被廣泛用作天然燃料的黑色或褐色層狀固體可燃有機巖。是地史時期沼澤中植物遺體在覆水缺氧或少氧的環境下，經生物化學作用被部分分解，埋藏後，在溫度、壓力增高的條件下，經受地質作用轉變而成（見煤化作用）。中國是世界上用煤最早的國傢。春秋戰國時期稱煤為“石涅”，漢、魏、晉時稱煤為“石墨”或“石炭”，使用“煤”這一名詞始於明朝。李時珍的《本草綱目》中有：“石炭即烏金石，上古以書字，謂之石墨，今俗呼為煤炭，煤墨音相近也。”煤是中國最主要的能源，在能源結構中占70％以上，，世界上所使用的能源也有三分之一從煤而來。中國煤的產量和儲量均居世界前列，世界上煤產量和儲量較多的國傢還有美、蘇、波、德、英、澳、南非、印度等。
煤在顯微鏡下，可見其中石化瞭的植物木質纖維組織、木栓層、角質層、蠟質層、樹脂、孢子、花粉以及菌類、藻類等。此外，植物本身含有少量和成煤過程中混入的礦物成分，構成煤中的礦物質。這些礦物質包括粘土礦物、碳酸鹽、硫化物、氧化物、石英、磷酸鹽以及少量重礦物和副礦物。因此，煤是多種有機與無機的非均質混合物，是一種有機巖石而非礦物。根據成煤物質的堆積方式，有原地堆積煤和異地堆積煤；根據成煤原料和聚積環境的不同，可分為腐殖煤、腐殖腐泥煤、腐泥煤；根據煤化程度，可分為褐煤、煙煤、無煙煤、超無煙煤。
巖石組成 煤是一種成層的可以燃燒的有機巖石，組成比較復雜。肉眼觀察可以分出不同的煤巖組分和宏觀類型。煤巖組分是肉眼可以區分的基本組成單位；宏觀類型則是根據煤巖組分的數量比例，以及組分所反映的煤的平均光澤而劃分的肉眼研究單元（見煤的巖石組成）。在顯微鏡下才能識別出的煤的有機組分稱為煤的有機顯微組分，簡稱煤的顯微組分；煤的顯微煤巖類型是顯微鏡下劃分出的不同顯微組分的各種組合，亦稱煤的顯微類型（見顯微煤巖類型）。
物理性質 煤的物理性質主要由成煤原始物質（見成煤植物）、煤的沉積環境（見成煤沉積環境）、煤相和煤化作用等因素決定。煤的物理性質主要包括光澤、顏色和粉色、硬度、脆度、斷口、比重、裂隙和導電性等。煤作為一種巖石，它的物理性質因組分的不同而異，應按組分或類型分別加以研究；但作為礦石，在開采、加工利用的一些實用環節上，則是進行平均煤樣的研究。
顏色和粉色 煤的顏色是指新鮮煤塊斷面上的自然色。從褐煤、煙煤到無煙煤，顏色一般從棕褐，褐黑而黑色，最後成為帶有鋼灰色調的灰黑色。腐泥煤一般呈褐、褐黑、深灰或黑色。煤中水分可使煤的顏色加深，礦物質則使之變淺。在普通透射光下，煤薄片所顯示的顏色稱透射色。不同顯微組分的透射色不同。
煤的粉色是煤研成粉末的顏色，又稱條痕色。煤的粉色取決於煤的顏色。通常規定以新鮮的鏡煤或較純凈的亮煤的粉色為準，隨煤化程度增高，由淺棕色、棕黑色、黑色到灰黑色。腐泥煤的粉色多為淺褐色或褐黑色。
光澤 指通常光下煤塊新鮮斷面上的反光強度。腐殖煤的4種煤巖組分中，鏡煤光澤最強，亮煤次之，暗煤和絲煤光澤暗淡。隨著煤化程度的增高，鏡煤和較純凈亮煤的光澤變化明顯，依次呈現為瀝青、玻璃、金剛和似金屬光澤。年輕褐煤有時呈蠟狀光澤，腐泥煤一般光澤暗淡。此外，光澤還與煤受風化、氧化的程度，煤中礦物質的含量有關。
硬度 指煤抵抗外界機械作用的能力。主要有以下幾種硬度：
①刻劃硬度。用標準礦物刻劃煤所測定的相對硬度。暗煤比亮煤和鏡煤硬。煤的硬度與煤化程度有關，年輕褐煤和中等煤化程度的焦煤硬度最小，無煙煤硬度較大。
②抗磨硬度。指煤巖組分的抗磨強度。煤光片拋光時，硬的組分（如惰質組組分）比軟的組分（如鏡質組組分）磨損得慢，所以，惰質組組分比鏡質組組分突起要高。突起是反射光下研究煤光片的重要標志之一。
③顯微硬度。根據在顯微鏡下具有靜載荷的金剛石壓錐壓入顯微組分的程度測定的。壓痕越大，表示煤的顯微硬度越低；壓痕較小，則煤的顯微硬度較高。其數值是以壓錐與煤實際接觸的單位面積上所承受的載荷重量表示（單位千克／平方毫米）。在無煙煤階段隨煤化程度的增高，鏡質組的顯微硬度急劇上升，變化幅度為30～200千克/平方毫米，因此，顯微硬度可作為詳細劃分無煙煤的指標。
脆度 指煤受外力作用而破碎的性質。在4種煤巖組分中，鏡煤和絲煤脆度最大，暗煤的脆度最小。殼質組組分增多時，煤的脆度降低，故殘殖煤和腐泥煤的脆度小、韌性大。各煤級煤中，焦煤階段鏡質組的脆度量大。
斷口 指煤受外力打擊斷開後呈現凹凸不平的表面。斷口有貝殼狀、參差狀、階梯狀、棱角狀、針狀等，它們反映瞭煤物質組成的均一性或方向性的變化。具貝殼狀斷口的有腐泥煤、鏡煤、較純凈的亮煤和某些塊狀無煙煤，表明這些煤的物質組成有較高的均一性。
裂隙 指在煤形成過程中，受自然界各種應力的影響造成的裂縫。分為內生裂隙和外生裂隙。①內生裂隙常見於鏡煤和亮煤，垂直於層理面，裂隙面比較平坦，常呈眼球狀。一般認為是煤中凝膠化物質在煤化過程中受溫度、壓力變化的影響，引起內部結構變化，因體積均勻收縮產生內張力形成的。內生裂隙的發育程度可大致反映煤化程度。②外生裂隙是煤層形成後受構造應力作用產生的，它以各種角度與煤層層理面相交，並以斜交者較多。外生裂隙可以出現在煤層的任何部分，裂隙面常有羽毛狀、波紋狀或光滑的滑動痕跡。由於主要外生裂隙組的方向常與附近的斷層方向一致，因此，研究外生裂隙有助於確定斷層的方向。
比重 它取決於煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質的成分及其含量。純煤比重隨煤化程度的增高而增高，同一煤化程度煤中，惰質組組分比重最大，鏡質組組分比重較小，殼質組組分的比重最小。隨著煤化程度增高，各種顯微組分的比重逐漸接近，到無煙煤階段基本一致。煤中礦物質的比重較有機物質的大得多，煤的比重與礦物質含量密切相關。根據測定方法分為真比重和視比重（容量）。測定真比重時，體積不包括煤的內外表面孔隙。由於礦物質對比重的影響往往比煤化程度的影響更大，因此，大多采用純煤（即去掉水分和礦物質的煤）的真比重。
測定視比重時，體積包括煤的內外表面孔隙，是計算煤儲量的重要參數。在礦物含量低的各煤級煤中，褐煤的視比重最小，無煙煤的視比重最大。
導電性 指煤傳導電流的能力，通常以電阻率表示。煤的導電性與煤化程度密切相關。褐煤由於孔隙度大而電阻率低；煙煤是不良導體，由褐煤向煙煤過渡時，電阻率劇增；但瘦煤階段電阻率又開始降低，無煙煤階段急劇降低，因而無煙煤具有良好的導電性。一般煙煤的電阻率隨灰分的增高而降低，而無煙煤則相反，隨灰分增高而增高，若煤層中含有大量黃鐵礦時，也會使無煙煤電阻率降低。各種煤巖組分中，鏡煤的電阻率比絲煤高。氧化煤的電阻率明顯下降。
元素分析 煤中有機質是復雜的高分子有機化合物，主要由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成。在各種元素中，碳、氫、氧是主要成分，三者的總和占有機質的95%以上。有機質的元素組成與煤的成因類型、煤巖組分等因素有關。根據元素組成可以計算煤的發熱量，估算和預測煤的煉焦化學產品、低溫幹餾產物和褐煤蠟的產率，為煤的加工工藝設計提供必要的數據。由於煤中的無機質也含有少量的碳、氫、氧、硫等元素，因此，在瞭解煤中有機質的元素組成及進行煤的分類時，應以比重為1.4的重液中洗選後的精煤測定。
碳 是煤中最重要的成分，其含量隨煤化程度的加深而增高。一般泥炭中的碳含量為50～60%，褐煤為60～77％，煙煤為74～92％，無煙煤為90～98％。同煤級煤的不同顯微組分的碳含量略有差別。
氫 是煤的第二個重要成分。氫含量與成煤原始物質有關，腐殖煤中殼質組的氫含量高，如氣煤階段殼質組的氫含量大於7％，鏡質組次之，惰質組最低。腐泥煤的氫含量普遍比腐殖煤高，大於6～11％。隨著煤化程度的加深，氫含量逐漸減少。
氧 煤中氧含量變化大，隨著煤化程度的增高而降低。如泥炭中氧含量為30～40％，褐煤的氧含量降低為15～30％。當煤受到氧化作用時，氧含量迅速增高，而碳、氫含量明顯降低。氧含量是確定煤層的風化帶、氧化帶深度的主要指標之一。
氮 主要來自成煤植物中的蛋白質，含量約0.8～1.8%，通常隨煤化程度增高而稍有降低。在熱加工時，一部分氮轉化成為氨及吡啶類等含氮有機化合物，可用以制成硫酸銨、尿素、氨水等氮肥。
硫 是煤中最有害的雜質。煤燃燒時，其中硫生成SO2，腐蝕金屬設備，污染環境。煤作為合成氨原料時，產生的 SO2除腐蝕金屬設備外，還使催化劑中毒，影響操作和產品質量。煤作為生產冶金焦原料時，煤中硫大部分轉入焦炭，使鋼鐵產生熱脆性。因此，各項工業用煤對硫含量都有嚴格的要求，如煉焦用煤要求硫含量低於10％。
煤中硫分為有機硫和無機硫兩大類，總稱為全硫。有機硫主要來自成煤植物和微生物中的蛋白質。含量一般都小於0.5％，均勻分佈於有機質中，很難清除。一般低硫煤是以有機硫為主，因此洗選後，精煤的全硫百分比反而會增高。無機硫分為硫化物硫和硫酸鹽硫兩種。硫化物硫中絕大部分是以黃鐵礦硫（FeS2）形態存在，有時也有少量的白鐵礦硫。顆粒大的黃鐵礦可利用其與有機質比重之差，予以清除；而顆粒極細又分佈均勻的，則難以去掉。當煤中含硫量大於1％時，多是以硫化物硫為主，洗選後可使硫含量不同程度地降低。煤中硫的含量可分為5級：高硫煤，大於4％；富硫煤，為2.5～4％；中硫煤，為1.5～2.5％；低硫煤，為1.0～1.5％；特低硫煤，小於或等於1％。煤中硫含量的高低與成煤時的沉積環境有關。
磷及其他元素 煤中磷主要是無機磷（如磷灰石）及微量有機磷。煉鐵時焦炭中來自煤的磷又進入生鐵，使鋼鐵產生冷脆性。中國煤中磷含量多低於煉焦用煤規定的工業要求（幹燥基小於0.01％）。煤中還可能含有砷、氯、汞、硒、鈹和氟等有害成分，其中砷含量在釀造工業和食品工業燃料中不得超過8ppm。煤中氯主要以氯化鈉的形式存在，煤的氯含量如超過0.2％，用以煉焦或作燃料時，碳化室及各種管道會受到強烈的腐蝕。此外，煤中尚有鍺、鎵、鈾、釩等有益元素，有時可達工業品位（見煤中伴生元素）。
工業分析 亦稱技術分析，指對煤的水分、灰分、揮發分的測定和對固定碳的計算。通過工業分析可以大致瞭解煤的性質。
水分 根據煤中水分的存在狀態，可分為外在水分、內在水分以及與煤中礦物質結合的結晶水、化合水。外在水分是指煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中，附著在煤顆粒表面的水分。即將煤放在空氣中風幹時，外在水分蒸發直到與空氣的相對濕度達到平衡時失去的水分。內在水分是指吸附或凝聚在煤顆粒內部毛細孔中的水，需加溫達100℃時才能把煤中的內在水分完全蒸發出來。當煤顆粒中毛細孔吸附水分達到飽和時，內在水分達最高值，稱最高內在水分。由於煤的孔隙度與煤化程度間有一定的關系，所以最高內在水分能在一定程度上表示煤化程度。結晶水和化合水是指煤的礦物質中分別以分子形式和離子形式參加礦物晶格構造的水分，一般要在200℃以上才能析出。煤中水分是無用物質，其含量愈低愈好。煉焦時煤中水分消耗熱量，延長煉焦時間，降低焦爐產率；作燃料時水分消耗熱量，降低有效發熱量。
灰分 煤完全燃燒後的殘渣量。將1克分析煤樣在800±20℃條件下完全燃燒後，根據剩下的殘渣重量求得灰分產率。通常以不含水分的絕對幹燥煤樣為基準計算灰分。煤的灰分幾乎全部來自礦物質。灰分是煤的有害成分，它增加運輸量，降低煤的發熱量，影響焦炭質量。
揮發分 煤中有機質可揮發的熱分解的產物量。將煤置於隔絕空氣的容器中，在一定高溫下加熱一定時間後，煤中分解出液體（蒸氣狀態）和氣體產物，從中減去水分，就是煤的揮發分。
揮發分隨煤化程度增高而降低，可用以初步估計煤級，因此，世界各國幾乎都采用揮發分作為煤工業分類的第一分類指標。在煤化程度相同的煤中，殼質組的揮發分最高，鏡質組次之，惰質組最低。但到高煤化階段，顯微組分的影響減小。揮發分也受礦物質的影響，如當煤中碳酸鹽含量較高，分解出的CO2產率大於2％時，需要對煤的揮發分產率進行校正。
固定碳 測定煤的揮發分時，剩下的不揮發物稱為焦渣，從焦渣中減去灰分即為固定碳。即固定碳就是煤在隔絕空氣的高溫加熱條件下，煤中有機質分解的殘餘物。從100中減去水分、灰分和揮發分，就得到固定碳的含量。
工藝性質 煤的工藝性質是工業評價合理用煤的依據，主要包括粘結性、結焦性、發熱量、化學反應性、熱穩定性、焦油產率和可選性等。
粘結性和結焦性 煤的粘結性是指粉碎的煤粒在隔絕空氣的條件下，加熱到一定的溫度（即幹餾和熱解）後，煤中有機質分解、熔融而使煤粒能相互粘結成塊的性質，是評價煉焦用煤的主要指標。煤的結焦性是指在煉焦爐中能煉出適合於高爐用的有足夠強度的冶金焦炭的性質。粘結性是煤結焦所必備的條件之一，其他條件還有塑性、流動性、膨脹性等。煤的粘結性還用於評價低溫幹餾、氣化或燃燒用煤，但與煉焦用煤要求相反，粘結性越低越好。煤的粘結性和結焦性與其煤化程度、煤巖組成、遭受氧化的程度以及礦物含量有關。如中等煤化程度的肥煤和焦煤的粘結性最好，焦煤的結焦性最好；顯微組分中鏡質組的粘結性最好，殼質組次之，通常惰質組不具粘結性；氧化煤的粘結性減弱以至消失；礦物質含量過高使粘結性變差。
發熱量 單位質量的煤在完全燃燒時所產生的熱量，常用兆焦耳／千克表示。它是燃燒工藝過程的熱平衡、耗煤量、熱效率等計算的依據。將1克煤樣放在高壓充氧的彈筒中燃燒而測定，由量熱計測得的發熱量稱彈筒發熱量（Qb）。為瞭使測定的發熱量更接近於工業利用的實際，必須進行換算。發熱量與煤的成因類型和煤巖組成有關。殘殖煤和腐泥煤的發熱量比腐殖煤高，在腐殖煤中則以殼質組的發熱量最高，鏡質組次之，隋質組最低。腐殖煤的發熱量隨著煤化程度的不同而有規律地變化，以焦煤的發熱量最高，向低煤化階段或高煤化階段煤的發熱量均有所降低。隨煤中礦物質含量的增高，發熱量也隨之下降。
氣化反應性和耐熱性 煤經過氣化可產生動力煤氣和供化學合成原料用的合成煤氣。煤的反應性又稱活性，指在一定溫度下，煤與不同氣化介質，如二氧化碳、氧、水蒸氣相互作用的反應能力。反應能力強的煤在氣化和燃燒過程中反應速度快、效率高。目前中國采用測定煤的反應性的方法是測定在高溫下煤還原CO2的性能，以CO2還原率表示煤的反應性。還原率高的煤，其反應性較好。煤的反應性隨溫度升高而增強，並隨煤化程度的加深而降低。
煤的耐熱性又名煤的熱穩定性，指煤在高溫燃燒或氣化過程中保持原來粒度的性能。耐熱性好的煤在燃燒或氣化過程中，能以其原來的粒度燒掉或氣化而不碎成小塊，或破碎較少；耐熱性差的煤在燃燒或氣化過程中迅速碎裂成小塊或煤粉，輕則增加爐內阻力，降低氣化和燃燒效率，重則出現結渣現象，破壞整個氣化過程，造成停爐事故。因此，要求煤有一定的耐熱性。
煤灰熔融性 亦稱煤的灰熔點。煤灰是由多種礦物組成的混合物，沒有一個固定的熔點。它隨著煤灰成分的變化而異，Al2O3在煤灰中起增高灰熔點的作用，SiO2含量不高，低於40％時，SiO2起著助熔的作用，SiO2含量在40～60％時，煤灰自軟化到熔直至流動所需的時間短；灰分中的Fe2O3、CaO和MgO含量愈高，灰熔點愈低。各部門對煤的灰熔點的要求不同。如固態排渣的鍋爐和氣化用煤，要求灰熔點高，以免形成熔渣而影響生產操作；而液態排渣的鍋爐或煤氣發生爐則要求灰熔點低的煤，以防排渣困難。
低溫幹餾焦油產率 煤的低溫幹餾是以最大限度獲得煤焦油的目的，並用作制取液體燃料和化工原料。煤的低溫幹餾焦油產率是煤在500～600℃的溫度下幹餾分解的焦油產率，是評價低溫幹餾用煤的主要指標。低溫幹餾用煤的焦油產率TaT一般不應小於7％，TaT>12％者稱高油煤；TaT在7～12％者為富油煤；TaT≤7％者為含油煤。TaT與煤的成因類型有關。腐泥煤、殘殖煤的低溫幹餾焦油產率相當高；腐殖煤的焦油產率與煤化程度和煤巖組成有關，褐煤和長焰煤的焦油產率較高；殼質組的焦油產率高，鏡質組次之，惰質組最低。
可選性 指煤通過洗選，除去夾矸和礦物質的難易程度。在選煤中比重大的尾煤和比重小的精煤較易分開，而比重介於精煤和尾煤之間的中煤（對煉焦煤而言，中煤一般指浮沉試驗中比重為1.4～1.8的部分，對動力用煤來說，中煤指比重為1.5～1.8的部分）在洗選時，與精煤和尾煤容易混雜，不利於分選，因此采用中煤含量來評定可選性。中煤含量越多，可選性越差。中國煤的可選性分為4級，即中煤含量小於10％者為易選煤；10～20％者為中等易選煤；20～30％者為難選煤；大於30％者為極難選煤。影響煤可選性的主要因素是煤中礦物質的成分、數量、顆粒大小、賦存狀態以及有機組成、結構、煤化程度等。單體存在的礦物最容易洗選，有機質中呈浸染狀的最難洗選。同一煤級有機顯微組分相近的煤粒，其比重主要取決於礦物的成分和含量。在4種煤巖組分中鏡煤、亮煤比重較小，多富集在精煤中；暗煤、絲煤比重較大，多集中於中煤。
用途 煤不僅是重要能源，也是冶金、化學工業的重要原料。煤的主要用途如下。
煉焦 將煤放在幹餾爐中，隔絕空氣在高溫下加熱，煤中有機質隨著溫度的升高逐漸分解，其中揮發性物質以氣態或蒸氣狀態逸出，成為焦爐煤氣和煤焦油，非揮發性固體殘留物即為焦炭。焦炭主要用於高爐煉鐵和鑄造，也可制造氮肥和電石。電石又是塑料、合成纖維、合成橡膠等合成化工產品的原料。煉焦油約占焦化產品的3～4％，所含的化合物能夠測定和分離的已近500種。這些有機化合物可生產化肥、農藥、合成纖維、合成橡膠、塑料、油漆、染料、醫藥、炸藥等產品。焦爐煤氣除做燃料外，也是重要的化工原料。為瞭節約優質煉焦用煤，擴大煉焦煤資源，改善焦炭質量，將不同類別的煤或有害雜質含量不同的煤配合使用，即配煤煉焦。
氣化 以氧、水、二氧化碳、氫等為氣化介質，經過熱化學處理，把煤轉變為工業和民用燃料以及化工合成原料的煤氣。新的氣化方法廣泛采用流化床技術、催化氣化和加氫氣化等方法以提高煤氣熱值到近37681200焦耳／立方米，與天然氣相當。制取煤氣的固定床氣化法主要以無煙煤或焦炭作原料，沸騰層氣化法以褐煤、長焰煤、弱粘煤和不粘煤等為原料。為瞭充分開發利用煤炭資源，解脫繁重的井下采煤作業，開發目前技術條件無法開采或經濟效益低的深部煤層或薄煤層，正在試驗煤的地下氣化。
低溫幹餾 煤或油頁巖在500～600℃的溫度下進行幹餾以制取低溫焦油，同時生產半焦和低溫焦爐煤氣。低溫幹餾焦油產率高於高溫幹餾。成分以烷烴、環烷烴為主，可用以制取高級液體燃料和化工原料；低溫幹餾煤氣產率較低，但熱值可達29.3×106焦／立方米左右。低溫幹餾用煤主要是褐煤、長焰煤、氣煤和油頁巖等，主要的質量指標是焦油產率大於7％，弱粘結或不粘結。
加氫液化 將煤、催化劑和重油混合在一起，在高溫高壓下使煤中有機質破壞，與氫作用轉化成低分子液態和氣態產物，進一步加工可得汽油、柴油等液體燃料。煤的煤化程度越高，在溶劑中的溶解度越小，分解能力愈低，液體產率愈低。所以加氫液化用煤以煤化程度低的褐煤、長焰煤、氣煤為主。加氫液化用煤要求氫含量大於或等於5%，揮發分大於35%。由於絲煤難以液化，故煤中絲煤含量應低於2％。
燃燒 任何煤都可作為工業和民用燃料。發電廠一般應使用灰分大於30％的劣質煤。車、船用煤要求火焰長，灰熔點高、揮發分大於25％的煤。
在煤礦附近建立坑口電站，“煤礦-電力-化工”聯合企業，是較好地綜合利用煤的方式。
此外，可利用泥炭、褐煤中的腐殖酸和氧化煤的次生腐殖酸制造腐殖酸類肥料。某些含瀝青質的低煤化褐煤可以提取褐煤蠟。低灰、低硫、高發熱量的優質無煙煤適於制造碳粒砂、碳化矽、人造剛玉、電極、電石、石墨或供高爐噴吹和作鑄造燃料等；低煤化煙煤與褐煤經過硫酸處理後，是制造活性炭的原料；煤瀝青可制成抗拉強度比鋼大1000倍以上；耐高溫的碳素纖維是發展航天技術的重要構造材料；煤灰中可提取鍺、鎵、鈾、釩等重要原料。
隨著近代科學技術的發展和新工藝、新方法的應用，國際上還在研究開發煤的新用途。總趨勢是向煤的綜合利用、合理利用、制取液體燃料、潔凈燃料方向發展。
參考書目
武漢地質學院煤田教研室編：《煤田地質學》（上冊），地質出版社，北京，1979。
楊起、韓德馨主編：《中國煤田地質學》（上冊），煤炭工業出版社，北京，1979。