神府東勝礦區(qū)煤的基本結(jié)構(gòu)特征及變質(zhì)規(guī)律

侯家琪，黃 婉，馬 穎，康宇鵬

（陜西省煤田地質(zhì)化驗(yàn)測(cè)試有限公司，陜西 西安 7 100054）

神府東勝礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)伊金霍洛旗南部和準(zhǔn)格爾旗的西南部至陜西榆林市、神木市境內(nèi)，南北長(zhǎng)79.96Km，東西寬14.93～55.32Km，面積2757.28Km2，探明資源量301.69 億噸。煤類為長(zhǎng)焰煤和不粘煤，少部分褐煤（圖1）。

圖1 神府--東勝礦區(qū)勘探劃分圖

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于鄂爾多斯臺(tái)向斜的東翼——陜北斜坡上，地層向西傾斜，傾角1°左右。

礦區(qū)內(nèi)地層由老至新為三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y），侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f）、侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、中統(tǒng)直羅組（J2z）、安定組（J2a）、白堊系下統(tǒng)洛河組（K1L），新近系上新統(tǒng)保德組（N2b）、第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙(Q4eol)和沖積層(Q4al)。

延安組為礦區(qū)含煤地層，含煤8～19 層，多達(dá)31 層，對(duì)比意義15 層，第Ⅴ段含1-2上、1-2、1-2下煤；第Ⅳ段含2-2上、2-2煤；第Ⅲ段含3-1、3-2、3-3煤；第Ⅱ段含4-2、4-3、4-4煤；第Ⅰ段含5-1、5-2、5-3煤，主要可采煤層為1-2、2-2、3-1、4-2、5-2煤。

補(bǔ)連區(qū)和新廟區(qū)的1-2、2-2、3-1煤層大面積富集，新民區(qū)的4-2、5-2煤層有大面積分布，煤層在其它區(qū)域兼而有之。

2 煤的煤巖特征

東勝、神木、大保當(dāng)26 個(gè)煤礦和33 個(gè)鉆孔，147 個(gè)煤巖樣的鑒定及128 個(gè)煤巖類型光片，56 個(gè)宏觀類型薄光片，83 個(gè)全層煤樣煤反光、熒光的煤巖組分分析，定量，鏡質(zhì)組反射率及電子探針分析工作等，煤的煤巖具有以下特征。

2.1 宏觀煤巖組分和宏觀類型

2-2、3-1、4-2煤層由煤層頂部至底部依次為亮煤、暗煤、絲炭、鏡煤。1-2、5-2煤巖為暗煤、亮煤、絲炭、鏡煤。絲炭含量高，厚度1mm～5mm。2-2、3-1煤層的中下部及底部鏡煤厚度可達(dá)15cm左右，基本由無結(jié)構(gòu)基質(zhì)鏡質(zhì)體及薄片角質(zhì)體組成。1-2煤層以半暗煤為主，部分暗淡煤，2-2、3-1、4-2煤層以半亮煤為主，次為半暗煤，5-2煤層暗淡煤占優(yōu)，部分半暗煤。

東勝北的唐公溝至高頭窯區(qū)以暗淡煤為主，部分半暗煤。內(nèi)生裂隙不發(fā)育，空氣中煤失去水呈龜裂狀形態(tài)，具褐煤特征。神木北部主要以半暗煤、暗淡煤為主，次為半亮煤；神木、大保當(dāng)區(qū)為半暗煤和半亮煤。

2.2 顯微煤巖組分和顯微類型

表1 顯微組分定量表明，1-2、5-2煤層鏡質(zhì)組一般小于50%，2-2、3-1、4-2煤層鏡質(zhì)組+半鏡質(zhì)組均大于60%；惰質(zhì)組多大于40%，1-2、5-2煤層大于60%；無機(jī)礦物一般3%左右。說明2-2、3-1煤層活性組分較高，灰分低，1-2和5-2煤層活性組分低，灰分稍高，鏡質(zhì)組相對(duì)比較低，4-2煤層居中。

表1 主要可采煤層顯微組分定量表

顯微類型組分定量表明，以微鏡煤、微惰煤為主，微亮煤、微暗煤低，雙組分類型以微鏡惰煤為主，少量微粘土礦化煤和三組分微三合煤等。

顯微類型組合較單一，1-2、5-2煤層微鏡煤低，微惰煤高，微粘土礦化煤+微黃鐵礦化煤3%左右；2-2、3-1煤層微鏡煤高，微惰煤則低，表明2-2、3-1煤層煤質(zhì)優(yōu)良。

3 煤的基本結(jié)構(gòu)及紅外光普研究

3.1 煤的基本結(jié)構(gòu)研究

為了研究煤的基本結(jié)構(gòu)，找到煤中水分高的因素，選取了唐公溝、喇嘛寺、活雞兔煤巖單一組分樣品，在電子探針1200～8600 倍數(shù)下，煤的表面結(jié)構(gòu)及空隙形態(tài)有下列特征。

唐公溝煤的絲炭呈薄片透鏡狀，孔隙間的排列比較規(guī)整，多孔而園狀，部分孔受擠壓呈花瓣?duì)??？讖酱髷?shù)量多。在惰質(zhì)組的半絲質(zhì)體中孔隙、孔徑和數(shù)量相應(yīng)減小。凝膠化基質(zhì)基本呈碎片狀，其間有小孔和微孔賦存。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體中細(xì)胞腔存在較多，腔與腔之間有微細(xì)的通道相連?；铍u兔煤的空隙和孔徑則有不同，絲炭中的孔隙相比唐公溝煤要少很多，并且孔徑要小得多。而喇嘛寺煤的絲炭中的孔隙被壓碎的細(xì)胞腔碎片所填充。喇嘛寺和活雞兔煤的鏡質(zhì)組中有相當(dāng)?shù)某⒖祝ㄆ胀ü鈱W(xué)顯微鏡的無法看到的孔），孔具孤立狀、互不相通。

研究分析表明，活雞兔及喇嘛寺煤的變質(zhì)程度明顯高于唐公溝煤。而且煤的結(jié)構(gòu)——空隙大量的存在，是神府東勝礦區(qū)煤中水份偏高的主要因素。

3.2 煤的紅外光譜研究

詳細(xì)研究了煤的結(jié)構(gòu)組成和變質(zhì)程度。從圖2 清楚地看到煤樣有下列光譜吸收特征。

圖2 煤的紅外光譜圖

（1）具有甲基次甲基吸收，是煤的重要化學(xué)結(jié)構(gòu)組成特征，吸收的光密度值與煤的變質(zhì)程度有緊密的相關(guān)性。

（2）1700cm-1羰基吸收，是煤中固有的含氧官能團(tuán)，顯示明顯。

（3）1610cm-1為芳烴C=C 吸收，是煤的基本結(jié)構(gòu)吸收。

（4）700～900cm-1芳烴CH 彎曲處振動(dòng)吸收，此吸收明顯不明顯，說明礦區(qū)煤的煤化程度甚低。

變質(zhì)程度不同對(duì)煤的光譜吸收峰值的不同規(guī)律表明，煤中有機(jī)質(zhì)的變質(zhì)過程具有階段發(fā)展的特性，從褐煤到氣煤、肥煤階段，主要發(fā)生芳核上含氧取代基（主要為OH 基）的減少和消失。

紅外光譜分析表明：礦區(qū)屬于典型的腐植煤，從700～900cm-1的吸收看，煤核較小，甲基～次甲基鍵短，吸收比較弱。故東勝煤吸收弱，榆神煤吸收相對(duì)較強(qiáng)，神北、新民煤吸收居中，表明礦區(qū)煤的變質(zhì)程度低。

4 煤的變質(zhì)程度及煤類

4.1 煤的變質(zhì)程度

煤質(zhì)指標(biāo)鏡質(zhì)組最大反射率在0.410～0.679 之間；揮發(fā)份（Vdaf）32%～41%；灰分（A 的）5%～12%，一般7%左右；水分（Mad）6%～22%；碳(Cdaf)含量70%～83%；氧（Odaf）含量9%～23%；燃料比1.47～2.33。東勝北的唐公溝周邊區(qū)域鏡質(zhì)組反射率小于0.5，透光率（Pm)為46%（Pm 大于為50%為長(zhǎng)煙煤類），發(fā)熱量（Qgr,maf)23.82MJ/kg（長(zhǎng)焰煤大于24.0 MJ/kg），指標(biāo)顯示出褐煤特征，但是發(fā)熱量（Qgr,maf)和透光率（Pm)又臨近長(zhǎng)焰煤的邊界(透光率大于50%屬長(zhǎng)焰煤類），并在鏡下觀察到較多干縮裂紋及大量空隙等，為褐煤至長(zhǎng)焰煤的過度階段。東勝南部的新廟區(qū)，反射率為0.410～0.520，透光率（Pm）為66%～70%，雖在長(zhǎng)焰煤變質(zhì)范圍內(nèi)，但程度卻很低，屬長(zhǎng)焰煤低變質(zhì)階段。神北及新民區(qū)均屬長(zhǎng)焰煤階段，神木南部的大保當(dāng)區(qū)煤的透光率（Pm)大于82%～92%，元素碳（Cdaf)含量達(dá)78～84%，氫、氮含量顯著增高，說明沉積過程中還原程度相對(duì)增強(qiáng)。煤的碳/氫比表明，沉積區(qū)內(nèi)有機(jī)地化特征及植被質(zhì)料比較一致。

4.2 煤類

神木北至東勝南主要為長(zhǎng)焰煤，當(dāng)顯微組分中惰質(zhì)組含量高時(shí)則為不粘煤；東勝以北，有少量褐煤～長(zhǎng)焰煤的過渡類型煤；東勝至神木南主要是長(zhǎng)焰煤及不粘煤。

5 結(jié)論

神府東勝礦區(qū)煤的基本結(jié)構(gòu)特征和變質(zhì)程度規(guī)律：①紅外光譜研究表明，東勝煤吸收弱，榆神煤吸收較強(qiáng)，神北、新民煤居于其中，表明煤的變質(zhì)程度低；②活雞兔及喇嘛寺煤的變質(zhì)程度明顯高于唐公溝煤。煤的空隙大量存在，是礦區(qū)煤中水份偏高的主要因素；③礦區(qū)煤類主要為長(zhǎng)焰煤，煤中惰質(zhì)組含量高時(shí)多為不粘煤；東勝以北有少量褐煤；東勝至神木以南主要是長(zhǎng)焰煤及不粘煤。