巴里坤纸房矿区西山窑组B4煤层清洁利用研究

王 康，王文强

(1.江苏地质矿产设计研究院(中国煤炭地质总局检测中心)，江苏省徐州市，221006；2.中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室，江苏省徐州市 221006)

新疆巴里坤哈萨克自治县地处新疆维吾尔自治区的东北部，目前已发现巴里坤煤田和三塘湖煤田，预测远景储量超过500亿t。巴里坤纸房矿区矿井已经开始建设，未来将对发展地方经济、促进就业发挥良好作用。划分煤的洁净等级是实现煤炭清洁利用的重要途径，为此需要综合分析矿区煤质，据此制定合理开发利用方案促进煤的洁净利用具有十分重要的意义[1-7]。

1 矿区概况

巴里坤纸房矿区(以下简称“纸房矿区”)位于县城北西方向约181 km，地处东经91°28′26″～91°45′01″、北纬44°23′54″～44°36′14″，矿区东西长约为26 km，南北宽约为12.6 km，总面积约为304.5 km2。纸房矿区含煤地层主要为侏罗系西山窑组，根据钻孔资料，结合地震及钻探资料，本矿区东部煤层赋存较好，西区主要钻遇西山窑组上段的C组煤和下段B组煤，共含煤21层，钻孔揭露最大纯煤厚度为36 m(14-1号孔)[8]。

2 煤质特征研究

本次主要针对纸房矿区西山窑组主可采煤层——B4煤层进行研究，收集了73个钻孔的煤质化验数据，采集测试煤样51件，分析整理了B4煤层原煤的工业分析、元素含量等指标数据，同时补充测定了煤对二氧化碳反应性指标。

2.1 主要煤质指标

B4煤层原煤主要煤质指标见表1。

表1 B4煤层原煤主要煤质指标

(1)灰分。B4煤层原煤的灰分为3.49%～20.52%，平均值为9.34%，依据《煤炭质量分级 第1部分：灰分》(GB/T 15224.3-2004)判别，B4煤层原煤为特低灰分-中灰分煤，总体为特低灰分煤。

(2)挥发分。B4煤层原煤的挥发分为36.82%～44.70%，平均值为40.94%，按照《煤的挥发分产率分级》(MT/T849-2000)判别，B4煤层原煤总体为高挥发分煤。

(3)全硫。B4煤层原煤的全硫为0.29%～0.76%，平均值为0.45%，按照《煤炭质量分级 第2部分：硫分》(GB/T 15224.3-2004)判别，B4煤层原煤总体为低硫煤。

(4)哈氏可磨性指数。B4煤层哈氏可磨性指数范围为41～63，平均值为48，按照《煤的哈氏可磨性指数分级》(MT/T852-2000)判别，B4煤层原煤总体为较难磨的煤。

(5)发热量。B4煤层原煤的干燥基低位发热量为24.06～30.09 MJ/kg，平均值为27.74 MJ/kg，依据《煤炭质量分级第3部分：发热量》(GB/T 15224.3-2004)判别，B4煤层原煤是中高热值-特高热值煤，总体为高热值煤。

(6)透光率。作为确定区别褐煤与烟煤的重要依据，B4煤层透光率最低为68%、最高为99%，均大于50%，因此可以判定B4煤层原煤不属于褐煤。

(7)粘结性。参照国家煤炭行业标准，矿区B4煤层中的原煤大多数属于不粘结的煤，GR.I.测试值为0；个别是弱粘结的煤，GR.I.测试值均小于5。

(8)焦油产率。B4煤层原煤的焦油产率为4.4%～14.0%，平均值为9.6%，按照《矿产资源工业要求手册》(2014年修订本)判定，B4煤层原煤总体为富油煤。

2.2 化学元素

B4煤层原煤元素含量见表2。

表2 B4煤层原煤元素含量

(1)有害元素。B4煤层原煤中磷(Pd)的含量为0.001 5%～0.065 0%，平均含量为0.013 0%，按照《煤中有害元素含量分级 第1部分：磷》(GB/T20475.1-2006)判别，B4煤层原煤总体为低磷煤；B4煤层原煤中的氟(Fd)含量为24～128 μg/g，平均值为57 μg/g，按照《煤中有害元素含量分级第5部分：氟》(GB/T20475.5-2020)判别，B4煤层原煤总体为特低氟煤；B4煤层原煤中的氯(Cld)含量为0.003%～0.119%，平均含量为0.050%，按照《煤中有害元素含量分级第2部分：氯》(GB/T20475.2-2006)判别，B4煤层原煤总体为特低氯煤；B4煤层原煤中的砷(Asd)含量为0～3 μg/g，平均值为2 μg/g，按照《煤中有害元素含量分级第3部分：砷》(GB/T20475.3-2012)判别，B4煤层原煤是一级含砷煤；B4煤层原煤中的铅(Pbd)含量为0～14 μg/g，平均含量为5 μg/g,按照《煤中铅含量分级标准》(MT/T 964-2005)判别，B4煤层是低铅煤。

(2)各煤层有益元素含量普遍较低，只有个别点位的钒元素达到开采品位，没有明显的工业利用价值。

2.3 煤灰成分及煤灰熔融性

矿区内B4煤层煤灰成分主要以酸性物质(SiO2+Al2O3+TiO2)为主，按照《煤灰软化温度分级》(MT/T853.1-2000)和《煤灰流动温度分级》(MT/T853.2-2000)判别，B4煤层煤灰软化温度ST范围为1 201～>1 400 ℃，是较低软化灰-高软化的灰；B4煤层煤灰流动温度FT为1 212～>1 500 ℃，为较低流动灰-高流动灰。

2.4 煤对CO2的反应性

测定了B4煤层原煤对CO2的反应性，见表3。

表3 B4煤层原煤对CO2反应性 %

由表3可以看出，燃烧温度为900、950、1 000 ℃时，B4煤层原煤对CO2反应性依次为40.0%～56.7%、57.5%～90.9%、63.4%～97.3%，表明B4煤层原煤对CO2的反应性良好。

2.5 结渣性

煤灰结渣致使煤中的碳未反应完全就被排出炉外，炉内结渣严重时还会导致停产。B4煤层原煤的结渣性见表4。

表4 B4煤层原煤的结渣性

依据《矿产资源工业要求手册》(2014年修订本))判定，B4煤层为弱结渣性煤。

3 煤类与洁净等级划分

3.1 煤种

按照《中国煤炭分类标准》(GB5751-2009)，B4煤层原煤挥发分为36.51%～44.70%，粘结指数GR.I.小于5，透光率PM大于50%。50个测试点后判定B4煤层原煤为长焰煤，判定1个测试点为不粘煤，因此可以综合判定B4煤层原煤为长焰煤(CY)。

3.2 煤的洁净等级划分

煤炭清洁利用潜势划分是煤炭分级、分质、清洁高效利用的依据之一。B4煤层原煤的全硫为0.29%～0.76%、灰分为3.49%～20.52%、砷元素含量为0～3%、氯元素含量为0.003%～0.119%、氟元素含量为24～128 μg/g，依据煤炭清洁利用潜势评价体系[9]判定，并根据煤的洁净等级划分对比可知，纸房矿区B4煤层原煤属于Ⅲ级较好洁净煤。

4 煤的清洁利用前景分析

4.1 动力用煤前景分析

动力煤的主要用户之一是工业锅炉、窑炉等，要探讨动力煤的资源评价指标，需要了解动力煤的燃烧方式及其对煤质的基本要求[10]。通过对比《商品煤质量 链条炉用煤》(GB/T 18342-2018)、《商品煤质量 发电煤粉锅炉用煤》(GB/T 7562-2018)和《商品煤质量 水泥回转窑用煤》(GB/T 7563-2018)的用煤要求可知，纸房矿区B4煤层原煤可以作为链条炉用煤、粉煤锅炉用煤和水泥回转窑用煤。

4.2 炼焦用煤前景分析

通过对比《炼焦用煤技术条件》(GB/T 397-2009)用煤要求可知，矿区B4煤层原煤不符合炼焦用煤的要求，但除了粘结指数不符外，B4煤层原煤还具有低硫、低灰、低磷的特点，可以作为炼焦用煤的配合煤。配用一部分的长焰煤在不影响焦炭性能的前提下，缓解了炼焦煤资源不足的问题，也能起到降低焦炭的灰分和硫分以及焦配煤的成本的作用[11-12]。

4.3 兰炭用煤前景分析

兰炭正逐步取代冶金焦被广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产，成为一种不可替代的炭素材料[13]。通过对比《兰炭用煤技术条件》(GB/T 25210-2010)可知，B4煤层原煤总体上符合兰炭用煤技术条件对用煤的要求。

4.4 气化液化用煤前景分析

通过对比《常压固定床气化用煤技术条件》(GB/T 9143-2008)、《气流床气化用原料煤技术条件》(GB/T 29722-2013)、《直接液化用原料煤技术条件》(GB/T 23810-2009)、《气流床气化用原料煤技术条件》(GB/T 29722-2013)、《流化床气化用原料煤技术条件》(GB/T 29721-2013)可知，B4煤层原煤符合常压固定床气化、气流床气化用对原料要求，部分符合流化床气化和直接液化用煤的要求。

5 结论

通过综合分析纸房矿区煤的物理特性、煤的化学性质以及煤的工艺性质可知，纸房矿区B4煤层主要以长焰煤为主，并含有少量的不粘煤，煤质特征为以低灰分、高挥发分、特低硫、高热值煤、具弱结渣性、对CO2的反应性较好，且为富油煤，属于Ⅲ级较好洁净煤，工业使用前景宜作为动力用煤和气化用煤，同时可做炼焦配合煤和兰炭用煤。

B4煤层有害元素含量总体较低，但个别指标偏高，应当给予适当注意，建议将煤炭的开采利用与环境协调发展有机结合起来，在开采加工的过程中采取原煤洗选、淋滤、燃烧颗粒物回收、添加吸附剂或吸附装置等技术手段进行控制，将对环境的影响降低到最低限度。