贵州省比德向斜北西端勘查区煤岩煤质特征分析*

2022-05-26黄婉

陕西煤炭 2022年3期

黄婉

(贵州省煤田地质局一四二队，贵州贵阳 550000)

0 引言

中国煤炭资源丰富，长期以煤炭为主体的能源消费结构带来诸多环境问题[1-3]。大力发展洁净煤技术，开发利用洁净新能源，是当前我国能源发展的最佳选择；开展洁净煤技术的地质研究是煤炭洁净转化的重要基础，首先应深入开展煤岩煤质特征研究，分析煤中成分组成、有害物质及在燃烧、转化过程的迁移规律，为煤炭洁净利用提供依据[4-7]。

比德向斜勘查区是贵州省织金矿区一个待开发的矿井，分析其煤岩煤质特征，为研究其煤炭资源的高效、洁净利用及远景规划提供依据。勘查区位于贵州省纳雍县西部、六盘水市水城县东部，为一不规则多边形[8]，南东至北西向长约13.11 km，北东至南西向宽约9.35～10.32 km，面积123.59 km2。

1 地质背景

在区域构造上，位于比德向斜北西端，加嘎背斜北西端的南西翼。加嘎背斜紧陡，比德向斜宽缓，勘查区内构造形态受此影响明显，受加嘎背斜的影响，北东翼地层倾角陡，一般40°～50°；南西翼地层倾角缓，一般小于15°。走向上地层倾角变化不大，倾向上浅部到深部(从加嘎背斜至比德向斜方向)，地层倾角由陡变缓。

据钻孔资料，勘查区含煤地层为龙潭组，出露于勘查区两翼浅部。含可采煤层8层，煤层厚度9.02～16.94 m，平均12.33 m，可采含煤系数3.5%，其中，3、4、5、6号煤层位于上煤组，14、16号煤层位于中煤组，28、31号煤层位于下煤组。全区可采煤层为3、4、5、6、16、31号煤6层，大部可采煤层为14、28号煤2层，均为较稳定型。

2 煤岩特征

煤的颜色为黑灰色-黑色，以块状及碎块状为主，似金属光泽，煤层致密、坚硬，一般均显层理，断口参差状和平坦状，细条带状结构，煤中见有薄膜状及网状方解石充填裂隙，偶见黄铁矿结核。

煤岩鉴定结果表明，煤层以亮煤为主，镜煤次之，暗煤和丝炭少量；煤岩类型为半亮型-半暗型；显微组分中有机组分含量为81.32%～89.36%，其中，镜质组平均含量为75.96%，惰质组平均含量为24.04%，微观煤岩类型为微镜惰煤；无机总量为4.68%～21.01%，以黏土矿物为主，黄铁矿和石英次之，少量方解石。

3 煤质特征

3.1 煤的化学性质

原煤空气干燥基水分(Mad)为0.34%～3.69%，平均1.24%；浮煤空气干燥基水分(Mad)为0.37%～1.93%，平均0.92%。见表1。

表1 可采煤层化学性质分析Table 1 Analysis of chemical properties of mineable coal seams

原煤灰分产率(Ad)为11.55%～39.94%，平均25.74%；浮煤灰分产率(Ad)为3.58%～21.54%，平均10.92%。勘查区内可采煤层均属中灰煤(MA)。经洗选后，4、5号煤层灰分小于10%为特低灰煤(SLA)，其余煤层均属低灰煤(LA)。

原煤挥发分产率(Vdaf)为6.38%～19.95%，平均为11.60%；浮煤挥发分产率(Vdaf)为5.73%～15.20%，平均为9.18%。除3、4号煤层浮煤为低等挥发分煤(LV)，其余煤层均为特低挥发分煤(SLV)。

可采煤层原煤干燥基固定碳含量为49.13%～83.74%，平均值为65.73%。勘查区内3、6、16号煤层均属中等固定碳煤(MFC)，4、5、14、28、31号煤层属于中高固定碳煤(MHFC)。

原煤硫分(St，d)为0.16%～6.67%，平均值为1.51%，5、6、31煤层属低硫煤(LS)，16、28号煤层均属中硫煤(MS)，3、4、14号煤层均属中高硫煤(MHS)。经洗选后，浮煤硫分(St，d)为0.23%～2.25%，平均值为0.90%，其中，5、6、16、31号煤层硫分均小于1%。

3.2 煤的工艺性能

原煤空气干燥基高位发热量(Qgr，d)为20.21～31.46 MJ/kg，平均值为25.90 MJ/kg；干燥基低位发热量(Qnet，d)为21.02～29.54 MJ/kg，平均值为26.01 MJ/kg。勘查区内可采煤层均为中高发热量煤(MHQ)，其工艺性能指标见表2。

表2 可采煤层工艺性能指标统计Table 2 Statistics of technical performance indicators of mineable coal seam

可采煤层中煤灰成分以含SiO2为主，含量为27.64%～82.20%，平均值为62.45%；其次为Al2O3、Fe2O3，含量分别为7.90%～25.22%和2.27%～23.88%，平均值分别为14.97%和10.16%；CaO的含量为0.34%～22.30%，平均值为4.64%。其它煤灰成分的含量均值都小于2.00%。

煤灰成分中Fe2O3含量相对较高的3、4、14号煤层原煤硫分含量也较高，均为中高硫煤。从上述原煤各形态硫来分析，无机硫化铁硫占总硫分的86.75%，有机硫占总硫分的11.92%；从降硫率来看，中高硫煤的降硫率为45%～57%，中硫煤为32%～39%，低硫煤为27%～30%，说明煤层中的硫有很大一部分富集在黄铁矿中，成煤环境受海水影响，理论上应该易洗选脱除[9-10]。

各煤层的碱酸比分别为0.31、0.26、0.18、0.17、0.20、0.24、0.23、0.14；结污指数分别为0.11、0.09、0.08、0.10、0.13、0.17、0.14、0.13；结渣指数分别为0.71、0.59、0.15、0.16、0.52、0.30、0.34、0.18。上述煤层除3号煤层煤灰中等结渣外，其它煤层均不易产生污垢，低等结污，低等结渣。

各可采煤层中煤灰软化温度(ST)为1 130～>1 500 ℃，平均值为1 327 ℃；煤灰流动温度(FT)为1 160～>1 500 ℃，平均值为1 360 ℃。从表2可知，Al2O3含量相对较高的5、6、31号煤层属中等软化温度灰、较高流动温度灰，而其余煤层属较低软化温度灰、中等流动温度灰。在上述规律性表明煤灰成分中仅Al2O3是增高煤灰熔融性软化温度和流动温度的主要成分[11-12]。Al2O3是由黏土脱结晶水而形成的，推测5、6、31号煤层应形成于偏干燥的环境，同时，与煤中硫分含量偏低的特征性吻合。

4 煤类及煤质变化程度

勘查区各可采煤层浮煤干燥无灰基挥发分为5.73%～15.20%，平均值为9.18%；浮煤干燥无灰基氢含量3.14%～4.37%，平均值为3.80%。同时，各可采煤层煤层镜质组最大反射率(R°max)为2.49%～2.69%，平均为2.57%，显微硬度为29.0～31.0 N/mm2，平均为30.2 N/mm2，煤的变质阶段为高煤级煤Ⅰ级。据此，可采煤层的煤类主要为无烟煤三号(WY3)，并伴有少量贫煤；垂向上，贫煤分布点自上而下、自西向东逐渐减少；平面上，可采煤层自西而东煤化程度逐渐加强，贫煤主要分布在勘查区西部，埋深对煤化程度起主导作用。