煤礦可采煤層煤質(zhì)分析—以水溝井田為例

(新疆天富南山煤礦有限責(zé)任公司，石河子市，832026) 高 飛

水溝分礦位于石河子市西南約75km。行政區(qū)劃屬新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣管轄。井田走向長(zhǎng)約4 100m，南北寬600～15 00m，走向由南東轉(zhuǎn)向北東呈弧形。地理坐標(biāo)為東經(jīng)85°39′32″～85°42′06″；北緯43°53′27″～43°54′36″。中心地理坐標(biāo)為：東經(jīng)85°41′17″，北緯43°54′01″。礦區(qū)范圍內(nèi)由五個(gè)拐點(diǎn)圈定，開(kāi)采深度由1498m至900m標(biāo)高。礦區(qū)面積約3.8992km2。

1 煤層

礦區(qū)煤層集中分布于下侏羅統(tǒng)八道灣組下亞組（J1ba），共含煤四層，其中三層為可采煤層，自下而上編號(hào)為A1、A2、A3；另一層在A2與A3煤層之間，在井田西部A3-A1聯(lián)絡(luò)石門(mén)中及前人施工過(guò)的ZK202孔分別見(jiàn)有厚度為0.70m及0.42m的煤層，其它二個(gè)孔均未見(jiàn)到該層煤。井田內(nèi)3層可采煤層平均總厚度為4.93m，均屬較穩(wěn)定煤層（見(jiàn)表1）。

井田內(nèi)三層可采煤層之間均有礫巖、砂礫巖相間隔，水溝煤礦在主斜井東270m的石門(mén)中揭穿了A1-A3三層煤，從石門(mén)中也可以清晰的看到三層礫巖、砂礫巖，A1煤層井下巷道已經(jīng)貫通全礦區(qū)，A3煤層巷道也布滿礦區(qū)的三分之二以上，所以井田內(nèi)煤層對(duì)比是可靠的。各煤層特征敘述如下：

A1煤層：煤層為較穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，共有見(jiàn)煤點(diǎn)11個(gè)，其中10個(gè)點(diǎn)都是達(dá)到可采厚度以上0.75～2.26m；僅在井田西部邊界外的ZK203孔中見(jiàn)到0.04m的不可采點(diǎn)。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不含矸，煤層頂板為礫巖、砂礫巖、底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性比較穩(wěn)定。與A2煤層間距71.80～104.40m，平均間距81.12m。

A2煤層：煤層為較穩(wěn)定可采煤層，見(jiàn)煤點(diǎn)11個(gè)，其中鉆孔3處，井下巷道8處，全層最大厚度為3.17m，最小厚度為0.83m，平均可采厚度2.14m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不含夾矸。煤層厚度西薄東厚。煤層頂板泥巖砂質(zhì)泥巖，巖性比較穩(wěn)定。與A3煤層間距54.50～59.93m，平均間距58.08m。

A3煤層：煤層屬較穩(wěn)定煤層，共有14個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)，其中可采點(diǎn)13個(gè)，可采煤層厚0.76m～2.03m，ZK201孔見(jiàn)0.37m的煤層（可能打薄），但該處已被小窯開(kāi)采成采空區(qū)，估計(jì)鉆孔煤層厚度可能偏薄，本次資源量估算不采用該厚度，采用其它13個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)，最大厚度為2.03m，最小厚度為0.76m，平均厚度1.37m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不含夾矸或偶含一層薄夾矸，煤層頂板為礫巖、砂礫巖，偽頂為泥巖、底板為泥巖、粉砂巖。各煤層特征詳見(jiàn)表2。

2 煤的物理性質(zhì)和煤巖特征

2.1 煤的物理性質(zhì)

（1）各煤層性質(zhì)基本相同。煤的顏色為灰黑色，黑色、暗淡無(wú)光澤，條痕黑褐色，斷口參差狀，節(jié)理不明顯；A1煤層視相對(duì)密度1.36～1.41T/m3，平均1.39T/m3，；A2 煤層為 1.30～1.33T/m3，平均 1.32T/m3；A3煤層為1.31～1.32T/m3，平均1.32T/m3。

（2）宏觀煤巖組份及煤巖類型

各煤層煤巖組份大致相同，以暗亮型煤為主，次為暗煤，條帶狀均一狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。

表1 煤層厚度統(tǒng)計(jì)表

表2 煤層特征一覽表

（3）顯微煤巖組份及顯微煤巖類型

根據(jù)井田內(nèi)三層可采煤層前人在生產(chǎn)井的1277水平、1380水平中分別對(duì)A1、A2、A3三層煤層，采用刻槽取全層煤樣送新疆煤田地質(zhì)局綜合試驗(yàn)室分析化驗(yàn)。利用副樣進(jìn)行了煤巖鑒定，其宏觀和顯微煤巖特征均為暗煤。根據(jù)反射率測(cè)定其變質(zhì)階段：A1、A2為Ⅰ階，A3為0階。

2.2 煤巖特征

A1煤層顯微煤巖特征：有機(jī)組成主要有鏡質(zhì)組分，半鏡質(zhì)組分，隋質(zhì)組分和殼質(zhì)組分。鏡質(zhì)組分以無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體以基質(zhì)體為主，局部也可見(jiàn)碎屑鏡質(zhì)體；半鏡質(zhì)組分主要以基質(zhì)半鏡質(zhì)體為主。隋質(zhì)組分以絲質(zhì)體為主；殼質(zhì)組分主要是小孢子體。礦物組成主要是黏土礦物；呈浸染狀分布。煤巖組分含量見(jiàn)表。根據(jù)煤巖鑒定其顯微煤巖類型為暗亮煤型，反射率測(cè)定其變質(zhì)階段：Ⅰ階。

A2煤層顯微煤巖特征：有機(jī)組成主要有鏡質(zhì)組分，半鏡質(zhì)組分，隋質(zhì)組分。鏡質(zhì)組分以無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體又以基質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體為主；局部也可見(jiàn)碎屑鏡質(zhì)體；半鏡質(zhì)組分主要以基質(zhì)半鏡質(zhì)體為主；隋質(zhì)組分以絲質(zhì)體為主，絲質(zhì)體大多為氧化絲質(zhì)體，局部也可見(jiàn)碎屑惰質(zhì)體，殼質(zhì)組分主要為小孢子體。礦物組成主要為粘土礦物，并含有少量的碳酸鹽和黃鐵礦礦物。粘土礦物呈浸染狀分布。顯微煤巖組分含量見(jiàn)表。根據(jù)煤巖鑒定其顯微煤巖類型：暗亮煤型。反射率一測(cè)定其變質(zhì)階段：Ⅰ階。

A3煤層顯微煤巖特征：有機(jī)組成主要有鏡質(zhì)組分，半鏡質(zhì)組分，隋質(zhì)組分和殼質(zhì)組分。

鏡質(zhì)組分以無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體以基質(zhì)體為主；半鏡質(zhì)組分主要以基質(zhì)半鏡質(zhì)體和均質(zhì)半鏡質(zhì)體為主；隋質(zhì)組分以絲質(zhì)體為主，絲質(zhì)體大多為氧化絲質(zhì)體，局部也可見(jiàn)碎屑隋質(zhì)體；殼體組分主要為小孢子體。無(wú)機(jī)組分主要為黏土礦物。呈浸染狀分布。根據(jù)煤巖鑒定其顯微煤巖類型為暗亮煤型。反射率測(cè)定其變質(zhì)階段為0階。

3 煤的化學(xué)組成和工藝性質(zhì)

3.1 煤的工業(yè)分析

（1）水分（Mad）

煤層的原煤水分含量變化在1.16～4.10%，平均值2.78%；浮煤2.96～4.10%。平均3.35%。煤的水分低，屬低水分煤。

（2）灰分（Ad）

原煤灰分產(chǎn)率為3.81～25.33%，平均11.48%，浮煤3.88～11.20%，平均6.89%。A1煤層平均灰分產(chǎn)率為21.14%為低中灰分煤外，A2和A3煤層的平均灰分產(chǎn)率均在10%以內(nèi)，屬低灰分煤。煤層在走向上灰分變化較大，西部灰分高于東部，淺部灰分高于深部。

（3）揮發(fā)份（Vdaf）

煤層的原煤揮發(fā)份產(chǎn)率兩級(jí)值為36.68～64.13%，總平均值為45.71%，浮煤揮發(fā)份產(chǎn)率為43.25～45.63%，平均44.31%，揮發(fā)分總體變化很小。除1959年157隊(duì)在該區(qū)施工的ZK202孔采集的煤芯煤樣，經(jīng)化驗(yàn)煤層原煤揮發(fā)分高達(dá)64.13%外，其它煤層浮煤揮發(fā)分變化在40～45%之間，為高揮發(fā)分煤。

3.2 煤的元素分析

煤中的有機(jī)質(zhì)是煤的主要化學(xué)組成，其中碳、氫、氮、氧+硫等元素占主導(dǎo)地位，井田內(nèi)碳元素的區(qū)間值是76.24～89.34%，平均80.09%；氫元素含量5.14～5.86%，平均5.60%，氮1.43～1.80%，平均1.72%；氧+硫12.20～16.34%，平均值13.95%，碳、氫元素含量與《煤炭化驗(yàn)手冊(cè)》中我國(guó)煤的碳、氫含量的一般變化范圍值對(duì)照，屬長(zhǎng)焰煤范圍。

3.3 煤的有害元素

煤層中有害元素主要指硫和磷，它們對(duì)煤的儲(chǔ)存和加工利用都非常有害，各煤層硫的平均含量都在0.5%以下，屬特低硫煤；磷含量除A2煤層有一個(gè)點(diǎn)為0.014屬中磷煤外，其余煤層均屬特低磷煤，含量在0.001～0.006%之間。

3.4 煤的工藝性質(zhì)

3.4.1 煤的發(fā)熱量（Qb.d）

發(fā)熱量是煤質(zhì)研究和評(píng)價(jià)動(dòng)力用煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本井田煤層發(fā)熱量普遍較高，原煤（Qb.d）兩極值為25.09～36.17MJ/kg，全區(qū)平均高達(dá)29.34 MJ/kg，其中A1煤層兩級(jí)值為25.73～26.55MJ/kg；A2煤層兩級(jí)值為27.42～36.17MJ/kg；A3煤層兩級(jí)值為25.09～32.49MJ/kg；按照煤發(fā)熱量分級(jí)屬中高或高熱值煤。各煤層發(fā)熱量值比較接近，變化幅度很小。

3.4.2 煤的粘結(jié)性

井田范圍內(nèi)前人及本次工作先后共測(cè)試粘結(jié)指數(shù)6個(gè)，數(shù)值測(cè)試數(shù)據(jù)為1～6，僅一個(gè)樣為6外，其余均為1或4，按粘結(jié)性的四個(gè)等級(jí)比照，全區(qū)煤層絕大部分煤層為不粘結(jié)煤。

3.4.3 煤的低溫干餾

本次工作未分析煤層的低溫干餾，根據(jù)前人報(bào)告中敘述該井田內(nèi)煤的干餾試驗(yàn)焦油產(chǎn)率A1為14.3%，A2為11.2%，A3為17.1%，A1、A2煤層為高油煤，A3煤層為富油煤。

3.4.4 煤灰成份

本井田煤灰成份以二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣含量較高為特征。二氧化硅兩極值33.57～56.49%，全區(qū)平均49.44%、三氧化二鋁兩極值為13.30～27.45%，全區(qū)平均達(dá)23.19%，三氧化二鐵兩極值為3.02～8.72%，平均5.25%，氧化鈣兩級(jí)值為5.61～31.82%，平均12.82%，各煤層間變化不大，煤灰成分類型總體是以硅質(zhì)為主，鋁、鈣質(zhì)其次。

3.4.5 煤灰熔融性

煤灰熔融性是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，依據(jù)中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤灰軟化溫度分級(jí)》MT/T853.1-2000對(duì)各煤層進(jìn)行分級(jí)，井田內(nèi)煤層屬中等軟化溫度灰；依據(jù)煤灰流動(dòng)溫度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，井田煤層屬于中等流動(dòng)溫度灰。

4 結(jié)論

根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB5751-86），結(jié)合工作區(qū)煤層煤化程度較低的特點(diǎn)，煤種確定的主要指標(biāo)是浮煤可燃基揮發(fā)份產(chǎn)率和粘結(jié)性指數(shù)，本井田各煤層揮發(fā)份產(chǎn)率普遍在43.25～45.63%，粘結(jié)指數(shù)1～6，結(jié)合碳、氫含量，根據(jù)中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定為41號(hào)長(zhǎng)焰煤。該井田三層煤均屬低變質(zhì)的煙煤，煤層具有低水分、低灰分、高揮發(fā)分、特低硫、特低磷、中高或高熱值、中等軟化溫度及中等流動(dòng)溫度灰等特征。

[1]宋漢疆.新疆準(zhǔn)東煤田煤炭綜合利用問(wèn)題探討[J].西部探礦工程，2008，(9)：149-151.

[2]王平全，梁大川，崔茂榮，羅平亞.吐哈盆地西山窯八道灣煤層井壁不穩(wěn)定機(jī)理探[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào).1995,（2）：55-64.