神府東勝礦區煤的基本結構特征及變質規律

侯家琪，黃 婉，馬 穎，康宇鵬

（陜西省煤田地質化驗測試有限公司，陜西 西安 7 100054）

神府東勝礦區位于內蒙古自治區伊金霍洛旗南部和準格爾旗的西南部至陜西榆林市、神木市境內，南北長79.96Km，東西寬14.93～55.32Km，面積2757.28Km2，探明資源量301.69 億噸。煤類為長焰煤和不粘煤，少部分褐煤（圖1）。

圖1 神府--東勝礦區勘探劃分圖

1 礦區地質概況

礦區位于鄂爾多斯臺向斜的東翼——陜北斜坡上，地層向西傾斜，傾角1°左右。

礦區內地層由老至新為三疊系上統永坪組（T3y），侏羅系下統富縣組（J1f）、侏羅系中統延安組（J2y）、中統直羅組（J2z）、安定組（J2a）、白堊系下統洛河組（K1L），新近系上新統保德組（N2b）、第四系全新統風積沙(Q4eol)和沖積層(Q4al)。

延安組為礦區含煤地層，含煤8～19 層，多達31 層，對比意義15 層，第Ⅴ段含1-2上、1-2、1-2下煤；第Ⅳ段含2-2上、2-2煤；第Ⅲ段含3-1、3-2、3-3煤；第Ⅱ段含4-2、4-3、4-4煤；第Ⅰ段含5-1、5-2、5-3煤，主要可采煤層為1-2、2-2、3-1、4-2、5-2煤。

補連區和新廟區的1-2、2-2、3-1煤層大面積富集，新民區的4-2、5-2煤層有大面積分布，煤層在其它區域兼而有之。

2 煤的煤巖特征

東勝、神木、大保當26 個煤礦和33 個鉆孔，147 個煤巖樣的鑒定及128 個煤巖類型光片，56 個宏觀類型薄光片，83 個全層煤樣煤反光、熒光的煤巖組分分析，定量，鏡質組反射率及電子探針分析工作等，煤的煤巖具有以下特征。

2.1 宏觀煤巖組分和宏觀類型

2-2、3-1、4-2煤層由煤層頂部至底部依次為亮煤、暗煤、絲炭、鏡煤。1-2、5-2煤巖為暗煤、亮煤、絲炭、鏡煤。絲炭含量高，厚度1mm～5mm。2-2、3-1煤層的中下部及底部鏡煤厚度可達15cm左右，基本由無結構基質鏡質體及薄片角質體組成。1-2煤層以半暗煤為主，部分暗淡煤，2-2、3-1、4-2煤層以半亮煤為主，次為半暗煤，5-2煤層暗淡煤占優，部分半暗煤。

東勝北的唐公溝至高頭窯區以暗淡煤為主，部分半暗煤。內生裂隙不發育，空氣中煤失去水呈龜裂狀形態，具褐煤特征。神木北部主要以半暗煤、暗淡煤為主，次為半亮煤；神木、大保當區為半暗煤和半亮煤。

2.2 顯微煤巖組分和顯微類型

表1 顯微組分定量表明，1-2、5-2煤層鏡質組一般小于50%，2-2、3-1、4-2煤層鏡質組+半鏡質組均大于60%；惰質組多大于40%，1-2、5-2煤層大于60%；無機礦物一般3%左右。說明2-2、3-1煤層活性組分較高，灰分低，1-2和5-2煤層活性組分低，灰分稍高，鏡質組相對比較低，4-2煤層居中。

表1 主要可采煤層顯微組分定量表

顯微類型組分定量表明，以微鏡煤、微惰煤為主，微亮煤、微暗煤低，雙組分類型以微鏡惰煤為主，少量微粘土礦化煤和三組分微三合煤等。

顯微類型組合較單一，1-2、5-2煤層微鏡煤低，微惰煤高，微粘土礦化煤+微黃鐵礦化煤3%左右；2-2、3-1煤層微鏡煤高，微惰煤則低，表明2-2、3-1煤層煤質優良。

3 煤的基本結構及紅外光普研究

3.1 煤的基本結構研究

為了研究煤的基本結構，找到煤中水分高的因素，選取了唐公溝、喇嘛寺、活雞兔煤巖單一組分樣品，在電子探針1200～8600 倍數下，煤的表面結構及空隙形態有下列特征。

唐公溝煤的絲炭呈薄片透鏡狀，孔隙間的排列比較規整，多孔而園狀，部分孔受擠壓呈花瓣狀。孔徑大數量多。在惰質組的半絲質體中孔隙、孔徑和數量相應減小。凝膠化基質基本呈碎片狀，其間有小孔和微孔賦存。結構鏡質體中細胞腔存在較多，腔與腔之間有微細的通道相連。活雞兔煤的空隙和孔徑則有不同，絲炭中的孔隙相比唐公溝煤要少很多，并且孔徑要小得多。而喇嘛寺煤的絲炭中的孔隙被壓碎的細胞腔碎片所填充。喇嘛寺和活雞兔煤的鏡質組中有相當的超微孔（普通光學顯微鏡的無法看到的孔），孔具孤立狀、互不相通。

研究分析表明，活雞兔及喇嘛寺煤的變質程度明顯高于唐公溝煤。而且煤的結構——空隙大量的存在，是神府東勝礦區煤中水份偏高的主要因素。

3.2 煤的紅外光譜研究

詳細研究了煤的結構組成和變質程度。從圖2 清楚地看到煤樣有下列光譜吸收特征。

圖2 煤的紅外光譜圖

（1）具有甲基次甲基吸收，是煤的重要化學結構組成特征，吸收的光密度值與煤的變質程度有緊密的相關性。

（2）1700cm-1羰基吸收，是煤中固有的含氧官能團，顯示明顯。

（3）1610cm-1為芳烴C=C 吸收，是煤的基本結構吸收。

（4）700～900cm-1芳烴CH 彎曲處振動吸收，此吸收明顯不明顯，說明礦區煤的煤化程度甚低。

變質程度不同對煤的光譜吸收峰值的不同規律表明，煤中有機質的變質過程具有階段發展的特性，從褐煤到氣煤、肥煤階段，主要發生芳核上含氧取代基（主要為OH 基）的減少和消失。

紅外光譜分析表明：礦區屬于典型的腐植煤，從700～900cm-1的吸收看，煤核較小，甲基～次甲基鍵短，吸收比較弱。故東勝煤吸收弱，榆神煤吸收相對較強，神北、新民煤吸收居中，表明礦區煤的變質程度低。

4 煤的變質程度及煤類

4.1 煤的變質程度

煤質指標鏡質組最大反射率在0.410～0.679 之間；揮發份（Vdaf）32%～41%；灰分（A 的）5%～12%，一般7%左右；水分（Mad）6%～22%；碳(Cdaf)含量70%～83%；氧（Odaf）含量9%～23%；燃料比1.47～2.33。東勝北的唐公溝周邊區域鏡質組反射率小于0.5，透光率（Pm)為46%（Pm 大于為50%為長煙煤類），發熱量（Qgr,maf)23.82MJ/kg（長焰煤大于24.0 MJ/kg），指標顯示出褐煤特征，但是發熱量（Qgr,maf)和透光率（Pm)又臨近長焰煤的邊界(透光率大于50%屬長焰煤類），并在鏡下觀察到較多干縮裂紋及大量空隙等，為褐煤至長焰煤的過度階段。東勝南部的新廟區，反射率為0.410～0.520，透光率（Pm）為66%～70%，雖在長焰煤變質范圍內，但程度卻很低，屬長焰煤低變質階段。神北及新民區均屬長焰煤階段，神木南部的大保當區煤的透光率（Pm)大于82%～92%，元素碳（Cdaf)含量達78～84%，氫、氮含量顯著增高，說明沉積過程中還原程度相對增強。煤的碳/氫比表明，沉積區內有機地化特征及植被質料比較一致。

4.2 煤類

神木北至東勝南主要為長焰煤，當顯微組分中惰質組含量高時則為不粘煤；東勝以北，有少量褐煤～長焰煤的過渡類型煤；東勝至神木南主要是長焰煤及不粘煤。

5 結論

神府東勝礦區煤的基本結構特征和變質程度規律：①紅外光譜研究表明，東勝煤吸收弱，榆神煤吸收較強，神北、新民煤居于其中，表明煤的變質程度低；②活雞兔及喇嘛寺煤的變質程度明顯高于唐公溝煤。煤的空隙大量存在，是礦區煤中水份偏高的主要因素；③礦區煤類主要為長焰煤，煤中惰質組含量高時多為不粘煤；東勝以北有少量褐煤；東勝至神木以南主要是長焰煤及不粘煤。