山西省河東煤田三多勘查區煤質研究

杜春林

（山西省煤炭地質144勘查院，山西洪洞041600）

1 位置

勘查區位于山西省河東煤田南部，北起大寧縣三多鄉下則頭村，南至吉縣車城鄉紅草塔村，西起吉縣屯里鎮前店村，東至蒲縣山中鄉新莊村。

勘查區形態大致呈菱形的多邊形，北東—南西向長約20.8km，北西—南東向寬約16.2km，面積為340.937km2。

2 項目施工情況

2008年8月至2017年8月，勘查區普查和詳查期間竣工鉆孔47個，采取煤芯煤樣314個，偽頂底夾矸樣324個。樣品由山西省地質礦產研究院化驗室分析。

3 地層、含煤地層

勘查區地質填圖，本區基巖大面積被黃土所覆蓋，基巖于溝底或溝谷兩側出露，地層出露二疊系上統石千峰組，三疊系下統劉家溝組、和尚溝組、中統二馬營組，新近系上新統，第四系中更新統、上更新統、全新統。鉆孔查明區內地層自老至新有奧陶系中統峰峰組（厚度72.35～85.20m），石炭系中統本溪組（厚度12.60～57.55m）、上統太原組（厚度55.40～84.50m），二疊系下統山西組（厚度19.80～50.00m）和下石盒子組（厚度89.85～142.70m）、上統上石盒子組（厚度424.40～534.15m）和石千峰組（厚度61.75～154.35m），三疊系下統劉家溝組（厚度313.80～382.10m）、和尚溝組（217.00m）、中統二馬營組（殘留厚度98.90～199.20m），新近系上新統（厚度0～50m）,第四系中更新統（厚度0.00～180.00m）、上更新統（厚0～20m）、全新統（厚度0～30m）。

勘查區主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。

山西組平均厚度32.98m，共含煤5層（1上、1、2、2下、3），可采煤層3層（1、2、3），可采煤層平均總厚度5.24m。太原組平均厚度70.62m。共含煤7層（5、6、7下、8、9+10（9+10+10下）、10下、11），可采煤層2層9+10（9+10+10下）、10下，可采煤層平均總厚6.94m?？刹擅簩犹卣饕姳?。

4 構造

勘查區總體構造形態為一軸向北北東—南南西的背斜構造，在背斜構造的基礎上發育了一系列北北東—北東向的寬緩褶曲，形成了區內巖層的波狀起伏。區內出露地層傾角一般5°～9°。區內古驛窯曲背斜軸部南端地層傾角為15°～30°；F2斷層附近由于牽引現象，地層傾角達35°～75°。構造以褶曲為主，斷層稀少，沒有巖漿巖侵入活動。本區地質構造復雜程度屬簡單。

5 煤質分析

5.1 煤的物理性質及宏觀煤巖特征

1號、2號、3號煤層：黑色（有時帶灰）、強玻璃光澤—金剛光澤，參差狀斷口，條痕為黑色，性脆易碎，中條帶狀結構，塊狀構造，裂隙不發育；以亮煤為主，間夾絲炭成分，屬半光亮型煤。煤的視密度分別為1.45t/m3、1.44t/m3、1.46t/m3。

表1 可采煤層特征表

9+10（9+10+10下）號、10下號煤層：灰黑色、金剛光澤—似金剛光澤，參差狀斷口，條痕為深黑色，塊狀構造，硬度在3左右，以亮煤為主，間夾絲炭成分，屬半光亮型煤。煤的視密度分別為1.43t/m3、1.49t/m3。

5.2 顯微煤巖特征和鏡質組最大反射率

普查時在501號鉆孔，詳查時在SD105、SD202、SD402、SD403號鉆孔中分別進行了顯微組分的定量和鏡質組最大反射率的測定，其統計結果如下：

1號煤層含礦基：鏡質組含量54.4%，惰質組含量22.9%，礦物含量22.7%。

鏡質組中以基質鏡質體居多，其次為均質鏡質體和結構鏡質體，有少量團塊狀；可見黃鐵礦和方解石。

2號煤層含礦基：鏡質組含量65.0%～75.0%，平均為70.0%；惰質組含量11.4%～21.3%，平均為16.6%；礦物含量12.7%～13.7%，平均為13.4%。

鏡質組中以基質鏡質體居多，其次為均質鏡質體和結構鏡質體，有少量團塊鏡質體和碎屑鏡質體；惰質組中以氧化半絲質體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以浸染狀居多,其次為充填狀和分散狀，有少量團塊狀，可見黃鐵礦和方解石。

3號煤層含礦基：鏡質組含量65.2%～74.6%，平均69.3%；惰質組含量15.0%～22.0%，平均18.1%；礦物含量10.0%～16.7%，平均12.6%。

鏡質組中以基質鏡質體和均質鏡質體居多，其次為結構鏡質體，有少量團塊鏡質體和碎屑鏡質體；惰質組中以氧化半絲質體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以浸染狀、充填狀和分散狀為主（三種形式的粘土含量相等），有少量團塊狀，有部分黃鐵礦，可見方解石。

9+10(9+10+10下)號煤層含礦基：鏡質組含量69.2%～77.9%，平均72.7%；惰質組含量13.5%～21.8%，平均16.4%；礦物含量7.2%～16.9%，平均10.9%。

鏡質組中以均質鏡質體居多，其次為基質鏡質體，有少量碎屑鏡質體；惰質組中以氧化半絲質體為主，有少量火焚絲質體和粗粒體、惰屑體；粘土以分散狀為主,少量團塊狀和充填狀，可見少量硫鐵礦小球體和結核體。

10下號煤層含礦基：鏡質組含量66.8%～71.6%，平均69.2%；惰質組含量12.4%～15.2%，平均13.8%；礦物含量16.0%～18.0%，平均17.0%。

鏡質組中以基質鏡質體居多，其次為均質鏡質體和結構鏡質體，有少量團塊鏡質體和碎屑鏡質體；惰質組中以氧化半絲質體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以分散狀和浸染狀居多,其次為充填狀，有部分團塊狀，有少量黃鐵礦和方解石。

1、2、3、9+10(9+10+10下)、10下號煤層鏡質組最大反射率值分別平均為2.02%、1.94%、1.92%、2.06%、1.94%，根據MT/T1158-2011煤的鏡質體反射率分級，各煤層均屬中煤級煤Ⅶ。

5.3 煤質分析

灰分分級根據GB/T15224.1-2018煤炭質量分級；硫分分級根據GB/T15224.2-2010煤炭質量分級；發熱量分級根據GB/T15224.3-2010煤炭質量分級；煤的固定碳分級是根據煤炭行業標準MT/T561-2008進行。煤炭分類根據GB/T5751-2009中國煤炭分類標準分類?！睹?、泥炭地質勘查規范》DZ/T0215-2002參與煤質評價。

1號煤層。21個鉆孔煤芯煤樣統計分析：水分（Mad）：原煤水分0.29%～2.36%，平均0.83%；浮煤水分0.28%～1.11%，平均0.60%。灰分（Ad）：原煤干基灰分12.40%～39.06%，平均21.33%，屬中灰煤；浮煤干基灰分4.17%～11.68%，平均7.28%。揮發分（Vdaf）：原煤揮發分11.21%～22.49%，平均15.78%；浮煤揮發分8.86%～19.88%，平均13.51%，屬低揮發分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳49.17%～75.67%，平均66.26%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳73.23%～85.22%,平均80.20%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.30%～1.58%,平均0.55%，屬低硫煤；浮煤干基全硫含量0.35%～1.00%，平均0.52%。粘結性：本區煤類比較多，煤的粘結性分煤類統計，瘦煤、貧瘦煤的粘結指數(GRI)為12～58，5個樣平均27，屬弱粘結煤。貧煤、無煙煤的粘結指數(GRI)為0～2，16個樣平均0，屬無粘結煤。視密度（ARD）1.38～1.52t/m3，12個樣平均1.45t/m3。

2號煤層。45個鉆孔煤芯煤樣統計分析：水分（Mad）：原煤水分0.23%～3.19%，平均0.77%；浮煤水分0.23%～1.29%，平均0.61%?；曳郑ˋd）：原煤干基灰分8.18%～29.94%，平均18.81%，屬低灰煤；浮煤干基灰分3.85%～11.24%，平均7.00%。揮發分（Vdaf）：原煤揮發分9.56%～21.30%，平均16.01%；浮煤揮發分7.86%～17.58%，平均14.00%，屬低揮發分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳56.42%～82.07%，平均68.24%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳74.57%～87.56%，平均79.89%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.24%～1.64%，平均0.55%，屬低硫煤。浮煤干基全硫含量0.32%～1.06%，平均0.48%。粘結性：本區四種煤類，根據粘結性分煤類統計，瘦煤、貧瘦煤的粘結指數(GRI)為6～71，25個樣平均25，屬弱粘結煤；貧煤、無煙煤的粘結指數(GRI)為0～3，18個樣平均0，屬無粘結煤。視密度（ARD）1.35～1.57t/m3，34個樣平均1.44t/m。

3號煤層。36個鉆孔煤芯煤樣統計分析：水分（Mad）：原煤水分0.19%～1.97%，平均0.73%；浮煤水分0.22%～0.95%，平均0.54%?；曳郑ˋd）：原煤干基灰分10.10%～44.15%，平均22.12%，屬中灰煤；浮煤干基灰分5.22%～12.64%，平均7.73%。揮發分（Vdaf）：原煤揮發分9.42%～21.45%，平均16.21%；浮煤揮發分8.54%～17.41%，平均13.88%，屬低揮發分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳45.34%～80.25%，平均65.16%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳74.17%～86.58%，平均79.47%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.52%～5.58%，平均2.02%，屬中高硫煤，原煤硫分變化詳見圖1；浮煤干基全硫含量0.51%～2.74%，平均1.19%。粘結性：本區四種煤類，根據粘結性分煤類統計，瘦煤、貧瘦煤的粘結指數(GRI)為6～62，19個樣平均24，屬弱粘結煤；貧煤、無煙煤的粘結指數(GRI)為0～2，15個樣平均0，屬無粘結煤。視密度（ARD）1.33～1.60t/m3，24個樣平均1.46t/m3。

9+10(9+10+10下)號煤層。45個鉆孔煤芯煤樣統計分析：水分（Mad）：原煤水分0.21%～2.96%，平均0.76%；浮煤水分0.12%～0.95%，平均0.47%。灰分（Ad）：原煤干基灰分11.00%～29.90%，平均16.33%，屬低灰煤；浮煤干基灰分4.41%～9.78%，平均6.95%。揮發分（Vdaf）：原煤揮發分9.18%～17.31%，平均13.47%；浮煤揮發分7.20%～15.84%，平均12.03%，屬低揮發分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳58.17%～81.00%,平均72.51%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳76.73%～87.97%，平均81.79%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量1.47%～5.38%，平均3.43%，屬高硫煤,原煤硫分變化詳見圖2；浮煤干基全硫含量0.86%～3.99%，平均2.90%。粘結性：本區四種煤類，根據粘結性分煤類統計，瘦煤、貧瘦煤的粘結指數(GRI)為7～59，8個樣平均16，屬微粘結煤；貧煤、無煙煤的粘結指數(GRI)為0～5，37個樣平均0，屬無粘結煤。視密度（ARD）1.29～1.55t/m3，34個樣平均1.43t/m3。

圖1 3號煤層原煤硫分等值線圖

圖2 9+10(9+10+10下)號煤層原煤硫分等值線圖

10下號煤層。29個鉆孔煤芯煤樣統計分析：水分（Mad）：原煤水分0.29%～4.18%，平均0.98%；浮煤水分0.15%～1.02%，平均0.53%?；曳郑ˋd）：原煤干基灰分16.72%～46.17%，平均27.14%，屬中灰煤，原煤灰分變化詳見圖3；浮煤干基灰分4.48%～13.92%，平均9.27%。揮發分（Vdaf）：原煤揮發分9.75%～23.92%，平均17.22%；浮煤揮發分8.38%～20.56%，平均13.64%，屬低揮發分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳40.95%～75.16%,平均60.53%，屬中等固定碳煤，浮煤干基固定碳68.59%～86.01%，平均78.38%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.89%～5.92%，平均3.08%，屬高硫煤,原煤硫分變化詳見圖4；浮煤干基全硫含量0.81%～3.81%，平均2.30%。粘結性：本區四種煤類，根據粘結性分煤類統計，瘦煤、貧瘦煤的粘結指數(GRI)為7～40，6個樣平均16，屬微粘結煤；貧煤、無煙煤的粘結指數(GRI)為0，23個樣平均0，屬無粘結煤。視密度（ARD）1.37～1.59t/m3，13個樣平均1.49t/m3。

6 煤炭分類

圖3 10下號煤層原煤灰分等值線圖

根據《中國煤炭分類》（GB/T5751-2009）劃分，分類指標以浮煤揮發分（Vdaf）和粘結指數（GRI）劃分。

1號煤層：浮煤干燥無灰基揮發分8.86%～19.88%，煤的粘結指數為0～58，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤，個別點為無煙煤。自北向南依次分布，北中部有少部分瘦煤和貧瘦煤，中部為貧煤，東南邊界處小部分無煙煤。

2號煤層：浮煤干燥無灰基揮發分7.86%～17.58%，煤的粘結指數為0～71，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無煙煤，個別點有焦煤。自北向南依次分布，北中部有部分瘦煤，中部大部分為貧瘦煤和貧煤，東南邊界處有部分無煙煤。

3號煤層：浮煤干燥無灰基揮發分8.54%～17.41%，煤的粘結指數為0～62，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無煙煤。自北向南依次分布，北中部有部分瘦煤，中部為貧瘦煤和貧煤，東南邊界處有部分無煙煤。

9+10（9+10+10下）號煤層：浮煤干燥無灰基揮發分7.20%～15.84%，煤的粘結指數為0～59，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤。自北向南依次分布，北中部有小部分瘦煤，中部大部分為貧瘦煤和貧煤，西部邊界處和東南邊界處有部分無煙煤。

圖4 10下號煤層原煤硫分等值線圖

10下號煤層：浮煤干燥無灰基揮發分8.38%～20.56%，煤的粘結指數為0～40，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤。自北向南依次分布，北中部有小部分瘦煤和部分貧瘦煤，其余大部分為貧煤，西部邊界處和東南邊界處有小部分無煙煤。

7 煤的風化和氧化

本區煤層埋藏深度418～1178m，煤質正常，均未風化和氧化。

8 煤的工業用途

1號煤層：中灰、低硫、高發熱量、無粘結—弱粘結的瘦煤、貧瘦煤和貧煤，個別點為無煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無煙煤可做動力用煤和氣化用煤。

2號煤層：低灰、低硫、高發熱量、無粘結—弱粘結的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤，個別點為焦煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無煙煤可做動力用煤和氣化用煤。

3號煤層：中灰、中高硫、高發熱量、無粘結—弱粘結的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤，瘦煤和貧瘦煤可作煉焦配煤，貧煤和無煙煤可做動力用煤和氣化用煤。

9+10(9+10+10下)號煤層：低灰、高硫、高發熱量、無粘結—微粘結的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無煙煤可做動力用煤和氣化用煤；不符合現行規范最高硫分（Se,d）為3%的要求。

10下號煤層：中灰、高硫、中高發熱量、無粘結—微粘結的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無煙煤可做動力用煤和氣化用煤；不符合現行規范最高硫分（Se,d）為3%的要求。