-
LESSON 1
煤炭开采史
人类首次使用煤炭的时期可能追溯到原始社会，确定这种黑色石头
能够燃烧肯
定是
偶然的，这个现象可能是在几千年间世界上（不同地方的
人们）独立发现
的。
这些独立的发
现极可能是这样产生的：
原始人碰巧在暴露出黑色石头的矿上营火。
这
是他们惊讶的发现那
儿生出了火。基督徒时代，我们在圣经上得知所罗门王（即现在的亚
兰人王）
时，
用煤是相
当熟悉的，
而在此之前
1100
年，
中国就有使用煤炭的记
录，
在
wales
< br>，
有证据显示，在青铜
时代的人们把火葬用柴堆，
而且众所周知，
使用了这种能源。
这儿
还有其他的古代参考资料。
所以煤炭能够燃烧（甚至一些相关的应用）的知识，流传了几
千年。
然而，实际
上人们公认首先利用煤炭的是中世纪的英国。
在美国，有证据表明印第
安人最先碰巧使用了煤炭。然而，美国第一次有记载的
利用煤炭的是人是法国探险家，他
在
1679
年报道了一个在伊利诺斯河边的暴露的露头。仿
效这样，其他的探险家取得了一
个又一个发现，但是，第一个有记载的实际使
用时在
1702
年的维吉尼亚州。
早期有记载
的煤炭大规模开采是
1750
年。煤田从詹姆斯河延伸到里士满伊利诺斯
< br>附近，现在那儿被
遗弃了。除了当地的消费，煤炭还被运往
philadelphia,New
York
和
Boston.
起始，所有煤
炭都是用销和钎从固体矿床上砍下来的，然后它们被工人用铲掘到
篮子
、箱
子和推车上，
运到外面或井底车场。随后，车子有了改进，但仍需工人拽木板。
随着时间推移，铁皮，
铁轨被用到矿车上，骡
子矮马和普通马被用于拉运。
逐渐地，黑火药被用于爆破煤炭
，但
底部掏槽，侧面掏槽和钻孔仍需要人工进行，
在
17
世纪和
18
世纪，采矿业取得一系列
重大发展，
1775
年，
第一台蒸汽机在英国被瓦特
发明，
它被用于抽出开采过程中的地下水，
非常重要的，它使矿井有可能开采更深的部分，
第一条轨道修
成了，第一台用煤的蒸汽机
车在
1814
年的英国被乔治。斯蒂芬逊改进了，第
一辆电动机车在
1883
年的德国用于地
下交通。
工作面的机械化操作在
1900 <
/p>
年前就开始了，它体现冲压机和链条式切割机的发
展
（冲压机，链条式切割机用于爆破，爆炸前的煤层和岩层）
、电动式和压缩空气式机车
的使
用，
甚至有人做了关于连续采矿机械的一些早期实验。
长臂开采直到
1910
年才在美
国普遍使用，尤其是在伊利诺斯州。但后来它在开采厚
煤
层方面逐渐填法和房柱法竞争，
因
为房柱法借助了机械。与此同时，长臂开采在欧亚继续占
有主
要地位，因为那里主要是
瘦煤和深埋的煤层。
在第二次世界大战中，德国在工作面改进了长臂开采的铲送机，它可
以连续把煤
加载
到链式运输机上。这得益于几个世纪发展起来的各式割煤
机。然而，这最
重要的发展史液压
支
架。
他们大大减小了在人工设置单体支柱和木垛时所需的体力。
随着
以上技术的发展，美国煤炭公司又一次长臂开采产生了兴趣
。对美国而言，大量
改变和一
般性的
加强市必须的。在一些失败和误用后，长臂开采在这个国家被实际运用，提
供开采
条件是正确的。这也被逐渐增加的产量所证实。
露天开采是最早的采煤方法。它被考虑用
于煤床暴露于地
表、上覆物只有几英寸厚的
情况，在深部岩层和岩石下，最经
济的方法是
地下开采，事实上这也是唯一的方法，所以，
露天开采直到
1910
前还是微不足道的。从
大范围看，被骡子拉着的刮土铲运机和铲运车普
及程度很低。
练习
译文
第一种
For
many
years
the
continually
improving
productivity
in
US
coal
mining
was
the
envy
of
the
world.(
多年来
,
不断提高的美国煤矿效益令人羡慕
)
。
Such
steady
improvement meant a fairly level, or
even slightly declining,price to the consumer
despite large
increases in
wages,materials,taxes,and other costs of productio
n.
（
这样的稳步提高意味着相当的
水
平
,
或甚
至
轻微下降
,
给消费者尽管价格大幅上涨工资、
< br>材料、税收、和其他生产成本。
）
However,this
trend has drastically declined since 1968 because
of the new stringent Federal safety
regulations;rigid controls on surface
water,and air pollution;and the mass of newly
introduced,and
constantly
changing,bureaucratic reports.
（然而
,
这种趋势自
1968
年以来数量急剧下降
,
因为
新
的严格的联邦安全法规
,
严格控制地表水
,
空气污染
,
及新引进的各种标准
,
并且不断在改变
着
,
官僚主义报告）
。
The problem now
is to not only meet the new safety and
environmental
requirements but,at the
same time,to revive the steady progress of the
past. (
现在的
问题是
,
不仅
要满足新的安全、
环保要求
,
而且
,
与此同时
,
还要来恢复过去稳步前进的步伐。
) Reserves of all
fossil fuels
are limited,but the United States has more
reserves in coal than in oil,gas,oil shale,and
tar
sands
combined.(
所有化石燃料储量是有限的
,
但美国有更多的储备在
煤比石油、天然
气、石油页岩
,
沥青
沙的总和。
) Even if coal reserves are over
estimated ,as some in the industry
believe,the relative dominance compared
to other fossil fuels is
apparent.(
即使煤炭储量在估计
,
如果像一些业内人士相信
,
相对优势比其它化石燃料是很明
显的
.)
Reserves
of
all
fossil
fuels are finite,so far the long pull
the world is forture in having nuclear energy.(
储备的化石燃
料是有限的
,
到目前为止
,
世界的长远计划是寄
托在核能。
) The distant future
may see all fossil
fuels
consumed
for
higher
uses
than
boiler
fuel,for
e
xample,petrochemicals,lubricants,gasoline,chemical
s,etc. (
在遥远的未
来可能
会看到所有化石
燃料在其他方面的消耗比锅炉燃料的使用更高
,
例如、
石化、
润滑油、
汽油、
化学品等。
)
Table
1.1 US Reserves of Fossil Fuels
Expressed in Heat Value.(
表
1.1
美国储备的
化石燃料热值
表达
)
Reserves
储量
Coal
煤
Oil
石油
Natural gas
天然气
Tar sands
油砂
Oil shale
油
页
岩
Total
总量
Quadrillions
of Btu 17307 2373 1906 7 4064 3 2565
表
1.1
productivity per man
day.(
人均日产量
)
Metric
equivalent:
（公式等效）
1
stX0.9071847=t
Despite
the
tremendous
importance of
coal,the industry is faced with serious
problems,such as
；
(
尽管有重大意义的煤、
产业正面临著严峻的问题
,
如
) 1) Air and water pollution
both at the mines and at the consuming
end.
(
空气和水的污染在矿山和消费两者间
结束。
)
2)
3)
The
onerous
new
Federal
safety
regulations.
（
繁重的新的联邦安全条例。
）
Public outcry
against surface mining and lack of
satisfactory restoration in some
cases.
（公众强烈抗议露天
采
矿和一定程度上缺乏满意的地表
修复。
）
4)
A
shortage
of
qualified
supervisory
and
engineering
personnel,as
well
as
mine
workers,to
meet
the
growing
demand
for
coal
and
the
increasingly
more
difficult
mining
conditions.
（缺乏合格的监督和工程人员
,
以及煤
炭工人<
/p>
,
来满足日益增长的煤炭需求和越来
越多
的困难开采条件。
）
5) A need to improve
machinery,techniques,and managerial ability to
resume the former yearly improvement in
productivity and cost.
（需要改进机械、技术与管理能
力
,
以恢复前些年度在生产力和成本上的增值
。
）
There are certainly solutions to all of
these
problems, which are challenges
that a young person entering the industry should
welcome as great
opportunities.
< br>（当然要解决所有这些问题
,
对于一个年轻人进入这个受
欢
迎的行业有更多的
机会但是富有挑
战的。
）
练习
译文
第二种
第一课的
exercise
（
page3
）
有很多年美国煤炭产业生产率的不断提高
令世界羡慕。这种稳定的增
长意味着尽管在
出资，
原料，
税收和其他生产花费上增长很
大但是对消费者的价格却保持相当的水平甚至相
对下降。然而，据官方报道，从
1968
年
以来这种趋势急剧下降因
为联邦新的严格的安全规
定；地表水的严格控制以及空气污染
和
大量新引进的不断进行的改革。看图表
1.1
现在的问题是面对新的安全和环保需求的同时
去复苏过去稳定的增长。
所有化石燃料的储备
都是有限的，但是美国煤炭的储量比石油，
天然气，油页岩和油
砂大。像许多公司相信的那样，即使煤炭储量超过估计，这种比其他
化石燃料的优势是很明
显的，表
1.1
。所有化石燃料的储备都是有限的，所以为了世界长
久的发展要拥有核能。遥
远的未来也许能
看到所有的化石燃料比例如化工溶剂，润滑剂，
汽油，
化学制品
等锅炉燃料
更多的使用。
尽管煤炭非常重要，企业仍面临着许多问题，例
如：
在开采和消费时产生的空气和水污染
新的繁重的联邦新安全规定
公众反对
露天开采
和在一些情况下缺乏令人满意的恢复
缺乏合理的监督和工程人员及煤炭工人去面对对煤炭
更多的要求和煤炭开采更加
困难
的情况
需要改进机械，
技术和管理能力以恢复前些年生产
率和成本的
提高
这些问题都有一定的解决办法，进入该行业的年轻人应该
把这些挑战当作
巨大的
机会来欢迎。
LESSON
2
煤的成因
煤是大量植物材料
估计表明大约
0.9
到
2.1m
的适当紧密结合的植
物材料能够形成
0.3m
的烟煤。那么，允
许很厚的植物材料堆积多次，这种植物材料有时
覆盖几百甚至几千平方
英里的条件是什么
呢？
类似于过去地质年代中普遍存在的条件，
至
少部分
条件，
今天也存在于世界上不同地
区种类繁多的沼泽地中。
植物的积累
现在正发生
在从亚北极到热带的广泛地区内并正在形成泥煤。泥炭地的两
种主要类型分别是：
（<
/p>
1
）
发展于相对高于海平面的大陆内部的
（
2
）
形成于
接近海平面的较
低沿海地区的。
在这
两种
类型的地区里，泥炭层要求植物的生长超过腐烂，使植物材料得以
< br>
积累而不被侵蚀掉。这
两种泥炭地满足这个条件是应为
它们在高地下水位的不良排水地区，
这保护植物碎片不像
往常那样快速腐烂。
一些小的泥煤沼泽也
存在于一系列小的不排水的凹地里，内陆和沿海
地区都有这种情
况。最初在这些沼泽里生长的只有寓水性的植物，但是随着这些凹地边缘
的浅地被填平，
包
括树这些更大的植物渐渐的能够生长并逐渐填满凹地。
在一些地方这些
沼泽一般从及樱木到
几百英亩大小不等，
任然还未填满，
所
以泥煤的形成过程从未停止过。
大量广泛分布的煤层在岩层顺
序中的特点表明他们形成的条件和发现于摩登海岸或者
近海<
/p>
岸沼泽的相似。佛罗里达州的埃弗格莱兹，佐治亚州东南部大灌木林沼泽，北卡罗来纳
州
和弗吉尼亚州的迪斯默尔沼泽都是这种
沼泽现有的例子。
与欧洲西北海岸毗邻的广大泥炭
地也使人联想到许多有相同特点的条件。
泥煤的堆积使其有根据，在沉淀的矿床里有像密
西西比河的三角洲一样有些不一样的
历史却仍有许多相同的特点。
泥煤层和三角洲中与之
有关的地层表明成煤条件与在美国东部
和世界其他地区相似地层中有大的煤矿床形成的地
< br>层中盛行的条件十分相似。例图
2.1
就是
在现代三角洲平原上为泥煤做的图解。
沿海的
沼泽比内陆的沼泽更好的保存主要是因为它们有更好的机会被海覆盖和海底的<
/p>
沉积矿床所
填埋。
< br>广大的煤炭沼泽存在时所盛行的气候是从温带到亚热带的。那时，地球较广范围内
的
气候要比现在实际温度平均得多。
简单地说，
从泥炭随后转变到煤所必需的条件是：
沼
泽或湿地的环境和气候要有利于植物的生长。<
/p>
植物残骸堆积时有一定范围的沉降，或者植
物原料沉淀时密封，允许长时间的堆积。
即使是在水中或
者沼泽中，在植物原料腐烂前有
足够的湿润条件允许其隔绝空气，
以
及充分地迅速的沉积以抑制细菌的活动。
酸性的沼泽
水一般在沼泽的水平面下几英寸到几尺
范围内阻止细菌的活动。
接近海边或
者沉降地区使
植物原料在海面上涨或陆地下沉时可以被沉淀物掩埋。
沉积地点没有在发生侵蚀后随即发
生移动。
在泥煤积累时，上层泥煤的重量使下层的泥煤紧密结合，首先便会挤压出大
量的
水。
在沼泽环境中不同的化学作
用和细菌的活动都会发生在植物的碎片上。
沉积物的掩埋，
化学
作用都与环境的变化有关系，失
水和挥发的物质变成褐煤，这就是形成煤的最早期阶
段。
因为被掩埋的更深，
压力继续压缩褐煤，
与
掩埋深度有关的热度的增加将进一步出去
成
煤物质的挥发份。
煤的等级将逐渐的变得更高，
从褐煤上升到亚无烟煤，
烟煤，
半无烟
煤，
无烟煤，直到变质无烟煤。
第二单元练习
煤是由植物的积累和其
物理化学性质的改变而形成的一种易燃的石头。
煤作
为人类最
早的燃料可以像木材一样被点燃和燃烧，但是与相同数量的木材比较它能够提供
更多的
热
量，
而且它还有很多的工业用途。
和木材不一样的是，
煤通常不能在地表被发现，
但是它可
以从地球内坚硬的岩石里开采出来。
在开采之前，
由于煤在岩层层序中形
成了
独一无二的特
性，
所以让我们简略的思考下所有地壳岩石的一般特性。
虽然已经有相当数
量的地质学理论被知道，
但相对地球的最早
期历史我们还知之甚
少。
载人探测对月球及其
岩石的勘探提供了我们一些有关于地球起源问题的答
案。
在地球历
史的这段时期里，
我
们关心我们出现在这里之前大面积的水域在地球上如何进化以及熔化了
的岩石（火成岩）
如何形成实质性的陆地区域。
风化以及其他的过程侵蚀了岩石的表面，
使
其形成了小颗粒。
通过降雨所形成的水流运输这些材料
（碎石）
,
最终
,
形成了大面积的水域
而沉积下来了。
就
这样，在熔化了的火成岩上开始形成了沉积岩的地质层序。
地球的外壳和它上面的覆盖物
是由几个发生微小运动（主要
在水平位置上）的大
板块构成的。这样的运动，尽管很小，<
/p>
但正在发生。
这些水平运动伴随着引起大陆和海洋相
对位置的重要改变的垂直运动。
拥有
适宜气候低洼海岸的沼泽是煤炭聚集的理想位置，
随后
被河流带来的沉积物所埋葬，
并
且大量的地区受海岸线地带相对小的垂直运动所影响。
这些
大的板块从过去到现在都在不<
/p>
停地或断断续续地移动着，导致大陆和海洋的结构的多样性，
<
/p>
同时煤的形成条件也在许多
地区反复的出现。
我们大陆的广大地区曾多次浅海淹没，
只有相
对较小的部分目前的大
陆似乎有海拔在整个地质时代。
巨大力量的作用使板块边缘被海水淹
没和打破了地壳岩
石，形成了巨大的带状山脉。
LESSON 3
煤的地质年代
从前寒武纪的沉积岩报
告中得知，
媒的一般分布是通过沉积岩的
次序来体现的。只有<
/p>
相对稀少的材料才会变得像煤，
有的甚至变成石墨，
这些材料被认
为是当地集中的海藻或真
菌。
在寒武纪中，
< br>从最古老的掩饰中发现重要有机体的化石是常
见的。
它们
是海藻沉积物
和贝壳遗骸的海洋生物。
它们主要在
石灰石和其他石灰质岩层中
发现。
最早知道的陆生植物
化石是在志留纪岩层中发现的。
最早
的煤是在志留纪和泥盆
纪上覆岩层中发现的，
分布在世
界各地，包括北美。
第一个广泛的煤
层是在北美的密西
西比州和宾夕法尼亚州的岩层和欧洲的白垩纪年代
岩层中发现的。
在过去大多数
北美的煤
矿属于美国和加拿大的宾夕法尼亚州地层。
西方国家
过去几年快速增长的煤炭产
品主要来
自白垩纪和第三纪的煤层。
阿巴拉亚契煤的煤层特点如
图
3.2
所示。
在世界各地煤分布
在从志留纪到第四纪的所有地址时期，在具有重要商业价值的煤层
中没有发现比密西西比
年代更久的地层年代。尽管在欧洲有局部地区也
开采泥盆纪的煤炭。
二叠纪的煤炭在美国
被开采，
但是这一地质年代的煤层已经探明，
并且在欧洲被
开采，
但它
只是很少的一部分。
侏罗纪的煤层也在世界上很多地方发现，
尽管只有欧洲和亚洲少部分地
区开采
。
而且，
侏
罗纪煤层在西伯利亚和加拿
大西部却有很大储量。白垩纪和第三纪具有巨
大储量的煤层在
美国西部。
加拿大西部以及世界上其他地方发现，
也将是美国西部露天开采
的巨大基础。
成煤条件有很大的不同
，特别是密西西比州地层年代之后的时间，一些被影响的地区
达到
成千上万英里大小。
独立煤层的厚度从一英寸到数英寸不等，目前最厚的是
91
米。大部
分中国煤的厚度小
于
6.1
米，大多介于
0.9
到
3
米之
间。在美国矿业非常发达，一些厚
度在
30.5
米左右的含次
烟煤和褐煤的煤层就可以进行露天开采。
在一些地区，沉积岩的
次序会达到几千英尺厚，但这还是比较少见的。在一个煤田中
，
含煤地层有
4572-6096
米
厚，但是已在
地图上标出的煤层通常存在于世界上不小于
1524
米
的地下。在美国，一些
用地图表示的煤层处于
914
。
4
米的深度，但几乎所有的煤矿深度从
几英尺到上千英尺都
有。
大部分沉积岩在水中形成，
泥，
泥浆和沙子被溪水
预淤积起来最终形成页岩和泥岩，
粉
砂岩和砂岩。
在地质年代的早期，
虽然尚未在最早的沉积岩中发
现，
动物和简单海洋生物
已
经出现。
在前寒武纪的沉积岩中只能发现很原始的藻类和真菌遗迹以及像
虫一样的地洞，
但
是关于寒武纪的海
生生物多样性的集合物已经出现。
一些海生动物和植物特别是
该钙碳酸
盐从海水中生长出来。当他们积聚在海底，其他
的贝类和钙碳酸盐泥形成厚度从几英尺到
几百英尺的沉积岩，
他们就是现在的石灰岩和大理
岩。
在过去那多变的地质年代中，巨
大的海域因切割和蒸发作用是盐度升高，难以支持生
命的存在，并形成了石膏和硬石膏的
沉积。
<
/p>
尽管许多沉积岩都被先前发生过的沉积作用标示，但其他的积聚类型也被证实，包
括
风蚀作用和溪流湖泊沉积作用。
在沉积岩中，
我们今天所看到的煤层
岩是由许多不同
时期的
大量植物材料沉积而形成的，而这种沉积有独特的性质。
第三单元练习
煤炭在世界的各个州都有发现，
包括南极洲，
虽然绝大部分
的煤炭被发现于
北半球（北美洲、欧洲和亚洲）
。煤炭大约在世界的
60
个国家都有被开采，但是
世界上
大约
2/3
的可开采储量被预计存在于美国、前苏联和中国，它们一起占据
了世界产量的一
多半。其余的主要产煤国位于欧洲，预计占有世
界可开采量的
20%
，但是产煤量却
占了世
界的
1/
3
（
包括褐煤）
。
因为许多不同的方法来估计煤储量和现有对于煤的信息差别很
大，
对各个国家的不同的储备比较是困难的。
然而根据第一手资料表明，
保守估计
，
美国拥有
世界上至少有五分之一到六分之一的煤储量，还有<
/p>
些估计是一个更大的百分比。大约八分
之一的美国地下是含煤地层，这
些地层发生在至少
37
个州。在过去确定的地区已被开采
的主要因素包
括厚度，煤炭质量，可开采煤层的数量，开采条件，邻近的市场。尽管
< br>
煤田
的大部分分布，
直到
1970
年中期，
超过
90%
的美国煤矿制造都在
密西西比河的东部地区。
在
1970
年后期一个显著巨大的增长比例在美
国的生产出现在密西西比河的西部地区每年
贡献
25%
的生产。
除了分布以外，表
3.4
展示了美国地区的煤炭等级。在这个国家
东半
部地区几乎所有的煤都是含沥青的煤和无烟煤。
虽然所有等级的煤
在美国的西半部地
区都
有发现，
但是其大部分都是亚烟煤和褐煤。
Fig.3.2
阿巴拉契煤田中含煤的地层序列简
化部
分。
在
A
处岩层缓缓折叠成背斜，在
B
处的是向斜
含煤的州的地层序列简化部分的代
表。
在这些地区中大部分岩层上有一层冰川流过。
Fig.3.3
LESSON
4
第四课
很多地址因素影响着煤的厚度，连续性，质量和存在条件。泥
炭积累不久以后，一
些特点形成，而其他发展更长在深埋藏和煤化以后，一些更多相同的
特点，从一下几个方面
进行描述：
▲
煤夹层和裂开的煤
在沼泽中的植物原料积累，河流
周期性地泛滥，
留下了
泥浆和粉砂岩，
变成了
页岩夹层或者
泥砂岩，
在植物原料煤化以后，
特别是在洪水河边相对地沉积的
很厚一层，在
洪峰后，沼泽也随着重建。这种导致煤撕裂
发生在煤田中（图
4..1
）
。
▲
水的冲蚀
在植物原料积累和埋藏在几种沉积物中之后，被
河流中的侵蚀性物质向下移动。
它的缺失在岩石中叫做冲走或切走
（图
4..2
）
。冲走可能
发生很短暂在泥炭矿床之后或者更
久，甚至煤被其它沉积物覆盖，后来槽堆满泥浆和其他
泥沙沉积物，以至于煤的
存在位置被
页岩或砂岩占据。
▲
倾斜和褶皱底层
< br>虽然在地质时
代的水平和垂直应力作用导致岩石顺序变化，有时，例如折叠产
生了底层倾斜变化（包括
广大煤田）
，有时影响着广大的区域。如一个间接沉降的煤田超过
了几千平方英里，有时
折叠底层很强烈，使得煤田几乎接近垂直或者实
际上可能倒转，部分
侵蚀或者如强烈的折
叠曾使追踪这连续的煤田变得困难。
▲
断层
断层
是岩石断裂形成的，
断层每边向不同方向
移动，
这种移动测得可能几英尺，
几十甚至几百英尺或者更少，
移动可能向任何方向，
从
水平到垂直。
这种最常见的断层形式，
用立体图举例描述，如图
4.3
。压力发在相反的方
向上，或者具有张力的岩力在拉近断层而
产生位移，用一个常见的断层，用
4.3
（
A
）举例<
/p>
说明。水平方向的断层，岩石以另一方式
存在，举例如
4.3
（
B
）
，展示了冲断层或者反
面的断层。一个钻眼钻孔接近主要地质中的一
个正常断层的一个缩短的区间，然而在一个
反面的断
层，却可能分顺序得被重复在钻孔中。
▲
碎片性的堤坝或泥土矿脉
不规则垂直
-
倾斜平板状的块在碎屑状的原料中
（粘土，泥沙，沙粒）
，而打断了
煤缝，被称为碎屑岩
墙（如图
4.4
）
。它们也被称为顶板，一个名字也在另一些领域中运用，
它们可能来自于
一英寸到几英寸的断裂和经常横向扩展为了更多距离
到几百英寸，
它们伸展
到一定的距离
到底层到煤层，
和频繁地出力到一个
削弱顶部部分当煤被开掘时、
▲
地板鼓起
含沥青的煤
正常显示有许多的隔开、相对平滑垂直的底层断裂，而层理隔开一
个一英寸到几英寸距离
的断层是很正常的，
这里有两个方向趋势的层理，
接近
90
英寸，
这
种
层理能够更好伸展，
叫做主要裂隙，
另一种叫次要裂隙。
▲
结核
煤和副矿一样包含原料聚集物在球形、
盘形或
不
规则形式中，
它们可能很细或
几英寸
宽，
尽管最常见宽度只有几英寸。
LESSON 4
练习
煤层底板和顶板
煤层周围的岩石性质
可能对煤的开采有意义。通常，粘土下面的煤层（也
归类为粘
土岩，
底岩，底土岩或耐火土）
他们在
物理方面性质变化很大。它卡能相当软弱，
并且特别
地当它是湿的时候可能阻碍大型挖煤设备的使用，在很多例子中，在煤房和煤巷
< br>打通后，底
板材料不够结实而不能不能支撑过重的负担
，从而需要煤柱支撑。在这个例子
中，
粘土在煤
柱下方向上和向外流动到煤房和煤柱的空白区。
这种
流动叫做挤压或加压。
煤
上几英寸的
煤层性质对采煤有重要的影响。材料必须足够结实去保持平衡一定的
时间当材
料是用树木或顶锚支撑时。
页岩和粉砂岩是最常见的顶板岩类型，
并且在位置和性
质方
面变化最多。一些页岩和泥砂岩是相当硬的，表现为很结实，很坚定的顶板。其他是相
< br>
当
松软，
易断裂的或者具有滑
动的特点而难于支撑。
石灰岩和砂岩是更好的顶板岩层，
但是<
/p>
这
些岩层易变化导致顶板质量也多变。
火层岩侵入
在一些煤层区域，
煤层和相关的底层曾经
被火层岩侵入而被迫改变层积顺序以下可看
出。火层岩一般看成是岩墙，通常层积物垂直
进入一个平块状岩层。
被称为煤的很多材料有不同的重要
的性质。由于不同的原因煤的物
理和化学性质很复
杂。首先，很多类型的植物最终变化成泥煤，这就是煤的形成。第二，
植物
分离成为最初的
泥煤有很多不同的特征和不同的形成过程。第
三，最初泥煤聚集环境
不同。第四，地质环境
存在多种地藏条件。其他地质因素，如最终埋深，最大温度和压力，
融入岩侵入
的影响和持
续的地质时间通过这些条件来影响煤，
同样可以影响煤的性质。
在
泥炭煤化以后矿物质积累
或者与泥炭有关或者在煤层里层积在煤层中，
同样也对煤的性质
有很深的影响，
正如我们所
知道的那样。
表格：
Fig.4.1
煤层的破裂
Fig.4.2
一些特征
影响煤的连续性。
煤在
A
处通过近代的水侵蚀移动，
沉积侵蚀在
B
处，
C
处是在煤沉
积后的侵蚀，
D
处溪水流动通过煤的堆积时间。
Fig.4.3
断层。正断层
A
中上盘沿断层面
相对向下运动，下
盘相对向上运动；逆断层
B
中上盘向上运动。
Fig.4.4.
一个碎屑堤坝中
断了煤层和上覆岩层
.
LESSON 5
第五课
媒的特性和分类
第一节煤的物理和化学性质
煤的物理
性质与其在自然
状态下作为燃料最终使用之前的特性有关。
例如
，
煤的硬
度和可磨性决定了煤的开采、
输
送和粉碎设备的维修费用；
煤的比重和煤的伴生矿物决定了
选煤
厂所用的选煤技术，
也决
定了煤仓容量，货物体积以及其它仓库
的设备选用。
固体的比重是指一立方该固体的重量
与一立方水的重量之比。
纯净煤的比重一般在
1.23
到
1.72
之间，
随着褐煤到无烟煤分级
的升高而变大。
这意味着煤的重量是水重量的
1.23
到
1.72
倍。
煤中的伴生矿，
比如页岩、
泥岩
、
沙岩、
石膏、
方解石，
它们的比重在
2.0
到
2.7
之间，
黄铁矿的比重大约为
5.0
。
硬
度和煤的结构和分级有关。煤是否结实和煤床的地理位置和生成状态有关。暗煤比
亮煤更
结实。
高挥发份煤通常比低挥发份煤更结实。
结实的煤有良好的抵抗破坏以及在破碎
后
产生更少颗粒的性质，
所以较之其它煤更方便运输。
就煤对设备磨损性而言，
煤中的杂质
对
设备的磨损可能比煤还要严重。
<
/p>
可磨性是决定煤的相对易碎程度的一种物理性质。它是一
个复合特
性包含许多性质比
如硬度、
压力以及破碎性等。
易碎性或者稳定性是指煤在开采
和运输过程中抵挡破碎的性质。这种性
质在洗煤方面
有重大的意义，因为洗煤成本是随着
送进洗厂的煤细度增加而增加。
影响原煤尺寸大
小的因素包括煤的硬度、脆性以及煤层裂
隙。
现代地下煤开采方
法能
比以前手工采煤方法开采出更多细度更好的煤。
煤的主要组成
成分有碳、氢、氮、硫、氧。
煤中的碳是随着等级的提高而增加，最高等级的是石墨。煤
中碳的含量
很大程度上决
定着煤的发热价值。
煤中氢的含量一般在
4.5%
到
5.5%
之间，
同时也提供一定的热值。
氢在干燥的煤中主要
是包围在饱和或者部分饱和的碳结构中。
氮
可能是目前煤中唯一作为有机物出现的一种元素。其在煤中的含量可能在很小到<
/p>
3%
之间
改
变，但在干燥和五灰分情况下一般是在
1%
到
2%
之间。
硫在煤中以有机物和无机物两
种形式存在。煤中本身就有有机硫，它存在于含蛋白质
或者非蛋白质的植物通过腐化演化
来的硫
氢化合物中。在总含硫量少于
1%
的煤中，一半以
上的硫通常是有机的。在高含硫
量的煤中，无机硫的含量会更高。
氧在煤中有几种存在形式。比如说羟基、羧基、
基，特
别是在一些低等级的煤中。而
无机氧可能会在水、
硅酸盐、氧化物、碳酸盐以及硫酸盐中。<
/p>
氧含量对于煤的焦化、液化、
气化有很大作用。
所有的煤中都含有
不可燃烧成分，它的起
源是煤起源的一部分。有机矿物质与无机矿
物质的混合物可能在成煤过程中起到了一定的
作用。
煤在燃烧后剩余的物质称为灰分。
在完
整的厚煤床的煤甚至是纯煤的灰
分含量至
少含有
2%
或者
3%
，到
10%
左右，大多数的商业
用煤有时会更多。平时我们用的高灰分
的矿物可能被称为高灰煤、沥青页
岩或者黑色板岩。
练习
1
许
多消费者的煤
,
以及大多数的大型煤矿公司。有设备齐全的化学
实验室样品
,
分析
煤。
这项工作是由消费者验收合格的
煤他买以及燃煤效率的设备。煤炭生产商检查的变化
的影响在
采矿和制备方法对其产品的质量
,
以及质量的变化似乎运作走向
新的领域。
应该小
心谨慎
,
在任何分析
,
样品代表
性的种材料的礼物。样品将包含块煤不同尺寸以及
一些石板、
骨、硫铁矿、等。作为一个规则
,
与优
质煤炭分析粗糙的煤。
化学分析
<
/p>
更频繁的测试了煤
的工业分析测定热值，而硫含量。近因分析包括
四个项目：水分，
挥发分，固定碳，和灰。
< br>总和的百分比每个必须等于
100%
< br>。这一分析大致设计单独的可燃
物质由不燃。热值煤热
含量和表示英制热量单位每磅。
一个英国热量单位
（英国热量单位）
是所需的热量提高
1
磅
的水从
60
至
61
，对比
2
个或更多的煤的热值，发热值通常是在干燥
< br>（水分免费）
基础。
将干英制热量单位的欢迎的热量，<
/p>
下面的公式可用于：
普通条件下的热值
=
干燥热值
×
（
100-
水分）
/100
煤种成分是更好地为代表的极限分析。这一分析报告的比例的碳，氢，氮，氧，
< br>硫，
灰分，和氯在煤。
其他分析上进行煤与一些财产的煤一特定最终用途。例如，自由膨
胀
指数
（团）的煤
是以取得表明煤焦化
性能。
煤灰熔融性测定表明在锅炉性能。
岩相分析
我们把煤做岩相分析是因为
早期我们把煤看做岩石，然后从它的出现的各种明
暗夹层加以
区分。通常有两种方法：截面法和表面抛光法。在显微镜通过研究各种煤岩类型
和微煤岩
类型，
发现
的或多或少的相似成分称为煤显微成分
（无机岩石中的相似成分）
。这
些煤的
显微成分包括镜煤素、丝碳煤素、半丝碳煤素、树脂、碎片体煤岩。不同的煤显微成
分决
定不同种类的煤反过来不同种类的煤中煤的显微成分也不同
。
通过了解大量的不同煤显
微
成分，
在一定条件下，
现如今的岩相分析技术可以预测出一种特殊煤的特性。
这种技术被
< br>
用
于确定煤混合物中生产焦煤的成分。
课文
2
煤的性质和分类
第二章：煤的分类
煤的分类有几种成
熟的方式。大部分都是以化
学分析和某些测量煤在进一步的压
力和温度下的反应的化学测试（变质）为基础的。这个
进一步的
反应表明在一个连续的煤系
列
——<
/p>
褐煤到含沥青的煤到无烟煤和高级碳化无烟煤
这各种各样的等级范围中。这美国煤
等级的分类标准，在美国社会中通过材料科学和测试
的发展而发展，展示于表
5.1
。随后的
章节解释了用在表格里面的条款。
在
煤等级的测试
中，无机物质在分析中被排除因为他不能反应煤的变质程度。在
较高等级的煤中，水分通
常很低而被排除在测定
的等级影响因素中。在较低等级的煤中，水
分被认为是煤的一
个基
本性质，
水分是包括在以等级作为为基础的分析中。
这剩余的有机物质中的碳，
决定于
<
/p>
包
含通过未被氧化下的热量移动不稳定的有
机物质（比如瓦斯）的标准分解过程，这被称为
固定碳。<
/p>
挥发材料适用于部分那个像在标准
分析程度下被移动走的天然气的有机物质。
煤
的燃烧所产生的热称为发热量，
它也是由标准
分解过程所决定。
这英国的热量单位，
通常
被用来表示热量价
值，
这是总共一英镑水升一度
所需要的热量，
它一般被称作是多少磅碳。
附聚的特征引出了标准实验去测试粉末状的样品
煤逐渐提高温度是否会形成固体状态。
因
为世界上大部分煤的分类是以相同的标准为基础，它是通常实际的在别处的体
制比如美国
体制下比较煤的描述。
<
/p>
对于在高温高压下会进一步形成较高等级的煤这一观点有不同的意
见，
但是煤碳
方面的科学家逐渐的认
为在一个长周期中适当的热是更重要的决定因素。
褐
煤到亚烟煤这一等级经历了高挥发性，
中挥发性，
低挥发性含沥青煤的等级
煤中的
水分
是增长的，
对于无烟煤和高级碳化无烟煤也是一样的。
这等级上的增长是大致以不稳定
物<
/p>
质的进一步亏损和碳含量的增加为特点的。
很高的温度是和温度极高的火成岩侵入以致在
煤的缝合处产生自然的焦炭有关连的。
在这儿它们跟煤有更少的直接联系，
火成岩的侵入
对除去挥发分的煤提高了充分的温度，
这
在某些方面把煤的等级变得更低了
虽
然看起来
像是变高了。包括无烟煤在内的更高等级的
煤的出现，然而，在岩浆侵入的附近就不知道
了。
这更高等级的煤，被展示在表
5
.1
，是高级碳化无烟煤。煤的等级划分是和类似稀有
性
是有联系的，在化学性质上和物理性质上，这无机石墨（纯种碳）<
/p>
。高级碳化无烟煤被
认为
成在世界上有很多的聚居地，
通常是跟火成岩入侵是有关系的。
它也被认为是在前
寒武纪的
地层中确信是由于海藻或者真菌的聚集所形成的，高级碳化无烟煤在罗德岛上有
< br>商业开采。
练习
2
煤的储量计算
当可采煤层的长度、厚
度和深度勘探完毕后，就开始计算煤的储量。
第一次对于现场储
量进行计算（地下的煤）
。
当知道煤的具体引力时，
就利用下面的公式
计算
：
现场储量
=C×
A×
1395×
SG
这里
C
是地下可采煤层厚度，
A
是可采煤层的面积，
1359
代表了每英亩
里煤的数量，
SG
是特殊比重，如果
不知道煤层的特殊比重，可以假定
一个平均特殊比重。
等级
无烟煤
亚烟煤
特殊比重
1.47
1.30
等级
沥青
褐煤
特殊比重
1.32
1.29
现场储量通过开采运用和洗选厂回收因素算出可回收
和清洁可回收储量（可售储
量）
。这些
因素是根据各种煤在地下的情况和可选研究确定的，
如果不能够获得煤的开
采资料，
通常用
下面列出的煤的回收因素：
采煤方法
回收因素
深采，连续采和传统开
采
50%
到
80%
长墙和短墙方法
70%
露天开采：
所有方法
85%
洗选厂最终产品的损失是
依据
煤层质量特征和必需品质量而广泛变化的，
准备种植回收
因素
< br>（清洁煤的产量）
反映
了杂质的平均数（分界线、顶板和
底板岩石等）
，裸露的煤层同
样要用环保的方法开采。
用下面的公式估算清洁储量：
清洁储
量
=
（现场吨数
×
%
开采回收
×
%
< br>准备种植回收）
/100
超
负荷煤层比的确定是很危险的，
对那些埋的很深的煤，
开采时要细心的通过这些因素
计
算确定。
对于一吨可出售的煤的比是确定的，
是以超负荷的三次方增长。
因此
12.5:1
的比
是
指对于生产一吨煤，
超负荷以
12.5
倍增长。
作为储量计算
，
为了现场和可采煤超负荷可
以
估计。
储量可以通过很多方式公布出来。
在
那些储量显条带状的地区以条带为基础单独估
计并
公布。
其他的可以根据煤层性质或者高度为标准概括。
勘测状态
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
识别勘测
目标
通过煤矿产地勘测进一步证实现有的资料，
为
了获得最初的控制和钻探的属性
获得
包括目标地区在内的关键目标的控制，
并
且开始最初的广泛钻井。
制定一个获得的资料
的估计并开始预备可能性研究。
密集的增加钻洞数并在煤层连续性，
构造复杂
程度和潜
< br>在的工程技术问题上累积资料。
准备
目标
储量置信水平
投资假设
假设（
±
100%
）
< br>推论
（
±
50%
）
建议（
±
20%
）
Ⅳ
一个获得资料的估计并进行可能性研究。
Ⅴ
增加密集核心
区域的钻洞数得到详细的资料
并必须在最后的可能性研究中确定储量。
精确
（
±
10%~20%
）
LESSON
6
课文
煤田地质勘探
煤炭地质勘探可被定义
为获取必要采集和可开采利润的煤
田的数据。
不同于矿物质，
煤
炭资源分布广泛且相对丰富，
在几乎所有情况下供大于求。
因此，简单的发现煤炭一般来说
是不够的。
各个煤层的化学和物理变化特征，
煤
炭开发
的资本密集性和煤炭利用的变化方式
< br>要求对每个潜在储量做多项、三维空间的评价。不仅
包括煤的数量和质量，而且煤
的地质、
水文、工程特点及其围岩，这些因素都必须进行调<
/p>
查。
第一阶段的典型探索计划包括一个初步的调查，
这个调查涉及到将汇编的所有相关的
地
质属性数据进行审查。
这个阶段的主要任务是搜集和探索到足够的数据，
使得地质学
家对以
后的阶段为目标做有限的更详细的研究。
即使在这个阶段的早期，
勘探人员必须
确定潜在的
煤的质量和程度，
以及煤的沉积环境和结构特点对煤层的影响。
假设勘探的目
标已经被确认并且被列为在初期的
最有利的目标区域以确定和扩大数据。
测量并详细描述
所有煤系露头的面积。
测量地层剖面、
追溯并确认标志层和煤层其横向的相
关程度。尽
可能详细地映射影响目标煤层的结构特点。这个勘探阶段的数据可能以
1 :24000
（
1
英尺
=2000
英寸）的地图比例或直接以航空照片的同一尺度来编译。
如果野外普查证实了初步
调查和目标地区有潜力的结论，
下一步的探索将由关键域的获
取和广泛开拓钻探的计划组
成。
初步勘探钻探计划的目的是使获得的数据提供一个推断（
±
50%
）置信水平。这通常意