煤是一种可燃岩石，通常呈黑色或棕黑色，由植物遗体在漫长的地质年代中经埋藏、转化而形成。煤属于化石燃料，也是不可再生的能量来源，因为其形成需要数百万年。煤主要由富碳有机物组成，并混有矿物质和水分。其主要用途包括发电、工业供热，以及生产炼铁用焦炭。不同矿床的煤在组成、发热量及特定用途的适用性方面存在显著差异。(usgs.gov)
形成与地质赋存
当死亡的植物物质积累速度超过其分解速度时，煤的形成过程便开始了，这种情况常见于积水的湿地。氧气供应不足会减缓分解作用，使有机物逐渐积累成泥炭。随后，泥炭被沉积物掩埋，在压实的同时受到越来越高的热量作用。埋藏泥炭转变为煤的物理和化学过程称为煤化作用。(pubs.usgs.gov)
在煤化过程中，有机物失去水分，氧和氢的相对含量降低，而碳的含量升高。部分碳和氢结合形成甲烷。埋藏条件和地质历史都会影响最终形成的煤，但在决定煤的成熟程度方面，温度升高通常比压力增大更为重要。因此，地质年代相近的煤矿床也可能具有不同的煤阶。(pubs.usgs.gov)
煤在沉积地层中呈层状赋存，称为煤层。煤矿床遍布世界各地，尤其集中在过去曾有大片沼泽和森林的地区。地质勘查可查明煤层的厚度、埋深、连续性和组成，为评估具有开采潜力的矿床提供必要信息。(usgs.gov)
煤阶与性质
煤阶描述的是煤化程度，而不是煤对各种工业用途的适用性。主要煤阶由低到高依次为：
- 褐煤： 常被称为棕煤，成熟程度较低，水分含量高，发热量低。
- 次烟煤： 成熟程度高于褐煤，性质介于褐煤与烟煤之间。
- 烟煤： 广泛用于发电；其中某些品种适合生产焦炭。
- 无烟煤： 主要煤阶中最高的一类，通常质地坚硬、富含碳，挥发分相对较少。(eia.gov)
煤阶与煤质是不同的概念。煤质的评价取决于预定用途，涉及发热量、水分、灰分产率、硫含量、微量元素和结焦性能等指标。适合电站使用的煤，未必适合生产冶金焦炭。实验室检测结果还取决于采用的报告基准：以收到基表示的样品测量值，不能与以干燥基或干燥无灰基表示的数值直接互换。(pubs.usgs.gov)
开采、选煤与运输
采煤方法的选择在很大程度上取决于煤层的埋深和几何形态。露天开采通过移除矿床上方的土壤和岩石，使煤层露出；这些土壤和岩石统称为覆盖层。地下开采则通过矿井和巷道到达较深的煤层。两种方法都使用机械采掘和搬运物料，但在开挖要求以及对周边土地的影响方面有所不同。(eia.gov)
开采后的煤可能被送入选煤厂，以去除不需要的岩石和其他杂质。洗选能够提高可用燃料的发热量，并减少部分矿物杂质，但无法去除所有杂质。煤可通过输送带、卡车、铁路、驳船和海船运输。运输费用可能占到交付成本的很大一部分，这也是一些电站建在煤矿附近的原因。(eia.gov)
能源与工业用途
在常规燃煤发电中，燃烧产生的热将水转化为蒸汽。蒸汽驱动与发电机相连的汽轮机，从而产生电。煤还为造纸、水泥生产等行业提供工艺用热，一些工业设施则同时生产电力和可利用的热量。(eia.gov)
某些煤可在隔绝空气的条件下加热，制成焦炭，这是一种用于炼铁的富碳材料。煤加工也可提供化工原料，而煤转化工艺则能生产气体和液体燃料。这些用途取决于煤的化学和物理性质，而不只是可获得的煤量。(pubs.usgs.gov)
燃煤蒸汽机在工业革命中发挥了重要作用。蒸汽机效率的提升，使蒸汽动力的应用从矿山扩展到工厂和各类加工厂。詹姆斯·瓦特的独立冷凝器于1769年1月5日获得专利，它降低了燃料消耗，使蒸汽动力得以更广泛地投入实际应用。(blog.sciencemuseum.org.uk)
环境与职业健康影响
采煤可能改变地貌、扰动溪流，并产生受污染的矿山排水。地下采掘可能导致上覆地面沉陷。煤矿床释放的甲烷会在矿井中造成爆炸风险，排入大气后还会增加温室气体排放。吸入可进入肺部的煤矿粉尘可能引发煤工尘肺病，又称黑肺病。(eia.gov)
燃煤会释放二氧化碳，加剧气候变化。其他排放物包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和汞。燃烧还会产生飞灰和底灰；如果这些灰渣未得到妥善隔离，其中的污染物可能进入地下水。(eia.gov)
污染控制设备分别针对这些排放物中的不同成分。洗涤器可减少二氧化硫排放，静电除尘器和袋式除尘器则用于捕集颗粒物。提高发电效率能够减少每单位有效产出所需燃烧的煤量。碳捕集与封存将二氧化碳分离出来，随后储存于地下；它所解决的问题不同于控制硫化合物和颗粒物的常规污染控制措施。(eia.gov)