貴州省大方縣渣萍煤礦煤質特性分析

楊瑞琴，唐顯貴

(貴州省煤田地質局一七四隊，貴州 貴陽 552100)

0 引 言

國內很多學者針對不同地區煤質相關研究，得到各有側重的研究結論。權巨濤等提出，通過分析硫分、灰分、煤巖組分與成煤環境的關系，得出成煤環境狀況[1-2]；秦建強等通過煤質特征分析，得出無煙煤是良好的動力用煤，也可作為氣化用煤的結論[3-5]；賀軍等通過分析煤巖、煤質特征，初步評價了該區煤炭液化性能[6-10]；韓忠勤[11]通過對煤層煤質特征分析，提出3號無煙煤煤炭適合用作動力煤和燃料煤；石瑛[12]指出煤田地質勘探中煤質研究和評價具有重要的意義；斐文春[13]闡述野外進行天然焦與煤質研究的工作方法，確定其區分參數特征；張鋒青[14]詳細解讀通過改變采煤工藝和掘進工藝以嚴格控制商品煤中的水分和灰分的具體研究。

對于某個礦區的研究，僅統計煤炭資源儲量[15]遠遠不夠，還需對其煤制特性進行詳細評價，為煤炭后續加工、利用提供科學依據和數據支撐。在渣萍煤礦煤炭設計、定鉆、打鉆、取樣、送樣、化驗，以及利用臨礦區資料的基礎上對數據進行整合、梳理，取得該煤質的物理性質、煤巖類型、變質程度、水分、灰分、硫分、揮發分、發熱量、煤灰成分、熱穩定性、煤灰融熔性、煤的可選性、煤的分類等評價結果，可為煤炭開采、加工利用提供技術支持。

1 概 況

渣坪煤礦位于大方縣北東方向，屬于黔北小區。勘查區行政所在地隸屬于大方縣鳳山彝族蒙古族鄉管轄，面積6.657 km2，勘查范圍查明礦區內總資源量為2 019萬t。

含煤地層主要為晚二疊系上統龍潭組(P3l)，系典型的海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積。平均厚度為68.25 m，含2～16層煤，一般8層，煤的總厚度為2.20 m～13.51 m，平均7.02 m，含煤系數平均為10.28%。整個礦區16號和34號煤層為煤可采。

2 煤的物理性質

煤的顏色為深灰色或黑色，主要呈塊狀及碎塊狀，似金屬光澤，其次是瀝青光澤和油脂光澤；參差狀斷口；內、外裂隙發育并填充方解石細脈。偶見透鏡狀黃鐵礦結核。煤體視相對密度為1.46 t/m3～1.67 t/m3，全區平均為1.56 t/m3。煤層質軟，可手工粉化或造粒。

3 煤巖類型

3.1 宏觀煤巖類型

宏觀煤巖類型較簡單，以亮煤為主、暗煤次之，夾少量絲炭。16號和34號煤層均為半暗—半亮型。

3.2 顯微煤巖組分

(1)有機組分:有機組分包括鏡質組和惰質組。有機總量為79.30%～90.90%，平均值為85.10%。① 鏡質組:常見基質鏡質體及透鏡狀、細條帶狀均質鏡質體，少量碎屑鏡質體及結構鏡質體，亦見團塊鏡質體，偶見膠質鏡質體。含量在60.15%～62.50%，平均值為61.33%。② 惰質組:多數為氧化絲質體、半絲質體，次為碎屑絲質體，少量微粒體，偶見分泌體。含量在27.15%～35.30%，平均值為31.23%。

(2)無機組分:無機組分主要以粘土礦物和石英為主，其中粘土類礦物多為細條帶狀、浸染狀產出，部分呈細分散狀、斑點狀散布于基質鏡質體中；石英多呈細粒狀、微細粒狀散布于基質鏡質體中，局部細粒間相聚集；黃鐵礦次之，呈微粒狀、星點狀、細粒狀分布，結核狀產出，少量充填胞腔；部分方解石，呈細脈狀充填于煤層裂隙中。

3.3 煤的變質程度

渣萍煤礦16號和34號煤層的煤巖特性詳見表1。

表1 渣萍煤礦主要可采煤層煤巖特征
Table 1 Mean value of coal rock characteristics of main coal seam for Zhaping coal mine

煤號有機組分/%鏡質組惰質組無機組分/%黏土類硫化物類碳酸鹽類氧化物類有機總量/%無機總量/%鏡質體最大反射率(Romax)/%煤化程度變質階段1662.5027.151.502.2017.0079.3020.703.16高煤級煤ⅠⅨ3460.1535.301.003.304.800.0090.909.103.26高煤級煤ⅠⅨ全區61.3331.230.502.403.508.5085.1014.903.21高煤級煤ⅠⅨ

從表1數據可知，煤層鏡質體最大反射率為3.16%～3.26%，平均值為3.21%，煤的變質階段為Ⅸ階段，變質程度屬于高煤級煤Ⅰ。

4 煤質特征

4.1 水分

經30個煤樣測試，可知原煤空氣干燥基水分為0.68%～3.91%，平均值為1.70%。井田以34號煤層最低，為1.55%；16號煤層最高，為2.05%。浮煤空氣干燥基水分為0.60%～2.60%，平均值為1.27%。

4.2 揮發分

揮發分含量隨埋藏深度的增加而減少，此與成煤條件緊密相關，即埋藏深度越深、成煤條件越好、煤化程度越高，揮發分含量越低。202、203和301鉆孔中的34號煤揮發分含量分別為8.26%、8.22%和8.01%，結果表明34號煤層的揮發分與煤化程度變化趨勢一致。整個礦區揮發分含量為6.07%～13.09%，平均值為9.30%，為特低揮發分(SLV)煤。

4.3 灰分和硫分

(1)灰分平面變化特征。①16號煤層:灰分在橫向上的變化比較簡單，除個別點外，北東方向上灰分較低，為13.40%～18.19%，屬低灰煤。一般情況下，同一煤層或同一鉆孔中的不同煤層，其結構復雜且煤層灰分高于單一煤層，如303鉆孔中的16號煤層。厚而穩定的煤層灰分通常較低，如101鉆孔中16號煤層。16號煤層灰分和硫分等值線圖如圖1所示。②34號煤層:灰分在橫向上的變化無明顯規律。區內北部灰分較低，為14.19%～16.50%，屬低灰煤。除個別點外，其余地區灰分為20.63%～26.80%，為中灰煤。全區灰分平均值為22.82%，為中灰煤。34號煤層灰分和硫分等值線圖如圖2所示。

圖1 16號煤層灰分和硫分等值線圖Fig.1 Contour map of ash and sulfur in No.16 coal seam

圖2 34號煤層灰分和硫分等值線圖Fig.2 Contour map of ash and sulfur in No.34 coal seam

(2) 硫分平面變化特征。①16號煤層:煤中硫分呈不規則帶狀分布，總硫含量偏低，平均值為0.51%，為低硫煤。礦區南西部，硫分特低，均小于0.50%，為特低硫煤；區內北東方向，硫分變化范圍為0.50%～1.00%，特殊點為1.01%～2.00%。硫分橫向變化特征為:由南西向北東方向逐漸增大；該煤層位于下三角洲平原的潮間及沼澤沉積環境中，硫分總體偏低。②34號煤層:煤層中硫分呈不規則帶狀分布，總體硫分偏高，平均值為3.51%，屬高硫煤。該礦區中心部位分布有中高硫煤及少部分中硫煤；區內西部和東部地區均分布為高硫煤，特殊點高達4.75%。硫分橫向變化趨勢為:硫分由中部分別向四周逐漸增大；受瀉湖—潮坪沼澤沉積環境的影響，34號煤層硫分產率較高。③總硫與無機硫呈正相關關系，相關系數為0.79，其中原煤中的無機硫化鐵硫占總硫的77.63%，硫酸鹽硫占總硫產率的0.91%,有機硫占總硫產率的21.46%。一般情況下，全硫高的煤層，無機硫也偏高。由此可見，煤層中的硫易洗選和脫除。

4.4 元素分析

從9個浮煤元素分析結果得到，其浮煤碳含量為89.26%～93.44%，平均值為92.27%；氫含量為2.71%～3.83%，平均值為3.24%；氮含量為0.66%～1.24%，平均值為0.94%；氧加硫含量為2.33%～7.18%，平均值為3.73%。

4.5 發熱量

渣萍煤礦16號和34號煤層的發熱量見表4。從表4數據可知，渣萍煤礦原煤干燥基高位發熱量(Qgr,d)為22.31 MJ/kg～30.78 MJ/kg，平均值

表4 渣萍煤礦可采煤層發熱量統計表
Table 4 Statistical table of calorific value of the coal seam in Zhaping coal mine

煤層1634原煤/(MJ·kg-1)Qgr,d27.0926.81Qnet,d26.5726.30浮煤/(MJ·kg-1)Qgr,d31.8532.11質量分級中高發熱量(MHQ)中高發熱量(MHQ)

26.89 MJ/kg。原煤干燥基低位發熱量(Qnet,d)為21.90 MJ/kg～30.24 MJ/kg，平均值26.38 MJ/kg。浮煤干燥基高位發熱量(Qgr,d)為31.37 MJ/kg～32.79 MJ/kg，平均值32.06 MJ/kg。礦區內16號和34號煤層均為中高發熱量煤(MHQ)。

4.6 煤灰成分

煤灰成分中，含量最高的是SiO2，其次是Al2O3和Fe2O3，其它成分較少。橫向上，煤灰成分的變化為:由北到南、SiO2含量由四周到中間逐漸減小，Fe2O3含量逐漸增加；隨著煤層灰分含量的增加，SiO2含量比例增高，而CaO、MgO和SO3含量相應減少；CaO和MgO含量呈正相關關系，隨著CaO含量的增加，MgO含量相應增加，由于普遍存在這種相關關系，因此估計兩者經常存在于同一種礦物內，如白云石。根據相關分析，SiO2與Fe2O3之間有非常明顯的負相關，縱向上，(SiO2+ Al2O3)含量以16號煤層較高，平均值為80.92%，34號煤層平均值為63.31%。34煤層中Fe2O3、CaO和MgO的總含量較高，約24.16%，16號煤層較低，為7.58%。

煤灰成分的組成與含量見表5。從表5數據可知:煤灰成分中以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主，三者累計含量占煤灰成分的70.77%～90.38%；煤灰成分中還含有含量很少的K2O、Na2O、MnO2、TiO2、SO3等物質。

表5 渣萍煤礦煤灰成分統計
Table 5 Statistics of coal ash composition in Zhaping Coal Mine

%

4.7 煤灰熔融性

全區煤層灰熔融性軟化溫度為1 222 ℃，屬于較低軟化溫度灰。總的來看，由南西向北東、由中部向四周煤灰熔融性軟化溫度有降低趨勢。在縱向上，煤灰熔融性軟化溫度集中在約1 700 ℃。個別點數據稍高，如16號煤層的302鉆孔，為1 340 ℃。軟化溫度越高，煤灰越不容易結渣。由于鍋爐設計不同，對煤灰熔融性溫度要求也不同；煤灰熔融性溫度高低與煤作為燃料及汽化原料的性能直接相關。煤灰熔融性溫度低，則煤灰易結渣，會增加排渣難度。

4.8 熱穩定性

16號煤層TS+6為81.5%，34號煤層TS+6為84.7%；全區TS+6為74.3%～90.2%，平均值為83.1%。均為高熱穩定性煤，煤塊在高溫下能很好地保持原來的粒度。

4.9 煤對二氧化碳反應性

溫度在950 ℃時的二氧化碳還原率(α)為18.8%～31.3%，平均值23.1%；在1 000 ℃時的二氧化碳還原率(α)為22.4%～36.8%，平均值28.7%。均屬弱還原性煤，煤對CO2還原率較低。

4.10 可磨性

16號煤層可磨性指數為61，34號煤層可磨性指數為64，均為中等可磨煤。

4.11 結渣性

當鼓風強度為0.1 m/s～0.3 m/s時，可采煤層均為弱結渣煤層。

5 煤的分類及其工業用途

浮煤Vdaf含量為5.45%～7.52%，Hdaf含量為2.71%～3.83%，僅有個別測量點含量小于3.00%，大部分測定數據集中在3.00%～4.00%，由此可判斷，大部分煤層為無煙煤三號，個別煤層為無煙煤二號。根據GB/T 16417—2011《煤炭可選性評價方法》規定以及簡易可選性評價可知，礦區34號煤層屬中等可選煤。

綜上分析，該礦區煤種主要為無煙煤三號。根據煤質試驗資料，各可采煤層煤質情況為:中灰、低～高硫分、特低揮發分、中高發熱量、較低軟化溫度灰、中等可選煤。

礦區內各可采煤層可用于動力用煤、民用煤、火力發電、一般工業鍋爐用煤、煤化工用煤等；亦可用于冶金噴吹燃料、小型高爐煉鐵、豎式石灰窯燒制石灰、水泥回轉窯用煤等；還能作為制造氮肥的原料，某些優質的無煙煤可用于制造碳化硅、碳極、碳纖維(宇航器和火箭的結構性材料)、單晶石墨和碳粒砂等多種碳素材料，還用來燒制黃磷和白磷，制造電石等。

6 結 論

(1)渣坪煤礦位于大方縣北東方向，面積6.657 km2，勘查范圍查明礦區內總資源量2 019萬t,16號和34號煤層為礦區主要可采煤層。

(2)宏觀煤巖類型較簡單，以亮煤為主、暗煤次之，夾少量絲炭，16號和34號煤層均為半暗—半亮型；有機組分包括鏡質組和惰質組，有機總量在79.30%～90.90%，平均值為85.10%，無機組分主要以黏土礦物和石英為主，鏡質體最大反射率為3.16%～3.26%，平均值為3.21%；煤的變質階段為Ⅸ階段，變質程度屬于高煤級煤Ⅰ。

(3)各可采煤層煤質情況為:中灰、低-高硫、中高發熱量、特低揮發分、高熱穩定性、較低軟化溫度灰、弱還原性、中等可磨、弱結渣性、中等可選煤等；煤類大部分為無煙煤三號，個別點為無煙煤二號。

(4)礦區內各可采煤層可用于動力用煤、民用煤、火力發電，一般工業鍋爐用煤，煤化工用煤等；還可用于冶金噴吹燃料、小型高爐煉鐵、豎式石灰窯燒制石灰，水泥回轉窯用煤等。