貴州流長勘查區(qū)龍?zhí)督M可采煤層煤質(zhì)特征分析

唐 娟

貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)，貴州 貴陽 550008

0 引言

煤炭是重要的不可再生資源，同時(shí)也是我國人民生活和工業(yè)生產(chǎn)中使用的最廣泛的一種資源。我國的煤炭資源利用率低并且浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，都與缺乏對煤炭煤質(zhì)的分析和研究密不可分。煤質(zhì)特征分析評價(jià)是煤質(zhì)研究的核心內(nèi)容，煤質(zhì)研究和評價(jià)都是煤炭資源開發(fā)利用的重要依據(jù)來源。

本文利用測井、鉆探及各種采樣測試資料，對流長勘查區(qū)內(nèi)主采煤層煤質(zhì)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究及分析，為煤炭中微量元素的提取利用、規(guī)避煤炭中的有害元素以及提高煤炭資源的利用率提供有效依據(jù)。

1 勘查區(qū)概況

流長勘查區(qū)位于貴州省清鎮(zhèn)市北西，隸屬流長鄉(xiāng)管轄。研究區(qū)中心直距清鎮(zhèn)市38公里。地理 極 值 坐 標(biāo) ：東 經(jīng) 106°10′00″～106°17′00″,北 緯26°40′15″～26°45′45″，面積 86.20 km2。

研究區(qū)南側(cè)有307省道經(jīng)過，與位于站街鎮(zhèn)的蘭花水泥廠、清鎮(zhèn)電廠新址、清鎮(zhèn)市郊貴州化肥廠等用煤企業(yè)有公路直接連通，距清鎮(zhèn)市公路里程43 km，距貴陽60 km。礦區(qū)東部外圍有貴昆線林歹支線，正在修建的林織鐵路從礦區(qū)中部經(jīng)過，研究區(qū)距林歹站33 km，有多條鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路與主要公路相通，交通較方便。

2 勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

勘查區(qū)位于大威嶺背斜北東段北西翼，總體構(gòu)造形態(tài)呈單斜構(gòu)造，僅在北東方向有波狀起伏，略呈寬緩向斜，軸部不明顯。北部產(chǎn)狀，僅在北東方向F11、F15附近傾向呈南西向（210～260°，一般240°），傾角3～20°，一般10°。研究區(qū)地層總體傾向北西（NW）270～350°，一般320°。主斷層 4條（F1、F2、F8、F9），在礦區(qū)內(nèi)呈“X”狀，大致將研究區(qū)分割成東、南、西、北四個(gè)三角形斷塊。具體見圖1。

從平面分布看，全區(qū)均有斷層發(fā)育，尤以勘查區(qū)北部和東部一帶比較發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造特征表明，本勘查區(qū)的構(gòu)造面貌與燕山運(yùn)動(dòng)有關(guān)，本勘查區(qū)的斷裂主要以張性斷裂為主，其走向基本都呈北北東向，與大威嶺背斜軸向基本一致，個(gè)別為壓扭性斷裂，呈南東向。說明本區(qū)內(nèi)斷層主要是在燕山運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中形成的。由于本區(qū)位于大威嶺背斜北部轉(zhuǎn)折端，應(yīng)是構(gòu)造應(yīng)力相對集中釋放的部位，以致斷裂構(gòu)造較發(fā)育。

綜上所述，本區(qū)總體為一單斜構(gòu)造，地層在走向及傾向上有一定程度的起伏變化，但地層產(chǎn)狀比較平緩，褶皺不發(fā)育。區(qū)內(nèi)雖然斷層較為發(fā)育，但規(guī)律性較為明顯，構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。

3 勘查區(qū)可采煤層特征

勘查區(qū)內(nèi)主要可采煤層為6、8、9、13號4層，其中6、8、9號為大部可采煤層，13號煤層為局部可采煤層。

6號煤層位于龍?zhí)督M上段下部，上距標(biāo)三（B3）0.52～11.92 m，平均3.02 m。煤層全層厚度一般0～5.05 m，平均厚度為1.62 m；采用厚度0～3.62 m，平均采用厚度1.43 m，可采面積58.58 km2，面積可采率為68%，大部可采，較穩(wěn)定。

8號煤層位于龍?zhí)督M上段下部，上距6#煤3.30～21.95 m，平均10.99 m。煤層全層厚度0～5.80 m，平均厚度為1.81 m；采用厚度0～5.80 m，平均采用厚度1.76 m，可采面積57.8 km2，可采指數(shù)為67%，大部可采煤層，較穩(wěn)定。

9號煤層位于龍?zhí)督M上段下部，上距8#煤3.51～19.20 m，平均9.09 m。煤層全層厚度0～4.82m，平均厚度為1.47 m；采用厚度0～3.81 m，平均采用厚度1.33 m，可采面積66.58 km2，可采指數(shù)為77%，簡單結(jié)構(gòu)煤層，較穩(wěn)定。

13號煤層位于龍?zhí)督M下段中部，上距B4平均48.99 m。煤層全層厚度0～2.37 m，平均厚度為0.99 m；采用厚度0～1.69 m，平均采用厚度0.87 m，可采面積40 km2，可采指數(shù)為47%，簡單結(jié)構(gòu)煤層，局部可采煤層，煤層厚度變化不大，規(guī)律性較明顯，較穩(wěn)定。

圖1 流長勘查區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geologic map of Liuchang exploration area

4 可采煤層煤質(zhì)特征

4.1 煤的物理性質(zhì)及煤巖類型

（1）煤的物理性質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)煤的顏色為黑色，以粉粒狀為主，少量塊及碎塊狀；煤層結(jié)構(gòu)主要為線理～細(xì)條帶狀；似金屬光澤為主，少量瀝青光澤、玻璃光澤；斷口主要為參差狀、平坦?fàn)睿倭控悮睢㈦A梯狀；內(nèi)生裂隙較發(fā)育，偶見少量外生裂隙，充填細(xì)脈狀方解石，含較多微粒狀、球粒狀、細(xì)粒狀黃鐵礦。

（2）煤巖類型

因受成煤物質(zhì)及環(huán)境影響，不同煤層的煤巖組分、煤巖類型及其他煤巖特點(diǎn)，均有所不同。研究區(qū)煤層主要以亮煤為主，少量暗煤和鏡煤條帶，偶見透鏡狀及線理狀絲炭。煤巖類型主要為半亮型、半暗—半亮型。

4.2 煤的化學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律

（1）灰分（Ad）

煤的灰分是煤質(zhì)評價(jià)的最重要的指標(biāo)，它直接影響煤的發(fā)熱量和煤的工業(yè)利用價(jià)值。全區(qū)各可采煤層原煤干燥基灰分產(chǎn)率介于10.51%～40.10%之間，平均值為25.09%。其中6號煤層灰分產(chǎn)率為13.12%～36.86%，平均23.65%；8號煤層灰分產(chǎn)率為11.73%～40.08%，平均24.76%；9號煤層灰分產(chǎn)率10.51%～38.00%，平均25.99%；13號煤層灰分產(chǎn)率12.53%～40.10%，平均25.97%。

浮煤灰分：全區(qū)各可采煤層浮煤干燥基灰分產(chǎn)率變化介于5.52%～11.25%之間，平均值為8.88%。其中6號煤層灰分產(chǎn)率5.52%～10.59%，平均8.51%；8號煤層灰分產(chǎn)率5.80%～10.80%，平均8.59%；9號煤層灰分產(chǎn)率6.31%～11.15%，平均9.02%；13號煤層灰分產(chǎn)率為7.63%～11.25%，平均9.39%。按《煤炭質(zhì)量分級 第1部分：灰分》（GB/T15224.1—2010）標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)6、8、9、13號煤層均為中灰煤。

（2）硫分（St,d）

①硫分分級

區(qū)內(nèi)可采煤層原煤全硫含量介于0.51%～11.78%之間；浮煤全硫含量最低0.48%，最高3.19%。6號煤層原煤St,d含量1.72%～9.64%，平均4.04%，浮煤含量0.95%～3.03%，平均1.59%；8號煤層原煤St,d含量1.76%～7.95%，平均3.68%，浮煤0.77%～3.19%，平均1.49%；9號煤層原煤St,d含量2.01%～8.77%，平均4.34%，浮煤0.98%～3.15%，平均1.67%；13號煤層原煤St,d含量0.51%～11.78%，平均3.52%，浮煤平均1.39%。依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級 第2 部分 ：硫分》（GB/T15224.2—2010）的規(guī)定，6、8、9、13號煤層均為高硫煤（HS），各可采煤層硫分分級情況詳見表1。

②形態(tài)硫

區(qū)內(nèi)可采煤層原煤各種硫共分析測試了144件，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

原煤黃鐵礦硫（Sp,d）含量為0.07%～11.24%，平均3.26%，占全硫比例79.90%；硫酸鹽硫(Ss,d)含量為0.00%～0.85%，平均0.14%，占全硫比例3.43%；有機(jī)硫(So,d) 含量0.06%～2.77%，平均0.68%，占全硫比例16.67%。由此可見原煤中硫主要以黃鐵礦硫形式存在，其次為有機(jī)硫，硫酸鹽硫含量較少，為易脫硫煤層。

（3）揮發(fā)分(Vdaf)

煤的揮發(fā)分是確定煤類重要指標(biāo)之一，它的大小能直接反映煤的變質(zhì)程度的高低。

表1 可采煤層硫分分級評價(jià)表Table 1 Grading evaluation table of recoverable coal seam sulfur

原煤揮發(fā)分：全區(qū)各可采煤層原煤揮發(fā)分產(chǎn)率介于6.52%～15.90%之間，平均為10.41%。其中6 號煤層原煤揮發(fā)分產(chǎn)率7.61%～13.51%，平均10.43%；8號煤層揮發(fā)分產(chǎn)率7.83%～14.05%，平均10.39%；9 號煤層揮發(fā)分產(chǎn)率7.60%～15.38%，平均10.69%；13號煤層揮發(fā)分產(chǎn)率6.52～15.90%，平均10.13%。

表2 各種形態(tài)硫化驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 2 Summary of vulcanization test results in various forms

浮煤揮發(fā)分：全區(qū)各可采煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率介于5.99%～10.20%之間，平均為7.49%。其中6號煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率6.36%～9.55%，平均7.61%；8號煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率6.45%～9.21%，平均7.57%；9號煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率5.99%～10.20%，平均7.62%；13號煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率6.33～9.00%，平均7.16%。

根據(jù)《煤的干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率分級》（MT/T849—2000）的規(guī)定，區(qū)內(nèi)各可采煤層均為特低揮發(fā)分煤（SLV）。

（4）有害元素

原煤磷（P）：全區(qū)磷含量在0.005%～0.043%之間，平均含量為0.013%，根據(jù)《煤中有害元素含量分級》（GB/T20475.1—2006）標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)可采煤層均屬低磷煤（P-2）。

原煤砷（As）：全區(qū)砷含量為0.8～11.3×10-6，平均含量為3.7×10-6，根據(jù)《煤中砷含量分級》（MT/T803—1999）標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)可采煤層均屬一級含砷煤（IAs）。

原煤氟（F）：全區(qū)氟含量為57～663×10-6，平均含量為207×10-6，根據(jù)《煤中氟含量分級》（MT/T966—2005）標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)可采煤層6號屬中氟煤（MF），8、9、13號屬高氟煤（HF）。

原煤氯（Cl）：全區(qū)氯含量為0.009%～0.023%，平均含量為0.014%，根據(jù)《煤中有害元素含量分級》（GB/T20475.2—2006）標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)可采煤層均屬特低氯煤（Cl-1）。

（5）原煤灰成分及其性質(zhì)

原煤灰成分主要以SiO2為主，平均含量為 44.54%，其 次 為 Al2O3、Fe2O3，平 均 分 別為21.39%、20.94%，三者含量占灰成分總量的88.57%，再次以CaO、TiO2含量稍高，平均分別為3.43%和2.34%，其余成分占有比例不大，最少為MnO2，平均為0.069%。利用煤灰成分含量計(jì)算可采煤層的結(jié)渣結(jié)污性參數(shù)評定如表3。從表3中可見，區(qū)內(nèi)可采煤層6、8、9、13號均為中等結(jié)渣、中等結(jié)污煤層。

4.3 煤的工藝性能

4.3.1 煤的燃燒性能

（1）煤的發(fā)熱量

區(qū)內(nèi)可采煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr,d）為 18.36 ～ 32.24 MJ/Kg，平 均 為 25.76 MJ/kg。其中6號煤層為21.19～30.83 MJ/Kg,平均26.37MJ/Kg；8號煤層為19.74～32.24 MJ/Kg，平均25.92 MJ/Kg；9號煤層為18.36～31.08 MJ/Kg,平均25.29 MJ/Kg；13號煤層為19.71～30.81 MJ/Kg，平均25.47 MJ/Kg。根據(jù)《煤炭質(zhì)量分級（發(fā)熱量）》（GB/T15224.3—2010）標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)可采煤層6、8、9、13號均屬于中高發(fā)熱量煤（MHQ）。

（2）可磨性指數(shù)（HGI）：對勘查區(qū)內(nèi)可采煤層6、8、9、13號原煤可磨性試驗(yàn)樣測試分析得知，煤層可磨性指數(shù)分別為103、88、126、73。根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 852-2000《煤的哈氏可磨性指數(shù)分級》規(guī)定，則6、9號煤層屬于極易磨煤（UEG），8號煤層屬易磨煤（EG），13號煤層屬中等可磨煤（MG）。

4.3.2 煤的氣化性能

（1）灰熔融性

軟化溫度（ST/℃）：區(qū)內(nèi)各可采煤層軟化溫度最低為1 110℃，最高為＞1 500℃，平均1239℃。依據(jù)《煤灰軟化溫度分級》（MT/T853.1-2000）標(biāo)準(zhǔn)，可采煤層6、8、13號屬于較低軟化溫度灰（RLST），9號煤層屬于中等軟化溫度灰（MST）。

流動(dòng)溫度（FT/℃）：流動(dòng)溫度最低為1 160℃，最高為＞1 500℃，平均1 327℃。依據(jù)《煤灰流動(dòng)溫度分級》（MT/T853.2-2000）標(biāo)準(zhǔn)，可采煤層6、8、9、13號均屬于中等流動(dòng)溫度灰（MFT）。

（2）煤灰粘度特性對6、9、13號煤層作煤灰粘度特性試驗(yàn)，在爐內(nèi)氣氛為弱還原的情形下，6號煤層在爐溫為1 650℃、1 600℃時(shí)適合液態(tài)排渣鍋爐用煤；9、13號煤層在爐溫為1 650℃時(shí)適合液態(tài)排渣鍋爐用煤，當(dāng)爐溫為1 600℃、1 550℃時(shí)基本適合液態(tài)排渣鍋爐用煤。

（3）原煤熱穩(wěn)定性：對6、8、13號煤層作熱穩(wěn)定性測試，其結(jié)果為6號煤層TS+674.0%，TS6-321.9%，TS-34.2%；8號 煤 層TS+680.5%，TS6-316.1%，TS-33.5%；13號煤層TS+678.8%，TS6-315.4%，TS-35.7%。依據(jù)《煤的熱穩(wěn)定性分級》（MT/T560—1996）標(biāo)準(zhǔn)，6、8、13號煤均屬高熱穩(wěn)定性煤（HTS）。

（4）結(jié)渣性：本次對研究區(qū)6、8、9、13號煤層進(jìn)行了煤的結(jié)渣性測試，結(jié)果見圖2。6、9號煤層分布在中等結(jié)渣區(qū)，屬中結(jié)渣煤；8、13號煤結(jié)渣性均分布在弱結(jié)渣區(qū)，屬弱結(jié)渣煤。

煤對二氧化碳反應(yīng)性（a）：煤對二氧化碳反應(yīng)性是在規(guī)定條件下還原二氧化碳為一氧化碳的能力。在950℃時(shí)，煤對二氧化碳還原率分別為25.5%、19.0%、23.9%、19.7%；在1000℃時(shí)，煤對二氧化碳還原率分別為43.0%、28.2%、37.0%、30.3%，區(qū)內(nèi)煤層6號在1000℃時(shí)屬中等還原性煤，其余煤層在950℃、1000℃時(shí)屬弱還原性煤。見圖3。反應(yīng)性與煤種和反應(yīng)溫度有關(guān)，反應(yīng)性高的煤在氣化和燃燒過程中效率高。反應(yīng)性強(qiáng)弱直接影響耗煤量、耗氧量及煤氣中的有效成分。

表3 可采煤層結(jié)污、結(jié)渣性評價(jià)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of pollution and slag formation evaluation of coal seam

4.4 煤的可選性特征分析

4.4.1 煤的浮煤回收率

區(qū)內(nèi)各鉆孔煤芯煤樣均作了浮煤回收率測試，可采煤層浮煤回收率為8.70%～82.72%，平均值為44.28%。可采煤層理論浮煤回收率均為中等。

4.4.2 簡易可選性

對區(qū)內(nèi)可采煤層6號煤層進(jìn)行簡易可選性試驗(yàn)，其簡易可選性試驗(yàn)成果見表4、圖4。

當(dāng)浮煤灰分為10%時(shí)，理論分選密度為1.54g/cm3（小于1.70 g/cm3），δ±0.1含量（未扣除沉矸）為65.3%，扣除沉矸（大于2.00 g/cm3）13.0%，得δ±0.1含量為52.8%，根據(jù)《煤炭可選性評定方法》（GB/T16417—1996）標(biāo)準(zhǔn)，為極難選煤。

當(dāng)浮煤灰分為13%時(shí)，理論分選密度為1.85g/cm3（大于 1.70 g/cm3），δ±0.1含量（未扣除低密度物）為4.1%，扣除低密度物（小于1.50 g/cm3）47.8%，得δ±0.1含量為7.9%，根據(jù)《煤炭可選性評定方法》（GB/T16417—1996）標(biāo)準(zhǔn)，為易選煤。

表4 6號煤層13～0.5 mm簡易浮沉試驗(yàn)成果匯總表Table 4 Summary of the results of the simple float and sink test of No.6 coal seam 13～0.5 mm

圖2 煤的結(jié)渣性曲線圖Fig.2 The slagging curves of coal

圖3 煤對二氧化碳反應(yīng)性曲線圖Fig.3 The curves of coal’s reactivity to carbon dioxide

圖4 6號煤層簡選曲線圖Fig.4 The simple curves diagram of No.6 coal seam

5 結(jié)論及建議

通過對勘查區(qū)內(nèi)可采煤層煤質(zhì)的深入研究分析，查明了各主采煤層的物化特征：全區(qū)各煤層主要以亮煤為主，少量暗煤和鏡煤條帶。原煤灰分平均值均處于23.65%～25.99%之間，均為中灰煤；原煤中硫主要以黃鐵礦硫形式存在，其次為有機(jī)硫，硫酸鹽硫含量較少，為易脫硫煤層。區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤硫分含量為0.51%～11.78%，平均含量為3.68%～4.34%，都屬于高硫煤；各可采煤層均屬特低揮發(fā)分、中高固定碳、低磷、低氯、一級含砷、中高發(fā)熱量煤；工藝性能具有高熱穩(wěn)定性、極易至中等可磨、較低至中等軟化溫度灰、中等流動(dòng)溫度灰、弱還原性、中等結(jié)渣的特征。此外，當(dāng)浮煤灰分為10%時(shí)，6號煤層為極難選煤；當(dāng)浮煤灰分為13%時(shí)；當(dāng)浮煤灰分為13%時(shí)，6號煤層為易選煤。

勘查區(qū)煤類單一，均為無煙煤三號（WY3），依據(jù)區(qū)內(nèi)煤層煤質(zhì)特征，各煤層具有廣泛用途，可用于動(dòng)力用煤，民用煤，火力發(fā)電，一般工業(yè)鍋爐用煤，氣化用煤，經(jīng)洗選后可制碳素材料或制造電石及深加工，煤矸石可考慮作水泥、低溫?zé)频匕宕u等。由于該勘查區(qū)各煤層硫分主要為黃鐵礦硫，為易脫硫煤層，在開采利用方面可對煤進(jìn)行洗選脫硫，以降低煤中硫分含量，達(dá)到合理利用資源，可避免對資源的浪費(fèi)，并減少煤燃燒后所產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴竞蛯﹀仩t、管道的腐蝕。