煤芯煤樣的采取對煤炭資源合理利用的影響

張寶莉

(山西省煤炭地質(zhì) 148勘查院 山西 太原 030053)

山西省煤炭資源賦存豐富,產(chǎn)煤量及開采面積均居全國首位,如何綜合利用煤炭資源,這就要求在煤炭資源各階段勘查工作中,依據(jù)不同的勘查階段的工作程度要求,進(jìn)行不同煤質(zhì)測定項目,評價煤的工業(yè)利用方向,以便資源的合理開發(fā)和有效利用。

筆者認(rèn)為,在煤炭資源的各階段勘查施工中,煤芯煤樣的現(xiàn)場采取與室內(nèi)化驗室煤質(zhì)測定是兩個重要的環(huán)節(jié),正確、客觀、準(zhǔn)確地依據(jù)地質(zhì)勘查規(guī)范及設(shè)計要求采取各可采煤層的代表性煤樣,才能保證煤質(zhì)數(shù)據(jù)的可靠性和代表性,進(jìn)而對勘查區(qū)的煤炭資源得出正確的評價。

1 煤樣代表性的影響因素

1)采樣密度。要使勘查區(qū)的煤樣具有代表性,鉆孔的布置必須具有代表性。不同的勘查階段,依據(jù)勘查區(qū)的構(gòu)造復(fù)雜程度及煤層穩(wěn)定性需要布置不同的勘查工程網(wǎng)度,工程點孔線距布置合理,才能保證勘查區(qū)工程點采樣密度分布合理,樣品才具有代表性。

2)采樣點位置。同一井田或勘查區(qū)由于煤層埋藏深度不同,所受的物理、化學(xué)的影響不同,對煤層煤質(zhì)也將產(chǎn)生不同的影響,如煤層埋藏淺的區(qū)域或隱伏露頭帶、或地面露頭帶,煤層受日光、雨淋、風(fēng)蝕等的作用,它固有的物理及化學(xué)性質(zhì)都將發(fā)生變化;物理性質(zhì)如強度、顏色、光澤;化學(xué)性質(zhì)如水分、灰分、黏結(jié)性指數(shù)、發(fā)熱量等,由于物理及化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,必然影響煤炭資源的工藝性能及工業(yè)利用方向。所以,在風(fēng)氧化帶及露頭或隱伏露頭附近采取的煤芯樣,不能和正常塊段煤的煤質(zhì)數(shù)據(jù)加權(quán)平均,否則影響煤質(zhì)評價,進(jìn)而對煤炭資源的工業(yè)用途及加工產(chǎn)生影響。

3)采樣方法對煤樣代表性的影響。采樣厚度：對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的厚煤層,根據(jù)《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》要求,煤芯煤樣采集時要么按煤層的自然夾矸為界分層采樣,要么按小于 3m的厚度采一個樣,然后對各分層煤質(zhì)指標(biāo)加權(quán)平均;對于夾矸小于 0.05m的煤層,與煤層合并采樣,大于 0.05m的夾矸應(yīng)剔除夾矸采樣,否則煤層煤樣的灰分將增大。因此,采樣方法對煤層煤質(zhì)的影響也是顯而易見的。

4)鉆探參數(shù)對煤樣代表性的影響。

a)煤層采取率：在鉆探過程中,煤芯煤樣采取率的高低,直接決定著煤質(zhì)的代表性,按照煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),煤芯的長度采取率不得低于 75%,重量采取率不低于 60%;采取率低,煤芯的連續(xù)性差,所采煤樣不能反映煤層的真實賦存狀況,煤樣代表性差,煤樣測定的煤質(zhì)指標(biāo)就不能代表出整層煤的真實指標(biāo),難免以偏概全,以點代面。

b)采煤鉆壓及水量：煤的硬度較小,如果壓力小,則煤樣研磨損失大;壓力大,則鉆頭與煤發(fā)生摩擦,煤發(fā)熱氧化,甚至燃燒,導(dǎo)致樣品失真,作為送驗樣品,它的原煤灰分測試指標(biāo)必然增高,膠質(zhì)層厚度及黏結(jié)指數(shù)必然會降低,所得出的化驗結(jié)果一定與勘探區(qū)的實際煤質(zhì)出現(xiàn)差異,以此測試結(jié)果對煤層煤質(zhì)進(jìn)行評價,必然會起誤導(dǎo)作用,對企業(yè)選煤工藝的選擇產(chǎn)生不良影響。水泵壓力體現(xiàn)的是水量的大小,采煤過程中,水泵壓力大,則水量大,對煤層煤芯的沖刷影響就大,煤芯的粉狀部分會隨著循環(huán)液進(jìn)入孔內(nèi),煤層的采取率降低;水泵壓力小,則水量小,循環(huán)液起不到冷卻鉆頭的功能,鉆頭發(fā)熱破壞煤芯煤質(zhì)的原始性能。

c)鉆井循環(huán)液：鉆探采煤時,由于使用泥漿及巖層自然造漿作用,使得煤芯樣中會混入泥漿及巖粉,粘貼在煤芯表面或內(nèi)生、外生裂隙中,采樣時又不能完全剔除這些雜質(zhì),這樣煤質(zhì)化驗中,這些非煤原生物質(zhì)使得原煤灰分的產(chǎn)率會增高。反之,因為有泥漿就用清水沖洗煤芯樣,又可能會降低灰分產(chǎn)率,從而使得煤樣不具代表性。

d)采樣日期：煤芯到達(dá)地面以后,經(jīng)過自然風(fēng)干,剔除夾矸、泥皮、及鉆頭研磨燃燒的部分,密封包裝并驗送,否則在大氣中經(jīng)日光照曬,會使樣品產(chǎn)生風(fēng)氧化現(xiàn)象,煤的黏結(jié)性及發(fā)熱量等指標(biāo)會失真,其樣品的煤質(zhì)指標(biāo)不具代表性,從而影響煤層煤質(zhì)的評價。

e)風(fēng)氧化帶：在煤層埋藏較淺的地段,由于受風(fēng)氧化帶及大氣降水淋濾的影響,煤芯樣的化學(xué)及物理性質(zhì)會發(fā)生變化,這種煤芯樣不能和正常煤的煤質(zhì)數(shù)據(jù)加權(quán)平均,否則影響煤質(zhì)評價,進(jìn)而對煤炭資源的工業(yè)用途及加工產(chǎn)生影響。

由以上分析,可見代表性煤樣對煤質(zhì)分析指標(biāo)的重要性,所以《煤田勘探鉆孔工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求,煤芯煤樣長度采取率要達(dá) 75%以上,重量采取率不小于 60%,不燃燒,不污染。只有這樣才能依據(jù)化驗數(shù)據(jù),對整個勘探區(qū)的煤質(zhì)做出正確和客觀的評價。

2 數(shù)值計算結(jié)果分析

在勘查工作的各個階段,煤質(zhì)是評價煤炭資源的一個主要指標(biāo),要了解、查明或詳細(xì)查明井田或礦田內(nèi)各煤層的煤質(zhì)變化情況,就必須依據(jù)不同的勘查階段的工作要求,選定合理的、全面的化驗項目,否則就不能對勘查區(qū)的煤炭資源做出正確、合理的評價。

如山西省煤炭地質(zhì) 148勘查院 2003年所施工的河?xùn)|煤田交口縣唐院川井田,該井田煤層埋藏淺,山西組地層基本被剝蝕,太原組煤層埋深不超過 50m,且露頭多,在煤質(zhì)化驗項目中未測試腐植酸指標(biāo),區(qū)域內(nèi)及周邊礦井太原組 8#、9#、10#煤層為 1/3焦煤及氣煤,而本次勘查送樣測試的煤質(zhì)得出的煤類大部分為中黏煤、弱黏煤、不黏煤,僅少量為 1/3焦煤及氣煤;因此,對煤的風(fēng)氧化程度及工業(yè)用途難以做出評價。

總體來說,無論是普查找煤、詳查階段、勘探階段或者是建井勘查,下列項目必須測定。工業(yè)指標(biāo)(原、浮煤 )：水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、發(fā)熱量。其它指標(biāo)根據(jù)不同的勘查階段,不同的煤類,按照地質(zhì)勘查規(guī)范具體確定。

如資源/儲量估算中,要求提交勘查區(qū)內(nèi)各可采煤層的各級資源/儲量,而各煤層的視密度是估算資源/儲量的必不可少的指標(biāo)之一,所以勘查區(qū)內(nèi)各階段勘查工作中,必須測定煤芯樣的視密度。

煤類劃分的標(biāo)準(zhǔn)為國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局2009年 12月 11日發(fā)布,2010年 7月 1日實施的中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)M T/T1090—2008的煤炭資源勘查煤質(zhì)評價規(guī)范,如確定煤類則須測定浮煤的揮發(fā)份,膠質(zhì)層、黏結(jié)性指數(shù),對于無煙煤還必須測試煤的氫含量。動力用煤須根據(jù)具體用途,按照鉆孔密度測煤灰成分和灰融性、有害元素等?？傊?測定項目應(yīng)根據(jù)勘查區(qū)的具體情況與合同方對煤的用途來定化驗項目。

3 煤質(zhì)測試結(jié)果的審定

當(dāng)煤芯樣送交化驗室并提交煤層煤質(zhì)測試數(shù)據(jù)時,要對所有的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和取舍。如發(fā)現(xiàn)煤樣的測試項目異常或離群時,要檢查煤樣的代表性,分析產(chǎn)生異常的原因。如灰分過高,應(yīng)分析其原因,是采樣方法所致,還是斷層、褶曲或者火成巖侵入所致;假如煤的揮發(fā)分和黏結(jié)性指數(shù)有明顯的偏低,應(yīng)分析采煤過程中的壓力、水量、轉(zhuǎn)速是否是否合理,或火成巖入侵或斷層帶,使得煤層受接觸變質(zhì)或動力變質(zhì),導(dǎo)致?lián)]發(fā)分降低、黏結(jié)性指數(shù)明顯降低,或完全消失,或煤樣未按規(guī)范規(guī)定的時間內(nèi)采取,煤樣暴露時間長,產(chǎn)生氧化作用,導(dǎo)致煤質(zhì)測試指標(biāo)失真不具代表性,影響了整個勘探區(qū)的煤質(zhì)評價。因此,煤層煤樣的測試指標(biāo)在經(jīng)過匯總后,必須進(jìn)行審定,進(jìn)行取舍后采用。

4 煤質(zhì)評價

勘查區(qū)煤樣具有代表性,煤質(zhì)測定項目選定合理,對煤質(zhì)測試指標(biāo)進(jìn)行了審定,在此基礎(chǔ)上對勘查區(qū)的煤質(zhì)進(jìn)行評價;例如：148勘查院勘查施工的交口縣川口井田?？辈閰^(qū)共施工 12個鉆孔,總進(jìn)尺為927.95m,物探測井 812.02m,鉆探采煤芯樣 33個,孔號依次為 ZK1-ZK10、ZK14、ZK15,主要可采煤層為太原組地層的 9#、10#、11#煤層,煤樣煤質(zhì)測試指標(biāo)見表 1。

表 1 煤層煤質(zhì)匯總表

由表 1可以得出,對川口勘查區(qū)煤質(zhì)的綜合評價為：9#煤為低灰、中高硫、中高揮發(fā)分的肥煤 (FM),屬于煉焦配煤。10#煤為低灰、中高硫、中高揮發(fā)分的肥煤 (FM)。11#煤為低—中灰、中高硫、中高揮發(fā)分的肥煤(FM)厚度：屬于煉焦配煤。

工業(yè)用途：本井田煤層屬煉焦配煤,9#、10#、11#煤由于硫含量大于 3%,不符合國家現(xiàn)行工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但洗選后硫含量均小于 3%,因此,本井田各可采煤層經(jīng)洗選后可作為煉焦配煤,也可作為動力或民用燃料。

井田內(nèi)所測試的 33個煤樣中,煤質(zhì)指標(biāo)顯示有25個煤樣為異常樣品,異常樣品數(shù)占總樣品數(shù)的76%,有效樣品為 8個,占總樣品數(shù)的 24%;因樣品的分布不具代表性,絕大部分地段煤層被風(fēng)氧化;主要原因是由于煤層露頭多,鉆孔位置與設(shè)計相差很大,即鉆孔分布不合理;煤芯煤樣中混入巖粉或燃燒,使煤樣灰分增高;膠質(zhì)層和黏結(jié)性指數(shù)與周邊礦井指標(biāo)比較偏小,參與煤層煤質(zhì)評價的樣品數(shù)偏少,造成對可采煤層煤質(zhì)評價困難或難以評價,影響了對其經(jīng)濟使用價值的評估。

結(jié)論：由于鉆孔分布的不合理及煤樣的局限性,依據(jù)少量正常煤樣對川口勘探區(qū)煤炭資源的工業(yè)利用價值很難做出正確、準(zhǔn)確的評估。

5 結(jié)束語

通過具體事例論證,說明采樣方法及樣品代表性的重要性,煤層采取率對煤質(zhì)指標(biāo)代表性的影響及資源的利用和評估所產(chǎn)生的影響;在煤炭勘查施工中,應(yīng)按照規(guī)范要求,采送代表性煤樣,采用正確的采樣方法,應(yīng)合理布置測試項目,并對測試指標(biāo)進(jìn)行綜合審定,合理取舍,杜絕人為因素所產(chǎn)生的無效樣品煤,從而對勘查區(qū)的煤炭資源做出正確的評估,使寶貴的煤炭資源能夠合理有效的開發(fā)利用。

[1] 李吉云.正確采取煤芯煤樣合理利用煤炭資源[J].山西焦煤科技,2005(1)：19-21.