貴州盤縣上紙廠煤礦煤質(zhì)特征分析

金黎黎

摘要：根據(jù)上紙廠煤礦地質(zhì)資料論述含煤地層的含煤性，結(jié)合煤巖層特征對(duì)煤礦的煤質(zhì)特征進(jìn)行討論，分析其煤層煤質(zhì)特征和變化規(guī)律。對(duì)煤中水分和揮發(fā)分含量與埋藏深度的關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)沉積環(huán)境與灰成分的關(guān)系進(jìn)行探討。指出區(qū)內(nèi)煤炭的工業(yè)用途。本次研究工作，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)盤縣煤炭資源提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：上紙廠煤礦；主采煤層；煤巖類型；化學(xué)性質(zhì)；工藝性能；煤質(zhì)特質(zhì)；變化規(guī)律

1.引言

煤質(zhì)特征研究是確定煤的工業(yè)用途和評(píng)價(jià)開(kāi)采利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境影響的基礎(chǔ)性研究，而且提供了成煤環(huán)境、古氣候、母巖性質(zhì)等重要地質(zhì)信息，對(duì)恢復(fù)含煤盆地形成演化具有重要意義[1]。本次研究，基于近年來(lái)上紙廠煤礦最新勘查成果，對(duì)區(qū)內(nèi)可采煤層的煤質(zhì)特征進(jìn)行分析研究。

2.井田地質(zhì)概況

上紙廠煤礦位于盤縣煤田盤關(guān)向斜（亦稱資孔向斜）西翼中段。盤關(guān)向斜在區(qū)域構(gòu)造上，屬黔西南渦輪構(gòu)造盤縣弧形褶斷帶之主干褶皺，是一向西突出的北東向三角形向斜。其西翼松弛，東翼緊直，形似一倒置的牛角。井田構(gòu)造為一傾向南東的急傾斜單斜構(gòu)造，走向北東30°～35°，傾向南東，傾角60°～55°。井田西部邊緣（單斜谷底縱向沖溝以西），大致層位18號(hào)煤層至峨眉山玄武巖頂部，地層近直立或倒轉(zhuǎn)。見(jiàn)圖1。

井田內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層8條，斷層走向以北東向?yàn)橹鳎痪锖旱貙訛槎B系上統(tǒng)龍?zhí)督M，地層厚度173.55m～299.26m，平均厚度236.41m。一般含煤28～49層，煤層總厚度約24.72m～ 42.04m，平均含煤總厚33.63m，含煤系數(shù)12.8%～17.2%，平均含煤系數(shù)15%。含全區(qū)可采、大部可采煤層共15層，可采煤層平均總厚33.63m，可采含煤系數(shù)11%。

3.取樣和測(cè)試

測(cè)試各類煤樣品依據(jù)《煤樣的制備方法》GB/T474—2008進(jìn)行制樣工作，本次分析樣品來(lái)自貴州省盤縣煤田盤江礦區(qū)松沙井田15個(gè)鉆孔，采集樣品113件。煤的工業(yè)分析測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 212-2008）進(jìn)行。煤的發(fā)熱量測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 213-2008）進(jìn)行。煤中全硫測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 214-2007）進(jìn)行。煤中各種形態(tài)硫測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 215-2003）進(jìn)行。煤的真相對(duì)密度測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 217-2008）進(jìn)行。煤的視相對(duì)密度測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 6949-2010）進(jìn)行。煤灰成分分析測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1574-2007）進(jìn)行。煤灰熔融性的測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 219-2008）進(jìn)行。

4.煤質(zhì)特征

4.1物理性質(zhì)

各煤層均為黑色，瀝青光澤，樹脂光澤和玻璃光澤，線理狀、條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀、似層狀構(gòu)造，階梯狀、參差狀斷口。裂隙較發(fā)育，被方解石呈薄膜狀充填，含星點(diǎn)狀、分散狀、細(xì)粒狀黃鐵礦，部分呈結(jié)核狀集合體。區(qū)內(nèi)煤層鏡煤反射率為1.01%～1.11%，煤的變質(zhì)階段：各煤層均為中煤級(jí)煤Ⅲ。

4.2煤巖類型

宏觀煤巖類型：宏觀煤巖組分由鏡煤+亮煤+暗煤組成，總體光澤強(qiáng)度較弱，屬半暗型煤。顯微煤巖類型：顯微煤巖組分有機(jī)總量鏡質(zhì)組+殼質(zhì)組+惰質(zhì)為100%大于95%，顯微煤巖類型為微三合煤；1、3、6、18、20-2、22、24號(hào)煤層粘土礦物含量27.3%～36.3%，顯微礦化類型為微泥質(zhì)煤，其他煤層無(wú)機(jī)礦物總量（含硫化物）為10.3%～20.2%，為微復(fù)礦質(zhì)煤。

4.3工業(yè)分析

（1）水分（Mad）

原煤水分：各煤層原煤空氣干燥基水分變化于0.84%～ 4.08%之間，平均為1.66%。浮煤水分：各煤層浮煤空氣干燥基水分變化于0.65%～2.79%之間，平均為1.55%。井田內(nèi)煤中水分含量隨埋藏深度具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖2），指示隨埋藏深度的增加，煤中水分含量有逐漸降低的趨勢(shì)，這是由于水分在壓實(shí)和成巖過(guò)程中逐漸遷移和排除。

（2）灰分（Ad）

原煤灰分：各煤層原煤干燥基灰分產(chǎn)率為10.01%～ 59.85%，平均為24.85%。浮煤灰分：各煤層浮煤干燥基灰分為6.28%～15.20%。平均為10.09%。

（3）硫分（St，d）

原煤硫分：各煤層原煤干燥基全硫?yàn)?.07%～7.48%。平均為0.76%。浮煤干燥基全硫?yàn)?.11%～2.60%。平均為0.62%。

（4）灰分、硫分變化規(guī)律

原煤、浮煤的灰分、硫分在垂向上的變化如圖4、圖5所示。分析如下：

灰分：原煤灰分在垂向上隨著深度的增加，變化的規(guī)律性不明顯。而浮煤灰分在垂向上變化的規(guī)律性也不明顯，變化趨勢(shì)大致與原煤一致，但其值比原煤灰分明顯減小。

硫分：原煤硫分在垂向上隨深度的增加，變化趨勢(shì)亦不明顯，其中24、25號(hào)煤層硫分大于3.00%，為高硫煤，18、23號(hào)煤煤層硫分介于1.00%-2.00%之間，為中硫煤，8、22號(hào)煤煤層硫分介于0.51%-1.00%之間，為低硫煤，1、3、4、6、12、14、15-1、15-3、16-2、16-3、20-1號(hào)煤層煤煤層硫分小于0.50%，為特低硫煤。而浮煤硫分在垂向上變化的規(guī)律性不明顯，變化趨勢(shì)大致與原煤一致。

灰分、硫分在平面上的變化：自西向東呈逐漸升高的趨勢(shì)，變化規(guī)律不明顯，呈不規(guī)則帶狀分布。

（5）揮發(fā)分（Vdaf）

原煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率為13.71%～41.52%。平均為33.10%。

井田內(nèi)煤中揮發(fā)分產(chǎn)率隨埋藏深度具有一定的正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖3），指示隨埋藏深度的增加，煤中揮發(fā)分產(chǎn)率有逐漸增高的趨勢(shì)，這是由于揮發(fā)性物質(zhì)在壓實(shí)和成巖過(guò)程中逐漸遷移和排除。

（6）固定碳（FCd）：

原煤干基固定碳（FCd）為26.89%～70.26%，平均為51.43%。

4.4元素分析

浮煤干燥無(wú)灰基碳（Cdaf）含量為84.98%～89.63%。平均為87.45%；

浮煤干燥無(wú)灰基氫（Hdaf）含量為5.31%～6.14%。平均為5.59%；

浮煤干燥無(wú)灰基氮（Ndaf）含量為1.51%～1.90%，平均為1.72%；

干燥無(wú)灰基氧加硫[（O+S）daf]含量為3.24%～7.77%，平均為5.30%。

（1）伴生元素

核實(shí)區(qū)內(nèi)微量元素均未達(dá)到對(duì)其礦床進(jìn)行地質(zhì)勘查的最低工業(yè)品位，其中煤中伴生元素含量如下述：原煤鍺（Ge，d）：井田可采煤層中干燥基鍺含量為1-5×10-6，平均為2.5×10-6。根據(jù)MT/T967-2005《煤中鍺含量分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，本井田可采煤層1、3、4、6、8、12、15-2、23、24號(hào)煤層均屬低鍺煤（LGe）。原煤鎵（Ga，d）：井田可采煤層中干燥基鎵的含量為6-14×10-6，平均為7.83×10-6。

（2）有害元素

煤中存在的對(duì)人體和生態(tài)有害的元素主要為硫、磷、氯、砷、氟等元素，這些元素隨煤層的開(kāi)采和利用對(duì)人體和生態(tài)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有不同程度的影響。

①磷（P）：可采煤層中原煤干燥基磷的含量為0.0014%～ 0.0416%，平均為0.0095%，根據(jù)《煤中有害元素分級(jí)第一部分：磷》（GB/T20475.1-2006）標(biāo)準(zhǔn)，可采煤層1、6、8、12、14、15-1、15-3、16-3、20-1、24、25號(hào)煤層為特低磷煤（P-1），3、4、18號(hào)煤層屬低磷煤（P-2）。

②砷（As，d）：可采煤層中原煤干燥基砷的含量為1-12.5×10-6，平均為2.82×10-6。根據(jù)《煤中有害物質(zhì)第3部分：砷》（GB/T20475.3-2012）標(biāo)準(zhǔn)，井田可采煤層中1、3、4、6、8、15-1、15-3、16-3、18、20-1、22、23號(hào)煤層屬于特低砷煤（As-1），12、24號(hào)煤層屬于低砷煤（As-2）。

4.5工藝性能

（1）煤灰成分

井田內(nèi)1、3、8、12、15-1、15-3、20-1、22、23、24煤層作煤灰成分分析，見(jiàn)表1，結(jié)果顯示：煤灰成分以SiO2為主，平均含量為56.17%；其次是Al2O3和Fe2O3，平均含量為17.64%和9.70%；再次是CaO、TiO2、MgO和SO3，其平均含量分別為4.80%、1.87%、1.60%和1.22%。

煤的灰成分可以推測(cè)煤中礦物種類，還可以恢復(fù)沉積環(huán)境和預(yù)測(cè)母巖性質(zhì)。灰成分也常用以判斷沉積環(huán)境。灰成分指數(shù)（Fe2O3+CaO+MgO）/（Al2O3+SiO2）介于0.03～0.22指示弱還原，0.23～1.23為強(qiáng)還原環(huán)境。井田內(nèi)煤中灰成分指數(shù)介于0.04～0.16，平均為0.07，指示弱還原的沼澤環(huán)境。為進(jìn)一步驗(yàn)證聚煤環(huán)境，煤灰成分Al2O3+SiO2代表碎屑物質(zhì)的輸入，CaO+ MgO代表弱氧化—弱還原環(huán)境，F(xiàn)e2O3+SO3指示相對(duì)閉塞的局限沼澤環(huán)境，井田內(nèi)煤中Al2O3+SiO2介于69%～89%，平均為74%，指示水體相對(duì)較淺的成煤環(huán)境，與弱還原沼澤環(huán)境相一致。

（2）發(fā)熱量

可采煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量在21.52MJ/kg～ 31.14MJ/kg之間，平均為27.79MJ/kg。原煤干燥基低位發(fā)熱量在20.76MJ/kg～30.37 MJ/kg之間，平均值為27.03 MJ/kg。根據(jù)《煤炭質(zhì)量分級(jí)第3部分：發(fā)熱量》GB/T15224.3—2010的規(guī)定，可采煤層1號(hào)煤層為中低發(fā)熱量煤（MLQ），18號(hào)煤層為中發(fā)熱量煤（MQ），22、23、24號(hào)號(hào)煤層為中高發(fā)熱量（MHQ），3、4、6、8、12、14、15-1、15-3、16-1、20-1號(hào)煤層為高發(fā)熱量（HQ）。

（3）煤灰熔融性

可采煤層煤灰熔融軟化溫度（ST）在1120℃～1340℃之間，平均為1228℃。根據(jù)《煤灰軟化溫度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/ T853.1-2000），1、8、12、18、23、24號(hào)煤層為較低軟化溫度灰（RLST），3、15-1、20-1號(hào)煤層為中等軟化溫度灰（MST）。

（4）煤的可選性

井田內(nèi)可采煤層浮煤回收率為1-85%，平均為37.60%，1、3、4、6、8、12、14、15-1、15-3、16-3、18、20-1、22、23、24號(hào)煤層浮煤回收率均為低等。其中，1號(hào)煤層可選性等級(jí)為中等可選；其余煤層可選性等級(jí)均為極難選。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)對(duì)上紙廠煤礦采樣化驗(yàn)結(jié)果分析表明，區(qū)內(nèi)煤類為氣肥煤（QF）、1/3焦煤（1/3JM）、肥煤（FM），煤質(zhì)特征為低—中高灰、中高揮發(fā)分、特低—高硫、中低—高發(fā)熱量、低—中等固定碳、特低—低砷、特低—低磷煤。

（2）通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)煤層煤質(zhì)特征分析，指出區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境為弱還原沼澤環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]程偉，楊瑞東，崔玉朝，等.貴州畢節(jié)地區(qū)晚二疊世煤質(zhì)特征及其成煤環(huán)境意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)， 2013， 87（11）：1763-1777.

[2]貴州盤縣盤南煤業(yè)投資有限公司盤縣紅果鎮(zhèn)上紙廠煤礦（兼并重組）資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院， 2020.