屯兰矿煤质特征分析与评价研究

2018-09-11梁小娟

山东煤炭科技 2018年8期

梁小娟

(西山煤电（集团）有限公司屯兰选煤厂，山西古交 030206 )

煤质特征决定着煤炭资源的利用和开发，煤的工艺性能研究对于认识煤层的性质和成因，评价煤质及其合理的开发有着重要意义。本论文主要是对西山煤电集团屯兰矿3煤层煤样进行实验数据分析，从而总结出煤矿内可采煤层的硫分、灰分等重要煤质指标及煤类特征。通过调查屯兰矿的地质特点以及可采煤层2号煤的基本情况，对煤层的煤岩学、煤化学及其工艺性能进行了研究，分析了其煤质特征，并进行了评价。

1 地质概况

1.1 地层

井田内含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组。太原组地层在十里河以北剥蚀尖灭，据钻孔揭露的最大厚度为40～50m，一般为10余米。山西组（J2d）厚度130.01～273.45m，平均厚度191.18m。共含煤19层，其中2、3、7、11、12号层煤稳定，厚度变化小，易于对比，7、11号煤层层位稳定，结构较简单，易于识别，是划分层段的标志。

1.2 构造

侏罗系末期的唐河断裂，使西北部又快速下沉，并被白垩系巨厚沉积所覆盖；喜山运动再次沿口泉脉东麓发生强烈断陷，形成古交断陷盆地，并最终造就古交煤田今日之景观。古交煤田岩浆活动比较频繁，岩浆岩分布广泛，侵入期大体分为印支期和燕山期，前者呈岩墙式及岩床式侵入，后者为喷发岩流呈岩体，大面积分布或岩墙式侵入。岩石种类印支期主要为煌斑岩类，燕山期为辉绿岩类，侵入范围多在古交煤田南西部。

2 煤层特征

井田内山西组平均厚191.18m，共有8层煤。其中可采煤层总厚度平均19.31m。3煤层距2煤层0.83～12.32m，平均5.06m；煤层厚度0～6.25m，平均2.04m。2-3煤层分布于井田南部，在纬线4440000以北可采。3煤层在井田中部大部分可采，井田北部4448000一线以北尖灭。煤层顶板为砾岩、含砾粗砂岩及粉砂岩，底板以粉砂岩、砂质泥岩为主，局部为细砂岩、粗砂岩，煤层结构简单，为较稳定煤层。

表1 3煤层特征

3 煤岩特征

3煤层结构为均一状或条带状，块状构造，比较致密坚硬，不易碎裂，断口平坦状或参差状，摩氏硬度2～3，条痕黑色，视密度一般在1.3左右。宏观煤岩主要以亮煤和暗煤组成，镜煤呈细条带状或线理状分布，宏观煤岩类型以半亮和半暗煤为主，光亮煤占少数。

3煤层镜质组含量变化19.2～68.3%之间，一般40%左右，镜质组以均质镜质体及基质镜质体为主，木质镜煤结构镜质体次之。均质镜质体比较宽厚，也有的较薄，它可分均一无结构、棉絮状、条带状三种亚型。半镜质组含量变化2.4～21.6%之间，平均7.1～12.1%。丝质组含量变化28.2～70.1%之间，一般40～45%，丝质组以半丝质体、丝质体为主，其次是粗粒体、碎屑体等，半丝质体多是一些结构体，丝质体以氧化丝质体为主，偶见火焚丝质体，有部分碎屑体、微粒体。稳定组含量一般低于2%，平均在1%左右，以短线条型的小孢子、薄壁角质层居多，大孢子和厚壁角质层罕见。

无机组分一般5～12%，平均11%左右，以粘土类矿物为主，菱铁矿结核次之。粘土以微粒状分散在有机质中或充填于细胞腔内。菱铁矿常为结核状形态、放射状结构。硫化铁类矿物以次生脉状者居多，其次是一些无规则、块状、内部呈现细粒镶嵌结构的黄铁矿。碳酸盐类矿物为次生脉状。石英为沉积成因的碎屑物，也见有自生的颗粒状，不规则状。

4 煤质特征分析

3煤层化学性质、工艺性能及煤类分析评述如下：

水分（Mad）：原煤0.79%～5.79%，平均2.55% ；浮煤1.37～4.10%，平均2.48%（如表2所示）。

灰分（Ad）：原煤2.14～21.58%，平均6.87%，属于特低灰～中灰，平均为特低灰。浮煤2.57～11.66%，平均3.96%。

挥发分（Vdaf）：原煤26.24～35.14%，平均30.34%，属于中高挥发分；浮煤25.55～33.96%，平均29.74%。

硫分（St.d）：原煤0.25～4.05%，平均1.16%，属于特低硫～高硫，平均为中硫煤。浮煤0.29～0.53%，平均0.38%。

发热量（Qgr，d）：原煤 29.80～33.20MJ/kg，平均31.74MJ/kg，为高发热量～特高发热量煤。

粘结性：胶质层厚度0～6mm，平均2mm，粘结性很差。

元素分析：碳（Cdaf）平均含量84.49%，氢（Hdaf）平均含量4.85%，氮（Ndaf）平均含量0.86%，氧（Odaf）平均含量9.47%。

有害元素：磷（P）含量低于0.005%，属于特低磷煤。

低温干馏：焦油含量5.00～10.92%，平均8.33%，半焦产率79.16～88.20%，平均82.60%，属于富油煤。

煤灰成分：主要为二氧化硅，其次为三氧化二铝和三氧化二铁，其他成分含量低于2.00%，二氧化硅含量56.50%，三氧化二铝20.58%，三氧化二铁20.27%，氧化钙1.04%，氧化镁0.09%，三氧化硫0.71%，见表3所示。

煤类：按GB/T5751-2009划分，分类指标用浮煤挥发分（Vdaf）和粘结指数（G），无浮煤挥发分采用煤样灰分在10%以下的原煤挥发分，3煤层无粘结指数，胶质层最大厚度Y值远低于25mm，煤层平均在5mm以下，说明煤的粘结性差。

表2 3煤层煤质特征表

表3 3煤层煤灰成分化验表

瓦斯地质图法和采样实测确定3煤层煤层气资源量为408.55Mm3，资源量丰度0.14～0.18×108m3/km2，平均0.16×108m3/km2，丰度属于特低类。根据《煤层气资源/储量规范（DZ/T 0216-2010）》，屯兰矿井田不具煤层气资源储量估算条件，屯兰矿井田无任何探井、参数井、采排井等煤层气特征工程。煤层气估算储量按煤层气认识程度划分，仅属于潜在的资源量。从实测瓦斯样的气体成分占比分析，甲烷成分远远小于80%，在氮气带和氮气-甲烷带分布范围估算煤层气资源储量无开发利用价值。