影響山西潞安集團漳村煤礦煤質的控制因素

(1.成都理工大學地球科學學院　四川　成都　610059) (2.山西潞安礦業集團漳村煤礦　山西　長治　046000)

一、前言

太原組早期，海平面開始下降，氣候溫暖潮濕，植物生長茂盛，由于陸源碎屑物質大量輸入，導致潟湖逐漸充填淤淺、廢棄，逐漸沼澤化最終形成泥炭沼澤[1]，形成了15#煤。太原組中期，海侵海退頻繁，在一次海侵結束之后，形成了泥坪，并在泥坪的基礎上發育泥炭沼澤，隨后形成12-1#煤層。太原組的晚期，隨著北側大陸板塊邊緣的活動性逐漸的增強，于是在這一時期便開始了盆地范圍的海退，障壁——潟湖沉積體系開始向河控三角洲體系發展，8-2#煤層形成于下三角洲平原的分流間灣的基礎上。

15#煤既受到海水影響，也受陸源碎屑物質的影響；12-1#煤層受海水影響較大；8-2#煤層受陸源碎屑物質的影響較大。

通過對研究區太原組垂向上15-3#、15-2#、15-1#、14#、12-1#、8-2#煤層煤質的變化規律進行分析之后，結合沉積環境的不同得到結論：

二、煤層煤質規律

(一)太原組各煤層煤質存在不同的規律

12-1#煤層中的硫酸鹽硫、有機硫、鈾、五氧化二釩、鎵、釷含量明顯低于15#煤與8-2#煤層，全硫分、硫化物硫、揮發分、磷分含量明顯高于15#煤與8-2#煤層，灰分高于14#煤層與8-2#煤層而略低于15-3#、15-2#、15-1#煤層；而8-2#煤層的各元素含量則大致接近于15#煤；研究區碳含量在90%左右，氫在4.5%左右，氮在0.5%左右，鍺在1g/t-2g/t之間，各煤層均為特低全水分煤，含量變化較小，分布較為穩定。

(二)研究區太原組15-3#煤層煤質變化具有如下規律

研究區中部區域的鍺和硫化物硫含量最高，五氧化二釩最低，并向四周各個方向呈規律性遞減或遞增趨勢，水分從中部向北西、北東方向呈增大趨勢，全硫分由中部的兩個中高硫煤區域向西北部接近礦井邊界的一個特低硫煤區域和東南方向降低；碳、氫、磷從東南部向北西方向遞增的趨勢，氮和硫酸鹽硫、有機硫均是由東南部向北西方向呈遞減趨勢；鎵整體呈“U”字型分布，由西北部向南西、南東、北東方向呈遞增趨勢，灰分由西南部及中部的一個北西-北東方向“V”字形分布的中灰分煤區域向北東、北西、南東三個方向呈遞減的趨勢；釷總體由一個帶型區域和漳-82孔及其附近區域分別向兩側呈遞減趨勢，揮發分由西向東增高，鈾總體是由南部、西南部、北部的三個鈾元素含量較高區域共同向中部的較低區域呈遞減趨勢。

三、沉積環境對煤質的影響

(一)沉積環境對有機硫、硫酸鹽硫、鈾、五氧化二釩、釷、鎵的影響

太原早期第一次大規模海侵的發生，終止了15#煤層泥炭的堆積，此次海侵延續時間很長。泥炭沼澤遭受海水覆蓋，海水中富含硫酸鹽，海水為泥炭沼澤中硫酸鹽的輸入提供了物質保證，海水還造成了低Eh和高pH的還原環境。富硫酸鹽的海水在還原條件下對下伏煤層的淋濾使15#煤層硫酸鹽硫含量較高。而有機硫含量高則是由于成煤過程中，硫酸鹽與植物分解產物作用而成。

鎵在與15-3#、15-2#、15-1#、14#、8-2#煤層中含量基本一致，只有在12-1#煤層中較低，可能受陸源碎屑物質的影響很大，才使得鎵在15-3#、15-2#、15-1#、14#、8-2#煤層中較高，且含量較穩定。鈾的含量變化與15#煤層中鎵元素大致一樣，所以可能是陸源碎屑中同樣富含這種元素，使得15#煤層中鈾含量同樣很高。

(二)沉積環境對硫化物硫、全硫分、揮發分的影響

12-1#煤層是在潮坪之后泥潭沼澤的基礎上形成的，成煤原始植物中含有大量的海生藻類物質，加之當時的煤炭沉積的沼澤覆水程度較好，有利于凝膠化作用的進行，凝膠化組分會使得硫化物聚集，同時使得煤巖組分中的鏡質組含量較高，惰質組含量較少，植物原始結構破壞更徹底，而煤巖組分中鏡質組的揮發分僅次與殼質組的揮發分，所以研究區太原組12-1#煤層中硫化物硫、揮發分略高；研究區全硫分主要為硫化物硫，所以受硫化物硫影響的全硫分含量也較高。

(三)沉積環境對灰分、磷分的影響

富氧的溢岸水流與酸性的沼澤水中和會促進泥炭的生物降解作用，形成泥炭中的無機組分，促使煤層中的灰分增高，所以，12-1#煤層中灰分含量較高；形成時研究區地勢較低，地下水位有時高于泥炭沼澤表面，致使沉積較多無機組分，所以15-3#、15-2#、15-1#煤層中的灰分含量較高；

磷分只存在于15-3#、15-2#、15-1#、12-1#煤層，這4個煤層都是受到海水的影響，而在14#、8-2#煤層基本不含磷分，說明煤層中的磷分在沉積時主要受到海水的影響，而陸源物質對煤中的磷分影響很小或者無影響。

(四)沉積環境對15-3#煤層煤質的影響

15#煤成煤時的海侵是由南東向北西方向[2]，而煤質在沉積時受海水影響最大的是硫酸鹽硫和有機硫，從15-3#煤層的硫酸鹽硫和有機硫等的鉆孔數據可以看出，15-3#煤層中的硫酸鹽硫和有機硫的展布規律由東南部向北西方向呈遞減趨勢，明顯受到了海水影響。

四、頂底板巖性對煤質的影響

泥巖與細粒砂巖相比，泥巖一般作為隔水層，細粒砂巖作為含水層。在成巖作用中或者成巖之后，頂板長期與煤巖接觸，可能在擴散作用和水流的滲透影響下，頂板中的物質運移到煤巖中，使得頂板為細粒砂巖的煤巖中水分、灰分、揮發分、釷富集，全硫分、硫化物硫含量相對較低；鍺屬于煤中的可溶組分，可能由循環水將其從煤層中帶出，所以頂板為細粒砂巖的煤巖中鍺含量較低。

五、結束語

針對我國煤炭利用方式粗放、能效低的問題，研究煤炭的沉積環境，可以有效預測煤層煤質，從而有選擇性的開采高價值煤層，做到環境保護與資源開放的齊頭并進。