地下煤炭怎么埋的

石油的原料是生物的尸体，生物的细胞含有脂肪和油脂，脂肪和油脂则是由碳、氢、氧等3种元素组成的。生物遗体沉降于海底或湖底并被淤泥覆盖之后，氧元素分离，碳和氢则组成碳氢化合物。

我们已经在地球上发现3000种以上的碳氢化合物，石油是由其中350种左右的碳氢化合物形成的，比石油更轻的碳氢化合物则成为天然气。煤矿与石油的成因很类似，但煤是植物的化石，又是固态。

大量产生碳氢化合物的岩石即称为“石油源岩”。埋没于地中的石油源岩受到地热和压力的影响，再加上其他多种化学反应之后就产生石油，而石油积存于岩石间隙之间便形成油田。

地壳变动而石油生成

我们最近逐渐了解地球内部的变化与石油的生成有十分密切的关系，在描述此种关系之前,让我们先来了解一下地球内部的状况。

地球的半径大约是6400公里，覆盖地球表面的地壳下方是由岩石形成厚达2900公里的“地慢”，其下方则是由金属形成的“地核”，并以大约5100公里深处分界，分为“外核”与“内核”。外核主要是由液态金属铁组成，内核则主要是固态铁。 地球表面铺满坚硬的“板 块”，厚度约有100公里，是由向上喷出的“洋脊”产生的，’在 缓缓移动到“海沟”后就沉降于 另一板块下方。 80年代后期，人们学会捕捉地震波传递到地球内部时的立体图，于是发现令人惊讶的地慢活动状况。高温又巨型的上升流“超级卷流”由地底涌上后，以蘑菇形态分别存在于夏威夷和非洲大陆正下方。此外，低温的巨型下降流“冷卷流”则以水滴形态占据亚洲大陆及南美洲大陆正下方的冷卷流似乎是沉降到地函底部。

我们现在的知道的是，地幔内部落热对流是以冷卷流向超级卷注移动的形态而形成的。此种运动不仅影响板块运动，似乎也对整个地球的地质和环境的变化产生很大的影响。

超级卷流是石油制造者？

现在全球生产的石没之中，有60%是产生了恐龙称霸地球时期所形成的石油源岩，所形成的“黑色页岩”则遍布世界各地。黑色页岩主要是由未经氧化的藻类等浮游植物遗骸堆积而成。由此可知当时必须有可让浮游植物繁殖又不会产生氧化的缺氧环境条件，大量的黑色页岩才会形成。

最近发现，石油源岩在此时代的形成似乎与超级卷流运动的活化可以促使由地下涌出的地幔物质所形成的洋脊体积增大，海面因而上升，使得较低的陆地变成浅海，而浅海则具有可当石油原料的藻类等浮游植物极易繁殖的环境。

浅海地区的藻类等浮游植物因而出现大幅增加和大量死亡的现象，周围的细菌为分解其残骸而消耗氧气，于是出现了缺氧环境。

地球温暖化也会改变深层海水的流动状况，由于高纬度地区与低纬度地区海水的温度高低不同，较低温但含有丰富氧气的高纬度地区深层海水会流向低纬度地区海洋。但地球温暖化的现象减少。氧气较少的海域因而扩大，无法氧化的浮游植物便逐渐堆积，所留下的大量有机物则形成石油源岩。

生物的演化改变了石油的性质

由于石油的原料是生物的遗骸，因此调查石油的性质便可以得知古老时期的生物演化过程和地球环境历史。

生命的演化大概有下述的过程。生命是于38亿年前诞生，并逐渐地进行演化，到了距今5亿5000万年前的古生代寒武纪时期，爆发性的演化才开始，大约4亿4500万年前，生命也登上了陆地。

4亿4000万年至4亿年前时期，石油源岩的主要成分是当时繁茂的浮游植物所形成的耐碳氢化合物。另一方面，羊齿类植物在此时期繁琐盛于海岸近处，因此以陆上植物为原料的石油源岩也出现了。

2亿9000万年前，广大的陆地普遍出现由裸子植物组成的森林，并到处形成被沼泽地包围的湖沼，藻类便在湖沼中开始繁殖。由此也产生了以藻类为原料的新种石油源岩，这也是陆上植物的繁盛促使新性质石油源岩诞生的一例。

9000万年前时期，被子植物和针叶树林开始逐渐扩张到高纬度地区和高地，因而出现以陆地木材为原料的石油源岩。另一方面，树木的树脂成为轻质原油的原料，形成新的石油源岩。针叶树林的增加竟使得木材取代了藻类，成为石油源岩的主要原料。

最近石油性质的分析技术有长足的进步，我们已逐渐可以取得有关石油原料性质，以及由热能引起的变化过程等的详细资料。由此种资料即能进一步了解原料生物遗骸逐渐堆积时的环境状况。

大约1亿7000万年到200万年前所发生的全球性规模“阿尔卑斯造山运动期”也造出了巨油田，在此时期，分布于广大范围的1亿年前前后形成的石油源岩都没入地中。现有的石油和天然气有大约3分之2就是此时期形成的。

煤炭的形成原因:

煤炭的形成原因为古代植物的残骸层层交叠，经过长时间受到细菌的生物作用，以及地壳变动、环境高温、高压等因素，使这些物质经煤化作用转变成煤炭。在煤化的过程中，亦会产生甲烷（天然气的主要成分），有些逸散至大气中，部份则被封闭在地壳中，形成储气层，这也是采煤工作危险的主因之一。

煤炭从地下挖出来，一个方法是煤炭是从地面向下挖竖井，把煤炭开采出来，然后再运到井上；另一个方法是从地面比较大面积的挖开，成为露天煤矿，然后把煤挖出来，这是浅层的煤矿挖煤的方法。

我国古代人民早在三千年前就发现了煤。成书于先秦时期的《山海经》最早记述了煤的存在：

“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅”。意思是女床山这个地方，向阳的南坡上有红色的铜，背阴的北坡遍布着石涅。在古代，石涅的意思是可以做黑色染料的石头，可见在《山海经》的时代，煤的价值还没有被发现，被看作是普通的黑色石块。那个时候的煤，仅仅被用来做石雕材料。

到了西汉时期，人们发现这种黑色石头可以燃烧，而且火力旺盛，燃烧时间持久，比干草、木材好用得多，于是开始大规模地开采来做燃料。

司马迁的《史记·外戚世家》记载：

窦皇后的弟弟窦广国年轻时给人进山挖煤，遇到山体滑坡，矿工死伤一百多人，只有他侥幸逃脱。可见这时候的煤炭开采已经颇具规模了。河南巩县铁生沟西汉冶铁遗址是迄今发现的最早的用煤遗址，这里出土了大量的煤块和煤饼，煤显然已经成为冶炼行业中的主要燃料。西汉时期的采煤工艺比较简单，基本是露天开采，挖采出来的煤质量不是很高。

魏晋时期，地下采煤工艺开始出现。

曹魏时期，魏国武安城的煤井深八丈，这在当时已经是相当的深度。《晋书》记载，后赵皇帝石虎年轻时盗掘古墓，发现了一个废弃的煤井，里面有支撑坑道的顶板，还有大量坑道水。

可见地下作业、坑道开采已经是那时采煤的主要方式。一些地方志记录了当时采煤的艰辛，工人挖好井穴，举着火把裸身而入，井穴幽深而狭窄，只能像蛇一样在里面爬行，采到煤后，再像老鼠一样背煤出来。这种采煤方式很不安全，工人的生命安全得不到保障。

总结：

宋元时期，古人改进了采煤方式，出现了很多先进的开采技术。

首先采用了井巷分层采煤法，工人们在矿井中布设井巷，将煤炭运输、煤炭开采、人员进入分成不同区域，使复杂的开采工作有条不紊。人们又在巷道内架设梯形支架，使崎岖不平的地底成为较平缓的工作面，这一方法大大提高了采煤效率，也为采煤工提供了安全保障。

1959年，在河南鹤壁发现的宋代采煤遗址矿井中，考古学家还发现了排水井，由此也能看到当时地下采煤系统的完善。明代时，人们在地下矿井引入了通风系统。

宋应星的《天工开物》中有这样一幅图画：人们在下井采矿之前，先把一根中空的粗竹竿削尖，插入井下的煤层，将有毒的瓦斯引出井外。这些技术采用既是对工人人身安全的保障，也保证了生产的顺利进行。到了清代，采煤的流程更加科学和合理，井巷、通风、排水系统的布设都有了成熟的方法。虽然这时候仍旧是手工作业，但在当时，我国的煤矿开采技术仍能称得上世界较为先进的采煤工艺。

煤的形成

煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的一种具有可燃性能的沉积岩。煤的化学成分主要为碳、氢、氧、氮、硫等元素。在显微镜下可以发现煤中有植物细胞组成的孢子、花粉等，在煤层中还可以发现植物化石。所有这些都可以证明煤是由植物遗体堆积而成。科学家们在地质考察研究中发现，在地球上曾经有过气候潮湿、植物茂盛的时代，如石炭纪、二叠纪（距今约3亿年）、侏罗纪（距今约1.3亿~1.8亿年）等。当时大量繁生的植物在封闭的湖泊、沼泽或海湾等地堆积下来，并迅速被泥沙覆盖，经过亿万年以后，植物变成了煤，泥沙变成了沙岩或页岩。由于有节奏的地壳运动和反复堆积，在同一地区往往具有很多煤层，每层煤都被岩石分开。

由植物变为煤的过程可以分为三个阶段：

1.菌解阶段。即泥炭化阶段。当植物堆积在水下被泥沙覆盖起来的时候，便逐渐与氧气隔绝，由嫌气细菌参与作用，促使有机质分解而生成泥炭。通过这种作用，植物遗体中氢、氧成分逐渐减少，而碳的成分逐渐增加。泥炭质地疏松、褐色、无光泽、比重小，可以看出有机质的残体，用火柴可以引燃，烟浓灰多。

2.煤化作用阶段，即褐煤阶段。当泥炭被沉积物覆盖形成顶板后，便成了完全封闭的环境，细菌作用进一步增加，过渡成为褐煤，这称为煤化作用。褐煤颜色为褐色近于黑色。颜色暗淡，基本上不见有机物残体，质地致密，用火柴可以引燃，有烟。

3.变质阶段。即烟煤及无烟煤阶段。褐煤是在低温低压下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置时，就会受到高温高压的作用。使褐煤的化学成分发生变化，主要是水分和挥发成分减少，含碳量相对增加；在物理性质上也发生改变，主要是密度、光泽和硬度增加，而成为烟煤。这种作用是煤的变质作用。烟煤颜色为黑色，有光泽，致密状，用蜡烛可以引燃，火焰明亮，有烟。烟煤进一步变质，成为无烟煤。无烟煤颜色为黑色，质地坚硬、有光泽，用蜡烛不能引燃，燃烧无烟。

石油和天然气的形成

关于石油的成因，目前大多数人主张有机生成说。古代低等动植物(其中以繁殖量最大的浮游生物为主)，同泥沙一起在低洼的浅海、海湾或湖泊中沉积下来，首先形成有机淤泥。这种有机淤泥被新的沉积物所覆盖，造成与空气隔绝的环境。随着低洼地区泥沙的不断沉降，沉积物不断加厚，有机淤泥承受的压力和温度也不断加大，在嫌气细菌、温度、压力等因素的作用下。逐渐变成分散的油滴，这些油滴在压力作用下逐渐移到多孔隙的储油岩层(沙岩和砾岩)中，并聚集在一定的地质构造(如穹隆构造)之中，这就形成了油田。

天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体，它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻，所以常位于石油的上部。

煤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产，一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。（古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。）在地表常温、常压下，堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 ，由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。

煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。这个转变过程叫做植物的成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。

在泥炭化阶段，植物残骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐植酸，其组成和植物的组成已经有很大的不同。

煤化阶段包含两个连续的过程：

第一个过程，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。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。

第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰烟、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。

温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。

压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。

当地球处于不同地质年代，随着气候和地理环境的改变，生物也在不断地发展和演化。就植物而言，从无生命一直发展到被子植物。这些植物在相应的地质年代中造成了大量的煤。在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期：

(1)古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。

(2)中生代的株罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。

(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。