贵州大湾煤矿煤质特征及其工业用途分析

王方发，李 碧

(贵州省煤田地质局一四二队，贵州 贵阳 550009)

1 地质概况

大湾煤矿位于六盘水市钟山区北西方向，矿区距六盘水市约46 km，属六盘水市钟山区大湾镇管辖。矿区面积36.426 9 km2，地理坐标:东经104°34′04″～104°38′33″，北纬26°44′47″～26°49′10″。大地构造上属于扬子板块(Ⅰ级)黔北隆起(Ⅱ级)六盘水断陷(Ⅲ级)威宁北西向构造变形区，位于水城矿区西北部二塘向斜的中深部，其为二塘向斜的主体部分。二塘向斜是一呈北西向不对称的短轴向斜。向斜由NW自拱桥，SE至粮坝子，两端延出矿区，在矿区内延展9 km;在矿区范围内NE翼倾角一般为8°～10°;SW翼倾角一般为10°～18°。次一级褶曲不发育，局部有波状起伏但波幅一般不超过10 m。

大湾煤矿矿区内出露的主要地层包括二叠系上统的峨眉山玄武岩(P3β)、龙潭组(P3l)，三叠系下统飞仙关组(T1f)、永宁镇组(T1yn)及第四系(Q)[1]。

2 含煤地层

大湾煤矿含煤地层为晚二叠世龙潭组，上覆地层为下三叠统飞仙关组，下伏地层为上二叠统峨嵋山玄武岩，龙潭组与上覆、下伏地层均为假整合接触。矿区内龙潭组地层厚180 m～240 m，平均厚234.32 m;含煤一般为23～25层，厚14.50 m～22 m，平均17 m，含煤系数为7.3%;厚度总的变化趋势由南东向北西变薄，煤层由多到少。含煤地层系以陆相为主的海陆交互相含煤建造，岩性主要由细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。

根据岩性及含煤情况不同，龙潭组又可分为上、下两段，即下段(P3l1)、上段(P3l2)。含可采及局部可采煤层9层，即2、3、4、5、7、8、9、11、12煤层，总厚9.60m～13.15 m，平均厚11.99 m，可采煤层含煤系数为5.1%。仅12煤层分布在下段(P3l1)，其余煤层均分布上段(P3l2)。

大湾煤矿煤层发育特征见表1。

表1 大湾煤矿煤层发育特征

3 煤质特征

3.1 煤的变质阶段

可采煤层镜质组的最大反射率(R°max)为1.19%～1.35%，平均为1.27%，因此，煤的变质阶段分别为:2、3煤层为Ⅲ阶段，4、5、7、8、9、11、12煤层为Ⅳ阶段，从上至下各煤层变化甚微，区内煤类以焦煤为主，肥煤极少。

3.2 煤岩类型及显微组分

可采煤层煤岩鉴定结果表明,2、4、5、8煤层为半亮～半暗型～半暗型，7、11煤层为半亮～半暗型～半暗～暗淡型，12煤层为半暗型;显微组分中有机组分含量为61.91%～89.89%，一般大于70%，主要由镜质组和惰质组组成，微观煤岩类型为微镜惰煤;无机组分含量为10.11%～38.09%，一般约为20%，以黏土矿物和石英为主，黄铁矿、方解石次之或少量。

3.3 煤质特征及变化规律

大湾煤矿煤层的煤质特征详见表2。由表2可知:①原煤空气干燥基水分(Mad)为0.30%～3.05%，平均1.02%;浮煤空气干燥基水分(Mad)为0.05%～3.59%，平均0.96%。由于焦煤和肥煤阶段有机质结构逐渐紧密，孔隙率低，水分最低。②原煤灰分产率(Ad)为6.48%～40.54%，平均28.43%；浮煤灰分产率(Ad)为1.05%～22.93%，平均10.81%；依据GB/T 15224.1—2010《煤炭质量分级 第1部分:灰分》的规定，矿区内2、5、11、12煤层属中灰煤(MA)，3、4、7、8、9煤层属中高灰煤(MHA)。经洗选后,2、3、4、5、7、8、9煤层均属低灰煤(LA)，11、12煤层属特低灰煤(SLA)。③原煤的挥发分产率(Vdaf)为13.13%～35.64%，平均23.87%；各煤层平均值为23.20%～25.53%，变化不大但由上至下煤层呈逐渐减小的趋势。浮煤的挥发分产率(Vdaf)为17.90%～30.06%，平均24.12%。各煤层平均值呈现与原煤相对应的变化，根据《煤的干燥无灰基挥发分产率分级》(MT/T 849—2000)的规定,2、3、4、5、7、8、9、11、12煤层的浮煤均为中等挥发分煤。④原煤硫分(St,d)为0.14%～13.51%，平均1.66%。其中，5、7、12煤层St,d平均值为0.50%～1.00%，2、4、8、11煤层St,d为1.00%～2.00%，3煤层St,d为2.00%～3.00%，9煤层St,d大于3.84%。各煤层间硫分变化较大，主要因为矿区处于海陆过渡含煤相区，同时也反映成煤前后期海侵不均衡。依据GB/T 15224.2—2010《煤炭质量分级 第2部分:硫分》的规定，5、7、12煤层属低硫煤(LS)，2、4、8、11煤层属中硫煤(MS)，3煤层属中高硫煤(MHS)，9煤层属高硫煤(HS)。经洗选后，浮煤硫分(St,d)为0.20%～3.25%，平均1.00%。其中，5、7、11、12煤层St,d平均值为0.50%～1.00%，2、3、4、8、9煤层St,d为1.00%～2.00%。上述数据表明，原煤硫分含量越高则越易洗选脱除;而低硫煤的原煤、浮煤硫分含量相差不大，甚至出现5、7煤层浮煤全硫大于原煤的异常现象。⑤各可采煤层浮煤干燥基固定碳含量为39.70%～72.90%，平均值为54.58%，依据MT/T 561—2008《煤的固定碳分级》的规定，矿区内2、3、4、5、7、8、9号煤层均属低固定碳煤(LFC)，11、12号煤层属中等固定碳煤(MFC)。

表2 大湾煤矿煤层煤质特征

注：其中2煤层的煤类(点数)分别为1/3JM(2)、FM(25)、JM(52),3煤层为FM(3)、JM(15)，4煤层为FM(12)、JM(36),5煤层为FM(8)、JM(35)，7煤层为FM(4)、JM(48)，8煤层为JM(33),9煤层为FM(1)、JM(41),11煤层为JM(93)，12煤层为FM(6)、JM(35)。

3.4 煤的工艺性能

原煤的干燥基高位发热量(Qgr.d)为(22.35～35.65)MJ/kg，平均值33.95 MJ/kg;浮煤的干燥基高位发热量(Qgr，d)为(28.96～36.65)MJ/kg，平均值35.34 MJ/kg。其中，3、8煤层挥发分产率较高，发热量偏低;而2、11、12煤层挥发分产率偏低，发热量较高。依据GB/T 15224.3—2010《煤炭质量分级 第3部分:发热量》的规定，区内2、3、4、5、7、8、9、11、12煤层均为特高发热量煤(SHQ)。

3.5 煤的黏结性

各可采煤层浮煤焦渣特征范围为5～7，表明煤的黏结性较强;黏结指数为79.2～97.9，其中各可采煤层均有黏结指数(GR.I)大于85.0的样品;浮煤胶质层(Y)厚度为10 mm～34 mm，其中2、3、4、5、7、12煤层均有胶质层(Y)厚度大于25.0 mm的样品。

4 煤炭资源储量

经估算，大湾煤矿煤炭(焦煤)保有资源储量总计为33 359万t;其中硫分大于3%的高硫煤资源储量4 837万t(9煤层)，占总储量的15%;硫分小于3%的煤层煤炭资源储量分别如下:2煤层为5 202万t、3煤层为374万t、4煤层为3 001万t、5煤层为1 581万t、7煤层为3 867万t、8煤层为2 914万t、11煤层为9 929万t、12煤层为1 654万t。

5 工业用途

结合矿区煤质特征评价研究成果[1-15]可知，大湾矿区主要为焦煤、部分为肥煤，煤中原煤灰分为中灰—中高灰，硫分从低硫到高硫均有，浮煤挥发分中等、黏结性较强。矿区精煤的主要工业用途为生产冶金焦，可少量配煤;中煤主要供动力用煤，若供大型电站则不符合我国《工业“三废”排放试行标准》中关于二氧化硫排放量的规定，须考虑脱硫设施，对于供气化用煤则以气流床气化较为合适，但所产煤气均需进行脱硫和脱氮处理，其技术经济是否合理需评估后确定。洗矸可用于沸腾炉发电，也可从矸石中回收煤炭。