三塘湖煤田石头梅矿区9-1号煤层煤质特征分析

2021-08-16杨峰高文博罗锦昌惠一凡新疆天池能源有限责任公司新疆昌吉83799新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830047

化工管理 2021年22期

杨峰，高文博，罗锦昌*，惠一凡 (.新疆天池能源有限责任公司，新疆昌吉 83799；.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐 830047)

0 引言

煤炭资源作为我国能源供应的主要部分，其地位在短期内难以被代替。三塘湖盆地地处新疆维吾尔族自治区东北部，西侧与准噶尔盆地相邻，南部为吐哈盆地，是西北重要含煤区域，煤炭资源极为[1-3]丰富。前人对该区的研究主要集中在库木苏矿区、汉水泉矿区和条湖矿区，关于石头梅矿区的研究较为欠缺，本文以煤岩学、煤化学等理论为指导，以石头梅矿区钻孔的煤样分析结果为基础，研究9-1煤层煤岩、煤质特征，进行工艺性能相分析，为评价煤岩、煤质、高效开采利用煤炭资源等提供依据[4]。

1 区域地质概况

石头梅矿区位于新疆三塘湖煤田三塘湖勘查区石头梅凸起西南部，东西长约20.5 km，南北平均宽约9.8 km，面积194.67 km2，如图1所示。矿区地表为第四系广泛覆盖，含煤地层超覆于石炭系、二叠系之上。该矿区地质构造是一种由轴向东西转北东的复式向斜构造，地层倾角通常在5～10°之间，南翼倾角15～30°，北翼受到断层的影响，倾角在30～65°左右。有断层落差大于50 m的梯形断层5条，落差小于50 m的梯形断层1条。该区煤层主要存在于西山窑组下段(J2x1)，含煤1～9层。煤层编号为5～12号。煤层总厚2.08～69.30 m，平均厚38.85 m，该段地层平均厚约350 m，含煤系数为11.1%[5-6]。

图1 三塘湖矿区石头梅矿区位置图

9-1煤层，位于西山窑组下段中部，共有187个钻孔控制该层，182个见煤点，182个可采点。该煤层与9-2煤层间距在2～10 m之间，平均间距为10.47 m，局部厚度可达20～30 m。煤层厚度为1.14～53.59 m，平均厚度23.24 m; 可采厚度为1.29～53.59 m，平均厚度23.68 m。煤层结构情况不一，简单-复杂，一般夹矸1-3层，局部4-6层，最大可达9层。该煤层由9号复煤层分离出来，厚度上在详查区南部，厚度较大，走向和倾向上变化不大；详查区中北部，因由9号复煤层分离而来，故厚度变化较大，总体趋势为走向上由西向东，逐渐变薄；倾向上由南向北有变薄趋势。该煤层可采煤层面积大约186 km2，1 000 m以浅，该煤层可采面积约132 km2，可采性指数(Km)=1.0，可以稳定开采。煤层顶板岩性以粉砂岩为主，局部煤层为中砂岩，底板岩性为粉砂岩、局部为中砂岩、粗砂岩。

2 煤质特征

2.1 煤的物理性质

勘查区以暗色煤为主，含少量亮煤，黑色，光泽暗淡，少量黑色丝状炭黑，褐色条纹，条带状构造，块状构造，半坚硬，裂隙呈阶梯状，有少量壳状孔，内生裂隙较发育。可采煤层9-1号煤层密度1.27～1.40 g/cm3，平均为1.32 g/cm3。

2.2 煤岩显微特征

有机组分以惰质组为主，镜质组次之。测试样品镜质组含量在4.3%～23.5%，平均17.5%，惰质组含量76.5%～95.7%，平均82.5%。镜质组主要以无结构镜质体中的基质镜质体和碎屑镜质体为主，基质镜质体油浸反射色为浅灰色-灰白色，不完全显示细胞结构，为无固定状表面纯净且结构残缺，略显-显凸起；碎屑镜质体大多为不规则状结构，也可见基质半镜质体，其油浸反射色为浅灰白色，显凸起[7]。总体而言，镜质组较惰质组分布较少，惰质组以丝质体中的氧化丝质体和微粒体为主，其结构保存不完整，油浸反射色为白色-亮白色，凸起高。煤岩组分成果如表1所示。

表1 石头梅矿区9-1号煤层煤岩组分表

2.3 煤的化学性质

2.3.1 水分

9-1煤层属低水分煤层。其含水率在1.55%～8.49%之间，平均为4.29%。浮煤空气干燥基的水资源利用率在1.27%～9.60%之间，平均为6.24%。

2.3.2 灰分产率

9-1号煤层原煤干燥基灰分产率(Ad)在4.74%～33.01%之间，平均为10.92%，洗选后浮煤灰分产率(Ad)在2.05%～15.83%之间，平均4.54%，根据我国煤炭质量分级标准，本煤层灰分产率以特低灰为主，低灰次之，总体属低灰-特低灰的煤层，如图2所示。

图2 石头梅矿区9-1号煤层灰分等值线图

2.3.3 挥发分产率

9-1号煤层煤样干燥无灰基挥发分产率(Vdaf)在23.18%～52.04%之间，平均为33.40%，浮煤Vdaf在29.26%～51.53%之间，平均33.59%，根据《煤炭资源勘查煤质评价规范》，煤层挥发分产率以中高挥发分煤层为主，高挥发分和中等挥发分煤层少量，总体属中高挥发分煤，如图3所示。

图3 石头梅矿区9-1号煤层挥发分等值线图

石头梅矿区9-1煤层工业分析成果如表2所示。

表2 石头梅矿区9-1煤层工业分析成果表(两极值/平均值)

2.3.4 元素分析

9-1号煤层原煤无灰基碳元素含量在73.31%～84.27%，平均79.59%。其次为干燥无灰基氧加硫元素的含量，其含量在12.02%～17.13%之间，平均为14.79%，氢元素含量在1.42%～7.79%之间，平均4.32%，氮元素少量，平均1.29%，如表3所示。

2.3.5 有害元素

石头梅矿区9-1煤层有害元素分析成果如表4所示。

表4 石头梅矿区9-1煤层有害元素分析成果表

硫：经过测试，原煤干燥基全硫处于0.06%～1.28%之间，其平均值为0.44%；浮煤干燥基全硫在0.01%～0.37%之间，平均值为0.26%。本煤层原煤总体以特低硫、特硫为主，仅出现个别中硫煤点，根据GB/T 15224.2—2010《煤炭质量分级第2部分：硫分》，总体属特低硫-低硫煤。

磷：原煤干燥基磷含量在0～0.078%之间，平均值为0.012；浮煤干燥基磷含量在0～0.021%之间，平均值为0.006%；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，依照国内煤中有害元素含量分级标准，本煤层总体属特低磷-低磷煤。

氯：原煤中氯离子含量为0.012%～0.017 9%，平均为0.049%。其中，低氯煤和特低氯煤是主要的见煤点，特低氯煤是本区的主要煤层，但有些点氯相对富集。

氟：原煤氟含量18～223 μg/g，平均56 μg/g；浮煤fad含量10～74 μg/g，平均31 μg/g，氟含量普遍偏低。

砷：本煤层各孔空气干燥基砷含量一般在0～2 μg/g之间，平均为1 μg/g。

3 煤的工艺性能

3.1 煤的发热性

9-1号煤层煤样高位发热量(Qgr.d)：在21.06～30.35 MJ/kg之间，平均为27.76 MJ/kg；经洗选后，浮煤空气高位发热量(Qgr.ad)在27.41～30.82 MJ/kg，平均为28.71 MJ/kg。按照我国煤质分级评价标准，9-1号煤层为高发热量煤层，如图4所示。

图4 石头梅矿区9-1号煤层高位发热量等值线图

3.2 煤的灰成分及灰融性

3.2.1 灰分

9-1号煤层煤样SiO2含量一般在22.96%～55.45%之间，平均38.02%。Al2O3含量一般在8.04%～20.34%之间，平均13.27%。Fe2O3含量在1.92%～15.54%之间，平均7.55%。CaO含量在3.78%～34.25%之间，平均17.52%。MgO含量在0.77%～10.15%之间，平均3.05%。SO3含量在1.36%～13.05%之间，平均8.25%。TiO2含量在0.55%～1.39%，平均0.81%。

3.2.2 灰融性

9-1号煤层煤样煤灰熔融性其软化温度(ST)在1121～1 400 ℃之间，平均为1 223 ℃，属较低软化温度灰。煤灰流动温度(FT)在1147～1 400 ℃，平均为1 255 ℃，属较低流动温度灰。