深埋地下的煤炭是怎么发现的（煤为什么会深埋地下）
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如何探测地下有煤炭和它的储存量
2.1 磁探测法〔1，2〕
磁探测法的实质是，煤层上覆岩石中一般含有大量的菱铁矿及黄铁矿结核，煤层自燃时，上覆岩石受到高温烘烤，其中铁质成分发生物理化学变化，形成磁性物质，并且保留有较强的磁性。烘烤后的上覆岩石的磁性随自燃温度升高而增强。早在60年代我国西北各省就用磁法结合电法勘探煤田火区，取得了一定成果。印度也利用此法确定Jharia煤田的自燃火灾区域范围，得到了十分满意的效果。俄罗斯、乌克兰也曾用此法确定煤田自燃火区范围。从这一方法的实质和目前应用的情况看，磁探测法主要用于煤田火区，而对于生产矿井自燃高温的探测应用较少，这主要是因为：①当自燃火源温度小于400℃时和烘烤时间短时，上覆岩石或煤层中就不能形成较高的磁性；且对于生产矿井而言，要处理的是煤自燃高温区域，自燃煤温较低和烘烤时间短，这样用磁法探测的效果并不理想；②对于生产矿井，井下高温区域周围铁性物质多,磁探测法则无法有效使用。③煤层顶底板和煤中分布的铁质结核不均匀，给磁测法探测自燃火区带来一定困难。
2.2 电阻率探测法〔2〕
正常情况下，埋藏于地下的煤层，沿走向（或其它方向）因其结构状态和含水性变化不大，电阻率基本保持不变。但当煤炭自然发火后，煤层的结构状态和含水性发生较大变化，从而引起煤层和周围岩石电阻率的变化。在自燃的初期，电阻率会下降；在自燃后期，由于煤较充分燃烧，其结构状态发生较大变化，水分基本蒸发掉，表现为较高的电阻率。因此，可根据观测结果比较未自燃区和自燃区的变化情况，判断自燃区域的位置，这就是电阻率法探测自燃发火区域位置的原理。由于煤在自燃的初期，煤电阻率的变化不明显，致使电阻率探测法的探测精度受限；加之井下杂散电流多，用于井下高温区域的探测比较困难，目前国内外多用于露天开采和煤层露头自燃火源的探测。
2.3 气体探测法
煤自燃在不同的温度，其产生的气体种类和浓度是不同的；故根据气体种类和浓度，依次判断煤的自燃温度，并据气体浓度梯度大致确定高温区域的范围。气体确定高温区域范围可在井下或地面进行。
2.3.1 井下气体探测法
通常称为气体分析法，是目前国内外广泛应用的煤炭自燃的预测预报方法。对某矿当煤质一定时，其煤自燃生成的气体组分与温度有一定规律，用仪器或束管监测系统检测煤自燃释放的气体，以确定煤的氧化温度和煤炭自燃区域的可能范围，但它无法知道煤炭自燃的位置和发展变化速度，并且易受井下通风因素的影响。
2.3.2 地面气体探测法
由于煤炭自燃火源区域与地面存在一定的压差和分子扩散，使自燃火源向地面有着气体流动，而在地表层中产生一些有代表性气体是从煤炭自燃点垂直方向放射的，据此在地面可布置测点测量，来判断火源点大致位置。这种方法对于煤层埋藏较深，气体不能扩散至地面，且气体向上运移发生物理化学变化时，就无法使用。
2.4 氡气探测法
氡气探测是一种放射性探测方法，它兼有物探和化探的特点。它的原理是煤层自燃后，随煤温升高，氡气浓度上升，在地面布置观测点，应用α卡法、210Po法等，收集并测量氡气浓度，依此判断火区位置。国内山西矿业学院用此法在地面探测煤矿地下火源，并在古交北沟矿、潞安矿务局石圪节矿进行了成功应用，从应用情况来看，这种方法目前只在地面使用，自燃温度一般超过200 ℃；且用氡气量值也无法判断自燃的燃烧程度及其温度。
2.5 煤炭自燃温度探测法
2.5.1 测温仪表与测温传感器联合测温法
这是目前国内外最为广泛应用的一种方法，兖州矿区东滩煤矿也采用此法测量煤温。据探测地点不同分为地面探测和井下探测。
（1）地面探测法〔3〕。在自燃火区的上部利用仪器探测热流量或利用布置在测温钻孔内的传感器测定温度，根据测取的温度场用温度反演法来确定自燃火区火源的位置。这种方法常用于火源埋藏深度浅、火源温度高，已燃烧较长时间的火区。波兰、俄罗斯曾应用此法探测煤层露头的自燃火区范围，探测深度在30～50 m。
（2） 井下探测法〔4〕。此种方法是把测温传感器预埋或通过钻孔布置在易自燃发火区域(采空区和煤层内)，根据传感器的温度变化来确定高温点的位置、发展变化速度，这种方法受外界干扰少，测定准确，煤温只要升高，传感器位置合适，就能有效探测。这是目前井下准确的探测方法。山东矿业学院已成功地开发了适于井下应用的MKT-Ⅰ，MKT-Ⅱ和MKT-Ⅲ（自动监控）电脑型测温仪，此仪器的最大特点是测定准确，和测定距离长度无关。东滩煤矿应用此法在井下进行了成功的探测。由于测温及时、准确，为高温点的消除起到了积极的作用。
（3） 测温仪表与测温传感器联合测温法的缺陷。尽管此种探测法测定准确、可靠，弥补了上述一些探测方法的不足，但它本身也存在一些问题值得研究：①传感器的布置是探测自燃高温区域的关键，数量、位置准确，就能有效控制自然区域高温点；但这些布置参数受煤体温度场传导速度的限制，由于煤的导温系数较小，要想测取煤体温度，控制自燃位置，就要布置一定数量的传感器；②测温钻孔：要测取煤体温度，就必须在煤体内布置测温传感器，因而就需要测温钻孔，增加了工作量。
2.5.2 红外探测法〔5，6〕
在国内外这一方法已较广泛用于地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探测。探测仪器有红外测温仪和红外热成像仪，应用最多的是红外测温仪。俄罗斯采用红外测温仪，美国采用红外测温仪和热成像仪探测煤壁和煤柱自燃温度；国内兖州、开滦、徐州等矿区采用红外测温仪测定井下煤壁温度。红外测温仪是测取点温，红外成像仪是扫描成像测取温度。在国内，红外热成像仪井下没见应用，而在煤田地质调查、地震预报、地下水探测、岩突、岩爆等方面得到了应用。隧道和巷道内由岩石的应力引起的表面0.2 ℃左右的温度变化就可被测到，从而可分析引起灾害的程度。
红外探测法的实质是自然界的任何物体只要处于绝对零度(0 K)之上，都会自行向外发射红外线。其发射能量如下式
E=εαT4 (1)
式中 ε——辐射系数，其值为0＜ε＜1，岩石和煤体一般为0.7～0.98，辐射系数受物体化学组 分、表面状态、内部结构、含水量、孔隙度等影响；
α——斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.67×10-12 cm2.K4；
T——物体的绝对温度，K。
从式(1)可看出，物体的温度越高，辐射能量就越大，红外测温仪器接受辐射量而转换的辐射温度就越高，因此就可利用红外测温仪器对温度的高分辨率来探测井下巷道自燃位置。
在通常情况下，自然界的红外辐射区域是362K(89℃)至207K(-66℃)，即波长在8～14 μm的大气窗口区域内。 红外技术是探测物体表面的红外辐射温度，它不同于物理温度，物体表面的红外辐射温度取决于物体表面物理温度及其物体的物质成分、含水量、表面粗糙度、颗粒大小、孔隙度、热惯量(比热、热传导率、比重)等诸多因素；这些因素的任一项微小变化，都会引起红外辐射温度的变化。因此，在排除干扰因素后，提取同种物质的温度变化异常信息是至关重要的。
红外热成像仪类似于摄像机,它将镜头视场内景物的红外辐射温度场(25°×20°的景物)，通过锗透镜聚焦到红外敏感原件上(单点扫描式、线阵或面阵排列),转换成电信号，经电路放大、模/数转换、记录并显示，当然还得有一套复杂的处理软件，其结果通常将其视为景物的温度图像，现以TVS-600热像仪为例，在热像仪距景物2 m时，摄得景物面积为：2×tan25.8°=0.97 m(水平方向), 2×tan19.5°=0.71 m(垂直方向)，在0.97 m×0.71 m内又有320×240个像点，每个像点的面积为2.8 mm×2.8 mm，就是说只要有7.84 mm2面积的热异常(大于0.15℃)就能被发现。而煤壁总有一些微裂隙，微气孔的热传导、热对流和热扩散，使表面局部产生温度变化，从而观测到红外辐射温度异常，故利用红外热成像仪准确探测自燃高温区域成为可能。关键在于如何通过温度异常来诊断自燃高温点。
另外，非致冷的面阵探测器(红外敏感元件)是当今红外科学发展的新贡献，它给行业使用带来了方便，就不需要如液氮等致冷液体、气体或压缩机(小型循环致冷)，同时减少了噪声、耗电量和重量。
地下蕴藏着丰富的煤炭资源，这些煤炭究竟从何而来？
石炭纪是地壳运动非常活跃深埋地下的煤炭是怎么发现的的时期深埋地下的煤炭是怎么发现的，因而古地理深埋地下的煤炭是怎么发现的的面貌有着极大的变化。石炭纪开始于距今3.5亿年前深埋地下的煤炭是怎么发现的，延续到6500万年前。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭深埋地下的煤炭是怎么发现的，因而得名“石炭纪”。据统计，属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上。侏罗纪是中国最主要的成煤时代，其资源量占全国50%以上，且以早、中侏罗世为主，在地域上则主要集中于西北，包括陕甘宁盆地和新疆的四个大型煤盆地。
在三叠纪早期的地层中，没有发现煤矿床，而三叠纪中期的地层中，煤矿床薄，而且品质低。关于煤层缺口的成因有许多假设。有科学家认为，当时有许多新的真菌、昆虫、以及脊椎动物出现，这些具侵略性的动物造成植物的大量死亡。但是，这些动物也因二叠纪、三叠纪灭绝事件而大量灭亡，不太可能是煤层缺口的主因。，煤矿缺口不只是这一时期，早在寒武纪地层和6500万以后的更新世也是一大缺失地层。
在这几个地质时期正是科学界最为关注的时期，因为它们正是几次动物大灭绝时期。对于大灭绝科学界普片认为是小行星或彗星撞击造成的，这些时期的矿物可能都是彗星撞击地球时送给地球的礼物，其中包括煤炭、石油、天然气、可燃冰和各种金属矿产。这就是为什么在这些地层中蕴藏丰富矿物的原因所在，也是煤炭丰富的缘由。煤炭根本不是古代森林变化来的，它可能跟水一样来自彗星，也跟水一样在一定的温度范围内进行循环。一切物质都有三态固态、液态、气态。水在大气的范围内能进行循环。煤炭三态的循环温度的跨度太大，在地球表面无法使它循环。
古人如何采到深埋在地下的煤？
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。
地下的煤炭是怎么形成的？
煤是地史时期植物的遗体堆积层埋在地下后深埋地下的煤炭是怎么发现的，经过长期的地质作用而形成的。现在所知，在地史时期中有几次大的造煤时期，如晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪及新生代的古近纪。理论上几乎所有的植物遗体只要具备成煤的条件，都可以转化成煤。那么为什么上面所说的几个地史时期产生的煤会特别多呢深埋地下的煤炭是怎么发现的？据研究，在那几个时期，气候非常温暖和潮湿，地球上到处都长满了高大的植物，特别是在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里，封印木、鳞木等蕨类植物特别繁盛。当它们倒下以后，就会被水所淹没，在缺氧的环境里，那些植物的遗体不会很快地分解和腐烂。经过漫长的时期，植物遗体的堆积越来越多，最后形成了植物遗体的堆积层。
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