我國特殊煤種研究進展

寧樹正，張 寧，吳國強，秦云虎

(1.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038； 2.中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北 邯鄲 056004；3.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006)

0 前言

1991年由中國煤田地質(zhì)總局編寫的《中國煤炭開發(fā)戰(zhàn)略的資源研究》報告中，將特殊煤種以醒目的標題單獨提出來，這是我國煤質(zhì)評價的深入和發(fā)展[1]。

近年來隨著對煤炭資源清潔利用研究的深入，特殊煤種研究工作也得到了極大發(fā)展?；仡櫯c特殊煤種相關(guān)的研究項目，這些項目中涉及了“潔凈煤” “優(yōu)質(zhì)煤” “環(huán)保煤” “綠色煤炭資源” “特殊煤” “稀缺煤”等術(shù)語，2016—2018年，中國煤炭地質(zhì)總局再次組織開展了“特殊用煤”為主的煤炭資源潛力調(diào)查評價。這些術(shù)語反應(yīng)了不同時期對煤質(zhì)研究的不同需求，同時，由于不同術(shù)語含義側(cè)重點的不同，使用中極易混淆，也給煤地質(zhì)研究工作帶來諸多不便。本文在回顧60余年來對特殊煤種研究歷史的基礎(chǔ)上，梳理了這些術(shù)語的區(qū)別與聯(lián)系，總結(jié)了特殊煤種研究現(xiàn)狀與進展，若干問題需要亟待解決，提出了特殊煤種研究的思路和建議。

1 特殊煤種研究現(xiàn)狀

早期的特殊煤種研究主要是評定煤炭等級，根據(jù)煤類、灰分、硫分、發(fā)熱量、可選性五個指標，袁三畏[2]將煤質(zhì)分為3個等級，即優(yōu)質(zhì)煤、中質(zhì)煤和劣質(zhì)煤。后來的研究發(fā)展為兩個分支：唐書恒等[3]以煤中的有害物質(zhì)作為主要研究對象，對煤的“潔凈等級”進行劃分。秦云虎等[4-5]以煤炭資源的用途為主線，考慮煤中的有害物質(zhì)同時，結(jié)合不同用途對煤各項指標要求的不同劃分等級。

2000年中國煤炭地質(zhì)總局開展了中國潔凈煤地質(zhì)研究，圈定了不同潔凈等級煤炭資源分布范圍。2006年，中國煤炭地質(zhì)總局開展了中國優(yōu)質(zhì)環(huán)保型煤炭資源潛力評價，2008年，江蘇煤炭地質(zhì)勘探研究所對華東地區(qū)液化煤資源進行了評價與研究。2009年中國煤炭地質(zhì)總局開展了中國優(yōu)質(zhì)環(huán)保型煤炭資源調(diào)查評價，圈定了優(yōu)質(zhì)環(huán)保型煤炭資源的分布。2010—2014年中國煤炭地質(zhì)總局開展的特殊和稀缺煤炭資源調(diào)查，初步評價了我國特殊和稀缺煤炭資源的分布特征?；仡櫿麄€特殊煤種研究過程，涉及到“潔凈煤” “優(yōu)質(zhì)煤” “環(huán)保煤” “特殊煤” “稀缺煤”等術(shù)語，這些術(shù)語反應(yīng)了不同時期對煤炭需求的不同要求。

1.1 潔凈煤

潔凈煤技術(shù)是指從開采到利用的過程中，控制污染、減少污染物排放、提高煤炭利用效率的加工和轉(zhuǎn)化等新技術(shù)。

潔凈煤地質(zhì)以煤中的有害物質(zhì)作為主要研究對象，唐書恒等[6]系統(tǒng)研究了煤中硫及潛在有害微量元素的分布規(guī)律、賦存狀態(tài)、富集機理及其在煤炭洗選、燃燒、淋濾等加工利用過程中的遷移規(guī)律與環(huán)境效應(yīng)，并構(gòu)建了煤炭資源潔凈潛力評價體系，評價我國已發(fā)現(xiàn)煤炭資源的潔凈等級，圈定了不同潔凈等級煤炭資源分布范圍。

1.2 優(yōu)質(zhì)煤

優(yōu)質(zhì)煤是指具有良好的質(zhì)量(如低硫、低灰、低有害微量元素、高發(fā)熱量)、適于多種用途的煤，在其加工利用過程中，具有較高的活性，對環(huán)境的影響較小。優(yōu)質(zhì)煤炭資源則是從資源綜合評價的角度出發(fā)，對煤炭資源的數(shù)量、質(zhì)量、開發(fā)技術(shù)條件、環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟效益等方面進行綜合評價而確定的資源相對等級[7]。曹代勇等[8]指出資源特性是成煤過程中多種因素綜合作用的結(jié)果，加強對優(yōu)質(zhì)煤炭資源形成條件研究對于優(yōu)質(zhì)煤炭資源開發(fā)具有重要意義。

從我國國情考慮， 煤炭資源潔凈化有兩條途徑：大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和優(yōu)先勘探開發(fā)優(yōu)質(zhì)煤炭資源。相對于長期以來重視煤炭資源 “數(shù)量” 特征而言， 當(dāng)前應(yīng)加強對煤炭資源 “質(zhì)量”特征的研究。魏迎春等[9]確定了煤炭優(yōu)質(zhì)評價指標體系和評價指標劃分方案，對山西省三個勘查區(qū)的煤炭資源進行了優(yōu)質(zhì)等級評價。高新民等[10]對陜西省優(yōu)質(zhì)煤炭資源的賦存情況，以及開發(fā)中存在的問題進行了分析，論述了優(yōu)質(zhì)煤炭資源實行保護性開發(fā)的重要意義，并提出具體保護措施。

1.3 環(huán)保煤

環(huán)保煤的定義概括了兩個方面，一是根據(jù)國家或行業(yè)的有關(guān)標準對某一特定用途所規(guī)定的高等級煤炭資源，二是煤中有害物質(zhì)在利用過程中向環(huán)境的釋放遷移程度要符合國家或行業(yè)的有關(guān)環(huán)境保護標準。因此，環(huán)保煤可定義為：針對某一特定用途且符合相關(guān)環(huán)境保護要求的高等級煤炭資源。

徐紅梅[11]闡述了燃煤排放污染與煤質(zhì)密切相關(guān)，分析了燃煤對污染排放的影響以及按煤主要參數(shù)劃定煤炭環(huán)保級別的可行性。秦云虎等[5]對優(yōu)質(zhì)環(huán)保煤和優(yōu)質(zhì)環(huán)保型動力煤進行了定義，劃分了優(yōu)質(zhì)環(huán)保型動力煤的類型，從優(yōu)質(zhì)(主要考慮揮發(fā)分指標)、環(huán)保(主要考慮硫分和灰分指標)兩個方面結(jié)合有害微量元素含量，將煉焦煤劃分為四種類型，確定了評價方法，對全國五個賦煤區(qū)及不同時代的優(yōu)質(zhì)環(huán)保型動力煤類型的資源量構(gòu)成和優(yōu)質(zhì)環(huán)保型煉焦煤的資源量等級進行了統(tǒng)計分析。

1.4 綠色煤炭資源

綠色煤炭資源可定義為在當(dāng)前先進技術(shù)條件下，資源稟賦條件適宜，能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效開采；煤炭開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響與擾動相對較小且損害可修復(fù)，煤炭開發(fā)過程中水資源能得到保護和有效利用，能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)環(huán)境友好；煤中有害元素含量低，且可控可去除，適宜清潔高效利用，且具有經(jīng)濟競爭力的煤炭資源[12]。

王佟等[12]建立了綠色煤炭資源評價的技術(shù)框架，對我國綠色煤炭資源進行了評價，建立了基于綠色煤炭資源評價的煤炭資源開發(fā)利用模式。

袁亮[13]根據(jù)我國煤炭資源的特點和面臨的挑戰(zhàn)，提出了“綠色煤炭資源”和“綠色煤炭資源指數(shù)”等概念，系統(tǒng)分析了我國五大賦煤區(qū)的綠色煤炭資源分布情況，對我國2020年、2030年和2050年的綠色煤炭資源量進行了分析預(yù)測；對基礎(chǔ)研究及關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)、綠色煤炭資源精準開采國家級研發(fā)平臺、綠色煤炭資源開發(fā)復(fù)合型人才和煤炭高效回收及精準開釆的政策方面提出戰(zhàn)略性建議。曹代勇等[14]指出煤炭地質(zhì)工作貫穿于綠色煤炭產(chǎn)業(yè)體系的全過程，分析了綠色煤炭各階段對地質(zhì)工作的需求特點,初步建立了綠色煤炭基礎(chǔ)地質(zhì)工作框架,提出了各階段基礎(chǔ)地質(zhì)工作的主要內(nèi)容。

1.5 稀缺煤和特殊煤

稀缺、特殊煤炭資源進行系統(tǒng)深入研究較少，但也有不少學(xué)者從不同角度對其進行了研究。趙謀[15]指出古敘礦區(qū)的優(yōu)質(zhì)無煙煤可用作高爐噴吹、活性炭、熱壓鑄造焦、炭素制品、電石、氣化等工業(yè)原料用煤。可見稀缺煤炭資源是指具有十分重要的工業(yè)用途，其利用途徑具有一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，并有一定的不可替代性，對國民經(jīng)濟具有重要價值，需求量大但資源量又相對少的優(yōu)質(zhì)的煤炭資源。中國煤炭地質(zhì)總局開展的特殊和稀缺煤炭資源調(diào)查，對特殊和稀缺煤的涵義進行了厘定，初步評價了我國特殊和稀缺煤炭資源的分布特征[16]。

2 特殊煤種概念再定義與研究新進展

2.1 本文采用的特殊煤種概念

有關(guān)特殊煤種的含義，許多學(xué)者進行深入研究，戴和武等[18]認為特殊煤種是指煤中某個或一些成分、結(jié)構(gòu)、成因與一般煤有所不同，含量特高或很低，并具有一些特殊的性質(zhì)、特殊用途的煤炭資源。韓德馨等[19]提出的特殊煤種定義是某些煤由于成因、性質(zhì)和煤巖組成具有特殊性，或由于某些化學(xué)性質(zhì)、元素富集而具有特殊工藝性能和用途的煤炭。曾勇[20]認為特殊煤種是指煤炭的成因、性質(zhì)、煤巖組成等具有特殊性，或因某種元素富集而具有特殊的化學(xué)性質(zhì)、工藝性能和用途的煤炭。

《煤質(zhì)勘探與資料匯編方法》中指出，所謂特殊煤種是指某些由于其成因、煤巖組分或某種化學(xué)成分、元素含量與眾不同而具有一些特殊的工藝性能和用途的煤，特殊煤種是一種寶貴的煤炭資源和工業(yè)原料[17]。隨著煤炭清潔化利用要求的提高，上述研究多是圍繞煤類劃分、物質(zhì)組成、成因等提出的相關(guān)概念，對煤炭的煤質(zhì)分布特征在煤炭利用方面的影響突出不夠，不能滿足當(dāng)前以煤炭分級分質(zhì)為依據(jù)的煤炭清潔高效開發(fā)利用的特殊要求，為此中國煤炭地質(zhì)總局在特殊用煤資源潛力調(diào)查評價中提出特殊用煤的概念，特殊用煤是指能夠滿足煤炭清潔高效利用的具有特殊物質(zhì)組成或者物理化學(xué)性質(zhì)的煤炭資源[16]，把某類具有較大經(jīng)濟或者研究價值特殊煤作為一個煤種或者品牌進行命名，例如太西煤、樹皮煤、水煤漿用煤(特低灰煤)等。也有部分學(xué)者認為部分特殊煤種也應(yīng)當(dāng)屬煤炭資源中的稀缺品種[21]。

2.2 特殊煤種研究新進展

中國煤炭地質(zhì)總局2016年開展了特殊用煤資源潛力調(diào)查評價工作，項目根據(jù)煤炭利用工藝的最新發(fā)展結(jié)合不同煤炭工業(yè)用途對煤質(zhì)的要求，對煤炭資源進行煤質(zhì)分級和資源評價，從而評價不同類型的特殊用煤。項目在充分總結(jié)以往煤炭液化、氣化、焦化的研究成果的基礎(chǔ)上，對比實際應(yīng)用中以往評價指標與煤質(zhì)特征之間的差異，提出了適宜于煤炭資源評價的特殊用煤評價指標。目前項目已查明了成煤原生條件對煤巖煤質(zhì)控制作用、探討了煤化作用進程對煤類的控制作用，劃分了特殊用煤成因類型，揭示了不同成因類型特殊用的時空分布規(guī)律，建立了煤炭地質(zhì)勘查中的煤質(zhì)評價指標體系，對全國162個煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)煤炭資源進行了評價，初步統(tǒng)計162個煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)保有資源儲量為14 361.86億t，共劃分出一級特殊用煤資源量5 396.99億t，二級特殊用煤資源量7 813.52億t。其中可劃分出一級焦化用煤1 305.00億t，一級直接液化用煤382.36億t，一級氣化用煤3 709.63億t。可劃分出二級焦化用煤1 222.11億t，二級直接液化用煤2 821.72億t，二級氣化用煤3 769.70億t。

同時項目開展了特殊高元素煤研究工作，主要圍繞國家緊缺礦產(chǎn)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)，重點對煤層和煤層頂?shù)装宓逆N、鎵、鈾等稀有金屬，以及煤中鋁等大宗新興礦產(chǎn)等開展調(diào)查評價，研究了煤中共伴生礦產(chǎn)的賦存狀態(tài)、賦存層位、礦物組合關(guān)系、資源品位等，總結(jié)了煤系共伴生礦產(chǎn)形成的地質(zhì)條件、賦存規(guī)律等。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景和成礦影響因素，全國范圍內(nèi)劃分了金屬元素礦產(chǎn)資源8個成礦帶和10個遠景區(qū)，初步預(yù)測了我國煤中金屬元素礦產(chǎn)資源潛力我國煤中鍺預(yù)測資源量為1.17萬t，煤中鎵預(yù)測資源量188.02萬t，煤中鋰預(yù)測資源量86.49萬t，煤中稀土元素預(yù)測資源量1 130萬t。

3 我國特殊煤種研究存在的主要問題

1)雖然90年代就提出了特殊煤種的概念，相關(guān)術(shù)語較多，概念界定不清，導(dǎo)致至今國家層面缺少對特殊煤炭資源進行保護性開采的具體政策和措施。

2)《特殊和稀缺煤類開發(fā)利用管理暫行規(guī)定》，由國家發(fā)展和改革委員會令于2012年12月9日頒布。規(guī)定中的提出了特殊和稀缺煤類定義，提出了首批特殊和稀缺煤類礦區(qū)范圍。規(guī)定中也存在若干問題，雖然劃定了特殊和稀缺煤類礦區(qū)范圍，但對煤層平面分布和分布層位未進行深入研究，后期在實施中也遇到了很多困難，此外特殊和稀缺煤類的定義也只局限于肥煤、焦煤、瘦煤和無煙煤，針對范圍過窄。

3)我國正處于重化工業(yè)發(fā)展階段，高耗能產(chǎn)業(yè)占比大，能源需求增長趨勢依然強勁。同時對特殊煤資源的科學(xué)、合理、高效利用還不夠重視，導(dǎo)致大量特殊煤被用作動力煤直接燒掉，造成優(yōu)質(zhì)資源沒有得到合理利用。

4)目前實施的《煤炭資源勘查煤質(zhì)評價規(guī)范(MT/T1090-2018)》，主要包括煤炭質(zhì)量分級和煤質(zhì)用途的煤質(zhì)評價兩部分內(nèi)容。質(zhì)量分級主要是從煤炭灰分、硫分、發(fā)熱量、全水分、固碳、揮發(fā)分產(chǎn)率、煤灰熔融性、熱穩(wěn)定性、哈氏可磨性指數(shù)、煙煤黏結(jié)指數(shù)、煤中有害組分(氟、氯、磷、砷、鉛、汞)、煤的有益礦產(chǎn)、可選性、煤塵煤炸性、煤自燃傾向性、煤的風(fēng)化和氧化性和放射性等方面，按不同參數(shù)分別評價。煤質(zhì)用途評價是從煤的加工利用的角度評價的，分別給動力用煤的煤質(zhì)評價指標、煉焦用煤的煤質(zhì)評價指標、氣化用煤的煤質(zhì)評價栺標和液化用煤的煤質(zhì)評價指標。但目前的煤質(zhì)評價規(guī)范中煤質(zhì)用途評價只針對單因素進行了評價，未對多指標進行綜合評級。

4 發(fā)展前景與建議

1)加強基礎(chǔ)理論研究。特殊煤種是寶貴的不可再生資源，通過查明特殊煤種的沉積環(huán)境、物質(zhì)組成、賦存規(guī)律等特點，結(jié)合地質(zhì)背景，研究特殊煤種的分布規(guī)律和地質(zhì)條件，為合理開發(fā)提供基礎(chǔ)理論研究。

2)加大調(diào)查力度。特殊用煤資源調(diào)查評價項目對焦化、液化、氣化用煤和高元素煤的資源量進行了摸底，但絕大部分特殊煤種資源量尚不明確。因此，有必要繼續(xù)開展特殊煤種的調(diào)查工作，摸清特殊煤種資源家底，為特殊煤種資源的評價和保護提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)合理利用特殊煤種資源。特殊煤種資源非常珍貴，為了有效利用特殊煤種，有必要對特殊煤種的工藝性能進行研究，并制定相應(yīng)的保護政策。例如對于煤質(zhì)好的煤層，可采取煤巖選煤的方法，光亮煤、半亮煤煤巖作為液化用煤，半暗煤和暗淡煤，用于氣化或制活性炭等吸附劑。

根據(jù)不同煤種的工藝性能，采用不同的技術(shù)對特殊煤種進行清潔利用，提高特殊煤種利用效率。特殊煤種的液化、氣化等深加工工藝是今后研究的重點。

4)完善煤炭地質(zhì)勘查規(guī)范，制定煤炭分質(zhì)分級評價標準。煤炭分質(zhì)分級利用是煤炭企業(yè)未來轉(zhuǎn)型發(fā)展重要途徑，也是對煤炭地質(zhì)勘查的最新要求。優(yōu)質(zhì)煤炭資源的需求以及煤炭資源的清潔化利用要求日益突出，迫切需要修改完善煤炭地質(zhì)勘查規(guī)范，制定煤炭分質(zhì)分級評價標準，按照煤炭利用工藝的特殊要求實現(xiàn)煤質(zhì)和資源的動態(tài)評價。