潞安CC礦區(qū)3號(hào)煤的煤巖煤質(zhì)特征研究

趙元鑫，楊玉娟

（濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與化學(xué)工程學(xué)院，河南 濮陽(yáng) 457000）

我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，油氣資源相對(duì)不足，對(duì)煤炭資源進(jìn)行資源、化工角度的創(chuàng)新利用是充分發(fā)揮我國(guó)能源特色、保障能源安全的需求[1-2]。煤巖煤質(zhì)特征是煤礦開(kāi)采與煤炭資源綜合利用的科學(xué)依據(jù)，是展開(kāi)煤礦安全生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)、健康發(fā)展的必要支撐，也是展開(kāi)煤炭地下資源創(chuàng)新利用的基礎(chǔ)[3-5]。自北美頁(yè)巖氣革命以來(lái)，世界范圍內(nèi)引發(fā)了一場(chǎng)非常規(guī)能源革命[6]，促使傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)向更加科學(xué)、綠色、先進(jìn)的方向轉(zhuǎn)型。在此背景下，加深對(duì)開(kāi)采區(qū)煤巖煤質(zhì)特征的了解，將有助于煤炭的安全、綠色開(kāi)發(fā)與充分利用。本文根據(jù)資料與測(cè)試數(shù)據(jù)，總結(jié)潞安ZC礦區(qū)3號(hào)煤的煤巖煤質(zhì)特征，并討論該區(qū)煤綜合利用的方式與建議，為煤系資源的充分利用提供依據(jù)。

1 目標(biāo)煤層概況

研究區(qū)位于沁水煤田東翼中段，研究區(qū)內(nèi)區(qū)域地層走向是北北東向，沿走向和傾向呈波狀起伏，地層傾角較小。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育地層由老至新分別為上元古界震旦系、古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二迭系，中生界三迭系、新生界新近系、第四系地層；區(qū)域含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）及二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）。二疊系下統(tǒng)山西組（P1s） 是本區(qū)主要的含煤地層之一，巖性主要由灰白色、灰色中細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，灰色、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及1-4層煤組成，含植物化石碎片，其中3號(hào)煤層為主要可采煤層。

2 3號(hào)煤層煤巖煤質(zhì)特征

2.1 厚度、含夾矸特征及3號(hào)煤的識(shí)別

3號(hào)煤層位于山西組中下部，上距K8砂巖約30m左右，本身厚度大、層位穩(wěn)定為重要的對(duì)比標(biāo)志。煤層厚度4.10～7.20m，平均厚度5.89m，含夾矸0～2層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；夾矸巖性多為炭質(zhì)泥巖，少數(shù)為泥巖。煤層頂板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖。

2.2 煤巖煤質(zhì)特征

煤巖煤質(zhì)是煤炭資源利用類型的依據(jù)。對(duì)3號(hào)煤層展開(kāi)煤炭煤質(zhì)研究，3號(hào)煤樣品觀察顏色為黑色，賦存狀態(tài)基本為塊狀、粉狀，以細(xì)、中條帶狀結(jié)構(gòu)為主，具有層狀構(gòu)造、灰黑色條痕色，斷面一般具有玻璃光澤，端口呈階梯狀或貝殼狀形態(tài)特征。密度測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3號(hào)煤的平均視 (相對(duì))密度大約為1.41t/m3左右。

對(duì)3號(hào)煤層展開(kāi)煤巖類型研究，結(jié)果表明3號(hào)煤層樣品的煤巖類型以亮煤為主，暗煤次之，并夾有少量的鏡煤及絲炭條帶，故煤巖類型以半亮型為主，半暗型次之；對(duì)3號(hào)煤層展開(kāi)微觀有機(jī)組分研究，結(jié)果表明，3號(hào)煤層樣品中的有機(jī)組分中以鏡質(zhì)組為主，平均為70.10%；惰質(zhì)組平均為16.75%。礦物含量平均為13.15%，以粘土為主。鏡質(zhì)組最大反射率為1.861～2.089%；煤的變質(zhì)階段為貧煤。

研究區(qū)3號(hào)煤層平均原煤干燥基恒容高位發(fā)熱量29.79MJ/kg，屬中高發(fā)熱量-特高發(fā)熱量煤；平均浮煤干燥基恒容高位發(fā)熱量33.57MJ/kg，平均浮煤恒容低位發(fā)熱量為33.07MJ/kg。3號(hào)煤層樣品的粘結(jié)指數(shù)為02；屬中等熱穩(wěn)定性-高熱穩(wěn)定性煤。

2.3 煤灰成分、灰熔融性

煤灰成分影響煤的燃燒利用效率。研究區(qū)3號(hào)煤樣品的灰成分以SiO2、Al2O3為主，其次為Fe2O3、CaO、MgO等成份；煤灰熔融性（ST） 為1415℃-1500℃，較高軟化溫度灰。

2.4 煤類及利用方向

煤類按《中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5751－2009）》 劃分，分類指標(biāo)采用浮煤揮發(fā)分（Vdaf）、粘結(jié)指數(shù)（GR.I）。

3號(hào)煤層浮煤揮發(fā)分 (Vdaf)為10.98%-15.06%，粘結(jié)指數(shù) (GR.I)為0-2，劃分為貧煤(PM)。從篩分試驗(yàn)結(jié)果看，3號(hào)煤層13～6mm級(jí)所占全樣產(chǎn)率最高，為25.77～54.61%，其次為6～3mm級(jí)，占20.74～31.65%。3號(hào)煤為低灰-中灰，低揮發(fā)分、特低硫-低硫，特低磷-中磷煤，中高-特高發(fā)熱量之貧煤，可作為動(dòng)力用煤和民用煤，也可作為高爐噴吹用煤。

2.5 煤層附近的含水層

二疊系山西組3號(hào)煤層頂板附近存在砂巖含水層。厚1.50～13.75m，平均厚度約為5.18m，巖性為中細(xì)粒砂巖。一般下距3號(hào)煤層5m左右，是3號(hào)煤層頂板直接充水含水層。煤層附近的含水層是煤炭開(kāi)發(fā)過(guò)程中煤礦水害的主要來(lái)源，是煤炭安全生產(chǎn)的重大隱患，明確煤層附近的含水層有利于煤礦的安全生產(chǎn)。

3 研究區(qū)3號(hào)煤開(kāi)發(fā)的環(huán)境問(wèn)題

3.1 夾矸問(wèn)題

煤層夾矸的排放與堆積不當(dāng)不僅大量占用土地，而且矸石自然排放大量的硫化物和煙塵污染空氣，在大氣降水的溶解和淋濾作用下，矸石中的有害元素進(jìn)入地表或地下成為固體污染源。因此，應(yīng)在夾矸的堆放地和其一定的范圍內(nèi)采取防放措施，并留足防護(hù)帶。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)煤矸石的綜合利用，使它對(duì)環(huán)境的污染減小到最低程度。研究區(qū)3號(hào)煤中具有一定的夾矸含量，開(kāi)發(fā)過(guò)程中將產(chǎn)生夾矸問(wèn)題，其排放、處理與堆積將影響礦區(qū)生態(tài)，展開(kāi)煤矸石的綜合利用將有助于解決這一環(huán)境問(wèn)題，如建材、煅燒水泥熟料等，但矸石中的污染性元素，尤其是重金屬元素等，需要經(jīng)過(guò)化工過(guò)程處理后才展開(kāi)綜合利用。

3.2 煤炭資源有害元素

煤炭資源利用過(guò)程中的另外一大環(huán)境問(wèn)題屬于煤中有害元素通過(guò)燃燒等向外界釋放。研究區(qū)3號(hào)煤的有害成分測(cè)試結(jié)果顯示，原煤中含有硫、磷、氯、砷、氟等環(huán)境有害元素，容易在燃燒利用過(guò)程中釋放。通過(guò)浮選、高溫脫除化工處理等方法，可以在一定程度上減弱其環(huán)境影響。

4 結(jié)論

對(duì)研究區(qū)3號(hào)煤的煤巖煤質(zhì)特征研究結(jié)果表明，研究區(qū)3號(hào)煤分布穩(wěn)定，厚度較好，有利于煤炭資源開(kāi)發(fā)；3號(hào)煤有機(jī)組分中以鏡質(zhì)組為主，平均為70%以上，元素以以碳、氫含量為主，煤灰成分以SiO2、Al2O3為主，3號(hào)煤變質(zhì)階段為貧煤，可作為動(dòng)力用煤和民用煤或高爐噴吹用煤；3號(hào)煤平均甲烷含量為2.83mL/g·r，瓦斯成份以甲烷及氮?dú)鉃橹鳎瑢佗箢惒灰鬃匀济簩?，?duì)安全生產(chǎn)有利，但在頂板附近存在砂巖含水層，是安全生產(chǎn)的隱患；3號(hào)煤的資源利用面臨煤層夾矸的排放與堆積、煤中有害元素通過(guò)燃燒等向外界釋放兩個(gè)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)煤矸石及煤炭展開(kāi)高溫脫除化工處理等將有助于減弱3號(hào)煤資源利用的環(huán)境影響。