楊瑞琴，唐顯貴

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 552100)

0 引 言

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者針對(duì)不同地區(qū)煤質(zhì)相關(guān)研究，得到各有側(cè)重的研究結(jié)論。權(quán)巨濤等提出，通過(guò)分析硫分、灰分、煤巖組分與成煤環(huán)境的關(guān)系，得出成煤環(huán)境狀況[1-2]；秦建強(qiáng)等通過(guò)煤質(zhì)特征分析，得出無(wú)煙煤是良好的動(dòng)力用煤，也可作為氣化用煤的結(jié)論[3-5]；賀軍等通過(guò)分析煤巖、煤質(zhì)特征，初步評(píng)價(jià)了該區(qū)煤炭液化性能[6-10]；韓忠勤[11]通過(guò)對(duì)煤層煤質(zhì)特征分析，提出3號(hào)無(wú)煙煤煤炭適合用作動(dòng)力煤和燃料煤；石瑛[12]指出煤田地質(zhì)勘探中煤質(zhì)研究和評(píng)價(jià)具有重要的意義；斐文春[13]闡述野外進(jìn)行天然焦與煤質(zhì)研究的工作方法，確定其區(qū)分參數(shù)特征；張鋒青[14]詳細(xì)解讀通過(guò)改變采煤工藝和掘進(jìn)工藝以嚴(yán)格控制商品煤中的水分和灰分的具體研究。

對(duì)于某個(gè)礦區(qū)的研究，僅統(tǒng)計(jì)煤炭資源儲(chǔ)量[15]遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需對(duì)其煤制特性進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)，為煤炭后續(xù)加工、利用提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。在渣萍煤礦煤炭設(shè)計(jì)、定鉆、打鉆、取樣、送樣、化驗(yàn)，以及利用臨礦區(qū)資料的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、梳理，取得該煤質(zhì)的物理性質(zhì)、煤巖類型、變質(zhì)程度、水分、灰分、硫分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、煤灰成分、熱穩(wěn)定性、煤灰融熔性、煤的可選性、煤的分類等評(píng)價(jià)結(jié)果，可為煤炭開(kāi)采、加工利用提供技術(shù)支持。

1 概 況

渣坪煤礦位于大方縣北東方向，屬于黔北小區(qū)?？辈閰^(qū)行政所在地隸屬于大方縣鳳山彝族蒙古族鄉(xiāng)管轄，面積6.657 km2，勘查范圍查明礦區(qū)內(nèi)總資源量為2 019萬(wàn)t。

含煤地層主要為晚二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，系典型的海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積。平均厚度為68.25 m，含2～16層煤，一般8層，煤的總厚度為2.20 m～13.51 m，平均7.02 m，含煤系數(shù)平均為10.28%。整個(gè)礦區(qū)16號(hào)和34號(hào)煤層為煤可采。

2 煤的物理性質(zhì)

煤的顏色為深灰色或黑色，主要呈塊狀及碎塊狀，似金屬光澤，其次是瀝青光澤和油脂光澤；參差狀斷口；內(nèi)、外裂隙發(fā)育并填充方解石細(xì)脈。偶見(jiàn)透鏡狀黃鐵礦結(jié)核。煤體視相對(duì)密度為1.46 t/m3～1.67 t/m3，全區(qū)平均為1.56 t/m3。煤層質(zhì)軟，可手工粉化或造粒。

3 煤巖類型

3.1 宏觀煤巖類型

宏觀煤巖類型較簡(jiǎn)單，以亮煤為主、暗煤次之，夾少量絲炭。16號(hào)和34號(hào)煤層均為半暗—半亮型。

3.2 顯微煤巖組分

(1)有機(jī)組分:有機(jī)組分包括鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組。有機(jī)總量為79.30%～90.90%，平均值為85.10%。① 鏡質(zhì)組:常見(jiàn)基質(zhì)鏡質(zhì)體及透鏡狀、細(xì)條帶狀均質(zhì)鏡質(zhì)體，少量碎屑鏡質(zhì)體及結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，亦見(jiàn)團(tuán)塊鏡質(zhì)體，偶見(jiàn)膠質(zhì)鏡質(zhì)體。含量在60.15%～62.50%，平均值為61.33%。② 惰質(zhì)組:多數(shù)為氧化絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體，次為碎屑絲質(zhì)體，少量微粒體，偶見(jiàn)分泌體。含量在27.15%～35.30%，平均值為31.23%。

(2)無(wú)機(jī)組分:無(wú)機(jī)組分主要以粘土礦物和石英為主，其中粘土類礦物多為細(xì)條帶狀、浸染狀產(chǎn)出，部分呈細(xì)分散狀、斑點(diǎn)狀散布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中；石英多呈細(xì)粒狀、微細(xì)粒狀散布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中，局部細(xì)粒間相聚集；黃鐵礦次之，呈微粒狀、星點(diǎn)狀、細(xì)粒狀分布，結(jié)核狀產(chǎn)出，少量充填胞腔；部分方解石，呈細(xì)脈狀充填于煤層裂隙中。

3.3 煤的變質(zhì)程度

渣萍煤礦16號(hào)和34號(hào)煤層的煤巖特性詳見(jiàn)表1。

表1 渣萍煤礦主要可采煤層煤巖特征
Table 1 Mean value of coal rock characteristics of main coal seam for Zhaping coal mine

煤號(hào)有機(jī)組分/%鏡質(zhì)組惰質(zhì)組無(wú)機(jī)組分/%黏土類硫化物類碳酸鹽類氧化物類有機(jī)總量/%無(wú)機(jī)總量/%鏡質(zhì)體最大反射率(Romax)/%煤化程度變質(zhì)階段1662.5027.151.502.2017.0079.3020.703.16高煤級(jí)煤ⅠⅨ3460.1535.301.003.304.800.0090.909.103.26高煤級(jí)煤ⅠⅨ全區(qū)61.3331.230.502.403.508.5085.1014.903.21高煤級(jí)煤ⅠⅨ

從表1數(shù)據(jù)可知，煤層鏡質(zhì)體最大反射率為3.16%～3.26%，平均值為3.21%，煤的變質(zhì)階段為Ⅸ階段，變質(zhì)程度屬于高煤級(jí)煤Ⅰ。

4 煤質(zhì)特征

4.1 水分

經(jīng)30個(gè)煤樣測(cè)試，可知原煤空氣干燥基水分為0.68%～3.91%，平均值為1.70%。井田以34號(hào)煤層最低，為1.55%；16號(hào)煤層最高，為2.05%。浮煤空氣干燥基水分為0.60%～2.60%，平均值為1.27%。

4.2 揮發(fā)分

揮發(fā)分含量隨埋藏深度的增加而減少，此與成煤條件緊密相關(guān)，即埋藏深度越深、成煤條件越好、煤化程度越高，揮發(fā)分含量越低。202、203和301鉆孔中的34號(hào)煤揮發(fā)分含量分別為8.26%、8.22%和8.01%，結(jié)果表明34號(hào)煤層的揮發(fā)分與煤化程度變化趨勢(shì)一致。整個(gè)礦區(qū)揮發(fā)分含量為6.07%～13.09%，平均值為9.30%，為特低揮發(fā)分(SLV)煤。

4.3 灰分和硫分

(1)灰分平面變化特征。①16號(hào)煤層:灰分在橫向上的變化比較簡(jiǎn)單，除個(gè)別點(diǎn)外，北東方向上灰分較低，為13.40%～18.19%，屬低灰煤。一般情況下，同一煤層或同一鉆孔中的不同煤層，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且煤層灰分高于單一煤層，如303鉆孔中的16號(hào)煤層。厚而穩(wěn)定的煤層灰分通常較低，如101鉆孔中16號(hào)煤層。16號(hào)煤層灰分和硫分等值線圖如圖1所示。②34號(hào)煤層:灰分在橫向上的變化無(wú)明顯規(guī)律。區(qū)內(nèi)北部灰分較低，為14.19%～16.50%，屬低灰煤。除個(gè)別點(diǎn)外，其余地區(qū)灰分為20.63%～26.80%，為中灰煤。全區(qū)灰分平均值為22.82%，為中灰煤。34號(hào)煤層灰分和硫分等值線圖如圖2所示。

圖1 16號(hào)煤層灰分和硫分等值線圖Fig.1 Contour map of ash and sulfur in No.16 coal seam

圖2 34號(hào)煤層灰分和硫分等值線圖Fig.2 Contour map of ash and sulfur in No.34 coal seam

(2) 硫分平面變化特征。①16號(hào)煤層:煤中硫分呈不規(guī)則帶狀分布，總硫含量偏低，平均值為0.51%，為低硫煤。礦區(qū)南西部，硫分特低，均小于0.50%，為特低硫煤；區(qū)內(nèi)北東方向，硫分變化范圍為0.50%～1.00%，特殊點(diǎn)為1.01%～2.00%。硫分橫向變化特征為:由南西向北東方向逐漸增大；該煤層位于下三角洲平原的潮間及沼澤沉積環(huán)境中，硫分總體偏低。②34號(hào)煤層:煤層中硫分呈不規(guī)則帶狀分布，總體硫分偏高，平均值為3.51%，屬高硫煤。該礦區(qū)中心部位分布有中高硫煤及少部分中硫煤；區(qū)內(nèi)西部和東部地區(qū)均分布為高硫煤，特殊點(diǎn)高達(dá)4.75%。硫分橫向變化趨勢(shì)為:硫分由中部分別向四周逐漸增大；受瀉湖—潮坪沼澤沉積環(huán)境的影響，34號(hào)煤層硫分產(chǎn)率較高。③總硫與無(wú)機(jī)硫呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.79，其中原煤中的無(wú)機(jī)硫化鐵硫占總硫的77.63%，硫酸鹽硫占總硫產(chǎn)率的0.91%,有機(jī)硫占總硫產(chǎn)率的21.46%。一般情況下，全硫高的煤層，無(wú)機(jī)硫也偏高。由此可見(jiàn)，煤層中的硫易洗選和脫除。

4.4 元素分析

從9個(gè)浮煤元素分析結(jié)果得到，其浮煤碳含量為89.26%～93.44%，平均值為92.27%；氫含量為2.71%～3.83%，平均值為3.24%；氮含量為0.66%～1.24%，平均值為0.94%；氧加硫含量為2.33%～7.18%，平均值為3.73%。

4.5 發(fā)熱量

渣萍煤礦16號(hào)和34號(hào)煤層的發(fā)熱量見(jiàn)表4。從表4數(shù)據(jù)可知，渣萍煤礦原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr,d)為22.31 MJ/kg～30.78 MJ/kg，平均值

表4 渣萍煤礦可采煤層發(fā)熱量統(tǒng)計(jì)表
Table 4 Statistical table of calorific value of the coal seam in Zhaping coal mine

煤層1634原煤/(MJ·kg-1)Qgr,d27.0926.81Qnet,d26.5726.30浮煤/(MJ·kg-1)Qgr,d31.8532.11質(zhì)量分級(jí)中高發(fā)熱量(MHQ)中高發(fā)熱量(MHQ)

26.89 MJ/kg。原煤干燥基低位發(fā)熱量(Qnet,d)為21.90 MJ/kg～30.24 MJ/kg，平均值26.38 MJ/kg。浮煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr,d)為31.37 MJ/kg～32.79 MJ/kg，平均值32.06 MJ/kg。礦區(qū)內(nèi)16號(hào)和34號(hào)煤層均為中高發(fā)熱量煤(MHQ)。

4.6 煤灰成分

煤灰成分中，含量最高的是SiO2，其次是Al2O3和Fe2O3，其它成分較少。橫向上，煤灰成分的變化為:由北到南、SiO2含量由四周到中間逐漸減小，F(xiàn)e2O3含量逐漸增加；隨著煤層灰分含量的增加，SiO2含量比例增高，而CaO、MgO和SO3含量相應(yīng)減少；CaO和MgO含量呈正相關(guān)關(guān)系，隨著CaO含量的增加，MgO含量相應(yīng)增加，由于普遍存在這種相關(guān)關(guān)系，因此估計(jì)兩者經(jīng)常存在于同一種礦物內(nèi)，如白云石。根據(jù)相關(guān)分析，SiO2與Fe2O3之間有非常明顯的負(fù)相關(guān)，縱向上，(SiO2+ Al2O3)含量以16號(hào)煤層較高，平均值為80.92%，34號(hào)煤層平均值為63.31%。34煤層中Fe2O3、CaO和MgO的總含量較高，約24.16%，16號(hào)煤層較低，為7.58%。

煤灰成分的組成與含量見(jiàn)表5。從表5數(shù)據(jù)可知:煤灰成分中以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主，三者累計(jì)含量占煤灰成分的70.77%～90.38%；煤灰成分中還含有含量很少的K2O、Na2O、MnO2、TiO2、SO3等物質(zhì)。

表5 渣萍煤礦煤灰成分統(tǒng)計(jì)
Table 5 Statistics of coal ash composition in Zhaping Coal Mine

%

4.7 煤灰熔融性

全區(qū)煤層灰熔融性軟化溫度為1 222 ℃，屬于較低軟化溫度灰?？偟膩?lái)看，由南西向北東、由中部向四周煤灰熔融性軟化溫度有降低趨勢(shì)。在縱向上，煤灰熔融性軟化溫度集中在約1 700 ℃。個(gè)別點(diǎn)數(shù)據(jù)稍高，如16號(hào)煤層的302鉆孔，為1 340 ℃。軟化溫度越高，煤灰越不容易結(jié)渣。由于鍋爐設(shè)計(jì)不同，對(duì)煤灰熔融性溫度要求也不同；煤灰熔融性溫度高低與煤作為燃料及汽化原料的性能直接相關(guān)。煤灰熔融性溫度低，則煤灰易結(jié)渣，會(huì)增加排渣難度。

4.8 熱穩(wěn)定性

16號(hào)煤層TS+6為81.5%，34號(hào)煤層TS+6為84.7%；全區(qū)TS+6為74.3%～90.2%，平均值為83.1%。均為高熱穩(wěn)定性煤，煤塊在高溫下能很好地保持原來(lái)的粒度。

4.9 煤對(duì)二氧化碳反應(yīng)性

溫度在950 ℃時(shí)的二氧化碳還原率(α)為18.8%～31.3%，平均值23.1%；在1 000 ℃時(shí)的二氧化碳還原率(α)為22.4%～36.8%，平均值28.7%。均屬弱還原性煤，煤對(duì)CO2還原率較低。

4.10 可磨性

16號(hào)煤層可磨性指數(shù)為61，34號(hào)煤層可磨性指數(shù)為64，均為中等可磨煤。

4.11 結(jié)渣性

當(dāng)鼓風(fēng)強(qiáng)度為0.1 m/s～0.3 m/s時(shí)，可采煤層均為弱結(jié)渣煤層。

5 煤的分類及其工業(yè)用途

浮煤Vdaf含量為5.45%～7.52%，Hdaf含量為2.71%～3.83%，僅有個(gè)別測(cè)量點(diǎn)含量小于3.00%，大部分測(cè)定數(shù)據(jù)集中在3.00%～4.00%，由此可判斷，大部分煤層為無(wú)煙煤三號(hào)，個(gè)別煤層為無(wú)煙煤二號(hào)。根據(jù)GB/T 16417—2011《煤炭可選性評(píng)價(jià)方法》規(guī)定以及簡(jiǎn)易可選性評(píng)價(jià)可知，礦區(qū)34號(hào)煤層屬中等可選煤。

綜上分析，該礦區(qū)煤種主要為無(wú)煙煤三號(hào)。根據(jù)煤質(zhì)試驗(yàn)資料，各可采煤層煤質(zhì)情況為:中灰、低～高硫分、特低揮發(fā)分、中高發(fā)熱量、較低軟化溫度灰、中等可選煤。

礦區(qū)內(nèi)各可采煤層可用于動(dòng)力用煤、民用煤、火力發(fā)電、一般工業(yè)鍋爐用煤、煤化工用煤等；亦可用于冶金噴吹燃料、小型高爐煉鐵、豎式石灰窯燒制石灰、水泥回轉(zhuǎn)窯用煤等；還能作為制造氮肥的原料，某些優(yōu)質(zhì)的無(wú)煙煤可用于制造碳化硅、碳極、碳纖維(宇航器和火箭的結(jié)構(gòu)性材料)、單晶石墨和碳粒砂等多種碳素材料，還用來(lái)燒制黃磷和白磷，制造電石等。

6 結(jié) 論

(1)渣坪煤礦位于大方縣北東方向，面積6.657 km2，勘查范圍查明礦區(qū)內(nèi)總資源量2 019萬(wàn)t,16號(hào)和34號(hào)煤層為礦區(qū)主要可采煤層。

(2)宏觀煤巖類型較簡(jiǎn)單，以亮煤為主、暗煤次之，夾少量絲炭，16號(hào)和34號(hào)煤層均為半暗—半亮型；有機(jī)組分包括鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，有機(jī)總量在79.30%～90.90%，平均值為85.10%，無(wú)機(jī)組分主要以黏土礦物和石英為主，鏡質(zhì)體最大反射率為3.16%～3.26%，平均值為3.21%；煤的變質(zhì)階段為Ⅸ階段，變質(zhì)程度屬于高煤級(jí)煤Ⅰ。

(3)各可采煤層煤質(zhì)情況為:中灰、低-高硫、中高發(fā)熱量、特低揮發(fā)分、高熱穩(wěn)定性、較低軟化溫度灰、弱還原性、中等可磨、弱結(jié)渣性、中等可選煤等；煤類大部分為無(wú)煙煤三號(hào)，個(gè)別點(diǎn)為無(wú)煙煤二號(hào)。

(4)礦區(qū)內(nèi)各可采煤層可用于動(dòng)力用煤、民用煤、火力發(fā)電，一般工業(yè)鍋爐用煤，煤化工用煤等；還可用于冶金噴吹燃料、小型高爐煉鐵、豎式石灰窯燒制石灰，水泥回轉(zhuǎn)窯用煤等。