三塘湖煤田汉水泉矿区11号煤层煤质特征

张相，梁雅菲 ，吴斌 *，惠一凡(.新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队，新疆 乌鲁木齐 830009；.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047)

0 引言

我国使用最广泛的能源矿产资源是煤炭。虽然我国煤炭资源当前已探明储量较为丰富，但是勘探程度和达到经济开采指标的储量仍偏低，因此合理、高效地勘探开发和开采成为了当前的热点和重点。汉水泉矿区位于新疆东北部三塘湖勘查区西北部的一个重点地带，其中含有大量煤炭的地层主要是其中的西山窑组，拥有储量富足的煤炭资源，有极大的研究和开发价值。

1 地质概况

汉水泉研究勘探区地处新疆维吾尔自治区三塘湖煤田矿区的西北部，面积748.73 km2[1]。通过地面地质填图、二维地震和钻探等综合勘查方法的应用，确定勘查区地层由老到新，主要有石炭系(C)、二叠系(P)、下侏罗统八道湾组(J1b)、下侏罗统三工河组(J1s)，中侏罗统西山窑组 (J2x)、新近系(N)、第四系(Q)。含煤地层是中侏罗统西山窑组(J2x)以及下侏罗统八道湾组(J1b)。在所普查的区域范围内，西山窑组地层为主要储煤地层[2]，分布范围较广，大多上覆新生代地层，仅在54～66线南部存在少量露出，该组地层有含煤层22层，地层厚度一般为474. 90～772.2 m，平均厚度约570.1 m，地层厚度总体变化趋势不大，位置如图1所示。

图1 三塘湖矿区汉水泉矿区位置图

11号煤层所在地区大约处于中侏罗统西山窑组(J2x1)下段，厚度0.14～17.19 m，厚度的平均值约为3.44 m。煤层为比较简单的地质结构，一般煤层含夹矸小于2层，岩性多是粉砂岩和炭质泥岩。其中的煤炭种类较单一，煤层较为稳定，可开采区域面积较大。11号煤层的储煤面积是466 km2，供可采面积是408 km2[3]。

2 煤岩特征

2.1 物理性质

煤矿地区11号矿的煤层基本外观是黑色的，条痕的颜色大致呈现出黑褐色，结构整体为条状和带状，且煤层具有大量的块状构造，半坚硬，断口呈现出贝壳状，内生的裂隙发育比较好，性脆，具有沥青—玻璃光泽，属于半亮—光亮型煤。经采样化验：视相对密度(ARD)一般在1.26～1.38之间。

2.2 煤岩成分及类型

宏观上本区大多为亮煤，其中伴有少量的暗煤，属光亮型煤。有机组分：11号煤层中的镜质组含量约为8.10%～97. 50%，平均含量在70.58%左右，主要成分是基质镜质体和碎屑镜质体。基质镜质体油浸反射色为深灰色，不完全显示细胞结构，特征是无固定状表面纯净且结构残缺，不显凸起[4]；碎屑镜质体结构大多数是不规则状，而且还能见到基质半镜质体，且其油浸反射色颜色表现为深灰色，不显示凸起。惰质组含量一般是0.70%～91.90%之间，平均含量是在27.56%，丝质体中大多为被氧化的丝质体，保存有不完整的结构，油浸反射色表现出深灰色，具有一个较高的凸起。观察试验得到壳质组为在孢粉体中表现为蠕虫状分布的小孢子体，根据上述的煤岩鉴定试验结果，镜质体和惰质体含量总和大于95%，煤层显微煤岩类型为微镜惰煤[5]。

无机组分平均占总量的13. 98%，成分为粘土矿物和硫化物类矿物。粘土矿物大多数表现为浸染状或薄层状，含量在5.50%～29.50%之间，平均含量是10. 24%。硫化物类矿物(如黄铁矿)，在煤层的裂隙中以脉状分布方式进行充填，硫化物类在无机组分的比例中平均占到0. 40%。原煤43件样品经过实测后，干燥基全硫处于0.21%～1.87%，平均值是0.64%；实测浮煤16件样品干燥基全硫在0.19～0.91之间，平均值是0.51%。以特低硫、特硫为大多数，是11号煤层原煤的总体特征，中硫煤点仅有个别出现，根据煤炭质量分级GB/T 15224.2—2010，总体属特低硫-低硫煤。通过对原煤、浮煤的各种硫分析测试成果的对比中，原煤、浮煤均以有机硫为主，其次为硫化铁硫。

3 工业分析

3.1 水分

对11号煤层各132件原煤和浮煤样品进行工业分析：原煤水分在0.67%～10.10%之间，平均3.57%；浮煤水分在1.34%～9.16%之间，平均4.44%。属低水分煤层。

3.2 灰分产率

对11号煤层各132件原煤和浮煤样品进行了工业分析：其中原煤干燥基灰分产率(Ad)在3.53%～37.59%之间，平均为15.56%，浮煤干燥基灰分产率则为2.01%～15.38%，平均6.62%。11号煤层的原煤灰分总体主要是低灰或特低灰，中灰局部出现，高灰点则呈个别出现；浮煤在经过分选试验后灰分产率下降成为低灰分或者特低灰，根据煤炭质量分级CB/T15224.1—2010标准，本文所研究的对象属特低灰-低灰煤层。

3.3 挥发分产率

对11号煤层各132件原煤和浮煤样品进行了分析：原煤干燥无灰基挥发分产率(Vdaf)是35.77%～60.90%，平均产率是48.05%，浮煤干燥无灰基挥发分产率(Vdaf)在35.37%～54.38%之间，平均产率是47.71%。本研究中的11号煤层中的原煤和浮煤以高挥发分为主要特征，个别煤层点中高挥发分和特高挥发分，根据MT/T 849—2000评价标准，11号煤层所储存的煤属于高挥发分煤。11号煤层工业分析成果如表1所示。

表1 工业分析成果表(两极值/平均值)

4 元素分析

11号煤层浮煤经25件煤样测试，其中碳含量76.57%～ 84.25%，平均79.06%；氢含量4.81%～6.60%，平均5.82%；氮含量0.84%～1.85%，平均1.15%；硫加氧含量7.69%～16.84%，平均13.79%。

11号煤层原煤经132件煤样测试：干燥基磷含量在0～0.223%之间，平均值为0.036；44件浮煤样品干燥基磷含量在0～0.187%之间，平均值为0.028%；经洗选后，浮煤的干燥基磷含量大大降低，原煤以特低磷、低磷为主，可见个别中磷和高磷煤层点，据煤中有害元素含量分级GB/T 20475.1—2006，研究的11号煤层总体是特低磷-低磷煤特征。132件原煤煤样测试中干燥基氯含量在0.003%～0.332%之间，平均干燥基氯含量为0.048%，主要为特低-低氯煤。测试132件原煤样品的干燥基氟含量处在11～239 μg/g内，平均值为75 μg/g，测试44件原煤样品的干燥基氟含量在9～67 μg/g之间，平均值为38 μg/g，原煤中氟含量较低。132件原煤煤样测试中干燥基砷含量在0～10 μg/g之间，平均值为2 μg/g，44件浮煤样品干燥基氟含量在0～5 μg/g之间，平均值为1 μg/g。

5 工艺性质

5.1 煤的燃烧性

5.1.1 发热量

经37个样品测试，原煤干基高位发热量(Qgr.d)：在18.17～ 32.29 MJ/kg之间，平均值是27.03 MJ/kg左右；经过分选试验后，浮煤空气干燥基高位发热量(Qgr.ad)在21.35～31.87 MJ/kg之间，平均值是28.67 MJ/kg左右。11号煤层的原煤主要是中高发热量的煤，高发热量煤则是其次，个别煤层点存在特高发热量煤、少数中发热量和中低发热量煤，根据煤炭质量分级GB/T15224.3—2010评价的标准，本煤层的总体应该是中高—高发热量的煤层。

5.1.2 灰成分

经37个样品测试，SiO2含量一般在12.35%～57.59%之间，平均39.07%。Al2O3含量一般在8.36%～30.84%之间，平均22.18%。Fe2O3含量在1.34%～28.03%之间，平均5.88%。CaO含量1.67%～33.90%之间，平均10.13%。MgO含量在0.86～10.46%之间，平均3.13%。SO3含量在0.78%～22.96%之间，平均4.91%。TiO2含量在0.28～1.96%，平均1.05%。原煤煤灰熔融性软化温度(ST)在1 160～1 390 ℃之间，平均为1 304 ℃。测试结果如表2所示。

表2 原煤煤灰成分 单位：%

5.1.3 煤灰熔融性

经37个样品测试，其软化温度(ST)处于1 160～1 390 ℃之内，平均值是1 304 ℃。属于中等软化温度灰。煤灰流动温度(FT)数值范围在1 200～1 390 ℃之间，其温度平均值为1 324 ℃左右，具有中等流动温度灰的特征。关于煤灰融性测试成果如表3所示。

表3 煤灰融性测试成果表 单位：℃

5.2 煤的焦油产率

25件低温干馏煤样焦油产率为3.70%～21.60%，平均值14.50%，是高油煤。测试结果如表4所示。

表4 低温干馏分析测试成果表 单位：%

5.3 煤层结渣性

从11号煤层的结渣性试验结果可以得知，当鼓风强度为0.1～0.3 m/s时，煤层的结渣率和结渣性强度均分布在弱结渣区[6-7]。测试结果如表5所示。

表5 煤层结渣性测试成果表

5.4 煤对二氧化碳化学反应性

为测试原煤对二氧化碳化学情况，对7件煤样进行了测试，发现了随着升高的温度，研究区煤样会不断溢出二氧化碳(CO2)，当温度上升达到了950 ℃的时候，二氧化碳(CO2)的还原率在60%以上，属于极强活跃性煤。测试结果如表6所示。

表6 煤对二氧化碳反应测试成果表

6 结语

(1)三塘湖煤田汉水泉矿区11号煤层的主要性质是具有高热值、高热稳定性、特低硫、高挥发分、特低氯、低磷、低氟、一级含砷，同时煤层具有较高含油率。

(2)该研究的目标煤层属于一种比较稳定的煤层，且大部分都能被采。在火力发电、工业炼焦、工业用还原剂、工业燃烧及民用取暖的诸多方面均有较为良好的运用前景。