贵州省大方县渣萍煤矿煤质特性分析

杨瑞琴，唐显贵

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州 贵阳 552100)

0 引 言

国内很多学者针对不同地区煤质相关研究，得到各有侧重的研究结论。权巨涛等提出，通过分析硫分、灰分、煤岩组分与成煤环境的关系，得出成煤环境状况[1-2]；秦建强等通过煤质特征分析，得出无烟煤是良好的动力用煤，也可作为气化用煤的结论[3-5]；贺军等通过分析煤岩、煤质特征，初步评价了该区煤炭液化性能[6-10]；韩忠勤[11]通过对煤层煤质特征分析，提出3号无烟煤煤炭适合用作动力煤和燃料煤；石瑛[12]指出煤田地质勘探中煤质研究和评价具有重要的意义；斐文春[13]阐述野外进行天然焦与煤质研究的工作方法，确定其区分参数特征；张锋青[14]详细解读通过改变采煤工艺和掘进工艺以严格控制商品煤中的水分和灰分的具体研究。

对于某个矿区的研究，仅统计煤炭资源储量[15]远远不够，还需对其煤制特性进行详细评价，为煤炭后续加工、利用提供科学依据和数据支撑。在渣萍煤矿煤炭设计、定钻、打钻、取样、送样、化验，以及利用临矿区资料的基础上对数据进行整合、梳理，取得该煤质的物理性质、煤岩类型、变质程度、水分、灰分、硫分、挥发分、发热量、煤灰成分、热稳定性、煤灰融熔性、煤的可选性、煤的分类等评价结果，可为煤炭开采、加工利用提供技术支持。

1 概 况

渣坪煤矿位于大方县北东方向，属于黔北小区。勘查区行政所在地隶属于大方县凤山彝族蒙古族乡管辖，面积6.657 km2，勘查范围查明矿区内总资源量为2 019万t。

含煤地层主要为晚二叠系上统龙潭组(P3l)，系典型的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积。平均厚度为68.25 m，含2～16层煤，一般8层，煤的总厚度为2.20 m～13.51 m，平均7.02 m，含煤系数平均为10.28%。整个矿区16号和34号煤层为煤可采。

2 煤的物理性质

煤的颜色为深灰色或黑色，主要呈块状及碎块状，似金属光泽，其次是沥青光泽和油脂光泽；参差状断口；内、外裂隙发育并填充方解石细脉。偶见透镜状黄铁矿结核。煤体视相对密度为1.46 t/m3～1.67 t/m3，全区平均为1.56 t/m3。煤层质软，可手工粉化或造粒。

3 煤岩类型

3.1 宏观煤岩类型

宏观煤岩类型较简单，以亮煤为主、暗煤次之，夹少量丝炭。16号和34号煤层均为半暗—半亮型。

3.2 显微煤岩组分

(1)有机组分:有机组分包括镜质组和惰质组。有机总量为79.30%～90.90%，平均值为85.10%。① 镜质组:常见基质镜质体及透镜状、细条带状均质镜质体，少量碎屑镜质体及结构镜质体，亦见团块镜质体，偶见胶质镜质体。含量在60.15%～62.50%，平均值为61.33%。② 惰质组:多数为氧化丝质体、半丝质体，次为碎屑丝质体，少量微粒体，偶见分泌体。含量在27.15%～35.30%，平均值为31.23%。

(2)无机组分:无机组分主要以粘土矿物和石英为主，其中粘土类矿物多为细条带状、浸染状产出，部分呈细分散状、斑点状散布于基质镜质体中；石英多呈细粒状、微细粒状散布于基质镜质体中，局部细粒间相聚集；黄铁矿次之，呈微粒状、星点状、细粒状分布，结核状产出，少量充填胞腔；部分方解石，呈细脉状充填于煤层裂隙中。

3.3 煤的变质程度

渣萍煤矿16号和34号煤层的煤岩特性详见表1。

表1 渣萍煤矿主要可采煤层煤岩特征
Table 1 Mean value of coal rock characteristics of main coal seam for Zhaping coal mine

煤号有机组分/%镜质组惰质组无机组分/%黏土类硫化物类碳酸盐类氧化物类有机总量/%无机总量/%镜质体最大反射率(Romax)/%煤化程度变质阶段1662.5027.151.502.2017.0079.3020.703.16高煤级煤ⅠⅨ3460.1535.301.003.304.800.0090.909.103.26高煤级煤ⅠⅨ全区61.3331.230.502.403.508.5085.1014.903.21高煤级煤ⅠⅨ

从表1数据可知，煤层镜质体最大反射率为3.16%～3.26%，平均值为3.21%，煤的变质阶段为Ⅸ阶段，变质程度属于高煤级煤Ⅰ。

4 煤质特征

4.1 水分

经30个煤样测试，可知原煤空气干燥基水分为0.68%～3.91%，平均值为1.70%。井田以34号煤层最低，为1.55%；16号煤层最高，为2.05%。浮煤空气干燥基水分为0.60%～2.60%，平均值为1.27%。

4.2 挥发分

挥发分含量随埋藏深度的增加而减少，此与成煤条件紧密相关，即埋藏深度越深、成煤条件越好、煤化程度越高，挥发分含量越低。202、203和301钻孔中的34号煤挥发分含量分别为8.26%、8.22%和8.01%，结果表明34号煤层的挥发分与煤化程度变化趋势一致。整个矿区挥发分含量为6.07%～13.09%，平均值为9.30%，为特低挥发分(SLV)煤。

4.3 灰分和硫分

(1)灰分平面变化特征。①16号煤层:灰分在横向上的变化比较简单，除个别点外，北东方向上灰分较低，为13.40%～18.19%，属低灰煤。一般情况下，同一煤层或同一钻孔中的不同煤层，其结构复杂且煤层灰分高于单一煤层，如303钻孔中的16号煤层。厚而稳定的煤层灰分通常较低，如101钻孔中16号煤层。16号煤层灰分和硫分等值线图如图1所示。②34号煤层:灰分在横向上的变化无明显规律。区内北部灰分较低，为14.19%～16.50%，属低灰煤。除个别点外，其余地区灰分为20.63%～26.80%，为中灰煤。全区灰分平均值为22.82%，为中灰煤。34号煤层灰分和硫分等值线图如图2所示。

图1 16号煤层灰分和硫分等值线图Fig.1 Contour map of ash and sulfur in No.16 coal seam

图2 34号煤层灰分和硫分等值线图Fig.2 Contour map of ash and sulfur in No.34 coal seam

(2) 硫分平面变化特征。①16号煤层:煤中硫分呈不规则带状分布，总硫含量偏低，平均值为0.51%，为低硫煤。矿区南西部，硫分特低，均小于0.50%，为特低硫煤；区内北东方向，硫分变化范围为0.50%～1.00%，特殊点为1.01%～2.00%。硫分横向变化特征为:由南西向北东方向逐渐增大；该煤层位于下三角洲平原的潮间及沼泽沉积环境中，硫分总体偏低。②34号煤层:煤层中硫分呈不规则带状分布，总体硫分偏高，平均值为3.51%，属高硫煤。该矿区中心部位分布有中高硫煤及少部分中硫煤；区内西部和东部地区均分布为高硫煤，特殊点高达4.75%。硫分横向变化趋势为:硫分由中部分别向四周逐渐增大；受泻湖—潮坪沼泽沉积环境的影响，34号煤层硫分产率较高。③总硫与无机硫呈正相关关系，相关系数为0.79，其中原煤中的无机硫化铁硫占总硫的77.63%，硫酸盐硫占总硫产率的0.91%,有机硫占总硫产率的21.46%。一般情况下，全硫高的煤层，无机硫也偏高。由此可见，煤层中的硫易洗选和脱除。

4.4 元素分析

从9个浮煤元素分析结果得到，其浮煤碳含量为89.26%～93.44%，平均值为92.27%；氢含量为2.71%～3.83%，平均值为3.24%；氮含量为0.66%～1.24%，平均值为0.94%；氧加硫含量为2.33%～7.18%，平均值为3.73%。

4.5 发热量

渣萍煤矿16号和34号煤层的发热量见表4。从表4数据可知，渣萍煤矿原煤干燥基高位发热量(Qgr,d)为22.31 MJ/kg～30.78 MJ/kg，平均值

表4 渣萍煤矿可采煤层发热量统计表
Table 4 Statistical table of calorific value of the coal seam in Zhaping coal mine

煤层1634原煤/(MJ·kg-1)Qgr,d27.0926.81Qnet,d26.5726.30浮煤/(MJ·kg-1)Qgr,d31.8532.11质量分级中高发热量(MHQ)中高发热量(MHQ)

26.89 MJ/kg。原煤干燥基低位发热量(Qnet,d)为21.90 MJ/kg～30.24 MJ/kg，平均值26.38 MJ/kg。浮煤干燥基高位发热量(Qgr,d)为31.37 MJ/kg～32.79 MJ/kg，平均值32.06 MJ/kg。矿区内16号和34号煤层均为中高发热量煤(MHQ)。

4.6 煤灰成分

煤灰成分中，含量最高的是SiO2，其次是Al2O3和Fe2O3，其它成分较少。横向上，煤灰成分的变化为:由北到南、SiO2含量由四周到中间逐渐减小，Fe2O3含量逐渐增加；随着煤层灰分含量的增加，SiO2含量比例增高，而CaO、MgO和SO3含量相应减少；CaO和MgO含量呈正相关关系，随着CaO含量的增加，MgO含量相应增加，由于普遍存在这种相关关系，因此估计两者经常存在于同一种矿物内，如白云石。根据相关分析，SiO2与Fe2O3之间有非常明显的负相关，纵向上，(SiO2+ Al2O3)含量以16号煤层较高，平均值为80.92%，34号煤层平均值为63.31%。34煤层中Fe2O3、CaO和MgO的总含量较高，约24.16%，16号煤层较低，为7.58%。

煤灰成分的组成与含量见表5。从表5数据可知:煤灰成分中以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，三者累计含量占煤灰成分的70.77%～90.38%；煤灰成分中还含有含量很少的K2O、Na2O、MnO2、TiO2、SO3等物质。

表5 渣萍煤矿煤灰成分统计
Table 5 Statistics of coal ash composition in Zhaping Coal Mine

%

4.7 煤灰熔融性

全区煤层灰熔融性软化温度为1 222 ℃，属于较低软化温度灰。总的来看，由南西向北东、由中部向四周煤灰熔融性软化温度有降低趋势。在纵向上，煤灰熔融性软化温度集中在约1 700 ℃。个别点数据稍高，如16号煤层的302钻孔，为1 340 ℃。软化温度越高，煤灰越不容易结渣。由于锅炉设计不同，对煤灰熔融性温度要求也不同；煤灰熔融性温度高低与煤作为燃料及汽化原料的性能直接相关。煤灰熔融性温度低，则煤灰易结渣，会增加排渣难度。

4.8 热稳定性

16号煤层TS+6为81.5%，34号煤层TS+6为84.7%；全区TS+6为74.3%～90.2%，平均值为83.1%。均为高热稳定性煤，煤块在高温下能很好地保持原来的粒度。

4.9 煤对二氧化碳反应性

温度在950 ℃时的二氧化碳还原率(α)为18.8%～31.3%，平均值23.1%；在1 000 ℃时的二氧化碳还原率(α)为22.4%～36.8%，平均值28.7%。均属弱还原性煤，煤对CO2还原率较低。

4.10 可磨性

16号煤层可磨性指数为61，34号煤层可磨性指数为64，均为中等可磨煤。

4.11 结渣性

当鼓风强度为0.1 m/s～0.3 m/s时，可采煤层均为弱结渣煤层。

5 煤的分类及其工业用途

浮煤Vdaf含量为5.45%～7.52%，Hdaf含量为2.71%～3.83%，仅有个别测量点含量小于3.00%，大部分测定数据集中在3.00%～4.00%，由此可判断，大部分煤层为无烟煤三号，个别煤层为无烟煤二号。根据GB/T 16417—2011《煤炭可选性评价方法》规定以及简易可选性评价可知，矿区34号煤层属中等可选煤。

综上分析，该矿区煤种主要为无烟煤三号。根据煤质试验资料，各可采煤层煤质情况为:中灰、低～高硫分、特低挥发分、中高发热量、较低软化温度灰、中等可选煤。

矿区内各可采煤层可用于动力用煤、民用煤、火力发电、一般工业锅炉用煤、煤化工用煤等；亦可用于冶金喷吹燃料、小型高炉炼铁、竖式石灰窑烧制石灰、水泥回转窑用煤等；还能作为制造氮肥的原料，某些优质的无烟煤可用于制造碳化硅、碳极、碳纤维(宇航器和火箭的结构性材料)、单晶石墨和碳粒砂等多种碳素材料，还用来烧制黄磷和白磷，制造电石等。

6 结 论

(1)渣坪煤矿位于大方县北东方向，面积6.657 km2，勘查范围查明矿区内总资源量2 019万t,16号和34号煤层为矿区主要可采煤层。

(2)宏观煤岩类型较简单，以亮煤为主、暗煤次之，夹少量丝炭，16号和34号煤层均为半暗—半亮型；有机组分包括镜质组和惰质组，有机总量在79.30%～90.90%，平均值为85.10%，无机组分主要以黏土矿物和石英为主，镜质体最大反射率为3.16%～3.26%，平均值为3.21%；煤的变质阶段为Ⅸ阶段，变质程度属于高煤级煤Ⅰ。

(3)各可采煤层煤质情况为:中灰、低-高硫、中高发热量、特低挥发分、高热稳定性、较低软化温度灰、弱还原性、中等可磨、弱结渣性、中等可选煤等；煤类大部分为无烟煤三号，个别点为无烟煤二号。

(4)矿区内各可采煤层可用于动力用煤、民用煤、火力发电，一般工业锅炉用煤，煤化工用煤等；还可用于冶金喷吹燃料、小型高炉炼铁、竖式石灰窑烧制石灰，水泥回转窑用煤等。