[科普中国]-煤风化作用

处于地表或地表附近的煤层，在大气、水和生物等外力的长期联合作用下，使煤的物理性质、化学性质及工艺性质发生的一系列破坏性变化。其强度由地表向下逐渐减弱，直至停止。煤风化作用是一个长期、缓慢和逐步加深的复杂过程。

释义处于地表或地表附近的煤层，在大气、水和生物等外力的长期联合作用下，使煤的物理性质、化学性质及工艺性质发生的一系列破坏性变化。其强度由地表向下逐渐减弱，直至停止。煤风化作用是一个长期、缓慢和逐步加深的复杂过程。

煤风化作用类型根据性质的不同，煤风化作用分为物理风化、化学风化和生物风化等三种主要类型。

物理风化作用由于大气温度的变化以及煤中孔隙、裂隙水的反复冻结与融化而使煤发生的颜色变浅，硬度及强度变弱，裂隙增多、增大，结构变松，甚至完全破碎成粉末等物理性质变化和机械破坏。其影响深度有限。

化学风化作用由于受大气和水中各种化学物质的影响，使煤的化学组成及工艺性质发生的变化和破坏。其影响深度较大。

生物风化作用由于受生物活动的影响，使煤的物理性质和化学性质发生的变化和破坏。

煤风化作用过程煤风化过程分为吸氧、次生腐植酸生成和有机物氧化分解等三个阶段。

吸氧阶段煤中有机质大分子结构单元侧链上的活性基团，吸附大气中的氧，在煤的表面形成煤氧络合物，使煤的重量增大、吸湿性增强。

次生腐植酸生成阶段煤氧络合物分解，放出二氧化碳、一氧化碳、水和热量。同时，由稠环和侧链组成的煤分子氧化生成腐植酸。随着风化程度的加深，次生腐植酸的含量不断增加。煤的结构变得疏松，增大了与大气、水等的反应面，为加快风化速度和加大风化深度提供了条件。

有机物氧化分解阶段随着次生腐植酸的进一步氧化分解，煤中有机物含量明显降低，直至全部消失，仅剩下煤中矿物风化后的残留物。

有机质氧化生成的腐植酸、二氧化碳等酸性物质，可使煤中矿物水解，生成硅酸、铝硅酸、磷酸等，与金属离子形成有机盐类络合物，当钙离子丰富时，则可生成方解石。煤中的黄铁矿和白铁矿氧化成硫酸和硫酸铁，且与周围的钙、铝矿物作用，形成石膏、明矾等新矿物。在有大量有机质分解而造成的还原环境下，硫酸铁可再次被还原，生成次生黄铁矿。因此，在煤层露头及其附近常见有含铁明矾的白色粉末(称煤垩)，受氢氧化铁污染的次生腐植酸褐色粉末(称煤华)分布。煤垩、煤华都是重要的找煤标志。

煤层的风化带和氧化带煤层遭受风化作用地带的总称。根据受风化作用影响的不同程度，分为风化带和氧化带 。

风化带煤层露头附近由于风化作用使煤的物理、化学性质发生显著变化的地带。因煤中有机质分解逸散或被水流溶解带走，致使风化带煤层厚度显著变薄，在地表露头处甚至尖灭成煤线。

风化带可根据煤的物理、化学、工艺性质确定。风化带的煤称风化煤，其特点是颜色变浅，硬度及力学强度变弱，结构松散，甚至完全变成粉末状;挥发分、水分和氧含量增高，碳、氢含量和粘结性、焦油产率、发热量降低，失去燃烧价值，地质勘探时不计算其储量。当风化煤中次生腐植酸含量超过20%时，应适当取样并估算其腐植酸储量。

氧化带煤层风化带以下，因风化作用，煤的物理、化学性质虽未明显变化，但煤的化学工艺性质已发生明显变化的地带。亦有人将此地带划为次风化带，而将风化带与次风化带全称氧化带。氧化带的深度，往往通过沿煤层倾向由浅而深系统采取煤样(包括钻孔煤心煤样和煤层煤样)，经测试而确定。氧化带的煤称氧化煤，它可作动力煤用，但因其化学工艺性质已发生变化，粘结性降低或丧失，故而不能炼焦。

煤风化作用的影响因素煤风化作用受煤的成分和性质、煤层的埋藏条件、地表侵蚀速度、气候条件等因素的制约。

煤的成分和性质腐植煤较残植煤和腐泥煤易风化;低变质煤较高变质煤易风化;镜煤和亮煤较丝炭和暗煤易风化，但在低温条件下丝炭能吸附大量的氧并放出热量而加速风化作用。此外，煤的结构、裂隙发育程度、水分和煤中黄铁矿的含量等，对煤风化作用也有一定的影响。

煤层的埋藏条件煤层产状、围岩成分和性质、夹矸厚度和性质以及上覆盖层的厚度和性质等因素都影响煤层与大气和水的接触条件，从而对煤风化作用进行制约。

地表侵蚀速度地表侵蚀速度越快，地形切割越陡，煤层氧化带越浅; 反之，则氧化带越深。

气候条件温湿气候有利于化学风化的进行，风化深度大; 干燥气候则多以物理风化为主，风化深度小;大气温差越大，物理风化越强;大气降水影响潜水面的位置和渗滤水的含量及性质。

构造条件因构造裂隙导入水、气而促使煤体发生风化、氧化。这种风化作用往往可达地下较深部位，但范围比较局限。1

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李航 - 副教授 - 西南大学