煤芯煤样的采取对煤炭资源合理利用的影响

张宝莉

(山西省煤炭地质 148勘查院 山西 太原 030053)

山西省煤炭资源赋存丰富,产煤量及开采面积均居全国首位,如何综合利用煤炭资源,这就要求在煤炭资源各阶段勘查工作中,依据不同的勘查阶段的工作程度要求,进行不同煤质测定项目,评价煤的工业利用方向,以便资源的合理开发和有效利用。

笔者认为,在煤炭资源的各阶段勘查施工中,煤芯煤样的现场采取与室内化验室煤质测定是两个重要的环节,正确、客观、准确地依据地质勘查规范及设计要求采取各可采煤层的代表性煤样,才能保证煤质数据的可靠性和代表性,进而对勘查区的煤炭资源得出正确的评价。

1 煤样代表性的影响因素

1)采样密度。要使勘查区的煤样具有代表性,钻孔的布置必须具有代表性。不同的勘查阶段,依据勘查区的构造复杂程度及煤层稳定性需要布置不同的勘查工程网度,工程点孔线距布置合理,才能保证勘查区工程点采样密度分布合理,样品才具有代表性。

2)采样点位置。同一井田或勘查区由于煤层埋藏深度不同,所受的物理、化学的影响不同,对煤层煤质也将产生不同的影响,如煤层埋藏浅的区域或隐伏露头带、或地面露头带,煤层受日光、雨淋、风蚀等的作用,它固有的物理及化学性质都将发生变化;物理性质如强度、颜色、光泽;化学性质如水分、灰分、黏结性指数、发热量等,由于物理及化学性质发生变化,必然影响煤炭资源的工艺性能及工业利用方向。所以,在风氧化带及露头或隐伏露头附近采取的煤芯样,不能和正常块段煤的煤质数据加权平均,否则影响煤质评价,进而对煤炭资源的工业用途及加工产生影响。

3)采样方法对煤样代表性的影响。采样厚度：对于复杂结构的厚煤层,根据《煤、泥炭地质勘查规范》要求,煤芯煤样采集时要么按煤层的自然夹矸为界分层采样,要么按小于 3m的厚度采一个样,然后对各分层煤质指标加权平均;对于夹矸小于 0.05m的煤层,与煤层合并采样,大于 0.05m的夹矸应剔除夹矸采样,否则煤层煤样的灰分将增大。因此,采样方法对煤层煤质的影响也是显而易见的。

4)钻探参数对煤样代表性的影响。

a)煤层采取率：在钻探过程中,煤芯煤样采取率的高低,直接决定着煤质的代表性,按照煤炭地质勘查钻孔质量标准,煤芯的长度采取率不得低于 75%,重量采取率不低于 60%;采取率低,煤芯的连续性差,所采煤样不能反映煤层的真实赋存状况,煤样代表性差,煤样测定的煤质指标就不能代表出整层煤的真实指标,难免以偏概全,以点代面。

b)采煤钻压及水量：煤的硬度较小,如果压力小,则煤样研磨损失大;压力大,则钻头与煤发生摩擦,煤发热氧化,甚至燃烧,导致样品失真,作为送验样品,它的原煤灰分测试指标必然增高,胶质层厚度及黏结指数必然会降低,所得出的化验结果一定与勘探区的实际煤质出现差异,以此测试结果对煤层煤质进行评价,必然会起误导作用,对企业选煤工艺的选择产生不良影响。水泵压力体现的是水量的大小,采煤过程中,水泵压力大,则水量大,对煤层煤芯的冲刷影响就大,煤芯的粉状部分会随着循环液进入孔内,煤层的采取率降低;水泵压力小,则水量小,循环液起不到冷却钻头的功能,钻头发热破坏煤芯煤质的原始性能。

c)钻井循环液：钻探采煤时,由于使用泥浆及岩层自然造浆作用,使得煤芯样中会混入泥浆及岩粉,粘贴在煤芯表面或内生、外生裂隙中,采样时又不能完全剔除这些杂质,这样煤质化验中,这些非煤原生物质使得原煤灰分的产率会增高。反之,因为有泥浆就用清水冲洗煤芯样,又可能会降低灰分产率,从而使得煤样不具代表性。

d)采样日期：煤芯到达地面以后,经过自然风干,剔除夹矸、泥皮、及钻头研磨燃烧的部分,密封包装并验送,否则在大气中经日光照晒,会使样品产生风氧化现象,煤的黏结性及发热量等指标会失真,其样品的煤质指标不具代表性,从而影响煤层煤质的评价。

e)风氧化带：在煤层埋藏较浅的地段,由于受风氧化带及大气降水淋滤的影响,煤芯样的化学及物理性质会发生变化,这种煤芯样不能和正常煤的煤质数据加权平均,否则影响煤质评价,进而对煤炭资源的工业用途及加工产生影响。

由以上分析,可见代表性煤样对煤质分析指标的重要性,所以《煤田勘探钻孔工程质量标准》规范要求,煤芯煤样长度采取率要达 75%以上,重量采取率不小于 60%,不燃烧,不污染。只有这样才能依据化验数据,对整个勘探区的煤质做出正确和客观的评价。

2 数值计算结果分析

在勘查工作的各个阶段,煤质是评价煤炭资源的一个主要指标,要了解、查明或详细查明井田或矿田内各煤层的煤质变化情况,就必须依据不同的勘查阶段的工作要求,选定合理的、全面的化验项目,否则就不能对勘查区的煤炭资源做出正确、合理的评价。

如山西省煤炭地质 148勘查院 2003年所施工的河东煤田交口县唐院川井田,该井田煤层埋藏浅,山西组地层基本被剥蚀,太原组煤层埋深不超过 50m,且露头多,在煤质化验项目中未测试腐植酸指标,区域内及周边矿井太原组 8#、9#、10#煤层为 1/3焦煤及气煤,而本次勘查送样测试的煤质得出的煤类大部分为中黏煤、弱黏煤、不黏煤,仅少量为 1/3焦煤及气煤;因此,对煤的风氧化程度及工业用途难以做出评价。

总体来说,无论是普查找煤、详查阶段、勘探阶段或者是建井勘查,下列项目必须测定。工业指标(原、浮煤 )：水分、灰分、挥发分、硫分、发热量。其它指标根据不同的勘查阶段,不同的煤类,按照地质勘查规范具体确定。

如资源/储量估算中,要求提交勘查区内各可采煤层的各级资源/储量,而各煤层的视密度是估算资源/储量的必不可少的指标之一,所以勘查区内各阶段勘查工作中,必须测定煤芯样的视密度。

煤类划分的标准为国家安全生产监督管理局2009年 12月 11日发布,2010年 7月 1日实施的中华人民共和国煤炭行业标准M T/T1090—2008的煤炭资源勘查煤质评价规范,如确定煤类则须测定浮煤的挥发份,胶质层、黏结性指数,对于无烟煤还必须测试煤的氢含量。动力用煤须根据具体用途,按照钻孔密度测煤灰成分和灰融性、有害元素等。总之,测定项目应根据勘查区的具体情况与合同方对煤的用途来定化验项目。

3 煤质测试结果的审定

当煤芯样送交化验室并提交煤层煤质测试数据时,要对所有的测试数据进行汇总、分析和取舍。如发现煤样的测试项目异常或离群时,要检查煤样的代表性,分析产生异常的原因。如灰分过高,应分析其原因,是采样方法所致,还是断层、褶曲或者火成岩侵入所致;假如煤的挥发分和黏结性指数有明显的偏低,应分析采煤过程中的压力、水量、转速是否是否合理,或火成岩入侵或断层带,使得煤层受接触变质或动力变质,导致挥发分降低、黏结性指数明显降低,或完全消失,或煤样未按规范规定的时间内采取,煤样暴露时间长,产生氧化作用,导致煤质测试指标失真不具代表性,影响了整个勘探区的煤质评价。因此,煤层煤样的测试指标在经过汇总后,必须进行审定,进行取舍后采用。

4 煤质评价

勘查区煤样具有代表性,煤质测定项目选定合理,对煤质测试指标进行了审定,在此基础上对勘查区的煤质进行评价;例如：148勘查院勘查施工的交口县川口井田。勘查区共施工 12个钻孔,总进尺为927.95m,物探测井 812.02m,钻探采煤芯样 33个,孔号依次为 ZK1-ZK10、ZK14、ZK15,主要可采煤层为太原组地层的 9#、10#、11#煤层,煤样煤质测试指标见表 1。

表 1 煤层煤质汇总表

由表 1可以得出,对川口勘查区煤质的综合评价为：9#煤为低灰、中高硫、中高挥发分的肥煤 (FM),属于炼焦配煤。10#煤为低灰、中高硫、中高挥发分的肥煤 (FM)。11#煤为低—中灰、中高硫、中高挥发分的肥煤(FM)厚度：属于炼焦配煤。

工业用途：本井田煤层属炼焦配煤,9#、10#、11#煤由于硫含量大于 3%,不符合国家现行工业标准,但洗选后硫含量均小于 3%,因此,本井田各可采煤层经洗选后可作为炼焦配煤,也可作为动力或民用燃料。

井田内所测试的 33个煤样中,煤质指标显示有25个煤样为异常样品,异常样品数占总样品数的76%,有效样品为 8个,占总样品数的 24%;因样品的分布不具代表性,绝大部分地段煤层被风氧化;主要原因是由于煤层露头多,钻孔位置与设计相差很大,即钻孔分布不合理;煤芯煤样中混入岩粉或燃烧,使煤样灰分增高;胶质层和黏结性指数与周边矿井指标比较偏小,参与煤层煤质评价的样品数偏少,造成对可采煤层煤质评价困难或难以评价,影响了对其经济使用价值的评估。

结论：由于钻孔分布的不合理及煤样的局限性,依据少量正常煤样对川口勘探区煤炭资源的工业利用价值很难做出正确、准确的评估。

5 结束语

通过具体事例论证,说明采样方法及样品代表性的重要性,煤层采取率对煤质指标代表性的影响及资源的利用和评估所产生的影响;在煤炭勘查施工中,应按照规范要求,采送代表性煤样,采用正确的采样方法,应合理布置测试项目,并对测试指标进行综合审定,合理取舍,杜绝人为因素所产生的无效样品煤,从而对勘查区的煤炭资源做出正确的评估,使宝贵的煤炭资源能够合理有效的开发利用。

[1] 李吉云.正确采取煤芯煤样合理利用煤炭资源[J].山西焦煤科技,2005(1)：19-21.