內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田柴登梁勘查區(qū)煤層煤質(zhì)特征研究

陳華飛

摘要： 東勝煤田柴登梁勘查區(qū)煤炭資源賦存條件好，煤炭資源豐富，共獲得煤炭資源量約36億t。通過對柴登梁勘查區(qū)煤層煤質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)了柴登梁勘查區(qū)侏羅紀延安組可采煤層的煤質(zhì)特征及變化規(guī)律，對其工業(yè)用途進行了評述，探討了煤炭綜合利用和深加工的思路，為煤炭資源開發(fā)利用提供參考。

Abstract： The coal resources in the Chaidengliang exploration area of Dongsheng coal field are good and the coal resources are abundant， and the total amount of coal resources is about 3.6 billion tons. Based on the analysis of coal seam coal quality data in Chaidengliang exploration area， the coal quality characteristics and changing rules of the Jurassic Yan'an Formation in Chaidengliang exploration area are summarized， the industrial use is reviewed， and the comprehensive utilization and deep processing idea of coal are discussed， which provides reference for the development and utilization of coal resources.

關(guān)鍵詞： 煤質(zhì)特征；工業(yè)用途；柴登梁勘查區(qū)

Key words： coal quality characteristics；industrial use；Chaidengliang exploration area

中圖分類號：P62 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0187-02

0 引言

勘查區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)，行政隸屬東勝區(qū)泊江海鎮(zhèn)，東部局部地段位于罕臺廟鄉(xiāng)境內(nèi)，其所處構(gòu)造單元[1]為華北地臺（Ⅰ）鄂爾多斯臺坳（Ⅰ4）東勝凸起（Ⅰ42）勘查區(qū)含煤地層為侏羅紀延安組，厚189.49～279.76 m，平均238.42 m。

延安組自上而下共劃分5個煤組，分別為2、3、4、5、6煤組。對比成層的煤層有17層，煤層總厚20.94m，可采及局部可采煤層9層，分別為2-2上、2-2中、3-1、3-2、3-2下、4-1、4-2中、5-1、6-2中。其中2-2中、3-1、4-1、4-2中、5-1、6-2中等6層煤層厚度較大，穩(wěn)定性好，為本區(qū)主要可采煤層?？辈閰^(qū)預測煤炭資源量約36.6億t。

1 煤的物理性質(zhì)及煤巖特征

1.1 煤的物理性質(zhì)

本勘查區(qū)各可采煤層均為黑、深褐色，條痕黑褐色；各煤層視密度平均值變化在1.31～1.42 t/m3之間；真密度平均值變化在1.48～1.66 t/m3之間。

1.2 宏觀煤巖組分與類型

本勘查區(qū)各煤層均為黑色，瀝青光澤，較堅硬，階梯狀～參差狀斷口，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造。成分以暗煤為主，次為亮煤，夾有條帶狀絲炭，外生裂隙發(fā)育，充填為方解石脈，為暗淡型煤。

1.3 顯微煤巖特征

1.3.1 有機組分 勘查區(qū)各可采煤層有機組分以鏡質(zhì)組為主，平均值變化范圍在55.40～84.14%之間；惰質(zhì)組次之，平均值變化范圍在15.26～43.68%之間；少量為殼質(zhì)組；顯微組分總量平均值均在87.60～95.96%之間。在鏡質(zhì)組分中主要為基質(zhì)鏡質(zhì)體及均質(zhì)鏡質(zhì)體；少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組主要為絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體，可見碎屑惰質(zhì)體，粗粒體、細粒體；殼質(zhì)組多見小孢子體，多分布于基質(zhì)的鏡質(zhì)體中。

1.3.2 無機組分 主要為灰色塊狀粘土礦物，次為碳酸鹽類礦物方解石，塊狀分布，硫化物礦物較少，主要為黃鐵礦呈浸染狀分布。

1.3.3 鏡煤最大反射率、變質(zhì)程度及變質(zhì)類型 鏡煤最大反射率平均值變化范圍在0.490～0.534%之間，各煤層變質(zhì)程度均為Ⅰ階段低變質(zhì)煙煤，且以Ⅰ階段的不粘煤為主，長焰煤次之。

2 煤質(zhì)特征

2.1 工業(yè)分析

2.1.1 水分 勘查區(qū)各可采煤層（2-2上、2-2中、3-1、3-2、3-2下、4-1、4-2上、4-2中、5-1、6-2中、6-3）原煤水分變化范圍在3.01～17.14%之間，其平均值變化在8.07～10.44%之間，是以低水～低中水煤為主的變化在低水煤～低中水煤。而浮煤水分均為低水煤，各煤層相差不大。

2.1.2 灰分 勘查區(qū)各可采煤層原煤灰分變化范圍在3.05～36.10%之間，其平均值變化在7.89～20.80%之間，是以低灰、低中灰煤為主的變化在低灰煤～中高灰煤。經(jīng)-1.4密度液洗選后，各煤層浮煤灰分變化范圍在2.16～10.24%之間，各煤層浮煤灰分均有較大降幅，其平均值在4.39～6.34%，降為特低灰～低灰煤煤。脫灰率為47～62%，平均為53%，脫灰效果較好。在垂直地層剖面上，從上至下原、浮煤灰分均有下降趨勢，在平面上，從上至下各煤層原煤灰分變化均以低中灰煤為主逐漸變化為以低灰煤為主的變化趨勢，灰分逐漸變小。

2.1.3 揮發(fā)分 原煤揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）的平均值變化在29.08～34.08%之間，浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）的平均值變化在31.45～34.98%之間，均屬中高揮發(fā)分煤。

2.2 元素分析

各可采煤層浮煤元素分析含量變化不大，浮煤干燥無灰基碳（Cdaf）含量平均值變化在67.24～81.60%之間；干燥無灰基氫（Hdaf）含量平均值變化在4.12～4.65%之間；干燥無灰基氮（Ndaf）含量平均值變化在0.98～1.22%之間。各元素間變化規(guī)律，符合其低變質(zhì)煤的規(guī)律[2]，且變化較穩(wěn)定。

在垂直地層剖面上，從上至下元素氫（Hdaf）與浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）呈波浪型變化，兩者曲線相反呈反比關(guān)系。

2.3 煤灰特征

2.3.1 煤灰成分 各煤層灰成分均以酸性的二氧化硅、三氧化二鋁為主，其次為堿性的三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂等。酸性礦物總量（SiO2+Al2O3+TiO2）平均含量為55.31～70.80%，堿性礦物總量（Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O）平均含量為16.90～27.54%。在垂直地層剖面上，從上至下酸、堿性礦物總量呈波浪型[3]變化，各煤層的堿酸比在0.24～0.50之間，變化幅度較大，各煤層熔渣均顯酸性。

2.3.2 煤灰融熔性 煤的軟化溫度（ST）平均變化范圍為1172～1321℃，為較低～中等軟化溫度灰。

2.3.3 煤的結(jié)渣、結(jié)污性 據(jù)煤灰化學成分計算的結(jié)污、結(jié)渣指數(shù)，參照美國機械工程師學會對煤灰分類，認為煤的結(jié)污類別各煤層為：以中等的結(jié)污性為主，次為高的結(jié)污性。煤的結(jié)渣性均為低的。

2.4 硫分

2.4.1 全硫 勘查區(qū)各煤層原煤硫分相對較低，各煤層的平均值變化在0.25～0.74%之間，是以特低硫煤為主，低硫次之。經(jīng)過-1.4密度液洗選后，各煤層全硫含量平均值均降為特低硫，其脫硫系數(shù)為0.11～0.68，平均為0.37，脫硫效果一般。

2.4.2 各種形態(tài)硫 各煤層原煤硫分以硫鐵礦硫為主，有機硫次之，硫酸鹽硫含量較少。硫鐵礦硫較易洗選，其脫硫系數(shù)一般較高，有機硫難以洗選，經(jīng)過-1.4密度液洗選后反爾富集增高。硫的賦存狀態(tài)以微粒狀、球粒狀、微晶粒狀為主。

2.5 磷分

勘查區(qū)原煤磷含量較低，除6-3煤層屬低磷煤外，其余均為特低磷煤，煤層變化范圍為特低～低磷分煤。經(jīng)過-1.4密度液洗選后，各煤層浮煤磷含量下降不明顯，有的不降反升，脫磷效果不明顯。

2.6 有害元素

氯（氯Cl，d）在各煤層中平均值變化在0.014～0.34%之間，均屬特低氯煤，且最高含量為0.125%，作為鍋爐燃燒用煤不會腐蝕鍋爐及爐壁。砷在各煤層中的平均值變化在0.58～1.64 μg/g之間，完全符合釀造和食品工業(yè)小于8μg /g的用煤要求。氟在各煤層中平均值變化在74～221 μg/g之間，煤的利用對環(huán)境有一定的影響。

3 煤的工藝性能

3.1 煤的結(jié)焦性及煉油性

勘查區(qū)各煤層的粘結(jié)性指標均為0，焦渣特征為2，都顯示各煤層均無結(jié)焦性或弱粘結(jié)性。

可采煤層焦油產(chǎn)率（Tar，d）較低，其各煤層的平均值變化在4.54～8.22%，屬以富油煤為主的含油煤～富油煤。

3.2 發(fā)熱量（Qgr，d）

原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）平均值變化在24.84～29.55 MJ/kg之間，干燥基低位發(fā)熱量（Qnet，d）平均值變化在23.13～28.73 MJ/kg之間，除2-2下煤層為中熱值煤外，其余均為高熱值煤。發(fā)熱量高低與灰分值呈反比關(guān)系。

3.3 煤的熱穩(wěn)定性及可磨性指數(shù)

本勘查區(qū)各煤層煤的熱穩(wěn)定性（TS+6）變化在70.86～80.93%之間，平均為76.67%，屬高熱穩(wěn)定性煤。

本勘查區(qū)各煤層煤的哈氏可磨性指數(shù)變化在59～73，平均為64，可磨性一般，屬中等可磨性煤。

3.4 煤對二氧化碳反應性

各煤層煤對二氧化碳（CO2）反應性試驗結(jié)果表明，各個試驗溫度所測得二氧化碳分解率（α%）。各煤層的二氧化碳分解率較差，在溫度950℃時平均53.37%，最大一個煤層也只有62.03%，達不到氣化用煤900～950℃時二氧化碳分解率60%的標準，因此，本區(qū)各煤層不適合單獨作為氣化用煤使用，可作氣化用煤的配煤。

3.5 可溶性

為了解煤層頂?shù)装寮皧A石的穩(wěn)定性及煤炭入選時，偽頂?shù)装鍔A矸混入后的粉碎程度和泥水特性，對各煤層作了泥化試驗分析。試樣分-0.5 mm及-10 μm二個粒級，-0.5 mm占6-3級的產(chǎn)率平均為5.17%，-10μm占6-3粒級的平均為0.011%，翻轉(zhuǎn)前加水后均無明顯泥化現(xiàn)象。翻轉(zhuǎn)后懸浮液較快的出現(xiàn)澄清層，說明泥化現(xiàn)象較輕微。

3.6 低溫干餾

各煤層平均焦油產(chǎn)率（Tar，d）平均變化為4.54～8.22%，是以富油煤為主的含油煤～富油煤。

4 煤的工業(yè)用途

各可采煤層均為低中灰煤、特低硫、中高揮發(fā)份、特低磷、粘結(jié)性差，高發(fā)熱量煤，燃燒性指標及燃料比均較高，是優(yōu)質(zhì)動力用煤、也可作為氣化用煤的配煤使用。本勘查區(qū)的煤可作為動力鍋爐、爐燃料和部分氣化原料，煤粉可制成型煤、高爐、煤氣化、生產(chǎn)碳素材料、橡膠和城市水處理濾料工業(yè)煤等。本勘查區(qū)煤的用途較為廣泛，在煤炭開發(fā)時應注重綜合利用，如制作水煤漿、加氫液化、煉制鐵合金焦、制取活性炭、建材、塑料、化肥、藥品和化纖工業(yè)的應用[4]。

5 結(jié)論

對煤質(zhì)分析結(jié)果用數(shù)理統(tǒng)計法，并選擇不同的剔除方法剔除異常值后計算了各煤層平均值。對可采煤層的物理性質(zhì)、煤巖特征、化學性質(zhì)及其變化規(guī)律已經(jīng)詳細研究，通過試驗對煤的工藝性能已經(jīng)查明。確定煤分類牌號，對煤的工業(yè)用途作出了可靠評價。

本勘查區(qū)各主要可采煤層均為黑色，深褐色、黑褐色條痕，瀝青光澤，較硬，階梯狀～參差狀斷口，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造。成分以暗煤為主，次為亮煤，夾有條帶狀絲炭。煤類以低變質(zhì)的不粘煤為主，其次為少量長焰煤?？刹擅簩訛榈椭谢颐骸⑻氐土?、中高揮發(fā)份、特低磷、粘結(jié)性差，高發(fā)熱量煤，燃燒性指標及燃料比均較高，是優(yōu)質(zhì)動力用煤、也可作為氣化用煤的配煤使用。

參考文獻：

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