，从煤中释放出来的焦油蒸汽和气体，如氮、氢、甲烷等。在测定挥发分的过程中，我们需从坩埚中固态残渣中减去灰分，从而得到固定碳的含量。煤的粘结性是指煤在密闭环境中加热至一定温度时，能够软化并粘结成焦块的特性。而煤的发热量，即单位重量煤完全燃烧时所释放的热量，又被称为热值，通常以J/kg为单位进行衡量。随着煤变质程度的提高，其固定碳含量会相应增加，而水分和挥发分含量则会减少。

　　二、煤的性状

　　煤的主要物理性质有机械性质、热性质、光学性质以及电磁性质等等。如硬度、可磨性，密度、孔隙度，颜色、光泽、反射率等，均是表征煤的物理性质的指标与参数。

　　煤有褐煤、烟煤、无烟煤三类。煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。单位质量燃料燃烧时放出的热量称为发热量，规定凡能产生29.27MJ低位发热量的能源可折算为1公斤煤当量(标准煤)，并以此标准折算耗煤量。

　　根据煤中含有的挥发性成分多少来分类，可以分为贫煤(无烟煤，含挥发分低于12%)、瘦煤(含挥发分为12-18%)、焦煤(含挥发分为18-26%)、肥煤(含挥发分为26-35%)、气煤(含挥发分为35-44%)和长焰煤(含挥发分超过42%)。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳，挥发分过低不粘结，过高会膨胀都无法用于炼焦，但一般炼焦要将多种煤配合。

　　三、煤炭的来源

　　煤炭(coal)，是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤炭的形成是一个复杂且漫长的过程，主要包括泥炭化作用和煤化作用两个阶段。在泥炭化阶段，植物遗体在沼泽环境中堆积并经生物化学作用形成泥炭。然后，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。这一过程中，密度比泥炭大，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。 接着，褐煤进入煤化阶段。这个阶段包含两个连续的过程：首先，随着地壳运动以及覆盖层的加厚，褐煤层逐渐埋藏在地下深处，受到温度和压力的影响，碳的含量继续增高，氧的含量逐渐减少，颜色逐渐变深，硬度和光泽也逐渐增强;最后形成了烟煤。 最后，烟煤如果在高温高压的条件下继续变质，就会形成无烟煤。这一过程受控于古气候、古植物、古地理和古构造等诸多地质条件，经历了多年的沉积而成。

　　四、煤炭的作用

　　煤炭的用途广泛得超乎想象，在能源领域，火力发电是煤炭最为重要的应用方向之一。在规模宏大的发电厂中，煤炭被源源不断地输送至锅炉内燃烧，释放出的巨大热能将水转化为高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机高速旋转，进而带动发电机产生电能。煤炭所蕴含的化学能被高效地转化为清洁便利的电能，通过纵横交错的电网输送到城市乡村的每一个角落，点亮万家灯火，驱动各类电器设备运转，为现代社会的正常运转提供了不可或缺的电力保障;工业方面，炼焦煤在冶金行业中拥有着无可撼动的核心地位，是钢铁生产等关键工艺的命脉所在。在钢铁厂的炼焦炉中，炼焦煤在高温环境下发生复杂的热解反应，转化为焦炭。焦炭不仅是高炉炼铁过程中的优质还原剂，能够将铁矿石中的铁氧化物还原为金属铁，同时还作为支撑骨架，确保高炉内料柱的透气性与稳定性，使得炼铁过程得以顺利进行;化工领域，煤炭更是一座等待深度开发的“富矿”。通过干馏、气化、液化等一系列精细复杂的技术工艺，煤炭能够被转化为焦炭、煤焦油、煤气等众多基础化工产品。煤焦油中富含苯、甲苯、二甲苯等芳香烃化合物，是合成塑料、橡胶、纤维等高分子材料的重要原料;煤气则可进一步加工制取氢气、合成氨等化工产品，为化肥生产等奠定基础。从日常的塑料制品到农业生产中的化肥，从建筑领域的合成纤维材料到交通运输中的橡胶轮胎，煤炭化工产品如同无处不在的精灵，深度融入了现代社会的各个层面，成为人们生活中不可或缺的物质基础。

　　五、煤炭的分布情况

　　中国煤炭资源在地理空间上呈现“北富南贫、西多东少”的分布特点。北方地区，尤其是山西、内蒙古、陕西、新疆四省区，是煤炭资源的主要聚集地。截至2024年，这四省区的煤炭资源保有储量合计占比高达75%，而江南九省市的占比则仅为2%。这种区域分布的不均衡性对于中国煤炭资源的开发利用和区域经济发展产生了深远的影响。

　　六、我国主要的煤矿区

　　我国煤矿产地的分布呈现出显著的区域差异，总体来说，北方地区煤矿资源相对丰富，而南方地区则较为贫瘠;同时，西部地区的煤矿储量也明显多于东部地区。这种分布不均的状况，在一定程度上影响了我国煤炭资源的开发和利用。

　　华北地区，特别是山西，其煤炭储量在全国占据重要地位，高达1/3。山西省的含煤面积广泛，占到全省国土面积的40.4%。该省拥有大同、沁水等六大煤田，以动力煤、炼焦煤和无烟煤为主要类型;西北地区中，内蒙古的煤炭保有资源量位居全国之首，达到26.87%。鄂尔多斯盆地被誉为全球最大的褐煤基地。新疆的煤炭远景储量同样位居全国前列，准噶尔盆地和吐哈盆地是其主要的煤炭产区;西南地区的云贵基地，其煤炭储量占据了整个西南地区的80%。该地区的煤炭以无烟煤和炼焦煤为主，六盘水和毕节是重要的煤炭产区。

　　七、煤矿采煤方法

　　采煤方法种类很多，世界主要产煤国家使用的采煤方法，总的划分为壁式和柱式两大类。这两种不同类型的采煤方法，无论从采煤系统，还是回采工艺都有很大的区别。

　　根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。如在不同的地质及技术条件下，可以采用长壁采煤法、柱式采煤法或其他采煤法，而长壁与柱式采煤法在采煤系统与采煤工艺方面差别很大。由此可以认为：采煤方法就是采煤工艺和回采巷道布置两部分组成。

　　煤炭，这一黑色的神奇物质，既如同一座能量的巍峨丰碑，为人类社会的蓬勃发展提供了源源不断的强大动力，推动着工业革命的车轮滚滚向前，铸就了现代文明的辉煌篇章;又似一把高悬于头顶的达摩克利斯之剑，时刻警醒着我们在开发利用其价值的过程中，必须以更加科学、合理、环保的态度与方式，努力寻求能源与环境之间的和谐共生之道，实现可持续发展的美好愿景。