南湾勘查区延安组可采煤层煤质特征分析与研究

刘 争

（宁夏回族自治区煤炭地质局，宁夏 银川 750001）

南湾勘查区位于宁南煤田王洼矿区南部,西距固原市原州区80km，南距彭阳县45km，隶属固原市彭阳县王洼镇管辖。其地层单元划分属华北—柴达木地层大区（Ⅲ）、华北地层区（Ⅲ4）、鄂尔多斯西缘地层分区（Ⅲ41）、桌子山—青龙山地层小区（Ⅲ41-2），大地构造单元位于柴达木—华北板块（Ⅲ）、华北陆块（Ⅲ5）、鄂尔多斯地块（Ⅲ51）、鄂尔多斯西缘中元古—早古生代裂陷带（Ⅲ51-1）、陶乐—彭阳冲断带（Ⅲ51-1-3）南端的车道—彭阳褶断带[1]。

勘查区内地表大部分被第四系黄土覆盖，基本无基岩出露。根据钻孔揭露地层由老至新依次有：三叠系上田组、侏罗系延安组、直罗组、安定组、白垩系保安群、新近系和第四系。含煤地层为侏罗系中统延安组，为一套河流—湖泊三角洲沉积，钻孔揭露最大厚度230.69m，含煤地层平均厚度124.28m。共含编号煤层5层，分别为一、四、五、八、九煤，平均总厚25.47m，含煤系数20.21%。可采煤层4 层，分别为一、五、八、九煤，可采平均总厚度24.9m，可采含煤系数19.8%。可采煤层层位稳定，厚度较大，结构以简单—较简单为主[2]。

1 煤的物理性质和煤岩特征

1.1 煤的物理性质

勘查区煤的颜色均为黑色，条痕褐黑色，沥青—弱沥青光泽，参差状、贝壳状断口，条带状结构，层状构造，半坚硬，内外生裂隙发育，裂隙多被方解石和黄铁矿充填，煤中常见结核状、星散状黄铁矿。一煤真密度平均1.54t/m3，视密度平均1.39t/m3；五煤真密度平均1.50t/m3，视密度平均1.36t/m3；八煤真密度平均1.54t/m3，视密度平均1.38t/m3；九煤真密度平均1.62t/m3，视密度平均1.40t/m3。

1.2 煤岩特征

各可采煤层的宏观煤岩组分以暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带和少量丝炭薄层，镜煤和亮煤成分含量20%～50%，各煤层的宏观煤岩类型均属半暗煤。

显微组分中镜质组含量较高，矿物中粘土类、碳酸盐类较高。去矿物基镜质组含量平均为66.1%～72.8%，依据《煤的镜质组含量分级》（MT/T 1160-2011）标准，均属中高镜质组煤。壳质组含量平均为2.2%～4.0%，依据《煤的壳质组含量分级》（MT/T 1161-2011）标准，均属中低壳质组煤。各煤层镜质组和惰质组之和均占显微组分的95%以上（表1），依据《显微煤岩类型分类》（GB/T 15589-2013）标准，显微煤岩类型均属微镜惰煤。

表1 各可采煤层显微煤岩特征（平均值）一览表

镜质组以基质镜质体为主，团块镜质体、碎屑镜质体及均质镜质体次之，结构镜质体很少见；惰质组以氧化丝质体及火焚丝质体为主，粗粒体及碎屑丝质体次之，少量半丝质体；壳质组以小孢子为主，少量大孢子、偶见树脂体；粘土类呈细分散状、团块及颗粒状；硫化物类黄铁矿以脉状为主，部分为星状、团块状及颗粒状；碳酸盐类多为方解石，少量菱铁矿，方解石以脉状为主、裂隙充填状次之，菱铁矿为团块状；氧化硅类的石英呈粒状。

1.3 煤的变质类型

各可采煤层镜质体最大反射率为0.46%～0.59%，平均0.53%～0.55%（表1），依据《镜质体反射率的煤化程度分级》（MT/T 1158-2011）标准，各煤层煤化程度分级属中煤级煤Ⅰ。测试结果表明各煤层镜质体最大反射率变化较小，同一煤层沿倾向随埋藏加深镜质体最大反射率呈现增大趋势，表明本区的煤随埋藏深度的加深，变质程度略有增高，属区域变质类型。

2 煤的化学性质

2.1 工业分析

（1）水分。各可采煤层原煤空气干燥基水分为0.77%～11.26%，平均5.72%～6.86%；浮煤空气干燥基水分0.40%～12.09%，平均5.49-5.95%。自上而下各可采煤层水分变化较小，大部分区域水分为6.00%～8.00%，局部小于6.00%，零星分布8.00%～12.00%水分。

（2）灰分。各可采煤层原煤灰分产率7.74%～36.68%，平均12.60%-25.09%；浮煤（1.4 密度液浮选）灰分产率3.90%～13.44%，平均4.91%-8.45%（表2）。九煤灰分最高，平均25.09%，五煤灰分最低，平均12.60%。以低灰煤为主，中灰煤次之，零星分布特低灰煤和高灰煤[3]。

表2 各可采煤层灰分特征统计表

一煤：原煤灰分产率10.94%～23.78%，平均17.33%；浮煤灰分产率3.90%～8.24%，平均5.63%。以低灰煤为主，局部为中灰煤。

五煤：原煤灰分产率7.74%～22.39%，平均12.60%；浮煤灰分产率3.57%～5.87%，平均4.91%。以低灰煤为主，局部为特低灰煤和中灰煤，零星分布高灰煤。

八煤：原煤灰分产率6.63%～24.55%，平均14.99%；浮煤灰分产率3.95%～6.97%，平均5.62%。以低灰煤为主，局部为特低灰煤和中灰煤。

九煤：原煤灰分产率12.49%～36.68%，平均25.09%；浮煤灰分产率4.72%～13.44%，平均8.45%。以中灰煤为主，局部为低灰煤和高灰煤。

（3）挥发分。各可采煤层原煤干燥无灰基挥发分产率30.82%～45.83%，平均37.27%～41.62%。浮煤干燥无灰基挥发分产率31.30%～41.99%，平均34.11%～37.98%（表3），依据《煤的挥发分产率分级》（MT/T 849-2000）标准，一煤属高挥发分煤，挥发分产率以大于37%为主，小于37%次之。五、八、九煤属中高挥发分煤，八煤挥发分产率均小于37%，五、九煤挥发分产率以小于37%为主，大于37%次之。

表3 可采煤层挥发分特征统计表

（4）固定碳。各可采煤层原煤固定碳34.29%～62.58%，平均44.28%～54.89%。浮煤固定碳53.96%～64.89%，平均58.65%～62.20%（表4），根据《煤的固定碳分级》（MT/T 561-2008）标准，均属中等固定碳煤。

表4 各可采煤层煤的固定碳及分级表

2.2 元素分析

各煤层原煤碳含量68.94%～81.36%，平均74.79%～76.87%；氢含量2.41%～5.78%，平均3.43%～4.30%；氮含量0.53%～1.22%，平均0.88%～1.07%；氧含量12.12%～26.66%，平均16.34%～18.77%。各煤层浮煤碳含量74.65%～80.09%，平均76.98%～78.25%；氢含量2.82%～5.25%，平均3.92%～4.48%；氮含量0.87%～1.28%，平均1.01%～1.13%；氧含量13.37%～20.69%，平均15.64%～16.30%。

2.3 有害元素

（1）全硫。各可采煤层原煤全硫0.43%～4.25%，平均0.98%～2.19%；浮煤全硫0.31%～3.02%，平均0.65%～1.56%（表5）。以中硫煤为主，局部为低硫煤或中高硫煤，零星分布高硫煤。垂向上，自上向下各可采煤层原煤全硫随深度增加而逐渐降低。

表5 可采煤层硫分特征统计表

一煤：原煤全硫0.89%～3.37%，平均2.19%；浮煤全硫0.71%～3.02%，平均1.56%。以中高硫煤为主，局部为中硫煤，零星分布低硫煤和高硫煤。

五煤：原煤全硫0.84%～4.25%，平均1.90%；浮煤全硫0.39%～2.13%，平均1.01%。以中硫煤为主，东西两侧有中高硫煤，零星分布低硫煤和高硫煤。

八煤：原煤全硫0.78%～2.21%，平均1.45%；浮煤全硫0.31%～2.01%，平均0.73%。以中硫煤为主，西南部为低硫煤，东西两侧零星有中高硫煤。

九煤：原煤全硫0.43%～1.76%，平均0.98%；浮煤全硫0.38%～0.97%，平均0.65%。以低硫煤为主，中硫煤次之，少量特低硫。

（2）磷。各可采煤层原煤磷为0.003%～0.126%，平均0.012%～0.045%，根据《煤中有害元素含量分级第1部分：磷》（GB/T 20475.1-2006）标准，均属低磷煤。浮煤磷为0.002%～0.079%，平均0.011%～0.027%，经浮选后，磷含量降低。总体自上向下磷含量逐渐增高，一煤最低，平均0.012%，九煤最高，平均0.045%。

（3）氯。各可采煤层原煤氯含量0.007%～0.057%，平均0.022%～0.027%；浮煤氯为0.009%～0.036%，平均0.017%～0.026%。根据《煤中有害元素含量分级第2部分：氯》（GB/T 20475.2-2006）标准，均属特低氯煤。

（4）砷。各可采煤层原煤砷含量1～16μg/g，平均3～6μg/g；浮煤砷含量1～14μg/g，平均1～4μg/g。根据《煤中有害元素含量分级第3部分：砷》（GB/T 20475.3-2012）标准，一、五、八煤为特低砷煤，九煤为低砷煤。

2.4 微量元素

（1）锗。各可采煤层原煤锗含量1～9μg/g，平均1～2μg/g，根据《煤中有价元素含量分级及应用导则》（GB/T 41042-2021）标准，均属低锗煤，含量低于用作提取锗的煤要求的可采品位（＞30μg/g）。

（2）镓。各可采煤层原煤镓含量1～9μg/g，平均3～6μg/g，根据《煤中有价元素含量分级及应用导则》（GB/T 41042-2021）标准，均属低镓煤，含量低于用作提取镓的煤要求的可采品位（＞20μg/g）。

3 煤的工艺性能

3.1 发热量

各可采煤层原煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为16.44～30.08MJ/kg，平均21.83～26.44MJ/kg，根据《煤炭质量分级第3 部分：发热量》（GB/T 15224.3-2022）标准，一、五、八煤属中高发热量煤，九煤属中发热量煤[4]；原煤干燥基低位发热量（Qnet,d）为16.08～29.53MJ/kg，平均21.15～25.66MJ/kg（表6）。各可采煤层浮煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为26.04～30.66MJ/kg，平均27.97～29.47MJ/kg；浮煤干燥基低位发热量（Qnet,d）为25.21～29.76MJ/kg，平均27.11～28.55MJ/kg（表6）。

表6 可采煤层发热量统计表

一煤：原煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为22.21～27.38MJ/kg，平均24.72MJ/kg，属中高发热量煤。干燥基低位发热量（Qnet,d）为21.51～26.47MJ/kg，平均23.93MJ/kg。大部分区域为中高发热量煤，局部分布中发热量煤和高发热量煤。浮煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为28.42～29.69MJ/kg，平均29.16MJ/kg。干燥基低位发热量（Qnet,d）为27.48～28.74MJ/kg，平均28.21MJ/kg。

五煤：原煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为23.07～28.87MJ/kg，平均26.44MJ/kg，属中高发热量煤。干燥基低位发热量（Qnet,d）为22.60～27.93MJ/kg，平均25.66MJ/kg。大部分为中高发热量煤，局部分布中发热量煤和高发热量煤，西南部有少量中低发热量煤（图1）。浮煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为28.54～30.56MJ/kg，平均29.47MJ/kg。干燥基低位发热量（Qnet,d）为27.60～29.63MJ/kg，平均28.55MJ/kg。

图1 五煤发热量等值线图

八煤：原煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为20.80～30.08MJ/kg，平均25.72MJ/kg，属中高发热量煤。干燥基低位发热量（Qnet,d）为20.16～29.53MJ/kg，平均25.05MJ/kg。大部分区域为中高发热量煤，局部分布中发热量煤和高发热量煤。浮煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为28.04～30.66MJ/kg，平均29.14MJ/kg。干燥基低位发热量（Qnet,d）为27.13～29.76MJ/kg，平均28.31MJ/kg。

九煤：原煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为16.44～27.36MJ/kg，平均21.83MJ/kg，属中发热量煤。干燥基低位发热量（Qnet,d）为16.08～26.83MJ/kg，平均21.15MJ/kg。以中发热量煤为主，中高发热量煤次之，西侧分布少量中低发热量煤和低发热量煤。浮煤干燥基高位发热量（Qgr,d）为26.04～29.57MJ/kg，平均27.97MJ/kg。干燥基低位发热量（Qnet,d）为25.21～28.56MJ/kg，平均27.11MJ/kg。

3.2 粘结性

各可采煤层焦渣特征均为2，粘结指数均为0，表明勘查区煤层均为无粘结煤。

3.3 哈氏可磨性指数

勘查区一煤属较难磨煤，五煤属中等可磨煤，八煤属中等可磨煤，九煤属中等可磨煤。

3.4 热稳定性

各可采煤层原煤热稳定性测试结果表明，大于6mm 残焦（TS+6）值平均56.15%～58.91%，6～3mm 残焦（TS6-3）值平均32.05%～36.14%，小于3mm残焦（TS-3）值平均7.64%～10.86%，根据《煤的热稳定分级》（MT/T 560-2008）标准，均属低热稳定性煤（TS+6≤60%）。

4 煤类特征

根据《中国煤炭分类》（GB/T 5751-2009）标准，以浮煤干燥无灰基挥发分产率、粘结指数、透光率为依据，对勘查区煤层的煤类进行分类。一煤浮煤挥发分产率35.51%～41.99%，平均37.98%，粘结指数0，透光率平均65%，煤类以长焰煤为主，不粘煤次之；五煤浮煤挥发分产率31.30%～40.12%，平均35.04%，粘结指数0，透光率平均79%，煤类以不粘煤为主，长焰煤次之；八煤浮煤挥发分产率32.32%～36.80%，平均34.11%，粘结指数0，透光率平均80%，煤类为不粘煤；九煤浮煤挥发分产率32.46%～40.61%，平均35.79%，粘结指数0，透光率平均76%，煤类以不粘煤为主，长焰煤次之。

5 结论

根据上述煤质测试成果分析研究可知，勘查区内各可采煤层水分含量较低，属低灰—中灰、中高—高挥发分、中等固定碳、低硫—中高硫、低磷、中—中高发热量、无粘结性、中等—较难磨、低热稳定性煤，煤类以不粘煤为主，长焰煤次之，是良好的动力、气化、间接液化、煤化工等用煤。

勘查区煤炭资源较为丰富，开发前景良好，在今后的煤炭资源开发过程中要加强煤质分析与研究工作，对煤炭资源的合理开发与科学利用具有重要的指导意义，更好地促进当地经济和社会的发展。