贵州省打磨冲煤矿煤质特征研究

郄汝兵，周 泽

(贵州省煤田地质局，贵州 贵阳 550000)

0 引 言

煤炭资源作为我国重要能源组成部分，其消费比例占全国一次能源的59%[1-4]。我国目前煤炭资源主要用于火力发电、供暖等，而其使用方式普遍利用率偏低，很难完全发挥煤炭中所含的全部资源，造成严重的资源浪费[5]。煤炭的直接燃烧增加了大气污染，随着新的能源结构的转型，清洁能源越来越受到重视，针对煤炭资源的合理工业评价对煤炭的使用具有重要意义[6，7]。贵州省作为煤炭资源重要产出地，开发程度比较高，煤类主要以高变质无烟煤为主[8]。韩忠勤对贵州省盘县马依西17-1号煤展开煤质特征研究，认为具有广阔的开发利用前景[9]。姜秉仁等在织纳煤田对上二叠统煤层发育特征和煤质特征进行分析[10]。从煤炭资源的地理分布上看，我国呈现“西多东少、南贫北富”的状态[5]，贵州素有“西南煤海”之称，其作为西南地区电力输送枢纽，具有着力将资源优势转化为经济优势[11]。对其煤质特征进行科学研究，可提高贵州省煤炭资源利用率及合理开发利用贵州煤炭资源，为煤炭开采转型升级及地下气化提供基础资料，其气化煤种与地表移动存在内在关系[12]。笔者长期从事煤田地质研究，基于打磨冲煤矿钻孔和测试实验分析，结合近几年在该区开展的勘查成果，总结分析打磨冲煤矿煤质特征，并基于煤质特征的分析，对煤的工业用途进行评价，以期对该区煤炭资源的合理开发和利用提供依据。

1 含煤地层

含煤地层为龙潭组，平均厚度为436.49 m，最小厚度约396.44 m，最大厚度约458.77 m。含主要可采煤层5层，6号、16号煤层为全区可采，6号下(6x)、15号、27号煤层为大部分可采，5层主要可采煤层均为稳定～较稳定煤层，可采总厚平均8.83 m，可采系数2%。上下标志层均为全区稳定分布的灰岩地层，对比可靠，其组合特征见表1。

表1 研究区主要可采煤层组合特征表
Table 1 Main mineable coal seam combination characteristics in study area

煤层编号间 距/m全层厚度/m夹石层数采用厚度/m可采性对比可靠程度结构复杂程度稳定程度灰岩标志层66x151627灰岩标志层0～4.720.99(22)7.97～16.3212.54(22)132.50～16.03155.06(22)10.20～27.6416.20(12)95.60～108.50105.69(25)2.67～21.7314.81(25)1.29～4.132.88(22)可 靠稳定0.99～5.653.64(22)0～20.99～10.433.17(22)全区可采可 靠较简单稳 定0.25～3.431.42(21)0～10.25～3.431.18(21)大部分可 靠较简单较稳定0.71～4.511.49(25)0～20.70～4.511.20(25)大部分可 靠较简单较稳定0.70～4.821.81(25)0～10.70～4.031.70(25)全区可采可 靠较简单稳 定0.20～2.210.96(25)0～20.25～1.030.52(25)大部分可 靠较简单较稳定1.33～8.586.06(25)可 靠稳 定

2 物理性质

选取研究区20个钻孔55件煤层岩芯样品，进行煤岩和煤质测试分析，所选钻孔均匀分布于矿区范围，岩芯样品从下至上均匀分布，测试结果在横向、纵向均具有代表性。

2.1 宏观煤岩特征

主要可采煤层宏观煤岩特征一致，均以油脂、丝绢光泽为主，断口参差、阶梯状，脆度较大，块状、层状构造，发育一定密度的内生外裂隙，易碎。煤岩成分多以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤和丝炭条带，煤岩类型以半亮型煤、半暗型煤为主，少量暗淡型煤。

2.2 显微煤岩特征

煤显微煤岩特性分析是煤制评价的重要组成部分[8，9]，笔者选取各主采煤层钻孔薄片样品，通过显微镜进行显微煤岩特征鉴定以确定煤显微成分。测试结果表明:6、6x、15、16、27号煤层煤有机组分为镜质组和惰质组，镜质组含量达81.10%～84.68%，平均含量为82.57%；惰质组含量为15.33%～18.91%，平均含量为17.43%，其成分主要由不规则半丝质体构成，少量粗粒体分布，偶见真菌体，综合分析该区主采煤层微观煤岩类型为微镜惰煤。无机显微组分以黏土类物质为主，氧化物类(石英)次之，含有少量硫化物和碳酸盐类物质，整体含量较低。黏土类物质多以不规则块状、带状产出。研究区主要可采煤层煤岩特征详见表2。

表2 研究区主要可采煤层煤岩特征
Table 2 Coal rock characteristics of main mineable coal seams

煤层煤岩类型宏观微观有机组分/%镜质组惰质组无机组分/%黏土组硫化物组碳酸盐组氧化物组总量有机总量/%镜质组最大反射率R0max/%显微硬度(HV)/(N·mm-2)变质阶段6暗煤微镜惰煤82.6817.326.864.150.378.2519.6380.383.033.12Ⅶ16x暗煤微镜惰煤84.6815.336.800.850.582.0510.2789.733.053.17Ⅶ115亮煤微镜惰煤81.1018.917.642.901.703.5715.8084.213.003.09Ⅶ116暗煤微镜惰煤81.8218.176.612.280.867.2216.9793.033.103.24Ⅶ127亮煤微镜惰煤80.4619.547.053.240.863.6314.7885.222.552.62Ⅶ1最大值84.6818.917.644.151.708.2519.6393.033.103.24Ⅶ1全区最小值81.1015.336.610.850.372.0510.2780.382.552.62平均值82.5717.436.982.540.875.2715.6784.343.043.15

2.3 煤的变质程度

3 煤的化学性质

3.1 主要工业分析

(1)水分(Mad)。打磨冲煤矿各主要可采煤层原煤空气干燥基水分以6号煤层最低，为1.10%，27号煤层最高，为1.46%，矿区平均水分为1.24%。且浮煤空气干燥基水分具有相同的规律，6号煤层最低，为1.05%，27号煤层最高为1.37%，平均水分为1.17%。

(2)灰分(Ad)及硫分(St,d)。横向上各煤层原煤干燥基灰分为9.30%～43.47%，平均灰分含量为23.61%，各主要可采煤层总体呈现中灰煤。浮煤干燥基灰分为7.77%～9.07%，其中27号煤层平均值较高，为9.07%。

原煤干基全硫含量为2.04%～11.20%，平均硫含量为4.78%，属高硫煤。全区可采煤层中硫以硫化铁硫为主，次之为有机硫，只占总硫分的13.18%，硫酸盐硫最少，其中黄铁矿硫(Sp,d)含量为4.15%；有机硫(So,d)含量为0.52%；硫酸盐硫(Ss,d)含量为0.08%。矿区内浮煤与原煤全硫比见表3。区内主要煤层脱硫率均在60%以上，表明煤中的无机硫较易洗选，脱硫效果较好。

由于仅6号煤及16号煤全区可采，横向变化作为重点研究。

6号煤层原煤灰分介于16.99%～26.86%，平均值为22.76%，总体为中灰煤，仅中部分布部分低灰、特低灰煤，南部分布少量高灰煤；硫分介于1.79%～7.52%，主要为高硫煤，少量中硫煤，平均值为4.39%，全层均为高硫煤；硫分分布趋势呈现矿区南北两侧高，中部低的趋势，硫分变化较大。 6号煤层灰分、硫分等值线示意如图1所示。

16号煤层原煤灰分介于15.67%～36.20%，平均值为22.94%，全区大部为中灰煤，仅东部、西部分散零星的高灰煤，东北部为少量的低灰煤，横向上总体变化不大；硫分介于2.42%～8.06%，平均值为4.34%，全层硫分均为高硫煤，仅在矿区东部及东北部零星分布有中硫煤，且硫分变化较大。16号煤层灰分、硫分等值线示意如图2所示。

表3 浮煤全硫与原煤全硫的比值表
Table 3 Ratio of total sulfur of floating coal to total sulfur of raw coal

煤层66x151627全区比值0.390.300.330.340.370.34脱硫率/%60.8169.7167.4266.4363.3665.6

图1 6号煤层灰分、硫分等值线示意图Fig.1 Contour diagram of ash and sulfur content in No.6 coal seam

图2 16号煤层灰分、硫分等值线示意图Fig.2 Contour diagram of ash and sulfur content in No.16 coal seam

纵向上煤层灰分变化不明显，与横向上研究结果一致，全区大部为中灰煤；浮煤硫分变化亦不明显，全区大部为高硫煤，说明研究区内灰分及硫分与煤层埋深基本无关；原煤硫分以6x、15号煤层较高，分析认为该煤层沉积期可能为海侵时期，带入了较多无机硫，进而形成较其它煤层硫分含量较高的特征[13-15]。主采煤层灰分、硫分含量垂向分布如图3所示。

(3)干燥基固定碳及挥发分。干燥基固定碳含量平均值为68.60%，各层煤均为中高固定碳级别。原煤干燥无灰基挥发分为6.81%～16.38%，平均为10.38%，区内各煤层均属低挥发份煤(LV)；浮煤干燥无灰基挥发分含量为5.38%～11.58%，平均含量为7.72%。

3.2 煤灰成分

主要煤层原煤煤灰成分中以含SiO2为主，含量为31.8%～71.98%，平均值为46.66%；其次为Al2O3和Fe2O3，含量分别为5.10%～24.15%和10.19%～43.09%，平均含量分别为16.92%和24.93%，占灰成分总量的88.51%，少量的CaO含量分别为0.57%～13.79%，平均含量分别为2.72%；其余成分含量均在1.84%以下。矿区主要煤层的煤灰成分性质各项指数汇总于表4。通过研究得到，区内各煤层在燃烧过程中较易结渣，较易产生污垢，对锅炉等有一定量的腐蚀作用，对环境有一定量的污染。

图3 主采煤层灰分、硫分含量垂向分布图Fig.3 Vertical distribution of ash and sulfur content in main coal seam

表4 矿区主要煤层的煤灰成分性质各项指数表
Table 4 Table of indices of coal ash composition of main coal seam in mining area

煤层号酸性矿物总量/%碱性矿物总量/%碱酸比铁钙比硅铝比结渣指数结渣等级结污指数结污等级649.2448.500.435.702.671.83中等0.42中等6x46.4251.450.5219.492.772.86高等0.56高等1548.9049.110.5010.423.122.66高等0.56高等1648.7348.920.447.632.701.89中等0.49中等2746.1250.830.479.642.472.19高等0.57高等

3.3 有害元素分析

研究区内有害元素分析简述如下，分级均根据我国相关国家标准。① 磷(P):原煤磷含量为0.001%～0.026%，平均为0.011%，属特低、低磷分煤。② 砷(As):原煤砷含量为1.10 μg/g ～128 μg/g，平均值为13.88 μg/g，属三级含砷煤。③ 氯(Cl):原煤氯含量为0.005 %～0.021%，平均值为0.012%，属特低氯煤。④ 氟(F):原煤氟含量为4.10 μg/g ～376.00 μg/g，平均含量为107.92 μg/g，属低氟煤。

4 煤的工艺性质

4.1 原煤与浮煤的发热量

发热量是评价动力煤质量的重要指标。研究区内原煤的干燥基高位发热量(Qgr,d)为19.169 MJ/Kg～35.170 MJ/Kg，平均26.696 MJ/Kg；浮煤Qgr,d为31.096 MJ/Kg～34.330 MJ/Kg，平均32.673 MJ/Kg；原煤干燥基低位发热量(Qnet，d)为19.149 MJ/Kg～34.591 MJ/Kg，平均26.462 MJ/Kg。依据GB/T 15224.3—2004《煤炭质量分级 第3部分:发热量》，确定矿区煤均为高热值无烟煤(HQ)。

4.2 其它工艺性质

(1)碳酸盐二氧化碳(CO2):矿区内碳酸盐二氧化碳含量小于2%。

(2)煤灰分、灰熔融性:灰成分以黏土矿物为主，主要为SiO2和Al2O3，两者含量达到67.50%；其次为Fe2O3，其含量可达23.00%；CaO、SO3、MgO 和Na2O 等含量较少。矿区煤层灰成分含量分布如图4所示。区内可采煤层的煤灰软化温度，其最低值为1 080 ℃，最高值为1 500 ℃，平均值为1 176 ℃，属低软化温度灰-较高软化温度灰。区内可采煤层的煤灰流动温度，其最低值为1 120 ℃，最高值为1 500 ℃，平均值1 304 ℃，属低流动温度灰-较高流动温度灰。

(3)结渣性:6号、16号煤为中等结渣煤，6x、15、27号煤为高等结渣煤。

5 结 论

(1)综合分析研究区各主采煤层的物理、化学性质和工艺性质，表明打磨冲矿区煤层煤种单一，为无烟煤三号(WY3)，煤变质阶段为Ⅶ1；且煤层硫分以较易脱除的无机硫为主，为高效清洁的使用煤炭资源，可通过对其进行常规洗选，以降低煤中无机硫含量，进而达到减少燃烧后产生的二氧化硫的目的。

(2)区内6号、16号煤的煤质特征与其它煤层基本一致，但6号、16号煤为全区可采煤层，分布稳定性、结渣性等明显优于其它煤层，具有广阔的开发利用前景。

图4 区内可采煤层灰成分含量分布图Fig.4 Distribution of ash composition in coal seam

(3)煤岩成分以暗煤、亮煤为主，煤岩类型主要为半亮型煤、半暗型煤；有机显微组分以镜质组为主，平均含量82.57%，黏土矿物是主要无机组分，具有中灰分、高硫分煤、高热值发热量、低挥发分、低磷、低氯、低氟等特征。由此决定了打磨冲矿区煤炭资源的广泛用途，不仅可作为民用煤，还可作为火力发电等动力煤。