王峰煤礦3號煤層煤質特征及其高效清潔利用

張震 王曉聲

作者簡介：張震（1988-），男，河南南陽人，地質工程師，主要從事煤田地質及煤礦地質服務工作。王曉聲（1983-），男，陜西渭南人，地質工程師，主要從事煤田地質及煤礦地質服務工作。

摘 要： 簡述陜西省王峰煤礦的地質概況，根據礦區(qū)地質資料和煤樣化驗成果，闡述主采煤層（3號煤層）的物理性質及煤巖特征，系統(tǒng)分析了3號煤層原煤與浮煤的灰分、揮發(fā)分、硫分、發(fā)熱量及粘結性等煤質特征，并提出了3號煤層的清潔利用方向。本區(qū)3號煤質具有低灰～中灰，特低～低揮發(fā)分，低～中硫，較高～高軟化溫度灰，中高～高發(fā)熱量，易磨，焦渣性差等特點，為優(yōu)質的動力用煤，可用于制造中低檔活性炭。

關鍵詞： 王峰煤礦;3號煤層;煤質特征;清潔利用

【中圖分類號】TQ536 【文獻標識碼】C 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.229

1 煤礦地質概況

王峰煤礦位于韓城礦區(qū)北端中深部，面積82km2，為全掩蓋式煤田，保有資源量81133萬噸，目前煤礦正在試生產階段。煤礦構造形態(tài)與韓城礦區(qū)基本一致，為總體走向NE、傾向NW的單斜構造，地層傾角平緩，一般3～5°，東北角傾角較大為14°左右，在單斜構造形態(tài)的背景上存在寬緩的波狀起伏，起伏不大。煤礦東淺部有14條斷距5-10m左右的正斷層，分布范圍較小，構造整體屬簡單類。含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）。

2 煤的物理性質及煤巖特征

3號煤屬變質程度高的無煙煤及貧煤。顏色、條痕均為黑色，玻璃光澤，棱角狀斷口，各層煤均以粉、碎粒煤為主，具少量塊煤;鏡煤中見有少量貝殼狀斷口;硬度小，性脆，具滑面，塊度差，易成粉狀;燃燒時基本不熔不膨脹，焰長中等，著火點據少量資料約在380～400℃左右。視密度1.42t/m3，真密度1.47-1.56t/m3。

以半亮和半暗煤為主，有少量的暗淡煤。性脆易碎，以粉末狀為主，見少量塊煤。有機組分含量85.60-100.00%，平均91.13%，含量較高。主要由鏡質組與惰質組組成，殼質組不發(fā)育（表1）。鏡質組為基質鏡質體、均質鏡質體;惰質組為絲質體、半絲質體及它們的碎片體，粗粒體。礦物質以粘土類為主，次為碳酸鹽類及硫化物（表1）。粘土類含量0.27-13.70%，平均7.89%。粘土礦物呈微粒聚合體形態(tài)和團塊狀;碳酸鹽類的方解石呈塊狀體形態(tài)，充填細胞胞腔，脈狀充填裂隙。鏡煤最大反射率（Rmax）為2.412%，屬第Ⅶ變質階段。

2 煤質特征

2.1 灰分特征

灰成分與煤中所含礦物質在種類、數量上具有一定的相關性，所含礦物質類型及含量又在一定程度上反應了礦物質形成的條件。3號煤層原煤灰分產率9.66%～35.76%，平均值21.85%，屬中灰分煤。區(qū)內以低～中灰分煤為主，整體煤礦中部最高，向外邊緣逐漸減低。

煤灰成分以SiO2與Al2O3為主，SiO2平均值達到47%，Al2O3平均值達到33.81%。3號煤層堿性氧化物（Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O）含量為14.27%，酸性氧化物（SiO2+Al2O3+TiO2）含量為82.08%（表2）。反映了以粘土類礦物為代表的陸源礦物質類型，粘土類礦物質的形成多依賴于沉積環(huán)境的搬運介質與沉積介質，多于淡水介質注入有關。SiO2/Al2O3比值1.11～2.44，平均1.43，Al2O3/SiO2比值0.41-0.89，平均0.72，SiO2/Al2O3比值較高，說明煤中含較多的石英、玉髓等陸源硅質碎屑，反映了水動力條件較強的穩(wěn)定環(huán)境。

2.2 揮發(fā)分特征

浮煤揮發(fā)分反應煤的煤質程度。3號煤浮煤揮發(fā)分產率7.04%～15.54%，平均值10.76%，屬低揮發(fā)分煤。3號煤原煤揮發(fā)分產率在7.85%～17.93%，平均值12.22%。屬低揮發(fā)分級別。

2.3 硫分特征

煤中硫的來源有原生硫與次生硫，前者為成煤植物所固有，后者來自成煤環(huán)境與變質過程。硫的存在形式決定著煤在利用過程中硫的遷移轉化，受煤形成時的沉積環(huán)境、煤化作用的影響。

3號煤層原煤硫分含量0.12%～2.14%，平均值為0.67%，煤礦中部以低～中硫為主，向外邊緣逐漸變?yōu)樘氐土蛎簠^(qū)，煤礦北部有16.59km2的中硫煤區(qū)，占煤礦面積的20%。經洗選后，浮煤硫分含量0.15%～1.55%，平均值0.47%，屬特低硫煤。3號煤層原煤中硫分的主要形態(tài)為有機硫和硫化鐵硫，平均各為0.43%、0.40%，硫酸鹽硫最低，平均0.09%。經洗選后，浮煤中硫化鐵硫為0.01～0.25%，平均0.05%，與原煤相比，降幅較大;有機硫0.01～0.79%，平均0.38%，與原煤相比，降幅不大（表3）。煤中硫分與各形態(tài)硫呈正相關，且硫化鐵硫和硫酸鹽硫與全硫分相關性明顯高于有機硫;且當St，d≤0.5%時，煤中硫分以有機硫為主，當St，d>0.5%，相關性減弱。特低硫煤區(qū)有機硫主要來自于成煤植物中的蛋白質，很難脫除。

2.4 工藝性能

2.4.1 發(fā)熱量特征

發(fā)熱量是評價動力用煤及動力配煤質量的一個重要指標，在煤炭工業(yè)中，常用的發(fā)熱量指標為空氣干燥基高位發(fā)熱量Qgr，d和干燥基低位發(fā)熱量Qnet，d。3號煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr.d）18.89～35.81MJ/Kg，平均28.35MJ/Kg，全區(qū)以中高～高發(fā)熱量煤為主。煤礦中部為中低發(fā)熱量煤區(qū)，向外逐漸增高，特高發(fā)熱量煤區(qū)僅在煤礦邊界零星分布。干燥基低位發(fā)熱量（Qnet，d）17.21-33.41MJ/Kg，平均25.90MJ/Kg。3號煤層浮煤干燥基低位發(fā)熱量（Qnet.d）30.45-33.41MJ/Kg，平均32.22MJ/Kg;屬特高發(fā)熱量煤。與原煤比較，浮煤發(fā)熱量得到較大幅度的增加。煤的發(fā)熱量與煤中灰分及水分呈明顯負相關。

2.4.2 其他工藝性能

3號煤層粘結指數0～4之間，平均1，為無粘結煤;焦渣特征在2～3之間，結焦性亦較差。煤層隨著溫度的升高而反應性增強，但活性值偏小;在溫度達到1100℃時也未達到了工業(yè)氣化用煤的要求（α值超過60%），各煤層不適合做氣化用煤（表4）。哈氏可磨性指數93～100%，平均96%，屬易磨煤（MT/T852-2000）。3號煤層TS+6值30.2-91.8%，平均72.7%，屬高熱穩(wěn)定性煤（MT/T 560-2008）;3號煤層軟化溫度灰（ST℃）1240->1500℃，主要位于1350->1500℃區(qū)間，屬于較高-高軟化溫度灰（MT/T853.1-2000）;流動溫度灰（FT℃）1260℃～1500℃，主要位于1300-1500℃區(qū)間，屬中等-較高流動溫度灰。3號原煤干燥基焦油產率在0～4.8%之間，綜合平均值為1.32～2.1%，均小于7%，根據《礦產資源工業(yè)要求手冊（2014 修訂版）》煤炭焦油產率分級，該區(qū)屬含油煤。

3 煤炭清潔利用方向

本區(qū)3號煤質具有低灰-中灰，特低-低揮發(fā)分，低-中硫，較高-高軟化溫度灰，中高-高發(fā)熱量，易磨，焦渣性差等特點，符合高爐噴吹用煤技術條件（GB/T 18512-2008）及發(fā)電煤粉鍋爐用煤技術條件（GB/T 7562-2010），亦符合符合鏈條爐排鍋爐用混煤的技術要求（GB/T 18342-2009），為優(yōu)質的動力用煤。但其揮發(fā)分含量低于25%，不適合做水泥回轉窯用煤。同時，3號煤為含油煤，煤焦油提取前景小。

水煤漿具有燃燒效益高、負荷調整便利、減少環(huán)境污染、改善勞動條件和節(jié)省用煤等優(yōu)點（水煤漿技術以及難制漿煤種成漿性的提高途徑），是煤清潔利用的重要方向之一。煤的成漿性難易與煤類、煤質關系極為密切，煤炭的制漿效果與煤中水分，灰分、揮發(fā)分、以及碳、氫、氧含量、孔隙度，可磨性等因素有關。近幾十年來，經過我國對煤種成漿性規(guī)律的探索研究，在大量煤質和成漿性試驗基礎上，采用回歸分析方法，就影響煤成漿性的諸因素進行了篩選，綜合提出了評定煤成漿性難度指標D和可以制漿的濃度C。在煙煤范圍內建立了成漿性難易程度等級。回歸公式：D=7.5+0.5Mad-0.05HGI。煤炭成漿性判別指標D與可制漿濃度C（%）間的關系：C=77-1.2D。本區(qū)煤的成漿難度指標D為12.29～13.00成漿濃度指標C為61～62%，屬難成漿煤。

活性炭是以炭為主體且具有吸附能力的多孔物質，用途十分廣泛，但對原料煤的質量要求比較高，如制造高檔柱狀活性炭時其無煙煤干燥基灰分以低于3%為佳，中、低檔活性炭干燥基灰分要求5%-6%（我國動力用煤及煤化工領域對煤質的基本要求），且固定碳含量要高，煤的化學反應性要好，硫分要低，煤的熱穩(wěn)定也要好。本區(qū)3號煤層西部無煙煤經洗選后，其干燥基灰分在5%-7%之間，可用于制造中低檔活性炭。

參考文獻

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