貴州三疊系火把沖組煤層及煤質特征分析

田亞江

(貴州省地礦局地球物理地球化學勘查院,貴州貴陽550018)

貴州省三疊系上統(tǒng)火把沖組主要分布于黔西南貞豐縣龍頭山向斜和六枝郎岱向斜，另在關嶺斷橋附近向斜軸部有零星出露，但殘存不全。系一套以粘土巖、粉砂巖、細砂巖、粉砂質粘土巖為主，含少量灰?guī)r、泥灰?guī)r和煤層（線）的淺海至濱海中原沼澤相的海陸交互相的含煤建造。以龍頭山向斜發(fā)育最好，含煤40～50層，其中可采煤層1～3層，一般2層（即K2、K3煤層）；有經濟價值的煤層僅分布于貞豐龍頭山一帶，其余地區(qū)均不可采，火把沖組厚650～750m，其中可采煤層均分布于火把沖組三段（T3h3）。

1 煤層特征

1.1 含煤性

區(qū)內可采煤層均分布于三疊系上統(tǒng)火把沖組三段（T3h3），厚度176～241m，平均厚230m。巖性為石英砂巖、細砂巖、粘土巖、炭質粘土巖、粉砂巖、鈣質粉砂巖、泥質粉砂巖及煤層（線）等組成。共含煤(線)5～23層，煤層平均總厚8.3m,含煤系數3.61%；含可采煤層2層,煤層平均總厚2.51m，可采含煤系數1.17%，其中全區(qū)可采煤層1層(K2)、大部可采煤層1層（K3），見圖1。

1.2 可采煤層

區(qū)內煤層情況（鉆探揭露）見表1。

（1）K3煤層：位于含煤巖系三疊系上統(tǒng)火把沖組第三段（T3h3）中部，是區(qū)內主要可采煤層。煤層全層厚度0.57～2.02m,平均厚1.42m，煤層結構較簡單，含夾矸0～2層，厚0～0.66m,巖性為炭質泥巖、泥質粉砂巖泥巖。煤層采用厚度0.57～1.48，平均0.82m，點可采率72%，面可采率88%，向中部厚度有增大趨勢。上距離T3e1底104.06～173.1m，平均143.58m。屬較穩(wěn)定的大部可采煤層。

頂板巖性：粉砂巖、粉砂質粘土巖。

底板巖性：以粘土質粉砂巖、砂巖為主，部分粘土巖偽底。

（2）K2煤層：全區(qū)發(fā)育，位于含煤巖系三疊系上統(tǒng)火把沖組第三段（T3h3）底部，是礦區(qū)內主要可采煤層。煤層結構較復雜，夾0～3層夾矸,一般含2層，夾矸厚0～0.29m。煤層全層厚度0.94～1.31m,平均厚1.09m，煤層采用厚度0.74～1.13m，平均厚0.93m，點可采率100%，面可采率100%，平面上表現為龍頭山向斜軸部較厚，兩翼相對較薄，屬較穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。

頂板巖性：頂板為粘土巖、粉砂質粘土巖為主，部分炭質粘土巖偽頂。

底板巖性：底板為粉砂巖、砂巖為主。

表1 可采煤層特征表

1.3 煤層對比

（1）標志層。根據區(qū)內含煤地層巖性組合特征及古生物特征、測井曲線特征，建立了主要標志層3個。標志層法是煤層對比的主要方法，現將各標志層特點分述如下：

B1：灰色、灰白色厚層至塊狀巖屑石英砂巖，夾零星的粘土巖。位于二橋組底部，火把沖組三段頂部，厚度40.77～72.53m，平均55.03m。物性特征為高電阻率、低自然伽馬、低伽馬伽馬反映，全區(qū)發(fā)育，層位穩(wěn)定。

B2：位于火把沖組三段中下部，巖性為灰色、灰白色、褐灰色中厚層至厚層狀巖屑石英砂巖，長石石英砂巖。厚度19.94～44.81m，平均32.48m。物性特征為高電阻率、低自然伽馬、低伽馬伽馬反映，全區(qū)發(fā)育，層位穩(wěn)定。

B3：位于火把沖組三段底部，K2煤之上，為厚度穩(wěn)定，煤質特征變化較小的煤層，厚度0.32～0.73m，平均0.40m。物性特征為煤層自然伽馬曲線為低幅值，伽馬伽馬曲線均呈高幅值寬峰狀、視電阻率曲線呈單雙尖峰狀，全區(qū)發(fā)育。

（2）煤層間距。K3煤層～K2煤層：煤層間距53.72～75.01m，平均69.70m。

（3）煤層物性曲線特征。K3煤層：大多為2層構成，中間有一個夾矸，煤層自然伽馬曲線為低幅值，伽馬伽馬曲線均呈高幅值寬峰狀、視電阻率曲線呈單雙尖峰狀。

K2煤層：由幾小層構成，中間夾有0～3層夾矸，煤層自然伽馬曲線為低幅值，伽馬伽馬曲線均呈高幅值寬峰狀、視電阻率曲線呈明顯的單、雙、三等尖峰狀。

（4）對比可靠程度。K3煤層：為火把沖組三段中下部大部可采煤層，結構簡單，大多為2層構成，中間有一個夾矸，上距M8煤層48.04～69.82m，平均54.32m，下距B2標志層16.84～46.73m，平均26.08m。對比標志明顯，對比可靠。

K2煤層：位于火把沖組三段底部，含0～3層夾矸，結構較簡單，上距B3標志層1.48～2.29m，平均1.73m。對比標志明顯，對比可靠。

1.4 煤層穩(wěn)定性

（1）K3煤層厚度有一定變化，煤層結構較簡單，煤質變化中等，屬較穩(wěn)定的大部可采煤層；

（2）K2煤層厚度有一定變化，煤層結構較簡單，煤質變化中等，屬較穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。

2 煤質特征

2.1 煤的物理性質

區(qū)內主要可采煤層煤的顏色為黑色—黑灰色，光澤較強，似金屬光澤或玻璃光澤。煤的形狀以塊狀為主，有塊柱狀、短柱狀、碎塊狀、也見少量碎粒狀或粉狀。參差狀斷口也有階梯狀斷口，內生裂隙發(fā)育，裂隙中含少量黃鐵礦硫。線理細至中條帶結構，偶見寬條帶結構。煤性硬，不易破碎。煤的宏觀類型全區(qū)各煤層多以亮煤為主，暗煤次之，夾少量鏡煤和絲炭透鏡體。

各可采煤層煤巖特征如下：

K3煤層：以亮煤為主，次為暗煤，夾鏡煤條帶。煤巖類型為半亮型，次為半亮—半暗型；

K2煤層：以亮煤為主，少量暗煤，夾鏡煤條帶。煤巖類型為半暗—半亮型，少量半亮型。

可采煤層真相對密度（TRD）及視相對密度（ARD）見表2。

表2 各煤層煤的真相對密度、視相對密度統(tǒng)計表

2.2 煤巖類型

對區(qū)內煤巖鑒定的結果，根據國標GB/T5589-1995《顯微煤巖類型分類》和煤巖行業(yè)標準MT/T263-1991《煙煤宏觀類型的劃分與描述》確定，主要可采煤層宏觀煤巖類型為半亮型。其它次要煤層煤巖宏觀類型半亮—半暗型。

顯微煤巖類型以微三合煤為主，其次是微鏡煤。

（1）有機組分：從對區(qū)內主要可采煤層進行煤巖鑒定的結果可看出，有機組分大致分為鏡質組和惰質組2大類。有機總量為82.90%～94.60%，有機總量平均為90.57%。鏡質組以基質鏡質體（可見膠結碎屑惰質體、絲質體碎片、小孢子體以及大量黃鐵礦礦物等）為主；其次為結構鏡質體（胞腔呈破碎狀、閉合狀，少數呈細條帶狀隱約可見）；少數均質鏡質體、團塊鏡質體、碎屑鏡質體。鏡質組含量為59.50%～76.20%，平均含量為68.63%。

惰質組：以絲質體、半絲質體（多呈破碎狀、碎片狀，可見胞壁斷裂胞腔破碎呈星狀結構，多中空，少見充填碳酸鹽）為主；其次是碎屑惰質體；少數粗粒體、微粒體；少見氧化絲質體、菌類體見氧化絲質體、菌類體。惰質組含量為12.60%～22.30%，平均含量為16.87%。

（2）無機組分：區(qū)內主要可采煤層煤含礦物成分主要以黃鐵礦為主，次為粘土礦物少量方解石和石英。

硫化物組（黃鐵礦）：呈黃鐵礦，粒狀、晶粒狀、細粒狀、團塊狀、集合狀。含量為微量3.60%～6.80%，平均含量為5.00%。

粘土礦物：多呈粒狀、集合狀、條帶狀、團塊狀，少數充填狀、浸染狀。含量為0.30%～7.70%，平均含量為0.40%。

碳酸鹽組（方解石）：多呈片狀、碎片狀、充填狀。含量為0.30%～1.30%，平均含量為0.77%。

氧化物組（石英）：粒狀、碎屑狀、棱角狀。含量為0.60%～1.30%，平均含量為1.00%。

區(qū)內根據可采煤層煤的煤巖鑒定結果中，無機物組分總量為9.43%，顯微礦化類型可劃分為少數微硫化物質煤。

2.3 煤的變質階段

煤巖鑒定中主要可采煤層鏡煤最大反射率（R°max%）為0.74%～0.83%，平均為0.79%。以上指標確定主要可采煤層煤的變質階段為Ⅱ-Ⅲ。煤的鏡煤最大反射率從上至下逐漸變小。

2.4 煤的化學性質

（1）水分含量（Ma,d）：

K3：原 煤 1.04%～1.81%，平 均 1.28%；浮 煤0.97%～1.54%，平均1.28%。

K2：原 煤 1.02%～1.46%，平 均 1.20%；浮 煤0.80%～1.40%，平均1.13%。

（2）灰分（Aa,d）含量：

K3：原煤7.43%～18.35%，平均10.98%，為低灰煤；浮煤4.33%～8.75%，平均6.22%，為特低灰煤。

K2：原煤 7.50%～26.76%，平均 16.37%；浮煤6.02%～24.55%，平均11.15%，均為低灰煤。

（3）揮發(fā)分（Vdaf）：

K3：原煤37.59%～40.13%，平均39.01%；浮煤37.68%～39.56%，平均38.67%。

K2：原煤38.01%～40.97%，平均39.53%；浮煤38.47%～42.25%，平均39.44%。

可采煤層原煤和浮煤干燥無灰基揮發(fā)份均為高揮發(fā)分煤。

（4）全硫(St,d)：

K3：原 煤 2.33%～4.17%，平 均 3.00%；浮 煤1.66%～2.87%，平均2.26%。

K2：原 煤 2.35%～4.30%，平 均 3.29%；浮 煤2.33%～4.28%，平均2.99%。

區(qū)內可采煤層均為高硫煤。

（5）原煤硫成分：原煤硫成分以黃鐵礦硫（Sp,d）為主，有機硫（So,d）其次，硫酸鹽硫（Ss,d）少量。黃鐵礦硫最小2.56%，最大5.45%；有機硫最小0.84%，最大1.03%；硫酸鹽硫最小0.07%，最大0.32%。本區(qū)范圍內煤層中—高硫煤層硫以黃鐵礦硫為主，煤層脫硫效果較好。見表3。

表3 煤層各種硫分析結果統(tǒng)計表

（6）有益有害元素：對各可采煤層采取一定數量樣品（含收集）做有益有害元素分析，見表4。

①原煤磷（P）：K3、K2煤層為低磷分煤（代號LP）。

②原煤砷（As）：K3煤層為三級含砷煤（代號ⅢAs）K2煤層為四級含砷煤（代號ⅣAs）。

③氟（F）：K3煤層為低氟煤（代號LF），K2煤層為中氟煤（代號MF）。

④氯（Cl）：全區(qū)煤層均為特低氯煤（代號SLCl）。

⑤鍺（Ge）：全區(qū)均為低鍺煤（代號LGe）。

⑥鎵（Ga）：全區(qū)算術平均值為10.86μg/g，變化范圍在5.8～11.7μg/g之間。

表4 煤層有益有害元素分析結果統(tǒng)計表

⑦釷（Th）：全區(qū)平均值為4.20μg/g，變化范圍在1～5.5μg/g之間。

⑧五氧化二釩（V2O5）：全區(qū)平均值為203.35pm，變化范圍在74～372μg/g之間。

（7）原煤灰成分及其性質：各可采煤層灰成份統(tǒng)計見表5。

原煤灰成分主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主，平均含量分別為39.75%、18.60%、29.02%，占灰成分總量的87.36%，其它含量占有的比例不大。

表5 煤層灰成分分析成果統(tǒng)計表

（8）煤的腐植酸：未作腐植酸含量測定，在地表及以下0～5m深度范圍內，煤表現為褐黑色粉末狀、細顆粒狀，呈土狀光澤，局部表現為粘土、煤華。見大量褐鐵礦膜充填于裂隙或呈浸染狀分布。

地表以下5～10m深度范圍內,肉眼觀察煤呈黑色，硬度變大，裂隙面光澤較暗，新鮮面呈玻璃、似金屬光澤，裂隙發(fā)育。裂隙面見大量暈彩狀氫氧化鐵和受溶蝕的方解石膜。褐鐵礦細脈沿裂隙充填。

地表以下20m深度后，肉眼觀察煤呈黑、灰黑色，具金屬，似金屬光澤,貝殼狀斷口，煤中裂隙不明顯，見黃鐵礦細脈沿煤的裂隙充填，并見黃鐵礦小結核。

由此可見，礦區(qū)煤層風化帶深度一般在0～5m，氧化帶深度在5～20m之間，在地表以下20m深度后進入煤的原生帶。

2.5 煤類

區(qū)內各煤層浮煤干燥無灰基揮發(fā)份（Vdaf）最大38.67%～40.41%，平均值為39.50%；區(qū)內煤的粘結指數（G）為101～103，平均102；煤的膠質層最大厚度（Y）為30mm。煤的奧壓膨脹度(b)為149%～221%，平均174%。根據中國煤炭分類國家標準（GB/T5751-2009）的分類，該礦區(qū)各煤層為氣肥煤（QF），歸屬煉焦用煤。

3 結語

區(qū)內含煤巖系為三疊系上統(tǒng)火把沖組第三段（T3h3），含可采煤層2層，其中全區(qū)可采煤層為K2、大部可采煤層為K3；煤層厚度有一定變化，煤層對比標志特征明顯，煤層結構較簡單，煤質變化中等，屬較穩(wěn)定煤層；主要可采煤層為條帶狀結構，半亮型煤為主；煤的變質階段為Ⅱ-Ⅲ；為低灰、高硫、高揮發(fā)份、低磷分、高發(fā)熱量煤；煤類劃分均為氣肥煤（QF），屬煉焦用煤。