煤炭地質(zhì)勘查煤樣密度的檢測(cè)及利用

張 鵬

寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏銀川 750011

煤炭地質(zhì)勘查煤芯煤樣密度檢測(cè)主要測(cè)真密度和視密度。真密度是研究煤質(zhì)和計(jì)算煤質(zhì)指標(biāo)加權(quán)平均值的參數(shù)之一，也可用來(lái)計(jì)算煤的視密度。視密度是估算煤炭資源儲(chǔ)量的重要參數(shù)。本文在整理分析煤炭地質(zhì)勘查的煤樣密度數(shù)據(jù)和利用相關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上，對(duì)煤樣密度檢測(cè)和密度值的利用進(jìn)行探討。

1 煤樣密度檢測(cè)

1.1 煤樣的處理和選用

煤炭地質(zhì)勘查中有些煤樣往往混入一些矸石。用含有矸石的煤樣測(cè)出的密度值比正常煤樣的密度值高出許多。表1是某勘查區(qū)同一位置上不同時(shí)期施工（101鉆孔為1973年，補(bǔ)101鉆孔為2010年）的兩個(gè)鉆孔煤樣密度測(cè)定結(jié)果。表中101鉆孔，5煤層沒有夾矸，8、8-2煤層夾矸在采樣時(shí)已剔除，煤質(zhì)檢測(cè)灰分、真密度、視密度均屬正常。表中補(bǔ)101鉆孔，5煤層沒有夾矸，8、8-2煤層夾矸在夾矸采樣時(shí)混入煤中沒有剔除，經(jīng)測(cè)試，5煤層灰分、真密度、視密度屬正常，8、8-2煤層灰分、真密度、視密度明顯高于早期101鉆孔，均屬異常無(wú)法使用。對(duì)此，筆者認(rèn)為在煤樣制備前，對(duì)于碎粒狀煤樣挑出煤中的矸石，對(duì)于完整柱狀和塊狀煤樣可人工破碎剔除夾矸，或者在這些煤樣中直接選取一些不含夾矸的煤，這樣處理或選擇煤樣可以大大減少矸石對(duì)密度測(cè)定的影響。

表1 含矸石與不含矸石煤樣密度測(cè)試結(jié)果對(duì)比

1.2 密度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的選擇

表2 不同粒級(jí)煤視密度測(cè)試結(jié)果對(duì)比

真密度測(cè)定采用GB/T 217-2008《煤的真相對(duì)密度測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)。視密度測(cè)定有GB/T 6949-2010《煤的視相對(duì)密度測(cè)定方法》和MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對(duì)密度測(cè)定》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。二者主要區(qū)別在于制備煤樣粒度不同，前者粒度為10mm～13mm，后者粒度為4mm～6mm。煤層中不同部位的煤，宏觀煤巖成分、顯微組分構(gòu)成、礦物含量都是不一樣的，反映在煤的硬度和密度上也有差異。煤中暗煤、惰質(zhì)組、礦物所占比例大，煤就較硬，密度大，鏡煤和亮煤、鏡質(zhì)組所占比例大，礦物含量少煤性較脆，密度小。煤樣在破碎中，較硬的煤易保留成塊，較脆的煤易成碎粒。研究[1]結(jié)果表明煤樣不同粒度對(duì)視密度測(cè)定有一定的影響。表2是5個(gè)樣品4mm～6mm、6mm～10mm、10mm～13mm粒級(jí)視密度的測(cè)定結(jié)果。由表2可知，粒度為4mm～6mm的視密度測(cè)值最小，10mm～13mm的視密度測(cè)值最大，視密度測(cè)值隨著粒級(jí)的增大而增大。4mm～6mm煤樣代表性和均勻性好于6mm～10mm、10mm～13mm煤樣，且測(cè)值更接近真實(shí)的視密度。另外，在煤層較薄，煤樣量少且成碎粒，無(wú)法制備粒度為10mm～13mm視密度樣時(shí)，選擇4mm～6mm粒度可以解決制備視密度樣困難問題。所以煤的視密度測(cè)定應(yīng)采用MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對(duì)密度測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 密度檢測(cè)要求

真密度檢測(cè)，只要選取正常煤樣并且嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，測(cè)值能夠反映煤的真實(shí)真密度。視密度檢測(cè)，除了選取正常煤樣、制備4mm～6mm的粒度，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)操作外，要對(duì)制備的視密度樣進(jìn)行灰分測(cè)定。煤炭地質(zhì)勘查采用的視密度，是實(shí)測(cè)視密度值經(jīng)過視密度樣的灰分換算成該采樣點(diǎn)灰分條件下的計(jì)算值。計(jì)算公式：ARD=ARD0+0.007（Ad-Ad0）[2]。式中ARD為采樣點(diǎn)灰分條件下的視密度，ARD0為實(shí)測(cè)視密度，Ad為采樣點(diǎn)灰分，Ad0為視密度樣灰分。表3是同一區(qū)域相同煤層不同勘查時(shí)期煤樣視密度測(cè)定結(jié)果。從表3可以看出，如果視密度樣灰分與采樣點(diǎn)灰分相差較小，視密度實(shí)測(cè)值接近采樣點(diǎn)灰分條件下的計(jì)算值，如果視密度樣灰分與采樣點(diǎn)灰分相差較大，視密度實(shí)測(cè)值與采樣點(diǎn)灰分條件下的計(jì)算值偏差較大。一般來(lái)講，煤炭地質(zhì)勘查視密度煤樣的實(shí)測(cè)值是不能直接利用的，必須要換算成采樣點(diǎn)灰分條件下的計(jì)算值，所以視密度樣灰分測(cè)定必不可少。

表3 煤樣視相對(duì)密度的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值

2 密度的利用

2.1 真密度的利用

煤炭地質(zhì)勘查中煤的真密度主要用來(lái)計(jì)算分層采樣煤層煤質(zhì)指標(biāo)加權(quán)平均值。在無(wú)法測(cè)定煤樣視密度的情況下，也可用真密度來(lái)計(jì)算視密度，計(jì)算公式[3]：Ad ≤25% St,d≤2.5% 煉焦煤ARD=0.14+0.87TRD,不黏煤、長(zhǎng)焰煤、褐煤ARD=0.20+0.78TRD，無(wú)煙煤和Ad ＞25% St,d＞2.5%的其它煤ARD=0.05+0.92TRD。在計(jì)算煤質(zhì)指標(biāo)加權(quán)平均值時(shí)，會(huì)遇到異常偏高的分層真密度值（未除去煤樣中矸石），此值要參與煤質(zhì)指標(biāo)加權(quán)平均值的計(jì)算，影響較大，此時(shí)，各分層真密度值可不參與加權(quán)平均值計(jì)算。另外在計(jì)算煤層真密度算術(shù)平均值時(shí)，數(shù)量上不要集中在高值或低值上，要合理取舍（如表4所示），只有這樣算出的煤層真密度平均值才具有代表性。

2.2 視密度的利用

煤炭資源儲(chǔ)量估算采用煤層視密度算術(shù)平均值。此值是否合理對(duì)估算的資源儲(chǔ)量影響較大。在計(jì)算煤層視密度算術(shù)平均值時(shí)，對(duì)各點(diǎn)的視密度值要合理取舍。一個(gè)煤層視密度測(cè)試數(shù)量較少，會(huì)出現(xiàn)高視密度值數(shù)量多，或者低視密度值數(shù)量多現(xiàn)象，全部用這些值計(jì)算煤層視密度平均值，就會(huì)偏高或偏低。表4為某勘查區(qū)煤層視密度值與合理取舍結(jié)果對(duì)比。表4中該煤層有4個(gè)視密度值，其中較低值1個(gè)，中等值1個(gè)，較高值2個(gè)，全部視密度的平均值為1.41，去掉1個(gè)較高值后的平均值為1.38。由表4可看出，1.38這個(gè)值能夠代表該煤層平均灰分條件下的視密度，比較合理。合理取舍視密度值非常重要。實(shí)際操作上，應(yīng)該根據(jù)各煤層視密度值的具體情況，認(rèn)真分析研究，可以全部保留各點(diǎn)的視密度值，也可以舍去高值或者低值，取舍數(shù)量的多少視具體情況而定。

煤層號(hào) 化驗(yàn)編號(hào) 灰分Ad/% 全部數(shù)據(jù) 合理取舍TRD ARD TRD ARD 8-3 2011GS1961 8.04 8-3 2011GS2306 20.21 8-3 09煤芯3800 29.74 1.62 1.48 8-3 09煤芯3968 9.29 8-3 2011GS1531 26.79 8-3 2010GS4641 27.46 1.60 1.46 1.60 1.46 8-3 2010GS3573 21.58

表4 煤層密度值及合理取結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)論

1）煤炭地質(zhì)勘查煤芯煤樣密度檢測(cè)制備煤樣時(shí)應(yīng)除去煤中矸石，或者是從煤樣中選取不含夾矸的煤進(jìn)行密度測(cè)定，以免矸石對(duì)煤的密度測(cè)定的影響；

2）煤芯煤樣視密度的測(cè)定應(yīng)采用煤樣制備粒度為4mm～6mm的MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對(duì)密度測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)；

3）煤炭地質(zhì)勘查中采用煤的視密度，是實(shí)測(cè)的視密度值經(jīng)過視密度樣的灰分換算成該采樣點(diǎn)灰分條件下的計(jì)算值，所以視密度煤樣一定要測(cè)該樣的灰分；

4）要選擇正常煤樣的密度值。在計(jì)算煤層密度平均值時(shí)要進(jìn)行合理的取舍。

[1]陳翠菊.煤樣粒度對(duì)煤的視相對(duì)密度測(cè)定影響探討[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010(7).

[2]袁三畏.煤質(zhì)勘探與資料匯編方法[J]，1984.

[3]楊金和，陳文敏，段云龍主編.煤炭化驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.