貴州大灣煤礦煤質特征及其工業用途分析

王方發，李 碧

(貴州省煤田地質局一四二隊，貴州 貴陽 550009)

1 地質概況

大灣煤礦位于六盤水市鐘山區北西方向，礦區距六盤水市約46 km，屬六盤水市鐘山區大灣鎮管轄。礦區面積36.426 9 km2，地理坐標:東經104°34′04″～104°38′33″，北緯26°44′47″～26°49′10″。大地構造上屬于揚子板塊(Ⅰ級)黔北隆起(Ⅱ級)六盤水斷陷(Ⅲ級)威寧北西向構造變形區，位于水城礦區西北部二塘向斜的中深部，其為二塘向斜的主體部分。二塘向斜是一呈北西向不對稱的短軸向斜。向斜由NW自拱橋，SE至糧壩子，兩端延出礦區，在礦區內延展9 km;在礦區范圍內NE翼傾角一般為8°～10°;SW翼傾角一般為10°～18°。次一級褶曲不發育，局部有波狀起伏但波幅一般不超過10 m。

大灣煤礦礦區內出露的主要地層包括二疊系上統的峨眉山玄武巖(P3β)、龍潭組(P3l)，三疊系下統飛仙關組(T1f)、永寧鎮組(T1yn)及第四系(Q)[1]。

2 含煤地層

大灣煤礦含煤地層為晚二疊世龍潭組，上覆地層為下三疊統飛仙關組，下伏地層為上二疊統峨嵋山玄武巖，龍潭組與上覆、下伏地層均為假整合接觸。礦區內龍潭組地層厚180 m～240 m，平均厚234.32 m;含煤一般為23～25層，厚14.50 m～22 m，平均17 m，含煤系數為7.3%;厚度總的變化趨勢由南東向北西變薄，煤層由多到少。含煤地層系以陸相為主的海陸交互相含煤建造，巖性主要由細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖及煤層組成。

根據巖性及含煤情況不同，龍潭組又可分為上、下兩段，即下段(P3l1)、上段(P3l2)。含可采及局部可采煤層9層，即2、3、4、5、7、8、9、11、12煤層，總厚9.60m～13.15 m，平均厚11.99 m，可采煤層含煤系數為5.1%。僅12煤層分布在下段(P3l1)，其余煤層均分布上段(P3l2)。

大灣煤礦煤層發育特征見表1。

表1 大灣煤礦煤層發育特征

3 煤質特征

3.1 煤的變質階段

可采煤層鏡質組的最大反射率(R°max)為1.19%～1.35%，平均為1.27%，因此，煤的變質階段分別為:2、3煤層為Ⅲ階段，4、5、7、8、9、11、12煤層為Ⅳ階段，從上至下各煤層變化甚微，區內煤類以焦煤為主，肥煤極少。

3.2 煤巖類型及顯微組分

可采煤層煤巖鑒定結果表明,2、4、5、8煤層為半亮～半暗型～半暗型，7、11煤層為半亮～半暗型～半暗～暗淡型，12煤層為半暗型;顯微組分中有機組分含量為61.91%～89.89%，一般大于70%，主要由鏡質組和惰質組組成，微觀煤巖類型為微鏡惰煤;無機組分含量為10.11%～38.09%，一般約為20%，以黏土礦物和石英為主，黃鐵礦、方解石次之或少量。

3.3 煤質特征及變化規律

大灣煤礦煤層的煤質特征詳見表2。由表2可知:①原煤空氣干燥基水分(Mad)為0.30%～3.05%，平均1.02%;浮煤空氣干燥基水分(Mad)為0.05%～3.59%，平均0.96%。由于焦煤和肥煤階段有機質結構逐漸緊密，孔隙率低，水分最低。②原煤灰分產率(Ad)為6.48%～40.54%，平均28.43%；浮煤灰分產率(Ad)為1.05%～22.93%，平均10.81%；依據GB/T 15224.1—2010《煤炭質量分級 第1部分:灰分》的規定，礦區內2、5、11、12煤層屬中灰煤(MA)，3、4、7、8、9煤層屬中高灰煤(MHA)。經洗選后,2、3、4、5、7、8、9煤層均屬低灰煤(LA)，11、12煤層屬特低灰煤(SLA)。③原煤的揮發分產率(Vdaf)為13.13%～35.64%，平均23.87%；各煤層平均值為23.20%～25.53%，變化不大但由上至下煤層呈逐漸減小的趨勢。浮煤的揮發分產率(Vdaf)為17.90%～30.06%，平均24.12%。各煤層平均值呈現與原煤相對應的變化，根據《煤的干燥無灰基揮發分產率分級》(MT/T 849—2000)的規定,2、3、4、5、7、8、9、11、12煤層的浮煤均為中等揮發分煤。④原煤硫分(St,d)為0.14%～13.51%，平均1.66%。其中，5、7、12煤層St,d平均值為0.50%～1.00%，2、4、8、11煤層St,d為1.00%～2.00%，3煤層St,d為2.00%～3.00%，9煤層St,d大于3.84%。各煤層間硫分變化較大，主要因為礦區處于海陸過渡含煤相區，同時也反映成煤前后期海侵不均衡。依據GB/T 15224.2—2010《煤炭質量分級 第2部分:硫分》的規定，5、7、12煤層屬低硫煤(LS)，2、4、8、11煤層屬中硫煤(MS)，3煤層屬中高硫煤(MHS)，9煤層屬高硫煤(HS)。經洗選后，浮煤硫分(St,d)為0.20%～3.25%，平均1.00%。其中，5、7、11、12煤層St,d平均值為0.50%～1.00%，2、3、4、8、9煤層St,d為1.00%～2.00%。上述數據表明，原煤硫分含量越高則越易洗選脫除;而低硫煤的原煤、浮煤硫分含量相差不大，甚至出現5、7煤層浮煤全硫大于原煤的異常現象。⑤各可采煤層浮煤干燥基固定碳含量為39.70%～72.90%，平均值為54.58%，依據MT/T 561—2008《煤的固定碳分級》的規定，礦區內2、3、4、5、7、8、9號煤層均屬低固定碳煤(LFC)，11、12號煤層屬中等固定碳煤(MFC)。

表2 大灣煤礦煤層煤質特征

注：其中2煤層的煤類(點數)分別為1/3JM(2)、FM(25)、JM(52),3煤層為FM(3)、JM(15)，4煤層為FM(12)、JM(36),5煤層為FM(8)、JM(35)，7煤層為FM(4)、JM(48)，8煤層為JM(33),9煤層為FM(1)、JM(41),11煤層為JM(93)，12煤層為FM(6)、JM(35)。

3.4 煤的工藝性能

原煤的干燥基高位發熱量(Qgr.d)為(22.35～35.65)MJ/kg，平均值33.95 MJ/kg;浮煤的干燥基高位發熱量(Qgr，d)為(28.96～36.65)MJ/kg，平均值35.34 MJ/kg。其中，3、8煤層揮發分產率較高，發熱量偏低;而2、11、12煤層揮發分產率偏低，發熱量較高。依據GB/T 15224.3—2010《煤炭質量分級 第3部分:發熱量》的規定，區內2、3、4、5、7、8、9、11、12煤層均為特高發熱量煤(SHQ)。

3.5 煤的黏結性

各可采煤層浮煤焦渣特征范圍為5～7，表明煤的黏結性較強;黏結指數為79.2～97.9，其中各可采煤層均有黏結指數(GR.I)大于85.0的樣品;浮煤膠質層(Y)厚度為10 mm～34 mm，其中2、3、4、5、7、12煤層均有膠質層(Y)厚度大于25.0 mm的樣品。

4 煤炭資源儲量

經估算，大灣煤礦煤炭(焦煤)保有資源儲量總計為33 359萬t;其中硫分大于3%的高硫煤資源儲量4 837萬t(9煤層)，占總儲量的15%;硫分小于3%的煤層煤炭資源儲量分別如下:2煤層為5 202萬t、3煤層為374萬t、4煤層為3 001萬t、5煤層為1 581萬t、7煤層為3 867萬t、8煤層為2 914萬t、11煤層為9 929萬t、12煤層為1 654萬t。

5 工業用途

結合礦區煤質特征評價研究成果[1-15]可知，大灣礦區主要為焦煤、部分為肥煤，煤中原煤灰分為中灰—中高灰，硫分從低硫到高硫均有，浮煤揮發分中等、黏結性較強。礦區精煤的主要工業用途為生產冶金焦，可少量配煤;中煤主要供動力用煤，若供大型電站則不符合我國《工業“三廢”排放試行標準》中關于二氧化硫排放量的規定，須考慮脫硫設施，對于供氣化用煤則以氣流床氣化較為合適，但所產煤氣均需進行脫硫和脫氮處理，其技術經濟是否合理需評估后確定。洗矸可用于沸騰爐發電，也可從矸石中回收煤炭。