煤炭地質(zhì)勘查中的煤質(zhì)研究工作

張紅霞 趙玥　張春明

摘要：煤質(zhì)研究是煤炭資源勘查中重要的工作內(nèi)容。本文介紹了煤樣的采集、保管和送驗(yàn)的方法、要求及注意事項(xiàng)，同時(shí)對(duì)如何審定和整理樣品分析結(jié)果進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字：煤質(zhì)；煤樣；樣品分析結(jié)果

1. 引言

煤質(zhì)是煤炭質(zhì)量的總稱。煤質(zhì)研究工作是煤炭地質(zhì)勘查工作的一個(gè)重要組成部分，其任務(wù)就是通過(guò)取樣、化驗(yàn)等手段，對(duì)煤的煤巖組成、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、工藝性能、有害元素及其變化規(guī)律等進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，確定煤類，評(píng)價(jià)其工業(yè)用途，提出煤炭加工及其利用方向。煤質(zhì)工作是國(guó)家煤炭工業(yè)合理布局和合理開發(fā)利用煤炭資源重要依據(jù)。

2. 煤樣的采集、包裝、送驗(yàn)、保管

2.1 煤樣采集

采樣的目的是通過(guò)對(duì)煤樣化驗(yàn)和物理試驗(yàn)所獲得的資料，確定勘查區(qū)可采煤層工業(yè)牌號(hào)、煤質(zhì)特征及其變化規(guī)律和煤的工藝性能等，以便正確評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量及其工業(yè)用途，為礦井建設(shè)、煤炭開采、運(yùn)輸和加工提供依據(jù)。

在煤炭地質(zhì)勘查中，各類煤樣是否有代表性，是關(guān)系到能否正確評(píng)價(jià)勘查區(qū)煤質(zhì)及了解其變化規(guī)律的關(guān)鍵。為了保證煤樣的代表性，準(zhǔn)確反映煤層的煤質(zhì)特征。

2.1.1 準(zhǔn)確地選擇采樣地點(diǎn)

采樣地點(diǎn)選擇是否得當(dāng)，直接影響著煤樣的代表性。不能在受到局部地質(zhì)作用造成局部煤質(zhì)變化地點(diǎn)進(jìn)行采樣來(lái)作為評(píng)價(jià)煤質(zhì)總體特征的依據(jù)，因?yàn)檫@些煤樣失去了代表性。對(duì)于這些非正常煤樣，根據(jù)研究目的不同，要單獨(dú)采取、單獨(dú)處理（如風(fēng)氧化帶、斷層帶煤樣）。

2.1.2 煤樣應(yīng)能如實(shí)反映煤層的自然特征。

采樣時(shí)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，做到煤樣不污染，不人為地把煤層中的某一部分多采或少采。

① 煤心采取率

采集鉆芯煤樣時(shí)，煤芯采取率越高，煤樣的代表性就越強(qiáng)，如果采取率過(guò)低，煤樣代表性就會(huì)變差，其煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果與礦井開采以后煤層的各種煤樣的檢測(cè)結(jié)果會(huì)有較大差別。例如煤的真相對(duì)密度、視相對(duì)密度對(duì)樣品采取率較為敏感，當(dāng)樣品采取率較低時(shí)，代表性可能會(huì)很差，將會(huì)直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致計(jì)算其資源儲(chǔ)量時(shí)產(chǎn)生較大偏差。煤芯采取率達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)的煤芯不得送樣。

② 在鉆取煤樣過(guò)程中的煤層受到鉆頭的摩擦而發(fā)熱氧化甚至發(fā)生部分燃燒時(shí)，煤樣的代表性就會(huì)更差。例如，焦煤在采樣過(guò)程中如發(fā)生部分燃燒氧化，檢測(cè)后得出的牌號(hào)可能變?yōu)槭菝荷踔霖毭骸?/p>

③ 煤芯煤樣混入泥漿等雜質(zhì)時(shí)，灰分就會(huì)增高，為了消除泥漿的影響，把煤樣用水清洗則會(huì)影響其他煤質(zhì)指標(biāo)的準(zhǔn)確性，所以煤樣混入泥漿等雜質(zhì)時(shí)盡量不要用水洗，可用刷子輕輕刷去煤芯表面泥皮。如果煤芯完全破碎，可設(shè)法刮去明顯的泥漿。

④ 混入煤芯煤樣中的鐵砂、鋼屑等必須用強(qiáng)磁鐵吸盡，否則，不僅會(huì)影響灰分產(chǎn)率，而且還會(huì)影響煤灰成分和煤灰熔融性，對(duì)動(dòng)力煤的煤質(zhì)及其利用評(píng)價(jià)產(chǎn)生很大偏差。

⑤ 在風(fēng)氧化帶、斷裂帶、沖刷帶、自燃燒變帶、巖漿作用影響帶采取的煤芯煤樣時(shí)，由于局部煤質(zhì)發(fā)生了變化，不能代表整個(gè)勘查區(qū)的煤質(zhì)情況，這些非正常煤樣，因?yàn)槠溲芯康哪康牟煌?，檢測(cè)結(jié)果只能作為確定風(fēng)化帶、氧化帶和計(jì)算其腐植酸產(chǎn)率，不能作為正常煤芯煤樣利用。

2.2 煤樣包裝

2.2.1 煤樣應(yīng)用結(jié)實(shí)潔凈的塑料袋包裝密封，認(rèn)真填寫采樣卡片，并將采樣卡片依次放入煤樣箱內(nèi)。為防止煤樣氧化，煤樣可用體積適宜的密閉防銹鐵筒，以膠布纏口、蠟封或焊封等方法密封包裝。專門性試驗(yàn)煤樣一般應(yīng)用潔凈麻袋或木箱（內(nèi)襯塑料布）包裝。抗碎強(qiáng)度試驗(yàn)煤樣應(yīng)在木箱或鐵筒內(nèi)墊以清潔軟紙，以防煤塊破碎。

2.2.2 煤樣包裝箱應(yīng)用鐵釘釘牢或包裝袋捆扎結(jié)實(shí)，并將煤樣編號(hào)標(biāo)簽貼在煤樣箱上，注明“共*箱 第*箱”等字樣。數(shù)量較多的樣品如可選性試驗(yàn)大樣、煉焦試驗(yàn)煤樣等可直接用汽車運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。

2.3 煤樣送驗(yàn)

2.3.1 煤芯煤樣、煤層煤樣從采樣到送達(dá)實(shí)驗(yàn)單位的時(shí)間：褐煤不超過(guò)5天，煙煤不超過(guò)10天，無(wú)煙煤不超過(guò)15天。

2.3.2 送樣單位應(yīng)按照規(guī)定內(nèi)容逐項(xiàng)認(rèn)真填寫送樣說(shuō)明書，由煤質(zhì)負(fù)責(zé)人審查、簽字。送樣說(shuō)明書一式三份，一份用塑料袋包裝好放入煤樣袋內(nèi)，一份交測(cè)試單位，一份由送樣單位保存。

2.3.3 試驗(yàn)項(xiàng)目按勘查設(shè)計(jì)要求和煤樣實(shí)際狀況填寫，煤樣編號(hào)應(yīng)系統(tǒng)、簡(jiǎn)單、不重復(fù)，按鉆孔從上而下順序編號(hào)，分層樣號(hào)應(yīng)有所區(qū)別，“煤樣狀況”欄中注明煤芯結(jié)構(gòu)是否清楚、污染程度、磨燒情況及處理辦法。篩分、浮沉試驗(yàn)煤樣應(yīng)說(shuō)明采樣方法，偽頂、偽底及夾矸的巖性、厚度，矸石混入情況及井下是否人工揀矸等。

2.4 煤樣保管與處理

2.4.1 勘查單位送樣時(shí)，應(yīng)與測(cè)試單位的樣品接收人清點(diǎn)、核對(duì)樣品數(shù)量，并辦理相關(guān)手續(xù)。若煤樣說(shuō)明書與煤樣編號(hào)標(biāo)簽不符，應(yīng)找出原因，現(xiàn)場(chǎng)解決，確認(rèn)無(wú)誤后，測(cè)試單位對(duì)所送的煤樣依次分類、編號(hào)，并按相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范及時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理、縮分、制樣，然后交由測(cè)試人員進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試。

2.4.2 勘查單位一般不保存留樣。煤層煤樣、煤芯煤樣、煤巖煤樣、孢粉煤樣等，由測(cè)試單位保存分析樣（或煤片），測(cè)試單位應(yīng)采取一定措施，防止煤樣氧化。保存時(shí)間自報(bào)出試驗(yàn)結(jié)果之日起，一般為半年，即至該樣涉及的試驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量審查結(jié)束后為止，保存時(shí)間有約定的按約定執(zhí)行。

2.5 測(cè)試項(xiàng)目的選定級(jí)測(cè)試

2.5.1 測(cè)試項(xiàng)目的選定

煤心煤樣測(cè)試項(xiàng)目的合理選定，對(duì)煤炭資源勘查中的煤質(zhì)評(píng)價(jià)及了解勘查區(qū)煤質(zhì)沿水平和垂直方向的變化情況都極為重要?；?yàn)項(xiàng)目過(guò)少，就不能對(duì)煤質(zhì)做出確切的評(píng)價(jià)?；?yàn)項(xiàng)目過(guò)多，又會(huì)造成人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)。因此要按照《煤炭資源勘查煤質(zhì)憑借規(guī)范》（MT/T1090-2008）的規(guī)定恰當(dāng)?shù)靥岢龌?yàn)項(xiàng)目。

2.5.2 煤樣的測(cè)試

① 測(cè)試人員首先要核對(duì)樣品密碼，再按相應(yīng)測(cè)試規(guī)范進(jìn)行測(cè)試，操作過(guò)程嚴(yán)密規(guī)范，原始記錄真實(shí)可靠，測(cè)試報(bào)告科學(xué)真實(shí)。如因送樣的數(shù)量和質(zhì)量、測(cè)試環(huán)境及其他因素造成測(cè)試結(jié)果偏離者，在測(cè)試報(bào)告中備注說(shuō)明。

② 煤樣測(cè)試是一項(xiàng)規(guī)范性很強(qiáng)的技術(shù)工作，我國(guó)已對(duì)煤的工業(yè)分析等50余項(xiàng)常用煤質(zhì)指標(biāo)的分析方法制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各種樣品的測(cè)試儀器、工作環(huán)境、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等均做出了明確的規(guī)定。煤樣測(cè)試由具有相應(yīng)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室完成

3. 樣品測(cè)試結(jié)果整理

3.1 煤樣測(cè)試結(jié)果審查

勘查單位收到實(shí)驗(yàn)室送來(lái)的化驗(yàn)報(bào)告后，應(yīng)對(duì)化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的整理，并對(duì)化驗(yàn)結(jié)果的正確性和代表性進(jìn)行審查。

審查化驗(yàn)結(jié)果應(yīng)首先根據(jù)鉆孔分布位置，將重要的煤質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目，如灰分、硫分、浮煤揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層厚度等指標(biāo)，分煤層在各鉆孔旁標(biāo)出，然后按走向和傾向分析各指標(biāo)的變化規(guī)律，并對(duì)檢查的結(jié)果和認(rèn)識(shí)形成文字記錄，做出等值線圖。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些煤樣部分項(xiàng)目化驗(yàn)結(jié)果異常時(shí)，就要先檢查煤樣的代表性。比如發(fā)現(xiàn)灰分產(chǎn)率過(guò)高，應(yīng)該分析原因，是煤樣中混入了泥漿，還是鉆孔位置正好處在斷層帶、巖漿巖侵入嚴(yán)重地段或是煤層變薄、分叉附近，是否送樣單寫錯(cuò)了樣號(hào)等情況。如果經(jīng)全面檢查、分析不存在上述原因，就要考慮化驗(yàn)工作是否有差錯(cuò)，必要時(shí)可要求化驗(yàn)單位進(jìn)行復(fù)查、復(fù)測(cè)。

3.2 煤樣測(cè)試異常值的確定與處理

3.2.1 異常值的確定

煤質(zhì)測(cè)試異常值是指與勘查區(qū)煤質(zhì)指標(biāo)一般規(guī)律不相符的分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)實(shí)踐中，一般可以通過(guò)以下方法確定異常值。

① 從大量分析測(cè)試結(jié)果中，通過(guò)數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)，直觀地判斷出異常值。例如在焦煤中出現(xiàn)無(wú)煙煤樣點(diǎn)，在普遍屬于低硫的煤層中出現(xiàn)高硫煤樣點(diǎn)，在低灰煤層中出現(xiàn)高灰煤樣點(diǎn)，在特低強(qiáng)度煤中出現(xiàn)高強(qiáng)度樣點(diǎn)，在易磨煤中出現(xiàn)難磨煤樣點(diǎn)，在易選煤中出現(xiàn)極難選煤樣點(diǎn)等。

② 從煤質(zhì)指標(biāo)間顯著相關(guān)關(guān)系中發(fā)現(xiàn)異常值。如肉眼鑒定和鏡下鑒定煤中硫分以黃鐵礦硫（無(wú)機(jī)硫）為主，但可選性試驗(yàn)結(jié)果除硫效果很差；某煤樣以有機(jī)硫?yàn)橹鞫蛐Ч麉s很好等。

③ 從一個(gè)采樣點(diǎn)或一個(gè)塊段的角度發(fā)現(xiàn)異常。如某一煤層個(gè)別點(diǎn)主要指標(biāo)與附近采樣點(diǎn)煤質(zhì)指標(biāo)明顯差異，同一采樣點(diǎn)的分層煤樣指標(biāo)有顯著差異等。

3.2.2 異常值的處理

對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常值，首先應(yīng)從取樣原始記錄中查找原因，取樣方法、樣品編號(hào)、取樣位置無(wú)誤后，再找化驗(yàn)方面的原因。如果取樣、化驗(yàn)都沒有疑點(diǎn)，就需要從煤樣采集地點(diǎn)的地質(zhì)情況去分析，是否有侵入巖體與煤層接觸，煤層或煤系底部是否有隱伏巖體，采樣點(diǎn)是否處于斷裂、滑坡、陷落柱、沖刷帶等位置，煤樣是否在風(fēng)氧化帶，煤層中是否有特殊夾層，煤樣是否處于自燃區(qū)及其邊緣地帶，煤巖組分是否有很大差異，無(wú)機(jī)組分中是否有某種礦物含量特高或特低現(xiàn)象，是否有不常見的礦物質(zhì)出現(xiàn)等等。具體的處理辦法如下。

① 凡屬于取樣、化驗(yàn)的錯(cuò)誤或因煤樣代表性太差所產(chǎn)生的異常值，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即糾正。如樣品代表性差，為不合格煤樣，應(yīng)將該樣全部數(shù)據(jù)作廢；屬于化驗(yàn)方面的問(wèn)題，要求測(cè)試單位復(fù)查或復(fù)測(cè)，必要時(shí)重新取樣測(cè)定。

② 取樣、化驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，純屬地質(zhì)或煤質(zhì)等自然因素造成的異常值，應(yīng)留待報(bào)告編制時(shí)全面分析后再做處理。報(bào)告中保留全部測(cè)試成果，并詳細(xì)論述。

③ 取樣、化驗(yàn)、地質(zhì)、煤質(zhì)等方面暫時(shí)無(wú)法找出原因的，異常點(diǎn)煤樣測(cè)值不參與全層煤質(zhì)評(píng)價(jià)，報(bào)告中應(yīng)保留并單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，并在存在問(wèn)題中詳細(xì)說(shuō)明，存入原始資料歸檔，以便下一步勘查中再作研究。

3.3 煤樣測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.3.1 《煤炭資源勘查煤質(zhì)評(píng)價(jià)規(guī)范》（MT/T 1090—2008）規(guī)定的采樣數(shù)量是指采樣點(diǎn)數(shù)量。采樣點(diǎn)是指每一獨(dú)立煤層采取煤樣的地點(diǎn)，包括鉆孔、坑道、煤礦井、探槽及自然露頭等。一個(gè)采樣點(diǎn)可能有一個(gè)至數(shù)個(gè)樣品。統(tǒng)計(jì)時(shí)不能把采樣點(diǎn)數(shù)和樣品數(shù)量相混。

3.3.2 同時(shí)測(cè)試原、浮煤指標(biāo)的項(xiàng)目，目的是用來(lái)比較原、浮煤的關(guān)系，評(píng)價(jià)洗選效果，或在盡量排除礦物質(zhì)干擾后，研究煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)，所以原、浮煤應(yīng)分別統(tǒng)計(jì)。

3.3.3 采樣點(diǎn)用分層煤樣加權(quán)平均法統(tǒng)計(jì)，全層用采樣點(diǎn)的算術(shù)平均法統(tǒng)計(jì)。分煤類估算資源儲(chǔ)量時(shí)，分煤類統(tǒng)計(jì)。

3.3.4 各類測(cè)試數(shù)據(jù)均應(yīng)統(tǒng)計(jì)出兩極值、一般值、平均值，以便合理地開展煤質(zhì)評(píng)價(jià)工作。

3.3.5 樣品質(zhì)量不合格的采樣點(diǎn)不得統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

4. 煤質(zhì)評(píng)價(jià)

煤質(zhì)評(píng)價(jià)是煤炭資源勘查中的重要環(huán)節(jié)，在一份地質(zhì)報(bào)告中，除了對(duì)地質(zhì)工作總結(jié)、估算煤炭資源儲(chǔ)量、進(jìn)行各技術(shù)評(píng)價(jià)等工作外，還要對(duì)一系列的煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析研究，正確評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量及其工業(yè)利用方向。

4.1 動(dòng)力用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)

從煤炭資源評(píng)價(jià)角度出發(fā)，綜合考慮各種煤質(zhì)指標(biāo)對(duì)用煤動(dòng)力設(shè)備的影響并參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)力用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為水分、發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、硫分、灰熔融性和結(jié)渣性、粘結(jié)指數(shù)和結(jié)焦性、可磨性和粒度、煤中微量元素。

4.2 煉焦用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)

煉焦用煤煤質(zhì)評(píng)價(jià)主要是針對(duì)未分選原煤的具體特點(diǎn)和現(xiàn)有煤質(zhì)資料中煤質(zhì)測(cè)試指標(biāo)的具體情況來(lái)確定，煉焦用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為鏡質(zhì)體最大反射率、揮發(fā)分、硫分、灰分、粘結(jié)性和結(jié)焦性、顯微煤巖組分、全水分、磷、灰成分、灰熔融性、煤炭可選性。

4.3 氣化用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)

煤質(zhì)是選擇氣化方法的根據(jù)，是影響氣化過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及能否順利操作的關(guān)鍵。一種氣化方法只有選用合適的煤種才能充分發(fā)揮出效率。氣化用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、固定碳、全水分、發(fā)熱量、灰熔融性、膠質(zhì)層最大厚度、限下率、含矸率、粘結(jié)性、煤對(duì)二氧化碳化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、抗碎強(qiáng)度、粒度、有害元素含量。

4.4 液化用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)

選擇具有良好液化性能的煤不僅可以得到高的轉(zhuǎn)化率和油收率，而且可以降低操作費(fèi)用、降低生產(chǎn)成本。液化用煤的煤質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為揮發(fā)分、鏡質(zhì)體最大反射率、氫碳比、煤中鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的含量（即活性組分含量）、碳含量、硫分、灰分、氮含量、氧碳比。

5. 結(jié)語(yǔ)

煤炭地質(zhì)勘查中的煤質(zhì)工作是十分重要的環(huán)節(jié)。煤樣的采集、保管、測(cè)試項(xiàng)目的選定以及化驗(yàn)、樣品分析結(jié)果的審定每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，這就需要從事煤質(zhì)工作的技術(shù)人員認(rèn)真地做好煤質(zhì)工作，達(dá)到去粗取精、去偽存真，并探索其內(nèi)在的規(guī)律性，做出確切的結(jié)論，以便對(duì)煤炭資源的質(zhì)量和用途做出正確的評(píng)價(jià)。

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