盘州矿区煤岩煤质特征及清洁高效利用方向

邓 雷，杨龙峰，靖剑中

(贵州省煤炭产品质量监督检验院国家煤炭清洁转化质量监督检验中心，贵州 六盘水 553000)

0 引言

随着我国对“双碳”目标的提出[1-2]，煤炭资源的清洁高效利用成为研究重点。煤炭的分级分质利用是实现煤炭清洁高效利用的有效途径[3]，只有做到各类原煤投放到相应的生产中、稀缺煤炭保护性开采，才能让煤炭附加值利益最大化[4-5]，资源浪费和环境污染最小化，从而遏制只关注发热量用来发电造成的资源浪费。这就使我们对煤炭的加工、利用和洗选提出更高的要求，更加关注对煤炭“源头”的分析和利用[6-7]。煤岩煤质特征分析是实现这一路径的有效方法，通过分析预测，结合煤矿分布能有效的指导煤化工企业建设，最终实现煤炭清洁高效的利用。

1 矿区概况

六盘水市煤炭产出层位有下二迭统梁山组，上二迭统龙潭组、上三迭统火把冲组、三选系与宋罗系“过渡层”以龙潭组中的煤炭资源分布广泛，蕴藏量丰富，煤种齐全，煤质颇佳，具有良好的经济价值。其中盘州矿区属于下二迭统梁山组过渡相区及新第三系翁哨组，以碎屑岩沉积为主，偶夹泥灰岩和透镜状菱铁岩[8-9]。一般含煤40-50余层，可采10余层，多分布于煤组中上部，厚5.16～32米。目前累计探明储量89.16亿吨，保有储量87.75亿吨，原煤年产量4476万吨；煤层赋有条件好，煤质优良、易开采、煤种(焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫煤、无烟煤)齐全，工业利用值高。然而现有煤炭产品结构单一，产业链短，抗市场风险能力低，以粗放型为主，未将资源优势发挥到极致。

图1 盘州矿区向斜分布图Fig.1 Distribution of synclines in Panzhou mining area

2 采样与检测

本次研究针对现生产煤层，涉及7个向斜(背斜)、55口矿井、138个煤层，参照《煤层煤样采取方法》(GB/T 482-2008)采集138批次分析样品。样品的制作与分析参照相应的国家标准进行检测，主要为岩相分析、工业分析、有毒有害元素分析、工艺性能分析和煤灰成分分析，共涉及28项检测参数。由于该矿区分布范围较广，地质较为复杂，煤岩煤质特征有较大的区别，所以此次分析主要以向斜(背斜)为单位，这样便于煤碳资源的整合开采与利用。

2.1 土城向斜

该向斜主要以焦煤为主，其次为肥煤、气煤和瘦煤，资源储量19.73亿吨。该区域目前在开采的有14口矿井，涉及煤层28个，共检测28批次样品，部分主要检测参数如表1所示。从表中可以看出，以低灰-较低软化温度-特低硫-中高粘结-特低有害元素-较低流动温度-中等可磨为主，参照煤化工用煤技术条件[10-14]，可直接用于煤粉气流床原料，经过洗选后是冶金焦和铸造焦较好的原料用煤。

表1 土城向斜照子河向斜部分检测结果Tab.1 Test results in Tucheng syncline and Zhaozihe syncline

2.2 照子河向斜

照子河向斜煤岩镜质体最大反射率为0.90%～1.21%，以气煤、肥煤为主，其次为焦煤和瘦煤，资源储量丰富，目前已探明的1.78亿吨。本次研究共采集7批次样品，部分主要参数检测结果如表1所示，该区域呈现出：中灰-低硫-特低磷-微黏结的特点。根据此次实验数据，结合煤化工用煤技术条件[10-14]，该向斜利用方向为：主要为流化床气化用原料煤，综合评价Ⅲ级。

2.3 盘关向斜

盘关向斜主要分为东翼和西翼，煤岩镜质体最大反射率介于0.60%～2.44%之间，煤种丰富。盘关向斜东翼以贫煤、瘦煤为主，其次为焦煤、无烟煤，资源储量 9.13亿吨。盘关向斜西翼以肥煤、气煤为主，其次为焦煤、贫煤、瘦煤，资源储量 12.64亿吨。煤品分布为：自北往南煤化程度逐渐加深，红果偏北及以北主要以焦煤、肥煤、1/3焦煤、气煤为主，红果偏南及以南地区大多为贫瘦煤、贫煤和无烟煤。本次研究共采集样品68批次，平均煤层厚度2.0米、1.5米，可开采量约1983.37万吨。根据此次实验数据，盘关向斜东翼主要为低灰-特低硫-中等流动温度-易磨煤-中等流动温度-中等软化温度为主(表2)，是较好的常压固定床气化用煤、流化床气化用原料煤及干煤粉气流床用煤；盘关向斜西翼主要以低灰-特低硫-特低磷-中粘结-较高流动温度-中等软化温度为主(表2)，经过洗选后是冶金焦和铸造焦较好的原料用煤。

表2 盘关向斜部分主要检测参数结果Tab.2 Test results in Panguan syncline

2.4 水塘向斜

水塘向斜煤岩镜质体最大反射率介于0.71%～1.29%之间，以焦煤为主，其次为贫煤、瘦煤，资源储量1.30亿吨，该区域煤质特质表现为：特低灰-特低硫-高流动温度-特低磷-强粘结(详见表3)，是优质的冶金焦和铸造焦用原料。

表3 水塘向斜和盘南向斜部分主要参数检测结果Tab.3 Test results in Shuitang syncline and Pannan syncline

2.5 盘南背斜

盘南背斜最大反射率介于0.66%～1.67%之间，以贫煤、瘦煤为主，其次为焦煤、无烟煤，本次试验涉及3家矿井6个煤层(银逢煤矿19#、17-2#；旧物基井区5#、19#；小河边煤矿M3、M5-2)，最大煤层厚度3.6米，最小的煤层厚度是1.4米，资源储量 41.40亿吨，可开采量6389.73万吨。煤质特征为：低灰-特低硫-中等流动温度-易磨煤-较高软化温度-较高流动温度-弱粘结性-低磷煤(表3)，是较好的常压固定床气化、流化床气化和干煤粉气流床用煤，对于部分中灰煤应与特低灰煤混合使用。

2.6 旧普安向斜

本次实验涉及1家矿井2个煤层(平迆煤矿K2、K3煤层)，煤层厚度分别为1.4米，最小煤层厚度1.15米，资源储量3.02 亿吨，可开采量5216万吨。最大反射率介于1.56～1.60之间，主要以无烟煤为主，煤质特征表现：低灰-特低硫-特低磷-无粘结-较高软化温度-较高流动温度(表4)，属于较好的常压固定床气化和流化床气化用原料煤，对于部分中灰煤应与特低灰煤混合使用；同时因其具有易磨的特点，通过与低流动温度煤进行一定比例混合后可作为干煤粉气流床用煤。

3 清洁利用方向讨论

1)稀缺资源的保护与利用

通过数据分析表明， 盘州矿区存在大量的冶金焦和铸造焦用煤，且属于优质的炼焦煤；根据相关资料显示[15]，我国的优质炼焦煤资源仅占探明储量的9%左右，随着我国工业的发展，优质炼焦煤的资源缺陷性凸显，主要表现为储量少、使用量大，优质焦煤是国内最稀缺煤种[16]，有研究显示[17]，我国的优质炼焦煤将在50年后会枯竭，焦煤或许会成为下一个稀土，对于该矿区的优质炼焦煤应加以保护性开采。

表4 旧普安向斜部分主要参数检测结果Tab.4 Test results in Jiupuan syncline

2)对煤炭资源进行分级分质利用

通过此次研究显示，该矿区煤岩煤质特征具有不同的特性，很难将该片区的煤炭资源进行粗放式的清洁利用，应对煤炭进行分质分级，通过洗选提质，提高该区煤碳资源的利用附加值；同时对于部分低质煤应进行混配使用，强化配煤技术研究或引入先进技术，并结合燃煤设备的特性，能够针对每种煤最大化地扬长避短，建设洁净煤技术示范以提高燃烧效率、减少酸雨源(减少 SO2、NOx排放)开发引进发电系统(IGCC)、煤制洁净燃料和CO2捕集为主要示范目标。

3)由燃料向原料的转变

通过研究表明：该矿区具有特低有害物质的特性，是间接液化的绝佳选择[18]，该项技术对煤质要求不高，可以生产清洁的油气产品、 大宗化工新材料和精细化学品，同时推动煤炭转化与可再生能源联合制氢、制材料和化学品等。应引进国内外先进技术，促进该矿区煤液化产业的发展。引进技术的同时应加快自主技术的研发，利用煤炭资源优势的契机，形成强大的产业工业示范基地，最终依靠引进与自主研发相结合，实现该矿区煤炭资源清洁高效、高附加值、低污染排放的利用。

4)煤灰跨产业耦合利用

通过此次研究显示：该矿区煤炭燃烧后的煤灰特性为SiO2、Al2O3偏高，全铁(TFe2O3)含量偏低 ；结合六盘水玄武岩的弱势特性：SiO2、Al2O3偏低，全铁(TFe2O3)含量偏高，这就制约了玄武纤维的发展，无法产业原料本土化；结合此次煤灰成分的研究与玄武岩的形成过程，均属于经过高温形成的产物，具有低有害元素的特性，所以可以进行这方面技术的研究，最终彻底能提高煤灰利用与玄武岩原料本土化的技术难题。

图2 盘州矿区煤炭清洁高效利用架构图Fig.2 Clean and efficient utilization of coal in Panzhou mining area

4 结论

1)该矿区表现为煤炭资源储量大，煤种丰富，以焦煤、肥煤、气煤为主，除具有低有害元素共性以外，其他煤质特征很难形成统一的使用方向，应根据各向斜煤岩煤质特征进行分质分级利用。

2)该矿区煤炭主要适用于炼焦用煤、常压固定床用煤和气化床用原料，对于一些低质煤用于常规发电，并进行适当的配比。

3)煤灰成分表现为低有害元素、高铝高硅低铁的特性，利用这一特性，可以强化煤灰应用的研究，以达到煤及煤灰高效清洁利用的目的。