內(nèi)蒙古白音烏拉礦區(qū)6#煤層特征及液化性能

賀 軍

(中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100041)

白音烏拉礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)蘇尼特左旗滿都拉圖鎮(zhèn)西北35km處，大地構(gòu)造分區(qū)屬天山-興安地槽褶皺系華力西中晚期地槽褶皺帶東蘇-西烏復(fù)向斜白音塔拉坳陷，礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類型。礦區(qū)面積362.3km2，煤炭資源儲量52.2億t，埋藏深度80～430m；研究區(qū)內(nèi)煤層賦存于白堊系下統(tǒng)巴彥花組中段(K1b2)，該巖段厚度276.80m，主要可采煤層為6#煤層。6#煤層平均厚度超過20m，含煤性好。區(qū)內(nèi)煤質(zhì)為中灰、中硫、特低磷褐煤。本區(qū)煤層總體變化趨勢：礦區(qū)中心煤層厚度較大，夾層少，煤層結(jié)構(gòu)較簡單；沿走向向SW方向煤層急劇變薄尖滅，NE方向煤層分叉，緩慢變薄，煤層夾層增多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。以下通過對6煤層煤巖煤質(zhì)資料的分析，研究其煤質(zhì)特征及其變化規(guī)律，并指出其液化性能。

1 物理性質(zhì)及煤巖特征

研究區(qū)6#煤層為褐色或黑褐色，條痕為淺棕色或深棕色，弱瀝青光澤，參差狀斷口，硬度小，塊狀構(gòu)造，易風(fēng)化，見風(fēng)后有干縮裂紋。煤巖宏觀組分多以暗煤為主，半暗-暗淡型煤，平坦?fàn)罴皡⒉顮顢嗫?，?nèi)生裂隙發(fā)育，見有方解石、黃鐵礦薄膜，敲擊易生成棱角小塊。鏡煤和絲炭多以較大透鏡體和線理狀夾在暗煤之中。顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組最多，大都在50%以上，最高達(dá)到82.20%。惰性組次之，殼質(zhì)組相對較少，礦物組分主要是黏土礦物，含量很低(表1)。

該煤的鏡質(zhì)組最大反射率0.282%～0.308%，隨煤層埋深的增加，鏡質(zhì)組最大反射率逐步提高，煤的變質(zhì)程度逐步加深，符合煤的深成變質(zhì)規(guī)律。煤的變質(zhì)階段屬于0階段，相應(yīng)的煤類為褐煤。

2 煤巖煤質(zhì)特征

2.1 煤的工業(yè)分析

本次研究對白音烏拉礦區(qū)6#煤層煤巖煤質(zhì)資料和部分勘探地質(zhì)報告等數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了清潔利用指標(biāo)分析(表2)。

表1 6#煤巖組分鑒定成果統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of coal lithotype identification results

表2 煤層主要化學(xué)性質(zhì)Table 2 Main coal chemical properties

2.2 煤質(zhì)特征

(1)水分(Mad)。6#煤層原煤水分(Mad)含量為6.67%～26.96%，平均13.32%；浮煤水分(Mad)含量為7.03%～26.07%，平均13.28%；由分布圖可以看出，原煤、浮煤水分均分布在8.0%～20%，可見洗選對該礦區(qū)煤中水分影響不大。依據(jù)煤中全水分分級(MT/T850-2000)標(biāo)準(zhǔn)，屬中等-中高全水分煤(MM-MHM)(圖1)。

圖1 白音烏拉礦區(qū)6#煤層水分分布Figure 1 Bayan Ula mine area coal No.6 moisture content distribution

(2)灰分(Ad)。6#煤層原煤灰分(Ad)產(chǎn)率為1.76%～55.09%，平均15.89%，浮煤灰分(Ad)灰分產(chǎn)率為4.45%～21.85%，平均10.07%。按GB/T15224.1—2010《煤炭質(zhì)量分級第一部分：灰分》中煤炭資源評價灰分分級，白音烏拉礦區(qū)6#煤層原煤主要為低灰分煤，少量中灰煤。經(jīng)過洗選之后，灰分有明顯的下降，灰分含量主要分布在>10%～20%，平均值降低為10.07%，接近特低灰分煤(圖2)。

圖2 白音烏拉礦區(qū)6#煤層灰分分布Figure 2 Bayan Ula mine area coal No.6 ash content distribution

圖3 白音烏拉礦區(qū)6#煤層灰分平面分布圖Figure 3 Bayan Ula mine area coal No.6 ash content distribution plan

6#煤層灰分在平面上大部分分布在16%～20%，但在礦區(qū)南部的芒來露天礦大部以及烏蘭備用區(qū)的北部出現(xiàn)了灰分的降低，該區(qū)域灰分含量主要分布在12%左右(圖3)。

(3)揮發(fā)分(Vdaf) 6#煤層原煤揮發(fā)分(Vdaf)產(chǎn)率為36.69%～78.51%，平均54.41%，按MT/T 849-2000《煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級》，礦區(qū)內(nèi)主要為特高揮發(fā)分煤。經(jīng)洗選后，浮煤揮發(fā)分(Vdaf)產(chǎn)率洗選前后基本保持不變(圖4)。

圖4 白音烏拉礦區(qū)6#煤層揮發(fā)分分布Figure 4 Bayan Ula mine area coal No.6 volatile matter content distribution

在平面圖上，白音烏拉礦區(qū)6#煤層揮發(fā)分在礦區(qū)北部的賽漢井田、賽漢塔拉井田以及礦區(qū)南部的烏蘭備用區(qū)煤的揮發(fā)分主要分布在50%以下，在礦區(qū)中部的芒來露天礦、沙爾井田煤的揮發(fā)分以大于50%為主，總體上表現(xiàn)為中部高于南部以及北部(圖5)。

圖5 白音烏拉礦區(qū)6#煤層揮發(fā)分平面分布圖Figure 5 Bayan Ula mine area coal No.6 volatile matter content distribution plan

(4)氫碳原子比(H/C)。6#煤層原煤氫碳原子比0.53～1.24，主要分布在0.70～0.85，平均值為0.76(N=120)(圖6、圖7)。

圖6 白音烏拉礦區(qū)6#煤層H/C分布Figure 6 Bayan Ula mine area coal No.6 H/C distribution

圖7 白音烏拉礦區(qū)6#煤層H/C分布圖Figure 7 Bayan Ula mine area coal No.6 H/C distribution plan

(5)全硫。6#煤層原煤全硫(St.d)硫分含量為0.2%～11.2%，平均為1.92%，按GB/T15224.1—2010《煤炭質(zhì)量分級第二部分：硫分》中煤炭資源評價硫分分級，巴其北礦區(qū)6#煤層主要為中硫煤；洗選后，浮煤全硫(St.d)硫分含量為0.08%～5.44%，平均1.60%，洗選后硫分含量出現(xiàn)了一定程度的下降，但是降幅不大，仍為中硫煤(圖8)。

圖8 白音烏拉礦區(qū)6#煤層硫分分布Figure 8 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur content distribution

從平面圖上看，白音烏拉礦區(qū)6#煤絕大多數(shù)區(qū)域硫分大于1%，總體表現(xiàn)為北低南高的趨勢， 其中烏蘭備用區(qū)的硫分主要以大于2%為主(圖9)。

圖9 白音烏拉礦區(qū)6#煤層硫分平面分布圖Figure 9 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur content distribution plan

從形態(tài)硫分布柱狀可以看出，本礦區(qū)全硫含量大于1%的煤中，硫的主要成分以黃鐵礦硫及有機(jī)硫?yàn)橹鳎蛩猁}硫含量極低；黃鐵礦硫和有機(jī)硫的占比隨著全硫含量的變化也有一定的變化規(guī)律：在全硫含量為1.0%～3.0%的煤中主要以有機(jī)硫?yàn)橹?，黃鐵礦硫次之，并且隨著全硫含量的增加而有機(jī)硫減小，黃鐵礦硫增大；全硫含量大于3.0%的煤中主要以黃鐵礦硫?yàn)橹?，有機(jī)硫次之(圖10)。

圖10 白音烏拉礦區(qū)形態(tài)硫分布Figure 10 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur in different forms distribution

2.3 元素分析

煤的可燃質(zhì)由多種碳、氫化合物為主的有機(jī)物組成，其主要化學(xué)元素為碳、氫、氮、氧。6#煤層中原煤碳(Cdaf)含量在61.40%～86.22%，平均為70.52%；

洗煤在 38.64%～80.34%，平均為 69.47%。氫(Hdaf)含量原煤在 1.46%～7.15%，平均為 4.50%；洗煤在3.38%～6.32%，平均為 4.35%氮(Ndaf)含量原煤在 0.75%～1.64%，平均為 1.15%；洗煤在0.09%～2.08%，平均為 1.12%。氧(Odaf)含量原煤在 5.64%～34.88%， 平均為 22.00%； 洗煤在13.81%～54.30%，平均為 23.44%。

3 液化性能分析

3.1 煤炭直接液化對煤質(zhì)的要求

煤的直接液化是將煤在高壓、高溫和催化劑的作用下與氫反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。適合液化的煤種類有：長焰煤、褐煤、氣煤等。前人的研究表明，液化用煤一般宜采用揮發(fā)分較高的煤[1-3]鏡質(zhì)組平均最大反射率(Ro,max)0.3%～0.7%的煤大多適于液化，最佳為Ro,max0.5%左右[4-6]。揮發(fā)分越高越易液化，通常選擇揮發(fā)分大于35%的煤作為直接液化煤種。在總結(jié)前人對直接液化用煤指標(biāo)研究的基礎(chǔ)上，筆者在本次研究中同項(xiàng)目組共同提出針對直接液化用煤的具體指標(biāo)，其煤巖煤質(zhì)指標(biāo)見表3。

3.2 指標(biāo)分析

通過對主要可采煤層6#煤的巖煤質(zhì)指標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要可采煤層中，原煤基本全部適合直接液化，經(jīng)洗選后部分指標(biāo)有明顯的變化，更適合直接液化。研究區(qū)6#煤層煤質(zhì)與接液化用煤評價指標(biāo)體系表對比結(jié)果見表4。

通過表4對比得出，本次工作研究區(qū)內(nèi)6#煤層各項(xiàng)指標(biāo)均符合直接液化標(biāo)準(zhǔn)，基本可作為直接液化用煤。

表3 適于直接液化用煤的煤巖煤質(zhì)指標(biāo)Table 3 Coal lithotype and coal quality indices propitious to direct liquefaction

注：H/C,以干燥無灰基表示；I為去礦物基

表4 研究區(qū)6#煤層煤質(zhì)與接液化用煤評價指標(biāo)體系表對比表Table 4 Comparison of coal No.6 from study area and direct liquefaction coal assessment index system table

注：H/C,以干燥無灰基表示；I為去礦物基

4 結(jié)論

有機(jī)顯微組分中鏡質(zhì)組含量為64.11%，惰質(zhì)組含量為33.98%，含少量殼質(zhì)組(1.91%)；無機(jī)組分以黏土礦物為主。煤為中灰、中-中高硫、高熱值褐煤。煤的揮發(fā)份高，化學(xué)反應(yīng)性好，有機(jī)硫含量一般在1%以上，適合煤的液化，但從煤巖組分來看，惰質(zhì)組含量較高，對液化不利。

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