霍西煤田北李井田上下煤組煤質(zhì)特征對(duì)比分析研究

高華

摘 要：對(duì)比、分析和研究了北李井田上下煤組顯微煤巖組分、工業(yè)和化學(xué)元素等，結(jié)果表明，上下煤組的煤質(zhì)存在一定差異，所以，二者的工業(yè)用途也不相同。2號(hào)煤層可以作為煉焦配煤和良好動(dòng)力用煤，而9+10號(hào)煤層因?yàn)榛曳?、硫分高、難洗選，其焦炭質(zhì)量和工業(yè)利用價(jià)值都有所下降。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì)；顯微煤巖；煤質(zhì)特征；工業(yè)用途

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.085

霍西煤田南部北李井田貯存有山西組和太原組含煤地層，其中，山西組主要可采煤層為2號(hào)煤層，太原組主要可采煤層為9+10號(hào)煤層。由于二者含煤地層的沉積環(huán)境、聚煤規(guī)律和形成時(shí)代的先后等因素不同，所以，上部山西組2號(hào)煤層（上組煤）和下部太原組9+10號(hào)煤層（下組煤）的煤質(zhì)有較大的差異。而煤質(zhì)的差別直接關(guān)系著煤層的工業(yè)利用價(jià)值和可行性開(kāi)發(fā)。同時(shí)，分析了上下煤組不同的煤質(zhì)特征，有利于煤層的對(duì)比和分析。

1 井田地質(zhì)概況

井田位于霍西煤田襄汾礦區(qū)西部，區(qū)內(nèi)地層自下而上依次為寒武系中上統(tǒng)、奧陶系下中統(tǒng)、石炭系中上統(tǒng)、二疊系下上統(tǒng)、三疊系下統(tǒng)、第三系上新統(tǒng)、第四系下中上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。另外，區(qū)內(nèi)還伴有燕山期火成巖侵入。井田位于臨汾—運(yùn)城新裂陷的中北部、洪洞—臨汾凹陷的南部，受區(qū)域構(gòu)造的影響，斷裂構(gòu)造也在發(fā)育，區(qū)內(nèi)廣被新生界地層所覆蓋。受區(qū)域構(gòu)造的控制和影響，井田總體構(gòu)造形態(tài)為走向NW、傾向NE的單斜，地層傾角3°～8°。在此基礎(chǔ)上，中南部發(fā)育有一組向東傾伏的寬緩褶曲。

2 煤質(zhì)特征對(duì)比分析

2.1 顯微煤巖特征

通過(guò)區(qū)內(nèi)鉆孔，對(duì)2號(hào)、9+10號(hào)煤層進(jìn)行顯微煤巖組分鑒定，鑒定結(jié)果如表1所示。依據(jù)顯微煤巖類(lèi)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 15589—1995），可將該區(qū)2號(hào)和9+10號(hào)煤層顯微煤巖類(lèi)型劃分為微鏡惰煤。

2.1.1 有機(jī)組分

2號(hào)煤層：鏡質(zhì)組含量變化在66.8%～75.0%之間，平均值

為71.9%；惰質(zhì)組含量變化在12.7%～18.9%之間，平均值為15.1%；殼質(zhì)組含量變化在2.5%～3.0%之間，平均值為2.8%.鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體為主，其次為基質(zhì)鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組以半絲質(zhì)體為主，碎屑體較少。

9+10號(hào)煤層：鏡質(zhì)組含量變化在58.8%～59.2%之間，平均值為59.1%；惰質(zhì)組含量變化在20.1%～21.2%之間，平均值為20.5%；殼質(zhì)組含量為4.0%.鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，其次為均質(zhì)鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組以半絲質(zhì)體為主。

2.1.2 無(wú)機(jī)組分

2號(hào)煤層以黏土類(lèi)為主，含量變化在8.7%～14.3%之間，平均值為11.1%.它主要呈分散狀，部分為浸染狀、充填狀等。

9+10號(hào)煤層的黏土類(lèi)含量較高，含量變化在14.3%～20.1%之間，平均值為18.0%.它多以分散狀黏土類(lèi)為主，另外，還有一部分分布在基質(zhì)鏡質(zhì)體中。該煤層有時(shí)呈條帶狀出現(xiàn)，也有一部分充填在絲炭的胞腔內(nèi)。其中，還有少量的硫化鐵類(lèi)，含量變化在1.0%～2.2%之間，平均值為1.6%.

2.1.3 鏡質(zhì)組最大反射率

鏡質(zhì)組最大反射率測(cè)試結(jié)果如表2所示。2號(hào)煤層鏡質(zhì)組最大反射率為1.23%，9+10號(hào)煤層鏡質(zhì)組最大反射率為1.28%. 結(jié)果表明，2號(hào)、9+10號(hào)煤層的煤化程度相當(dāng)于焦煤階段，與煤的化學(xué)分析結(jié)果吻合。

綜合化學(xué)和煤巖學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)，區(qū)內(nèi)各煤層均屬第Ⅳ～Ⅴ變質(zhì)階段，其煤化程度應(yīng)屬中等，為中等揮發(fā)分、強(qiáng)黏結(jié)性的中煤階煤。煤的變質(zhì)作用類(lèi)型以深成變質(zhì)作用為主。

2.2 煤質(zhì)化學(xué)性質(zhì)

2.2.1 工業(yè)分析

2.2.1.1 水分（Mad）

2號(hào)煤層的原煤水分為0.20%～2.00%，平均值為0.95%；浮煤水分為0.34%～1.38%，平均值為0.75%.9+10號(hào)煤層的原煤水分為0.38%～0.90%，平均值為0.60%；浮煤水分為0.37%～0.85%，平均值為0.56%.

2.2.1.2 灰分（Ad）

2.2.1.2.1 原煤灰分

2號(hào)煤層的原煤灰分為9.72%～25.23%，平均值為19.89%，是特低—中灰，屬于低灰煤；9+10號(hào)煤層的原煤灰分為16.27%～

33.90%，平均值為25.80%，是低—中高灰，屬于中灰煤。

2.2.1.2.2 浮煤灰分

2號(hào)煤層的浮煤灰分為6.82%～11.21%，平均值為8.38%；9+10號(hào)煤層的浮煤灰分為6.48%～12.89%，平均值為10.12%.

2.2.1.2.3 揮發(fā)分（Vdaf）

2號(hào)煤層浮煤揮發(fā)分為24.13%～27.30%，平均值為26.00%，屬于中等揮發(fā)分煤；9+10號(hào)煤層浮煤揮發(fā)分為22.23%～27.77%，平均值為25.45%，屬于中等揮發(fā)分煤。

2.2.2 元素分析

在區(qū)內(nèi)2號(hào)、9+10號(hào)煤層浮煤中，碳（Cdaf）均值為87.34%～88.93%、氫（Hdaf）均值為4.39%～5.50%、氮（Ndaf）均值為1.10%～1.51%、氧（O+Sdaf）均值為4.22%～4.47%，幾種元素的變化都不大。但是，從總體上來(lái)看，碳含量高，揮發(fā)分降低，氧、氮含量隨著深度的增加而降低，氫含量也隨煤化程度的增高而略有降低。

2.2.3 有害元素

2.2.3.1 硫（S）

2.2.3.1.1 全硫（St，d）

2號(hào)煤層原煤硫分為0.40%～0.65%，平均值為0.47%，屬于特低—低硫分煤，一般為特低硫分煤，變化不大；9+10號(hào)煤層原煤硫分為2.91%～4.16%，平均值為3.71%，屬于中高硫—高硫煤，一般為高硫煤。

2號(hào)煤層浮煤硫分為0.40%～0.51%，平均值為0.45%；9+10號(hào)煤層浮煤硫分為1.61%～3.52%，平均值為2.76%.2號(hào)煤原、浮煤含硫量變化不大，9+10號(hào)煤經(jīng)過(guò)洗選后，脫硫率為26%.

2.2.3.1.2 形態(tài)硫

原煤形態(tài)硫：2號(hào)煤層以有機(jī)硫?yàn)橹鳎蚧F硫次之；9+10號(hào)煤層以硫化鐵硫、有機(jī)硫?yàn)橹?，硫酸鹽硫含量甚微。

浮煤形態(tài)硫：2號(hào)煤層以有機(jī)硫?yàn)橹鳎猩倭康牧蚧F硫；9+10號(hào)煤層以有機(jī)硫?yàn)橹?，硫化鐵硫次之。

2.2.3.2 磷（Pd）

2號(hào)煤層原煤磷含量為0.006%～0.042%，平均值為0.019%，是特低—低磷分煤，一般為低磷分煤。經(jīng)過(guò)洗選后，其磷含量為0.001%～0.032%，平均值為0.011%，是特低磷—低磷分煤。9+10號(hào)煤層原煤磷含量為0.001%～0.009%，平均值為0.006%，是特低磷分煤。經(jīng)過(guò)洗選后，其磷含量為0.002%～0.005%，平均值為0.004%，是特低磷分煤。

2.2.3.3 砷（As）

2號(hào)煤層原煤砷含量<1-1×10-6，屬于一級(jí)含砷煤。經(jīng)過(guò)洗選后，浮煤砷含量降為<1×10-6. 9+10號(hào)煤層原煤砷含量<1-9×10-6，屬于一至三級(jí)含砷煤。進(jìn)過(guò)洗選后，浮煤砷含量降為<1-3×10-6.

2.2.3.4 氟（F）

2號(hào)煤層原煤氟含量為60-398×10-6，平均值為182×10-6，屬于特低—高氟煤，一般為中氟煤。經(jīng)過(guò)洗選后，浮煤氟含量為55-310×10-6，平均值為221×10-6.

9+10號(hào)煤層原煤氟含量為112-389×10-6，平均值為230×10-6，屬于低—高氟煤，一般為高氟煤。經(jīng)過(guò)洗選后，浮煤氟含量為78-368×10-6，平均值為250×10-6.

2.2.3.5 氯（Cl）

2號(hào)煤層原煤氯含量介于0.071%～0.138%，平均值為0.101%.經(jīng)過(guò)洗選后，浮煤氯含量為0.062%～0.078%，平均值為0.068%，均屬低氯煤。

9+10號(hào)煤層原煤氯含量介于0.046%～0.139%，平均值為0.085%. 經(jīng)過(guò)洗選后，浮煤氯含量為0.018%～0.064%，平均值為0.047%，均屬特低氯—低氯煤。

3 結(jié)論

3.1 煤質(zhì)綜合特征對(duì)比分析

煤質(zhì)綜合特征對(duì)比、分析結(jié)果如下：①區(qū)內(nèi)2號(hào)、9+10號(hào)煤層的揮發(fā)分（Vdaf）和氫（Hdaf）含量相差不大。從總體情況來(lái)看，2號(hào)煤層要略高于9+10號(hào)煤層，它會(huì)隨著煤層埋深而增大，煤的變質(zhì)程度也在逐步加深，符合希爾特定律和煤變質(zhì)的一般規(guī)律。②原煤灰分（Ad）由上至下總體呈增高趨勢(shì)，2號(hào)煤層均值為19.89%，9+10號(hào)煤層均值為25.80%.由此可見(jiàn)，2號(hào)、9+10號(hào)煤層的浮煤灰分均值為8.35%～10.12%，變化不大。③原煤硫分（St，d）含量由上至下增高趨勢(shì)明顯，2號(hào)煤層均值為0.47%，9+10號(hào)煤層均值為3.71%.④2號(hào)煤層浮煤回收率均值為52.94%，屬良等；9+10號(hào)煤層浮煤回收率均值為41.02%，屬中等。從總體情況來(lái)看，浮煤回收率由上至下呈降低趨勢(shì)。⑤2號(hào)煤層灰熔融性軟化溫度（ST）為較高—高軟化溫度灰；9+10號(hào)煤層灰熔融性軟化溫度（ST）基本為較高軟化溫度灰。⑥各煤層磷分（Pd）含量變化不大，屬于特低磷分煤—低磷煤。

3.2 煤的工業(yè)用途評(píng)價(jià)

2號(hào)煤層為低灰、特低硫、低磷、高發(fā)熱量、強(qiáng)黏結(jié)、中等揮發(fā)分、高軟化溫度灰之焦煤和少量肥煤，浮煤回收率良等，可以作為煉焦配煤和良好的動(dòng)力用煤。

9+10號(hào)煤層為中灰、高硫、特低磷、中高發(fā)熱量、強(qiáng)黏結(jié)、中等揮發(fā)分和較高軟化溫度灰之焦煤，浮煤回收率中等。由于其硫分含量高，需經(jīng)過(guò)洗選降低煤中硫的含量。煤中硫的含量降低后，也可將其作為動(dòng)力用煤。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，區(qū)內(nèi)煤層屬于煉焦煤，煉焦是最合理的加工利用方向。此外，也可將其作為動(dòng)力、化工用煤。2號(hào)煤經(jīng)過(guò)洗選后，可以作為煉焦配煤用。而9+10號(hào)煤因?yàn)榛曳?、硫分高難洗選，所以，焦炭質(zhì)量低，經(jīng)濟(jì)效益差。

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〔編輯：白潔〕