碳、氫、氧是煤中主要有機質，佔95%以上；煤化程度越深，碳含量越高，氫、氧含量越低。碳和氫是煤燃燒時產生熱的元素，氧是助燃元素。煤燃燒時，氮不會產生熱量，而是在高溫下轉變為氮氧化物和氨，並以遊離態沉澱出來。硫、磷、氟、氯、砷是煤中的有害成分，其中以硫最為重要。煤炭燃燒時，大部分硫被氧化成二氧化硫（SO2），隨煙氣排出，污染大氣，危害動植物生長及人體健康，腐蝕金屬設備；冶金焦化使用含硫量高的煤炭時，也會影響焦炭和鋼材的品質。因此，「硫」含量是評估煤炭品質的重要指標之一。

煤中有機物在一定溫度和條件下分解產生的可燃氣體稱為“揮發性氣體”，它是由多種碳氫化合物、氫氣、一氧化碳等化合物組成的混合氣體。揮發分也是主要的煤炭品質指標，它對決定煤炭的加工利用方式和製程條件有重要的參考作用。煤化度低的煤，揮發分較多。若燃燒條件不合適，揮發份含量高的煤在燃燒時容易產生未燃盡的碳粒，俗稱「黑煙」；並產生較多的一氧化碳、多環芳烴、醛類等污染物，熱效率降低。因此，應根據煤的揮發分情況，選擇適當的燃燒條件和設備。

煤中無機物很少，主要是水和礦物質，它們的存在降低了煤的品質和利用價值。礦物質是煤中的主要雜質，如硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等，其中大部分是有害成分。

「水分」對煤炭的加工利用影響很大。當水在燃燒過程中變成蒸氣時，它會吸收熱量，從而降低煤的發熱量。煤炭中的水分可分為外部水分和內部水分，內部水分一般作為評估煤炭品質的指標。煤化程度越低，煤的內表面積越大，含水量越高。

「灰分」是煤炭完全燃燒後留下的固體殘渣，是重要的煤炭品質指標。灰分主要來自煤炭中的不燃礦物。礦物焚燒時要吸收熱量，大量的爐渣會帶走熱量，所以灰分越高，煤炭燃燒的熱效率越低；灰分越多，煤炭燃燒產生的灰分就越多，排放的飛灰就越多。一般來說，優質煤和精煤的灰分含量相對較低[1]。

煤炭分佈於各大洲和大洋島嶼，但煤炭在世界各地的分佈很不均勻，不同國家的煤炭儲量也有很大差異。中國、美國、俄羅斯和德國煤炭儲量豐富，也是世界主要產煤國，其中中國是世界煤炭產量最高的國家。我國煤炭資源量位居世界前列，僅次於美國、俄羅斯和澳洲[9]。

儘管煤炭的重要地位已被石油取代，但在相當長的一段時間內，它不可避免地會因石油的逐漸枯竭而下降。由於煤炭儲量巨大，科學技術日新月異，煤炭氣化等新技術已成熟並廣泛應用。

根據煤的原始物質和形成條件的不同，自然界中的煤可分為三類，即腐殖質煤、殘餘腐殖質煤和腐泥煤。

中國是世界上最早使用煤炭的國家。遼寧省新樂古文化遺址發現了煤炭工藝品，河南省鞏義市也發現了煤餅。

在《山海經》中，煤被稱為“石聶”，而在魏晉時期，煤被稱為“石墨”或“石炭”。煤這個名稱最早出現在明代李時珍的《本草綱目》。

希臘和古羅馬也是較早使用煤炭的國家。希臘學者泰奧弗拉斯托斯於西元前約300年撰寫了《石頭史》，記載了煤的性質和起源。古羅馬大約在2000年前就開始使用煤炭取暖。

煤炭是一層極厚的黑色腐殖質，由植物的枝條和根部在地面上累積了數百萬年。由於地殼的變化，不斷地埋藏在地下，長期與空氣隔絕，在高溫高壓下經過一系列複雜的物理化學變化，形成黑色可燃沉積岩，是煤的形成過程。

煤礦煤層的厚度與該地區地殼下降的速度和植物遺骸的堆積有關。地殼快速下落，植物殘骸堆得厚厚，所以這個煤礦的煤層很厚。相反，地殼正在緩慢下落，植物殘骸堆積得很薄，所以這個煤礦的煤層很薄。由於地殼構造運動，原有水平煤層發生褶皺、破碎。有的煤層埋在地下較深的地方，有的則被推到地表，甚至裸露在地面，很容易被發現。還有一些煤層比較薄，面積也比較小，所以沒有開採價值，關於煤炭的形成也沒有更新的說法。

煤是這樣形成的嗎？有些論述是否值得進一步研究和討論。大型煤礦煤層厚，煤質優良，但面積一般都不是很大。如果是植物的葉和根數百萬年的自然堆積，其面積應該是非常大的。因為遠古時期地球上到處都是森林和草原，所以地下到處都應該有煤炭儲存的痕跡；煤層不一定很厚，因為植物的葉子和根腐爛成腐植質，會被植物吸收。如果如此重複，最終埋入地下時就不會那麼集中，土層與煤層的界線也不會那麼清楚。

但不可否認的事實和依據是，煤炭確實是由植物殘骸系統演化形成的，這是無可辯駁的真理。只要仔細觀察煤塊，就能看到植物葉子和根的痕跡；如果把煤切片放在顯微鏡下觀察，可以發現非常清楚的植物組織和結構，有時煤層中還保存著樹幹之類的東西，有的煤層還包裹著完整的昆蟲化石。

在地表常溫常壓下，積存於積水中的植物遺體由泥炭或腐泥轉化為泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏後，由於盆地基底的衰退而沉入地下深處，經由成岩作用轉化為褐煤；當溫度和壓力逐漸升高時，透過變質作用將煙煤轉變為無菸煤。泥炭化是指高等植物殘體在沼澤中積累，經由生化變化轉化為泥炭的過程。腐泥化是指低等生物的殘骸在沼澤中經由生化變化轉化為腐泥的過程。腐泥石是一種富含水和瀝青質的泥質物質。冰川過程可能有助於收集和保存成煤植物遺骸[2]。

煤的形成時代

在整個地質時代，全球主要有3個成煤期：

古生代石炭系和二疊系的成煤植物主要是孢子植物。主要煤種是煙煤和無菸煤。

中生代侏羅紀和白堊紀，成煤植物主要是裸子植物。主要煤種是褐煤和煙煤。

新生代第三紀，成煤植物主要是被子植物。主要煤炭是褐煤，其次是泥炭和一些年輕煙煤。

煤炭是世界上分佈最廣泛的化石能源，主要分為煙煤和無菸煤、次煙煤和褐煤四類。全球可採煤炭儲量的60%集中在美國（25%）、蘇聯加盟共和國（23%）及中國（12%）。此外，澳洲、印度、德國和南非等國煤炭產量佔全球煤炭總產量的29%，探明煤炭儲量是石油儲量的63倍以上。世界上煤炭儲量豐富的國家也是煤炭。