我国特殊煤种研究进展

2019-01-25宁树正吴国强秦云虎

中国煤炭地质 2019年6期

宁树正，张宁，吴国强，秦云虎

(1.中国煤炭地质总局，北京 100038； 2.中国煤炭地质总局第一勘探局，河北邯郸 056004；3.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006)

0 前言

1991年由中国煤田地质总局编写的《中国煤炭开发战略的资源研究》报告中，将特殊煤种以醒目的标题单独提出来，这是我国煤质评价的深入和发展[1]。

近年来随着对煤炭资源清洁利用研究的深入，特殊煤种研究工作也得到了极大发展。回顾与特殊煤种相关的研究项目，这些项目中涉及了“洁净煤” “优质煤” “环保煤” “绿色煤炭资源” “特殊煤” “稀缺煤”等术语，2016—2018年，中国煤炭地质总局再次组织开展了“特殊用煤”为主的煤炭资源潜力调查评价。这些术语反应了不同时期对煤质研究的不同需求，同时，由于不同术语含义侧重点的不同，使用中极易混淆，也给煤地质研究工作带来诸多不便。本文在回顾60余年来对特殊煤种研究历史的基础上，梳理了这些术语的区别与联系，总结了特殊煤种研究现状与进展，若干问题需要亟待解决，提出了特殊煤种研究的思路和建议。

1 特殊煤种研究现状

早期的特殊煤种研究主要是评定煤炭等级，根据煤类、灰分、硫分、发热量、可选性五个指标，袁三畏[2]将煤质分为3个等级，即优质煤、中质煤和劣质煤。后来的研究发展为两个分支：唐书恒等[3]以煤中的有害物质作为主要研究对象，对煤的“洁净等级”进行划分。秦云虎等[4-5]以煤炭资源的用途为主线，考虑煤中的有害物质同时，结合不同用途对煤各项指标要求的不同划分等级。

2000年中国煤炭地质总局开展了中国洁净煤地质研究，圈定了不同洁净等级煤炭资源分布范围。2006年，中国煤炭地质总局开展了中国优质环保型煤炭资源潜力评价，2008年，江苏煤炭地质勘探研究所对华东地区液化煤资源进行了评价与研究。2009年中国煤炭地质总局开展了中国优质环保型煤炭资源调查评价，圈定了优质环保型煤炭资源的分布。2010—2014年中国煤炭地质总局开展的特殊和稀缺煤炭资源调查，初步评价了我国特殊和稀缺煤炭资源的分布特征。回顾整个特殊煤种研究过程，涉及到“洁净煤” “优质煤” “环保煤” “特殊煤” “稀缺煤”等术语，这些术语反应了不同时期对煤炭需求的不同要求。

1.1 洁净煤

洁净煤技术是指从开采到利用的过程中，控制污染、减少污染物排放、提高煤炭利用效率的加工和转化等新技术。

洁净煤地质以煤中的有害物质作为主要研究对象，唐书恒等[6]系统研究了煤中硫及潜在有害微量元素的分布规律、赋存状态、富集机理及其在煤炭洗选、燃烧、淋滤等加工利用过程中的迁移规律与环境效应，并构建了煤炭资源洁净潜力评价体系，评价我国已发现煤炭资源的洁净等级，圈定了不同洁净等级煤炭资源分布范围。

1.2 优质煤

优质煤是指具有良好的质量(如低硫、低灰、低有害微量元素、高发热量)、适于多种用途的煤，在其加工利用过程中，具有较高的活性，对环境的影响较小。优质煤炭资源则是从资源综合评价的角度出发，对煤炭资源的数量、质量、开发技术条件、环境效应和经济效益等方面进行综合评价而确定的资源相对等级[7]。曹代勇等[8]指出资源特性是成煤过程中多种因素综合作用的结果，加强对优质煤炭资源形成条件研究对于优质煤炭资源开发具有重要意义。

从我国国情考虑，煤炭资源洁净化有两条途径：大力发展洁净煤技术和优先勘探开发优质煤炭资源。相对于长期以来重视煤炭资源 “数量” 特征而言，当前应加强对煤炭资源 “质量”特征的研究。魏迎春等[9]确定了煤炭优质评价指标体系和评价指标划分方案，对山西省三个勘查区的煤炭资源进行了优质等级评价。高新民等[10]对陕西省优质煤炭资源的赋存情况，以及开发中存在的问题进行了分析，论述了优质煤炭资源实行保护性开发的重要意义，并提出具体保护措施。

1.3 环保煤

环保煤的定义概括了两个方面，一是根据国家或行业的有关标准对某一特定用途所规定的高等级煤炭资源，二是煤中有害物质在利用过程中向环境的释放迁移程度要符合国家或行业的有关环境保护标准。因此，环保煤可定义为：针对某一特定用途且符合相关环境保护要求的高等级煤炭资源。

徐红梅[11]阐述了燃煤排放污染与煤质密切相关，分析了燃煤对污染排放的影响以及按煤主要参数划定煤炭环保级别的可行性。秦云虎等[5]对优质环保煤和优质环保型动力煤进行了定义，划分了优质环保型动力煤的类型，从优质(主要考虑挥发分指标)、环保(主要考虑硫分和灰分指标)两个方面结合有害微量元素含量，将炼焦煤划分为四种类型，确定了评价方法，对全国五个赋煤区及不同时代的优质环保型动力煤类型的资源量构成和优质环保型炼焦煤的资源量等级进行了统计分析。

1.4 绿色煤炭资源

绿色煤炭资源可定义为在当前先进技术条件下，资源禀赋条件适宜，能够实现安全高效开采；煤炭开发对生态环境的影响与扰动相对较小且损害可修复，煤炭开发过程中水资源能得到保护和有效利用，能够实现生态环境友好；煤中有害元素含量低，且可控可去除，适宜清洁高效利用，且具有经济竞争力的煤炭资源[12]。

王佟等[12]建立了绿色煤炭资源评价的技术框架，对我国绿色煤炭资源进行了评价，建立了基于绿色煤炭资源评价的煤炭资源开发利用模式。

袁亮[13]根据我国煤炭资源的特点和面临的挑战，提出了“绿色煤炭资源”和“绿色煤炭资源指数”等概念，系统分析了我国五大赋煤区的绿色煤炭资源分布情况，对我国2020年、2030年和2050年的绿色煤炭资源量进行了分析预测；对基础研究及关键技术与装备研发、绿色煤炭资源精准开采国家级研发平台、绿色煤炭资源开发复合型人才和煤炭高效回收及精准开釆的政策方面提出战略性建议。曹代勇等[14]指出煤炭地质工作贯穿于绿色煤炭产业体系的全过程，分析了绿色煤炭各阶段对地质工作的需求特点,初步建立了绿色煤炭基础地质工作框架,提出了各阶段基础地质工作的主要内容。

1.5 稀缺煤和特殊煤

稀缺、特殊煤炭资源进行系统深入研究较少，但也有不少学者从不同角度对其进行了研究。赵谋[15]指出古叙矿区的优质无烟煤可用作高炉喷吹、活性炭、热压铸造焦、炭素制品、电石、气化等工业原料用煤。可见稀缺煤炭资源是指具有十分重要的工业用途，其利用途径具有一定的产业规模，并有一定的不可替代性，对国民经济具有重要价值，需求量大但资源量又相对少的优质的煤炭资源。中国煤炭地质总局开展的特殊和稀缺煤炭资源调查，对特殊和稀缺煤的涵义进行了厘定，初步评价了我国特殊和稀缺煤炭资源的分布特征[16]。

2 特殊煤种概念再定义与研究新进展

2.1 本文采用的特殊煤种概念

有关特殊煤种的含义，许多学者进行深入研究，戴和武等[18]认为特殊煤种是指煤中某个或一些成分、结构、成因与一般煤有所不同，含量特高或很低，并具有一些特殊的性质、特殊用途的煤炭资源。韩德馨等[19]提出的特殊煤种定义是某些煤由于成因、性质和煤岩组成具有特殊性，或由于某些化学性质、元素富集而具有特殊工艺性能和用途的煤炭。曾勇[20]认为特殊煤种是指煤炭的成因、性质、煤岩组成等具有特殊性，或因某种元素富集而具有特殊的化学性质、工艺性能和用途的煤炭。

《煤质勘探与资料汇编方法》中指出，所谓特殊煤种是指某些由于其成因、煤岩组分或某种化学成分、元素含量与众不同而具有一些特殊的工艺性能和用途的煤，特殊煤种是一种宝贵的煤炭资源和工业原料[17]。随着煤炭清洁化利用要求的提高，上述研究多是围绕煤类划分、物质组成、成因等提出的相关概念，对煤炭的煤质分布特征在煤炭利用方面的影响突出不够，不能满足当前以煤炭分级分质为依据的煤炭清洁高效开发利用的特殊要求，为此中国煤炭地质总局在特殊用煤资源潜力调查评价中提出特殊用煤的概念，特殊用煤是指能够满足煤炭清洁高效利用的具有特殊物质组成或者物理化学性质的煤炭资源[16]，把某类具有较大经济或者研究价值特殊煤作为一个煤种或者品牌进行命名，例如太西煤、树皮煤、水煤浆用煤(特低灰煤)等。也有部分学者认为部分特殊煤种也应当属煤炭资源中的稀缺品种[21]。

2.2 特殊煤种研究新进展

中国煤炭地质总局2016年开展了特殊用煤资源潜力调查评价工作，项目根据煤炭利用工艺的最新发展结合不同煤炭工业用途对煤质的要求，对煤炭资源进行煤质分级和资源评价，从而评价不同类型的特殊用煤。项目在充分总结以往煤炭液化、气化、焦化的研究成果的基础上，对比实际应用中以往评价指标与煤质特征之间的差异，提出了适宜于煤炭资源评价的特殊用煤评价指标。目前项目已查明了成煤原生条件对煤岩煤质控制作用、探讨了煤化作用进程对煤类的控制作用，划分了特殊用煤成因类型，揭示了不同成因类型特殊用的时空分布规律，建立了煤炭地质勘查中的煤质评价指标体系，对全国162个煤炭国家规划矿区煤炭资源进行了评价，初步统计162个煤炭国家规划矿区保有资源储量为14 361.86亿t，共划分出一级特殊用煤资源量5 396.99亿t，二级特殊用煤资源量7 813.52亿t。其中可划分出一级焦化用煤1 305.00亿t，一级直接液化用煤382.36亿t，一级气化用煤3 709.63亿t。可划分出二级焦化用煤1 222.11亿t，二级直接液化用煤2 821.72亿t，二级气化用煤3 769.70亿t。

同时项目开展了特殊高元素煤研究工作，主要围绕国家紧缺矿产和战略性新兴产业矿产，重点对煤层和煤层顶底板的锗、镓、铀等稀有金属，以及煤中铝等大宗新兴矿产等开展调查评价，研究了煤中共伴生矿产的赋存状态、赋存层位、矿物组合关系、资源品位等，总结了煤系共伴生矿产形成的地质条件、赋存规律等。结合区域地质背景和成矿影响因素，全国范围内划分了金属元素矿产资源8个成矿带和10个远景区，初步预测了我国煤中金属元素矿产资源潜力我国煤中锗预测资源量为1.17万t，煤中镓预测资源量188.02万t，煤中锂预测资源量86.49万t，煤中稀土元素预测资源量1 130万t。

3 我国特殊煤种研究存在的主要问题

1)虽然90年代就提出了特殊煤种的概念，相关术语较多，概念界定不清，导致至今国家层面缺少对特殊煤炭资源进行保护性开采的具体政策和措施。

2)《特殊和稀缺煤类开发利用管理暂行规定》，由国家发展和改革委员会令于2012年12月9日颁布。规定中的提出了特殊和稀缺煤类定义，提出了首批特殊和稀缺煤类矿区范围。规定中也存在若干问题，虽然划定了特殊和稀缺煤类矿区范围，但对煤层平面分布和分布层位未进行深入研究，后期在实施中也遇到了很多困难，此外特殊和稀缺煤类的定义也只局限于肥煤、焦煤、瘦煤和无烟煤，针对范围过窄。

3)我国正处于重化工业发展阶段，高耗能产业占比大，能源需求增长趋势依然强劲。同时对特殊煤资源的科学、合理、高效利用还不够重视，导致大量特殊煤被用作动力煤直接烧掉，造成优质资源没有得到合理利用。

4)目前实施的《煤炭资源勘查煤质评价规范(MT/T1090-2018)》，主要包括煤炭质量分级和煤质用途的煤质评价两部分内容。质量分级主要是从煤炭灰分、硫分、发热量、全水分、固碳、挥发分产率、煤灰熔融性、热稳定性、哈氏可磨性指数、烟煤黏结指数、煤中有害组分(氟、氯、磷、砷、铅、汞)、煤的有益矿产、可选性、煤尘煤炸性、煤自燃倾向性、煤的风化和氧化性和放射性等方面，按不同参数分别评价。煤质用途评价是从煤的加工利用的角度评价的，分别给动力用煤的煤质评价指标、炼焦用煤的煤质评价指标、气化用煤的煤质评价栺标和液化用煤的煤质评价指标。但目前的煤质评价规范中煤质用途评价只针对单因素进行了评价，未对多指标进行综合评级。