雞西盆地永豐勘查區(qū)煤的煤質(zhì)特征

王忠興， 周玉珠

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊， 黑龍江 雞西 158100)

雞西盆地永豐勘查區(qū)煤的煤質(zhì)特征

王忠興， 周玉珠

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊， 黑龍江 雞西 158100)

為合理利用雞西盆地煤炭資源，基于雞西盆地的地質(zhì)概況、煤的物化性質(zhì)，分析永豐勘查區(qū)煤的煤質(zhì)特征，并確定其工業(yè)用途。結(jié)果表明：研究區(qū)穆棱組和城子河組煙煤以亮煤為主，顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主?？刹擅簩铀制骄鶠?.60%～0.88%，灰分平均為22.42%～38.43%，揮發(fā)分平均為18.57%～36.09%，硫分平均為0.28%～0.72%，屬中灰、低硫型煤，煤類主要為長焰煤、不黏煤、1/2中黏煤、氣煤及1/3焦煤等，可作為動力用煤或燒焦用煤。該研究為生產(chǎn)礦井合理配采、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了借鑒。

煤； 物理性質(zhì)； 化學性質(zhì)； 工業(yè)用途

煤炭資源是我國的主要能源，由于成煤環(huán)境和后期改造等因素的影響，不同區(qū)域的煤層具有不同的煤質(zhì)特征，而煤質(zhì)特征是煤炭資源開發(fā)和利用的重要指標[1-6]。黑龍江省雞西盆地永豐勘查區(qū)位于黑龍江省東部雞西盆地北部坳陷的東北部，平陽—麻山逆沖斷裂經(jīng)本區(qū)南部邊緣通過。區(qū)內(nèi)中生界白堊系下統(tǒng)雞西群穆棱組和城子河組含煤地層普遍發(fā)育。為預(yù)測待開采地區(qū)的煤炭質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，合理利用雞西盆地煤炭資源，筆者對區(qū)內(nèi)穆棱組和城子河組可采煤層的煤質(zhì)特征和煤的變質(zhì)規(guī)律進行分析，以確定其工業(yè)用途。

1 煤田地質(zhì)概況

雞西盆地位于黑龍江省東南部，東西長135 km，南北寬25 km，面積約3 375 km2。盆地中部發(fā)育一貫穿東西的逆沖斷裂平陽—麻山斷裂和恒山古隆起，將盆地分為南北兩個坳陷：南部坳陷由西向東有穆棱、平崗、小恒山、二道河子、張新和榮華等礦；北部坳陷由西向東有麻山、滴道、大通溝、西雞西、城子河、正陽和東海等生產(chǎn)煤礦。

雞西盆地南北坳陷均為大型復向斜構(gòu)造，盆地中部受控于平陽—麻山斷裂和恒山古隆起，南部邊緣受敦化—密山斷裂控制，北部為侵蝕邊界。

雞西盆地早白堊紀含煤地層主要為雞西群的穆棱組(K1m)和城子河組(K1c)。穆棱組地層總厚為600～1 000 m，含煤總層數(shù)為10～15層，其中，可采煤層4～6層，屬薄煤層。城子河組是雞西煤田最重要的含煤地層，其厚度為150～700 m，含煤總層數(shù)達40余層。其中可采7～20層，具有多個聚煤中心。雞西國有煤礦大部分開采城子河組煤層。

2 物理性質(zhì)與煤巖特征

研究區(qū)煤以穆棱組、城子河組煙煤為主，煤的顏色及條痕均為黑色，具有玻璃光澤～強玻璃光澤；斷口多為階梯狀和參差狀，并有少量貝殼狀；視密度隨著煤層灰分增高和變質(zhì)程度的加深而增大，一般為1.42～1.54 g/cm3。

煤巖特征包括宏觀煤巖特征和顯微煤巖特征，具體如下：

(1)宏觀煤巖特征

穆棱組和城子河組煙煤以亮煤為主，鏡煤和暗煤呈薄層狀、不規(guī)則條帶狀、透鏡狀和線理狀夾于亮煤之間，偶爾可見到絲炭。宏觀煤巖類型以半亮型為主，其次為光亮型和半暗型。

(2)顯微煤巖特征

研究區(qū)內(nèi)穆棱組(4#煤層)和城子河組(19#、28#、31#、33#、34#煤層)煙煤的顯微煤巖組分包括有機組分和無機組分，其主要可采煤層顯微煤巖組分含量見表1,其中，w1為有機組分質(zhì)量分數(shù)，w2為無機組分質(zhì)量分數(shù)。

表1 穆棱組與城子河組顯微煤巖組分質(zhì)量分數(shù)

注：數(shù)據(jù)表示(最小值～最大值)/平均值(樣本數(shù)量)。

由表1可知，有機組分包括鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組，質(zhì)量分數(shù)為81.70%～91.85%。其中，鏡質(zhì)組質(zhì)量分數(shù)為59.4%～85.4%，惰質(zhì)組為1.3%～24.2%，殼質(zhì)組很少，其質(zhì)量分數(shù)為0～4.5%。無機組分包括黏土礦物、碳酸鹽礦物、氧化物、硫化物，質(zhì)量分數(shù)為8.15%～18.30%。其中，黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為2.6%～18.3%，碳酸鹽礦物質(zhì)量分數(shù)為0～4.3%，成分為菱鐵礦；氧化物質(zhì)量分數(shù)為0～1.7%，成分為方解石；硫化物質(zhì)量分數(shù)為0～0.7%，成分為硫鐵礦。

3 化學分析

3.1工業(yè)分析

對研究區(qū)穆棱組與城子河組煤進行工業(yè)分析，結(jié)果如表2所示。

表2 穆棱組與城子河組可采煤層煤質(zhì)工業(yè)分析

注：數(shù)據(jù)表示(最小值～最大值)/平均值(樣本數(shù)量)。

分析表2可知，研究區(qū)穆棱組(4#煤層)水分(Mad)為0.72%～11.61%，平均值為2.38%。城子河組主要可采煤層(19#、28#、31#、33#、34#煤層)水分為0.60%～0.87%，平均值為0.69%。穆棱組灰分(Ad)平均為33.39%，屬中高灰分煤。城子河組主要可采煤層灰分為22.42%～38.43%，平均為30.61%,屬中灰-中高灰分煤。穆棱組煤揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)為30.29%～41.12%，平均為36.09%，屬中高揮發(fā)分煤。城子河組主要可采煤層煤的揮發(fā)分產(chǎn)率為18.57%～33.69%，平均值為26.47%，屬低揮發(fā)分-中高揮發(fā)分煤。黏結(jié)指數(shù)分數(shù)GRI為9.84%～45.48%，平均為85.35%。研究區(qū)主要可采煤層視密度值較高，在1.42～1.59之間，平均為1.52。由于研究區(qū)煤層灰分較高，煤層視密度也隨之增高。

3.2元素分析

穆棱組與城子河組煤的元素分析結(jié)果見表3，稀散無素、有害元素分析結(jié)果如表4所示。

元素分析成果(表3)中，C質(zhì)量分數(shù)w(Cdaf)為80.15%～88.49%，平均為85.35%；H質(zhì)量分數(shù)w(Hdaf)為4.85%～5.49%，平均為5.22%；N質(zhì)量分數(shù)w(Ndaf)為1.27%～1.62%，平均為1.51%；O和S質(zhì)量分數(shù)w(O+S)daf為5.23%～13.06%，平均為7.95%。穆棱組(4#煤層)全硫質(zhì)量分數(shù)w(St,d)為0.42%～1.54%，平均為0.72%。城子河組主要可采煤層(19#、28#、31#、33#、34#煤層)全硫質(zhì)量分數(shù)w(St,d)為0.28%～0.47%，平均為0.40%，屬特低硫-中硫分煤。全硫中以有機硫為主要成分。

由表4可見，穆棱組As的平均含量為8 μg/g(7個點)，其他所有可采煤層(19#、28#、31#、33#、34#煤層)As的平均含量均不超過4 μg/g，沒有達到有害程度。兩組中，Cl質(zhì)量分數(shù)為0.003%～0.009%，平均為0.007%，屬特低氯煤。P質(zhì)量分數(shù)為0.009%～0.052%，平均為0.017%,屬特低磷-中磷分煤。稀有元素Ge、Ga的含量都很低，達不到工業(yè)品位。

表3 穆棱組與城子河組可采煤層煤的元素分析

注：數(shù)據(jù)表示(最小值～最大值)/平均值(樣本數(shù)量)。

表4可采煤層煤中稀散元素與有害元素分析

Table4Scatteredelementsandharmfulelementsanalysisofavailablecoal

煤層w/%ρ/μg·g-1CldPdGeadGaadAsad40．003～0．0240．003～．0410～101～102～710．008/(9)0．013/(9)5/(9)5/(9)18/(9)190～0．0230．001～0．0821～120～100～130．006/(16)0．020/(16)5/(16)4/(16)2/(16)280～0．0090．008～0．0660～60～71～30．007/(7)0．020/(7)3．50/(6)4．83/(6)1．71/(7)310～0．0480．005～0．0610～110～141～150．008/(22)0．013/(22)4/(22)6/(22)2/(22)330～0．0480．004～0．0210～110～121～140．008/(16)0．009/(16)3．56/(16)4．75/(16)9/(16)340～0．0480．004～0．0210～110～121～140．009/(17)0．009/(17)3/(17)5/(17)2/(17)

注：數(shù)據(jù)表示(最小值～最大值)/平均值(樣本數(shù)量)。

3.3灰分分析

穆棱組與城子河組可采煤層煤灰分及含量如表5所示。由表5可知，研究區(qū)煤灰是以SiO2和Al2O3為主要成分，其中，SiO2質(zhì)量分數(shù)為50.33%～62.11%，平均為56.42%；Al2O3質(zhì)量分數(shù)為21.89%～36.65%，平均為29.37%。兩成分之和占總灰成分的85.79%。

4 煤的變質(zhì)規(guī)律與工業(yè)用途

4.1煤的變質(zhì)規(guī)律

研究區(qū)煤的變質(zhì)規(guī)律主要受區(qū)域變質(zhì)影響，巖漿侵入程度也是影響該區(qū)煤質(zhì)發(fā)生變化的主要地質(zhì)因素[7-10]。疊加巖漿熱的變質(zhì)作用時，煤的變質(zhì)程度升高，并且?guī)r漿侵入的規(guī)模越大，與煤層侵入距離越近，煤的變質(zhì)程度越高。Vdaf和w(Hdaf)隨煤的變質(zhì)程度加深而逐漸減小，w(Cdaf)則隨煤的變質(zhì)程度加深而逐漸增大(表3)。該區(qū)玢巖大面積侵入到煤系地層當中，由于巖漿熱的疊加作用，煤由低變質(zhì)的弱黏煤變質(zhì)為高變質(zhì)的貧煤、無煙煤。數(shù)據(jù)離散大的高變質(zhì)煤是巖漿侵入作用的結(jié)果，尤其是在永寧南山一帶煤質(zhì)變化較為明顯。

從剖面上看,煤層煤質(zhì)變化隨著煤層埋藏深度增加，煤的變質(zhì)程度加深，但煤質(zhì)變化不十分明顯。Vdaf和w(Hdaf)由淺到深逐漸減少，w(Cdaf)和Qnet,d由淺到深逐漸增大，GRI則隨煤的變質(zhì)程度加深而逐漸減小。研究區(qū)煤變質(zhì)規(guī)律與雞西盆地其他礦區(qū)煤變質(zhì)規(guī)律基本一致。

4.2煤的工藝性能與用途評價

研究區(qū)可采煤層原煤發(fā)熱量(Qnet,d)為20.30～25.65 MJ/kg，平均為23.38 MJ/kg；黏結(jié)指數(shù)為6.55～46.83，平均為33.17；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為7～16.0 mm，平均為10.25 mm。

按照GB 5751—86《中國煤炭分類國家標準》劃分，穆棱組4#層煤類主要為長焰煤，其次為不黏煤和弱黏煤；城子河組19#、28#、31#、33#、34#煤層煤類較多，主要有弱黏煤、1/2中黏煤、氣煤、1/3焦煤、焦煤和貧煤。

表5 穆棱組與城子河組可采煤層煤灰成分及質(zhì)量分數(shù)

注：數(shù)據(jù)表示(最小值～最大值)/平均值(樣本數(shù)量)。

研究區(qū)穆棱組和城子河組主要可采煤層水分(Mad)平均為0.60%～0.88%，灰分(Ad)平均為22.42%～38.43%，屬中灰分-中高灰分煤；揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)平均為18.57%～36.09%，屬低揮發(fā)分-中高揮發(fā)分煤；全硫(St,d) 質(zhì)量分數(shù)平均為0.28%～0.72%，屬特低硫-低硫分煤；磷(P)質(zhì)量分數(shù)平均為0.010%～0.052%，屬特低磷-中磷分煤。其發(fā)熱量(Qnet,d)平均為20.30～25.65 MJ/kg, 屬中熱值-高熱值煤。與鄰近東海礦煤的工業(yè)用途類比，該區(qū)煤的最佳用途：長焰煤、不黏煤、弱黏煤和貧煤可作工業(yè)動力用煤及鍋爐用煤;1/2中黏煤、氣煤、瘦煤經(jīng)過洗選后可作煉焦配煤，也可作工業(yè)動力用煤及鍋爐用煤;1/3焦煤、焦煤經(jīng)過洗選后作煉焦用煤。

5 結(jié) 論

(1)雞西盆地永豐勘查區(qū)穆棱組和城子河組煙煤以亮煤為主，顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主?？刹擅簩铀制骄鶠?.60%～0.88%，灰分平均為22.42%～38.43%，揮發(fā)分平均為18.57%～36.09%，硫分平均為0.28%～0.72%，屬中灰、低硫型煤。

(2)研究區(qū)煤變質(zhì)程度隨煤層埋藏深度增加而加深。煤為中熱值-高熱值煤，煤類主要為長焰煤、不黏煤、1/2中黏煤、氣煤及1/3焦煤等，可用作工業(yè)動力用煤、鍋爐用煤及煉焦用煤。

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(編校荀海鑫)

LawunderlyingcoalqualityandcoalmetamorphisminYongfengexplorationareainJixiBasin

WangZhongxing,ZhouYuzhu

(The 108th Exploration Team, Heilongjiang Bureau of Coal Geological Exploration, Jixi 158100, China)

This paper deals with the rational use of coal resources in Jixi Basin and describes an analysis of the coal quality characteristics and metamorphism of coal in Yongfeng exploration area, using the geological profile of Jixi Basin and the physical and chemical properties of coal and thereby the determination of its industrial use. The result show that bituminite in Chengzihe and Muling formation in the study area is dominated by bright coal and Micro-coal-rock component is dominated by vitrinite; recoverable coal seams with an average moisture content of 0.60%-0.88%, an average ash content of 22.42%-38.43%, an average volatile from 18.57% to 36.09%, and an average sulfur of 0.28%-0.72% are classified as medium gray and low sulfur briquette and are of these categories: fat coal, no sticky coal, 1/2 sticky coal, gas coal and 1/3 coking coal, all of which can be used as power coal and charred coal. The research may provide for the rational matching of mining production and the optimization of product structures.

coal; physical properties; chemical properties; industry application

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.06.006

TQ533

2095-7262(2017)06-0602-05

A

2017-03-30；

2017-06-06

王忠興(1965-)，男，山東省萊西人，高級工程師，研究方向：煤田地質(zhì)與勘查，E-mail：1085277919@qq.com。