我國典型礦區(qū)石炭―二疊紀煤炭資源分布與煤質特征

陳文敏，傅 叢，丁 華

(1.煤炭科學研究總院,北京 100013;2.煤炭科學技術研究院有限公司 煤化工分院,北京 100013;3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室,北京 100013)

0 引 言

為了完成2035年碳達峰和2060年碳中和的目標任務以及提高大氣質量、減少碳排放、降低溫室氣體，至2000年國內原煤產量39.74億t、商品煤消耗量在高峰期后已有逐年下降趨勢，石油、天然氣等低碳能源產量和消費量以及水電、以海上為主的風電、太陽能、地熱能、海洋能、氫能和生物質能以及無污染的核能電廠的建設則在逐年增長，同時還將大力發(fā)展光伏、風力、水力等可再生能源。但無論是能源生產和消費均離不開我國具有明顯優(yōu)勢的煤炭基礎能源，雖煤炭產量由20世紀50年代占能源總量的90%以上降至2001年占比66%左右，且煤炭產量、耗量已降至能源總量的60%以下，預計到2035年煤炭的消費量約占50%，但中國能源資源在長期的一段時間內仍以煤炭為主，如2021年由疫情而致全球油氣供應緊張并導致其價格飛漲，而我國利用煤炭優(yōu)勢而加速生產，使原煤產量迅速上升并已接近40億t。

中國是世界第二經濟體，也是世界儲煤第三、產煤和耗煤第一大國，煤種齊全，其中尤以作為煤化工和煤氣化用的非煉焦及動力用煤資源最多，同時也有大量的優(yōu)質煉焦用煤和世界稀缺的無煙煤資源。據國土資源部2008年的公報表明，當年煉焦煤的資源查明儲量2 803.67億t,占全國查明資源的24.17%。全國石炭―二疊紀煤系的煉焦煤查明資源量占全國煉焦煤的96%以上。由相關研究表明[1-18]，我國無煙煤的儲量也多賦存于石炭―二疊紀煤系，其總查明地質儲量約占全國煤炭探明總儲量的11%以上。全國有超20個省、市、區(qū)都有無煙煤資源，其中資源量最多的仍是山西省，其值超500億t且占全國的40%以上，如陽泉、晉城、高平、陽城和壽陽等礦區(qū)的儲量均在幾十億噸以上，其中陽泉礦區(qū)還超過100億t，即石炭―二疊紀煤系所屬的礦區(qū)為我國的主要煉焦煤或無煙煤產區(qū)。

綜上所述，我國石炭―二疊紀煤資源僅次于侏羅紀煤而居于第2位，其煉焦煤查明資源量占全國煉焦煤資源的96%以上且石炭―二疊紀無煙煤的產量也在逐年增長，因此深入剖析我國典型礦區(qū)石炭―二疊紀煤的資源分布及其煤質特征具有重要的現(xiàn)實意義。

1 石炭―二疊紀煤炭區(qū)域分布特征

1.1 不同地區(qū)石炭―二疊紀煤系資源量分布

石炭―二疊紀煤均為晚古生代生成的煤，但石炭紀煤形成于距今約3.20億年至2.70億年間，聚煤時間長達約5 000億年，而二疊紀煤是距今約2.70億年至1.95億年形成，歷時達7 500億年，據統(tǒng)計二疊紀煤多沉積在石炭紀煤之上。由于成煤時期、環(huán)境和條件的不同，二疊紀煤又分為北方的早二疊世山西統(tǒng)陸相沉積煤和川、渝、黔等地由海陸交互相或淺海相形成以龍?zhí)睹合禐橹鞯耐矶B世煤，兩者的煤質區(qū)別主要是前者形成的年代早且多為低硫分煤，而后者形成的年代稍晚且硫分普遍較高，灰分也有一定差異。

石炭紀煤中的晚石炭世時期形成的太原統(tǒng)煤系占該地區(qū)煤的絕大多數，中石炭世馬家溝煤系除河北開灤礦區(qū)有少數幾層煤可采外，其他地區(qū)大多為極薄的煤線而無價值，早石炭世時期形成的煤多分布在南方廣西(如羅城、茂蘭)及湖南(如漣邵金竹山礦區(qū))等省，因沉積時間長、埋藏較深而多為年老無煙煤，僅有云南個別地區(qū)出現(xiàn)過焦煤、瘦煤。

晚石炭世時期形成的太原統(tǒng)煤系多分布在長江以北地區(qū)，如華北區(qū)的山西與河北、華東地區(qū)的江蘇與山東等省、西北地區(qū)的陜西等省較多。其中以山西省的晚石炭世資源最多，居全國各地區(qū)煤的首位。中南地區(qū)河南省永(城)夏(邑)煤田80億t以上的無煙煤、寧夏和內蒙交界地區(qū)桌子山煤田的煉焦煤資源、甘肅和青海與遼寧沈南煤田及吉林省通化等地也都分布有此時期的煤系，該煤系的煤類以煉焦煤為主，其次為國際上稀缺的無煙煤，但僅發(fā)現(xiàn)內蒙準格爾煤田為最年輕的長焰煤，國內未出現(xiàn)過褐煤。俄羅斯莫斯科近郊煤田因埋藏太淺而為高水、高灰、高硫、低熱值的年輕褐煤，經濟價值微弱。

北方早二疊世山西統(tǒng)煤系幾乎都沉積在太原統(tǒng)煤系之上，其煤類多與太原統(tǒng)煤相近，但其硫分明顯低于太原統(tǒng)煤，因而早二疊世山西統(tǒng)煤具有更大的經濟價值，是我國東北、華北及華東、中南等地區(qū)冶金企業(yè)的主要煉焦煤來源。

南方晚二疊世龍?zhí)睹合抵饕植荚诖?、渝、黔等?市)以及部分華東地區(qū)如江蘇、浙江、福建(以無煙煤為主)，總儲量也超過千億噸，所產煤種除無褐煤以外，其余也與北方的石炭―二疊紀煤類似，但其平均硫分多比太原統(tǒng)煤更高，表明其煤層形成后的海侵時間更長、海侵更深，或海水中硫酸鹽的豐度更高。但以高硫煤為主的情況下，貴州盤江及滇東羊場等礦區(qū)也有低灰和低硫的優(yōu)質強黏結的肥煤和1/3焦煤。

從上述幾個地區(qū)煤的資源量分布分析可知，以北方晚古生代的晚石炭世太原統(tǒng)煤的資源量最多，合8 342億t，占全國煤炭資源量的21.5%，僅次于占全國64.7%的中生代侏羅紀煤而居第2位;南方晚二疊世龍?zhí)睹合抵饕植荚诖?、渝、黔、滇、湘等各省，多與北方石炭―二疊紀煤類似，其資源也有3 379億t，居全國第3位。而分布在湘、鄂、桂等省的早二疊世煤系多為儲量少而硫、灰高的低質無煙煤或貧煤等，其經濟價值不大。

1.2 煉焦煤多分布于華北和華東及西南地區(qū)

我國煤炭資源雖然豐富、品種齊全，但地區(qū)分布頗不均勻，如無論是煉焦煤或動力煤的產量均以華北、華東及西南地區(qū)居多。

(1)華東區(qū)的石炭―二疊紀煤系的煉焦煤查明資源量居全國第二，為433.40億t,占全國煉焦煤的15.46%。

(2)華北地區(qū)的查明資源量達6 279.7億t，約占全國煤炭資源總儲量的48%，其中內蒙古的煤炭資源量為3 465.9億t，產煤以不黏煤和長焰煤等動力煤、煤化工用煤為主，并于前幾年在包頭建成60萬t/a的烯烴廠，而山西的煤炭資源量為2 661.6億t，以煉焦煤和無煙煤占絕對多數。煉焦煤資源在華北區(qū)的山西省就達1 551.84億t,且其幾乎全賦存于晚石炭世太原統(tǒng)煤系和早二疊世山西統(tǒng)煤系，占全省的1/2以上(55.35%)，河北和內蒙石炭、二疊世紀煤系的煉焦煤查明儲量也分別為86.12億t和71.46億t,整個華北區(qū)的煉焦煤查明資源量占到全國的61%。

(3)中南區(qū)以河南省產煤最多，其中平頂山礦區(qū)主產1/3焦煤、焦煤和瘦煤，是武鋼煉焦煤的主要供應基地。該省年產煤量在1億t以上，其中永城礦區(qū)的無煙煤產量約占產煤量的20%，2008年產煤2 017萬t。湖南省雖也產煤，但也要靠河南等省供給。廣東已基本不產煤，廣西也是缺煤地區(qū)，除有少量褐煤、次煙煤以外，變質程度較高的多為高灰、高硫的貧煤和無煙煤，其中以合山貧煤最典型，其干基灰分在50%以上，干基全硫也多超過5%～8%，有時其洗選后的硫分比原煤還高。中南區(qū)的煉焦煤資源主要分布在河南省境內，占全區(qū)石炭―二疊紀煤系90%以上，且主要分布在平頂山及安陽、鶴壁等礦區(qū)，前者與淮南礦區(qū)具有相似之處，即均為二疊紀的石盒子統(tǒng)和上部山西統(tǒng)的低硫煤，但平頂山煤的儲量還不足淮南煤量的10%，下部太原統(tǒng)煤層少、硫分高、儲量很少，其山西統(tǒng)煤是武鋼、湘鋼等企業(yè)的主要煉焦用煤。

(4)西南地區(qū)以貴州的煤炭資源和產量最多，其中以盤江礦區(qū)的低灰、低硫、強結焦性的肥煤和1/3焦煤最為典型，主要供攀鋼和昆鋼配煤煉焦使用。其次為川、渝地區(qū)，云南除滇東地區(qū)上部有低硫的優(yōu)質煉焦煤。其余地區(qū)多產第三紀褐煤，云南全省總儲量為290億t以上?？傊?，西南區(qū)的煉焦煤資源量則主要分布在晚二疊世龍?zhí)睹合?，其查明資源量也達193.56億t,居全國煉焦煤儲量的第3位，其中尤以貴州省最多，達100億t以上。

(5)西北地區(qū)煤炭查明資源量為4 500.2億t，占全國的34.5%，但其石炭―三疊紀煤系的煉焦煤資源僅為94.53億t。其中，新疆煤炭查明資源量2 295.3億t，其預測資源量占全國各省之首且多以產早、中侏羅世不黏煤和長焰煤等動力和氣化及煤化工用煤為主;陜西煤炭查明資源量1 683.5億t，其中煉焦煤資源占38.52%，但渭北煤田以產硫分較高的瘦煤和貧瘦煤較多，其余如榆林等市則與新疆煤相似，即以侏羅紀的不黏煤和長焰煤為主，是良好的間接液化等煤化工用煤，目前已建成年產40萬t的乙二醇廠，同時還有2009年建成的產能在100萬t/a以上的間接液化廠。但大量的非煉焦煤仍以占煤炭耗量80%以上的發(fā)電等動力用煤為主，所以我國早已形成北煤南運、西電東送、西氣東輸的格局，在短時期內難以改變該格局。

(6)我國煉焦煤的產量也以山西省居首，2008年全國原煤產量達274 857億t，其中煉焦煤103 299億t，占全國原煤產量的37.58%，其產量比遠大于儲量比。從各省原煤產量分析，2008年山西省產煤65 577億t，占全國原煤產量的23.85%;其中，由原西山、古交、霍州和汾西等礦區(qū)組成的山西焦煤集團產原煤8 029萬t，產量居全國之首;另有平朔礦區(qū)的氣煤產量8 001萬t，居全國第2位;另外潞安礦區(qū)生產1 200多萬t的貧瘦煤和瘦煤以及省屬以下的地方礦生產煉焦煤，兩者產量合計可約達3億t。河北省開灤集團公司以肥、1/3焦煤和氣煤等為主,其煉焦煤產量也達3 286萬t，由峰峰、井陘礦區(qū)組成的冀中煤礦集團其產量為3 559萬t，由邢臺和邯鄲礦區(qū)組成的金能集團邢臺礦區(qū)1/3焦煤等產量也近600萬t，而山東省兗礦集團煉焦煤產量為3 510萬t。此外，安徽淮南礦區(qū)的上部氣煤、下部1/3焦煤產量也高達6 043萬t，淮北礦區(qū)產量為2 653萬t，西南貴州盤江煤業(yè)集團的優(yōu)質肥煤、1/3焦煤的產量也超1 000萬t。

2 典型礦區(qū)石炭―二疊紀煤系煤質特征

2.1 華北區(qū)山西省石炭―二疊紀煤系煤質特征

山西省為華北區(qū)煉焦煤和無煙煤資源及產量最多的省份，其成煤時代主要有中生代侏羅紀、晚古生代的早二疊世山西統(tǒng)、晚石炭世太原統(tǒng)煤，大同等礦區(qū)的上部則賦有侏羅紀的低灰、低硫弱黏煤，是良好的氣化用煤、動力用煤、高爐噴吹和化工用煤，而新生代第三紀褐煤極少。山西省煤的資源量和產量均分別列居全國各省市的第3位和第2位，如平朔、古交、柳林和霍州等各礦區(qū)的山西統(tǒng)煤的平均St,d低于0.5%，Ad多在18%～30%左右，平均約22%，而其下部太原統(tǒng)煤的硫分明顯增高，St,d多在1.5%～4%左右，平均約為2.5%;Ad多在15%～30%，平均略高于20%。從上可知，海陸交互相形成的太原統(tǒng)煤的硫分明顯高于其上部陸相沉積的山西統(tǒng)煤，兩者的灰分則差異不大，但煤的可選性則以太原統(tǒng)煤稍高于山西統(tǒng)煤，經洗選后前者的浮煤灰分多低于后者。大同礦區(qū)下部的石炭―二疊紀煤層的探明地質儲量達308.3億t,其中又以石炭紀煤的儲量占絕大多數，僅已投產的塔山、同忻2對礦井核定的生產總能力即達4 500萬t/a。

但在大同石炭―二疊紀煤系中，上部二疊紀山西統(tǒng)僅一層煤可采(1號層)，并分為d11和d12兩分層，平均厚度分別為2.92 m和2.64 m。僅早期受過海侵的下部石炭紀煤可采達7層，自上而下為2、3、4、5、6、7、8號層可采，其中以3、4、5號層為主采層，平均厚度分別為5.33 m、7.65 m和6.76 m，2號層平均層厚也達2.76 m，但在煤層中多有1～3層夾矸，煤層硫分自上而下逐漸增高。如2、3號層的原煤St,d僅為0.62%、0.70%，6號層以后的St,d均超過1%，如6、7、8號層的St,d均為1.06%～2.00%，但到最底部的9號層，其St,d即達2.88%。山西省有的石炭紀煤系因海侵時間較長而煤層硫分可達3%～4%以上。大同煤田的石炭紀煤系到8號和7號煤層形成時期，當時的海侵已進入尾聲，到6號煤層形成時海侵的影響已基本消除。2～5號層則均處于陸相沉積環(huán)境中，而到最上部的山西統(tǒng)1號煤層St,d更低至0.42%，從而表明大同礦區(qū)石炭―二疊紀煤系的形成歷程完全與海水的進退具有十分明顯的相關性，但山西省內有些太原統(tǒng)煤系的海侵退去后，其上部陸相沉積的山西統(tǒng)底部的1～2層或有更多的煤層硫分也相對較高，St,d可在1.5%～3%左右，其主要原因是受海水長期入侵的區(qū)域面積不僅只覆蓋煤田本身，而在煤田四周的廣大地區(qū)也都被海水長期浸泡，在海水退出后仍留下大量的硫酸鈣、鎂等含硫物質，經過雨水及地表水長期沖刷后仍會流入陸相沉積山西統(tǒng)底部煤層，進入煤層中經幾百萬年以后其硫酸鹽即被還原成硫鐵礦和有機硫以及少量剩余的硫酸鹽，從而使陸相沉積初期的煤層硫分會增至1%～2%以上。但山西省石炭紀煤中硫的成分多以硫鐵礦硫為主且多以結核狀或團塊狀存在，經過洗選后的精煤硫分可大幅降低，如St,d為2.88%的9號層煤，在實驗室洗后St,d可降至到0.68%。大同礦區(qū)石炭紀煤層的干基灰分一般在20%～32%左右，干燥無灰基揮發(fā)分在36%～39.5%，淺部為氣煤，深部以1/3焦煤為主，而其上部山西統(tǒng)1號煤層Ad約為25%～35%，表明海陸交互相煤層的灰分比陸相沉積的煤層有所降低，其山西統(tǒng)原煤的平均Vdaf為38.58%，此與其灰分略高有關，兩者的煤類無明顯差異，目前以氣煤為主。

此外，河北的開灤、峰峰、邯鄲、邢臺等礦區(qū)和蒙西的烏達、海勃灣等晚古生代石炭―二疊紀煤田的山西統(tǒng)和太原統(tǒng)煤層的硫分變化也與山西省的大同小異，只是有的煤田太原統(tǒng)煤多，有的則以山西統(tǒng)的煤較多，如以生產肥煤為主的河北唐山市開(平)灤(縣)礦區(qū)，上部山西統(tǒng)煤含有3～10號共8個煤層，而大同煤田山西統(tǒng)煤只有1層可采。開灤下部太原統(tǒng)煤也有11～14號4個煤層。山西統(tǒng)煤干基全硫，有的礦均值在0.5%以下，有的均值約為1%～1.5%;太原統(tǒng)煤的干基全硫在2%～4%，平均為2.60%，其成分硫也是以硫鐵礦硫為主，Sp,d占62.31%，So,d占31.15%，Sc,d僅占6.54%。

2.2 華東區(qū)山東省石炭―二疊紀煤系煤質特征

山東省的石炭―二疊紀煤的沉積環(huán)境與山西省有相似之處，其山西統(tǒng)煤也只有3號上層(31)和3號下層(32)兩層，31因揮發(fā)分大于37%～40%，以氣煤為主，32煤層的浮煤Vdaf在37%以下，屬1/3焦煤。下部的石炭紀煤系也都有多個可采煤層，但厚度相對較薄。山東全省2009年查明資源量256.1億t，比山西的2 661.6億t少了約10倍。石炭―二疊紀煤中硫的分布也與山西省的基本一致，即上部山西統(tǒng)煤的硫分低至0.5%～1.0%以下，下部石炭紀煤的硫分多在2.0%～5.0%左右，但其上限比山西省煤略有增高，全省重點煤礦有兗州、棗莊、新汶和淄博、肥城等礦區(qū)，現(xiàn)以省內探明地質儲量最多近40億t的兗州礦區(qū)為代表對該省石炭―二疊紀煤的煤質特征剖析對比。

兗州礦區(qū)上部含主采煤兩層，即3號上層(31)和3號下層(32)，煤層總厚2.19 m～11.55 m，平均8.06 m，是礦區(qū)最主要可采煤層，下部石炭紀太原統(tǒng)含可采與局部可采煤有6、10、15、16、17及18共6層煤，但厚度均較薄，平均最大厚度也不超過2 m，硫含量頗高，St,d一般在2%～5%以上，兗礦集團所屬8對生產礦的核定生產總能力4 000萬t/a，其中2000年建成的濟三礦的核定能力最大達800萬t/a，而能力最小但硫含量最高的北宿和楊村兩礦的能力分別低至100萬t/a、120萬t/a。由于該兩礦的含煤地層缺失了二疊紀山西統(tǒng)煤層，故只能采取下部太原統(tǒng)的高硫薄煤層。該2個礦井煤不僅硫分高且以有機硫較多，但其優(yōu)點為灰分低，可選性優(yōu)良，其浮煤Ad可降至3%以下?？偟内厔菔侨A東地區(qū)太原統(tǒng)煤的硫分普遍高于山西省太原統(tǒng)煤。兗州礦區(qū)山西統(tǒng)煤層的平均灰分(Ad)為13%～17%，太原統(tǒng)煤層平均Ad為11%～16%，比山西統(tǒng)煤更低。而分析山西省大同與山東省兗州兩大礦區(qū)二疊紀煤的灰分的特點可知，后者的灰分明顯低于前者。兗州礦區(qū)太原統(tǒng)煤的硫分在2.6%～5.2%，比山西大同地區(qū)太原統(tǒng)煤的St,d(1.5%～4%，均值約2.5%)平均高出1.5%以上，且后者煤中硫分多以硫鐵礦硫為主，洗后St,d可降至1.0%以下，而兗礦的高硫煤中有機硫比例較高，其洗后煤的硫分有的比未洗原煤還高，表明大同與兗州兩礦區(qū)太原統(tǒng)煤的厚度明顯不同，推測海侵時間前者更短，且不同地區(qū)海水中硫酸鹽的豐度也不相同，從而導致兩者硫分高低不同，其硫的組成成分也有較大差異，表明該兩地在海侵過程的時間長短、成煤區(qū)域的海侵深度和沉積環(huán)境以及水文地質條件等也都有明顯差異。

兗州礦區(qū)太原統(tǒng)高硫煤的基本煤質特征見表1。

表1 兗州礦區(qū)太原統(tǒng)高硫煤的基本煤質特征Table 1 Basic coalquality characteristics of Taiyuan high sulfur coal in Yanzhou Mining Area

從表1可知，兗州礦區(qū)的下部太原統(tǒng)煤的揮發(fā)分變化不大，平均在44%左右，y值和GRI值較高，為45號強黏結性氣煤，其黏結性遠比山西大同的石炭紀煤高。揮發(fā)分也比大同石炭紀煤高出6%～8%以上，但其最大特點是原煤灰分很低，平均僅13.55%，且其可選性遠高于其他同一時代煤，其浮煤Ad平均僅為3.11%，而最低的唐村礦16層煤的浮煤Ad還低于1.50%，有如此優(yōu)良的可選性煤在任何時代形成的煤中均很少見，足見其在成煤時期的周圍沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，很少混入外來礦物質。

安徽省的石炭二疊紀煤田分布的特點是只有上部的早二疊世的石盒子統(tǒng)和下部早二疊世山西統(tǒng)煤，底部太原統(tǒng)地層幾乎未沉積煤層，故其硫分(St,d)含量平均低于0.50%，灰分(Ad)也較低，如淮南煤層的原煤Ad低于20%，上部與下部煤層的Vdaf分別>37%、<37%，上部為氣煤而下部為1/3焦煤，洗選后為優(yōu)質煉焦煤、煤化工用煤、氣化和動力用煤，全省在2010年前已探獲資源量超374億t,其中淮南煤田約占240億t，其上部煤層為氣煤，下部為1/3焦煤;淮北煤田也有130億t左右，其煤種以氣煤、1/3焦煤和焦煤為主，但其因有火成巖侵入則煤種復雜，因此也有高變質的貧、瘦煤和無煙煤及天然焦出現(xiàn)。

2.3 西南區(qū)貴州省晚二疊世煤系煤質特征

2.3.1貴州煤田資源概述

貴州省是我國西南區(qū)煤炭資源最多的地區(qū)。到2009年底其查明資源量達571.2億t，僅次于內蒙、山西、新疆和陜西之后居全國第5位，其2008年的原煤產量也已達11 798.46萬t，僅次于當年山西、內蒙、神華(集團)、陜西、河南、山東而居全國第7位，但自2010年后內蒙的原煤產量已躍居全國第一，而貴州省的目前重點煤產地區(qū)為六盤水特區(qū)的盤江、水城和六枝等礦區(qū)，此外還有省營的林東、遵義、轎子山等礦區(qū)，其中包括貴陽、息峰和桐梓3個煤田，產高有機硫的焦炭、貧煤及無煙煤為主的礦區(qū)以及甕安等產高硫肥煤(St,d近4%且y平均達39.5 mm)的礦井。

貴州省含煤地層以晚古生代的晚二疊世龍?zhí)睹合禐橹鳎碛猩倭康耐砣B世煤系。龍?zhí)睹合狄喾Q樂平煤系，煤系厚170 m～624 m，平均厚度約200 m，含可采煤層一般為十余層，可采總厚為3.17 m～5.16 m，煤種有氣煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤等煉焦煤及無煙煤、貧煤，六盤水礦區(qū)均處于濱海沼澤相盆地。貴陽林東煤田則處于黔中海陸交互相與海相過渡處的成煤盆地，含可采煤1～7層，可采總厚0.70 m～5.84 m，主采煤1～3層不等，上部煤層以焦煤為主，下部煤層則多為瘦煤、貧煤及無煙煤，但原煤硫分平均高達6%以上，最高可超過9%且以有機硫為主，洗選后的精煤硫分也普遍在3%以上，不適宜于煉焦。晚二疊世龍?zhí)睹合档膬α空既〉?8.5%以上且埋藏較淺，煤種以多種煉焦煤為主，但也有不少無煙煤，雖龍?zhí)睹合稻鶠楹ｊ懡换ハ嗷驕\海相沉積，但各煤田的具體成煤環(huán)境有所不同，而硫分和灰分以及煤種也都有很大差別，如六盤水煤田絕大多數屬于煉焦煤煤種，但其附近的織金―納雍煤田卻是探明儲量達200多億t的無煙煤，該煤田在不同礦點的硫分高低有很大差異，表明同一煤田的不同煤層的沉積條件也有所不同，即有的煤層是在海退期間所形成，從而其硫分較低，由此可見各地成煤環(huán)境的復雜性而導致各產煤區(qū)的煤質特征差異較大。

省內六盤水礦區(qū)呈三角形分布，均為原國有重點煤礦，其中六枝煤田歸六枝工礦公司開發(fā)，有生產礦井10對，礦井總核定能力405萬t/a，目前尚有剩余儲量6億t以上，生產煤種有焦煤、瘦煤、貧瘦煤到無煙煤。盤江礦區(qū)歸盤江煤電公司開發(fā)，有生產礦井6對，礦井總核定能力1 060萬t/a，主產肥煤和1/3焦煤，但也有貧煤。水城煤田歸水城礦業(yè)公司開發(fā)，有生產礦井9對，礦井總核定能力1 036萬t/a，現(xiàn)尚有剩余可采儲量約4.5億t。

六盤水礦區(qū)煤的變質程度以水城相對較低，其次為盤江，六枝煤的變質程度最高。從該3個礦區(qū)煤的硫分分析，以六枝最高，水城次之，盤江的硫分最低。

六盤水礦區(qū)煤的基本煤質指標對比見表2。

表2 六盤水礦區(qū)煤的平均基本煤質指標對比Table 2 Comparison of basic coal quality indexes of coal in Liupanshui mining areas

從表2可知，六枝煤的平均St,d高達4.79%，盤江煤的平均St,d低至0.54%，且黏結性強、結焦性好，是西南地區(qū)的主要優(yōu)質煉焦煤基地。水城煤的St,d均值也達1.86%，原煤灰分以水城最高，Ad平均為25.29%，六枝居次，盤江最低，兩者的灰分分別為23.91%和19.27%。HGI以盤江煤最高，其洗混煤用于發(fā)電時的磨煤電耗可明顯降低，六枝煤的HGI最低(其值為64)。究其原因是雖應為易磨的焦煤但由于其硫鐵礦多、硬度大，故比盤江和水城煤作為動力用煤的耗電更多。但即使同一煤礦不同煤層的煤質有的也差異較大。在盤江礦區(qū)也有1對核定能力90萬t/a的金佳礦貧煤，其原煤硫分(St,d)也只0.53%，但洗煤灰分超過30%，平均收到基低位發(fā)熱量為20.80 MJ/kg，仍是優(yōu)質氣化和動力用煤，其余各礦均為優(yōu)質肥煤和1/3焦煤，可供攀鋼和昆鋼等使用。

貴州晚二疊世龍?zhí)睹合档拿簬r顯微組分中的鏡質組含量變化較大，從40%～80%以上均有，主要原因是在不同煤田和不同煤層之間的變質程度與沉積環(huán)境等條件不同所致。如盤江煤的鏡質組在55%左右，水城煤則變化于45%～60%以上，而六枝的1個無煙煤鏡質組為86.1%，惰質組含量變化較小，水城煤變化于35%～50%左右。盤江煤稍低，平均約37%，六枝煤有的可低至13.7%，殼質組含量以盤江煤較高，平均約8.5%，水城煤變化較大，從0.9%～12.1%均有，六枝的無煙煤為零。從上可以看出，水城礦區(qū)各礦煤的變質程度差異較大，盤江煤的變質程度較為穩(wěn)定，六枝煤的變質程度更高，從焦煤、瘦煤到無煙煤均有，其殼質組在變質過程中已全部分解。煤的鏡質體平均最大反射率也以六枝無煙煤最高，其值為2.53%，已進入WY3的03號年輕無煙煤階段，盤江的1/3焦煤為1.05%，水城的主焦煤為1.55%，從而表明，六盤水礦區(qū)的基本煤質特征與煤巖顯微組分和鏡質體平均最大反射率等指標均相符合。

2.3.2六枝煤田煤質特征

從煤田地質學的視角分析，六枝礦區(qū)的硫分從最初形成的底部第1層起到上部最末層煤均處于漫長的歲月中在淺海相環(huán)境下形成，但由于海水侵入煤田各煤層的時間和海侵高度不同，導致其間的硫分也有不小的波動，同時由于海水的進退頻繁，從而導致其灰分比陸相沉積煤田還高，而北方海陸交互相沉積的晚石炭世太原統(tǒng)煤的灰分大多比上部陸相沉積的早二疊世山西統(tǒng)煤還低，可能是由于在不同時代、不同海域的海水侵入煤田時帶入的礦物雜質不同所造成。

2.3.3盤江煤田煤質特征

盤江煤田的煤層雖95%以上為陸相沉積，為平均硫值(St,d)低于0.60%的低硫煤，但其中不同煤層硫的變化也有明顯差異。有的煤層St,d可低至0.20%以下，少數稍高的有達0.80%～1.00%左右，但其最底部煤層的硫分則可達1%～2%以上。如山腳樹礦最底部的12號煤層，其St,d在0.75%～2.29%，5次平均值為1.03%，由此說明在其底部沉積的煤層也曾是受海侵影響的區(qū)域。雖海水已退去，但其沉積的硫酸鈣鎂等含硫物質在煤的變質過程中也會轉化成有機硫和硫鐵礦硫，但低硫煤經洗選后的硫分通常比原煤還有所提高，因其硫成分普遍以有機硫為主。此外，在其土城一、二礦的煤芯樣也發(fā)現(xiàn)其29號層平均St,d達2.95%，17號層煤芯(14樣)的St,d則低至0.25%，而其上部20號層煤芯(34樣)的St,d又增至2.07%，從而表明盤江礦區(qū)的底部煤層的硫分受海侵的頻繁進退而變化較大，由此可見各煤層成煤條件的復雜性而導致硫分的多變性。

2.3.4水城礦區(qū)煤質特征

水城礦區(qū)分上、中、下3個煤組，上煤組為海陸交互相沉積，硫分較高，中煤組為陸相沉積，硫分較低，下煤組在形成過程中可能受海侵進退比較頻繁而致其硫分變化較大，有的礦井St,d可低至0.10%～0.25%，而另有一些礦井的St,d可在2%以上，表明礦區(qū)下部煤層形成時雖多為陸相沉積，但有的煤層也受到海侵的影響而硫分偏高。

水城煤的灰分較高，Ad約在25%～35%;其中以中煤組灰分較低，Ad在10%～20%左右;下煤組灰分居中，Ad多為20%～25%。從上可看出，水城礦區(qū)灰分的變化規(guī)律也與六枝相似，即受海侵影響的煤層灰分反而比陸相沉積的更高，表明貴州地區(qū)晚二疊世時期的海水中的外來雜物較多，此與北方石炭―二疊紀煤的灰分變化情況正好相反。

水城的C605～C504號為上煤組煤層，C409～C401為中煤組煤層。在大河邊礦的C409煤層的St,d高達2.03%～3.17%，表明在下煤組的海侵退去后，其緊挨的陸相沉積煤層硫分在一定程度上仍受其影響。

2.4 陜西省石炭―二疊紀煤系煤質特征

西北地區(qū)以陜西省為代表的石炭―二疊紀煤，其沉積條件和華北區(qū)相似。其中海陸交互相沉積的煤系在西北區(qū)以陜西省最多，但陜西煤的儲量和產量較高的則是早中侏羅世時期形成的不黏煤和長焰煤，與新疆自治區(qū)的侏羅紀煤類似，均形成于同一時代且還都是低灰、低硫的氣化、煤化工和動力煤為多，其中不黏煤經洗選后也可作為噴吹用煤，儲量較大的長焰煤則可作為直接液化用煤。陜西省的煤炭儲量和產量也居全國的前4位。

2.4.1渭北煤田資源概述

陜西省石炭―二疊紀煤主要以渭北煤田的銅川、澄合、蒲白和韓城礦區(qū)為主，到2009年底的全省煤炭查明資源量已達1 683.5萬t,約占全國的12.86%，僅次于蒙、晉、新疆等省區(qū)，高于貴州省并居全國第4位；2008年陜西全省生產原煤也達21 219.14萬t,其原煤產量也居全國第4位。但自21世紀至今，新疆煤田因勘探速度加快而使其煤炭查明資源量躍居全國首位。

石炭―二疊紀煤除在華北、華東區(qū)和中南區(qū)的河南省較多之外，在西北地區(qū)的甘、寧、青省(區(qū))也有存在。即陜西省焦化用煤相對較少,焦化用煤主要分布于渭北石炭-二疊紀煤田銅川礦區(qū)、蒲白礦區(qū)、澄合礦區(qū)和韓城礦區(qū)中高階煙煤分布區(qū),而陜北石炭-二疊系韓城礦區(qū)煤也可作氣化用煤[17]。銅川、澄合2個礦區(qū)都是高硫煤且有機硫的比例較高，其中澄合礦區(qū)則以有機硫為主態(tài)，前者的煤種以焦煤、瘦煤、貧瘦煤為主，后者均為瘦煤。蒲白瘦煤的平均硫分則有所降低;僅韓城以低硫的瘦煤為主，其為陜西省煉焦用瘦煤的主產區(qū)。以上4個重點礦區(qū)都分布于渭北煤田，合計探明地質儲量已超55億t。天祝礦區(qū)煤也是硫分較低的氣煤，灰分(Ad)低至11.8%，可用于配煤煉焦。

渭北煤田共有3、5、6、10、11號等多個煤層，其中上部3號煤層在各礦區(qū)均為可采煤層，但其中韓城礦區(qū)則為主采煤層，5號煤層在各礦區(qū)也均存在，在韓城南部地區(qū)也列為主采煤層，下部10號煤層在銅川、蒲白、澄合則為局部可采煤層，底部11號煤層在韓城也是主采煤層。3號煤層Ad一般為14%～25%，但硫分在各礦區(qū)的變化較大，從0.1%～4.17%均有，Vdaf為14%～18%左右，以瘦煤、貧瘦煤和貧煤為主，在銅川有部分高硫焦煤和瘦煤，5號煤層的Ad變化較大，一般波動在5.5%～50%之間，平均約22%;硫分St,d也高達2.74%～5.06%，其中10～11層的有機硫占全硫的50%以上，較難洗選脫硫。

2.4.2銅川礦區(qū)煤質特征

銅川礦區(qū)的石炭―二疊紀煤系中缺少早二疊世山西統(tǒng)的3號煤層，主要可采煤為高硫的石炭紀上部5號煤層(含5-1和5-2兩分層)，其St,d為2.8%～4.5%，平均約3.0%，干基灰分平均在25%，浮煤Vdaf平均約為18%，黏結指數平均50左右，以瘦煤為主，也有部分焦煤、浮煤St,d也多在2%以上，少部分低于2%，同時還有超過4%(如桃園礦)的煤層。

陜西銅川礦區(qū)煤中硫含量為中高硫或高硫,其煤中硫以有機硫為主,煤中無機硫主要為黃鐵礦。有機硫主要以硫醇、硫醚、二硫醚和噻吩硫的形式存在,另外還以少量的亞砜和砜的形式存在[18]。

2.4.3蒲白礦區(qū)煤質特征

蒲白礦區(qū)位于蒲城和白水兩縣境內，上部陸相沉積的山西統(tǒng)煤僅局部可采，主采層為海陸交互相的太原統(tǒng)5號煤層，煤厚平均3.5 m，下部6號、10號煤層也僅局部可采，包括附近地方煤礦在內的數據統(tǒng)計表明，蒲白礦區(qū)的煤層St,d變化于0.26%～7.16%，平均3.10%(343樣);洗精煤St,d可降至0.48%～2.45%，平均1.89%。5號煤層在不同礦井間的煤種變化較大，如西部朱家河井田煤的Vdaf大于18%，y值為10 mm～19 mm的焦煤、瘦煤，但煤類以焦煤為主，瘦煤其次，中部南井的Vdaf和y值均有明顯下降，分別為15%～16%和2 mm～8mm，煤類為瘦煤和貧瘦煤。礦區(qū)的煉焦煤部分經洗選后可作為配煤煉焦，但因硫分較高而配入比例不能太多(一般應低于15%)。

2.4.4澄合礦區(qū)煤質特征

澄合礦區(qū)分布于渭南地區(qū)的澄城、合陽兩縣境內。上部山西統(tǒng)煤系僅含局部可采煤3號層，平均厚為1.0 m。下部煤層是海陸交互相的石炭紀太原統(tǒng)煤系，其5號層為主采煤層，平均厚度為4.7 m，4、10、11號煤層為大部或局部可采，4號層一般厚1 m～2 m，10號、11號層厚均為1 m左右。煤層灰分一般約為20%～25%，各煤層的硫分以下部太原統(tǒng)的10號和11號層最高，St,d均值分別達5.92%和5.12%，最高的可超過7%，5號層的硫分相對稍低，平均為3.30%，僅陸相沉積的山西統(tǒng)煤的硫分平均在3%以下(變化范圍在2.44%～4.17%)，說明太原統(tǒng)煤系海侵剛退去的早二疊世陸相沉積的底部3號層也受海退殘留的硫酸鹽的影響而使其St,d均在2%～4%以上，由此表明澄合礦區(qū)的硫分在陜西渭北煤田中最高，如權家河礦10號層原煤(42樣)的St,d平均為5.03%，而其洗選后浮煤(41樣)的St,d仍達3.90%，說明其中又以有機硫為主，因而不利于配煤煉焦。即使用于動力用煤，也要采取降硫措施或可少量配入低硫煤燃燒，其整個礦區(qū)的煤類均為瘦煤，其浮煤的Vdaf一般為17%～18%，GR.I平均為30左右。

2.4.5韓城礦區(qū)煤質特征

韓城礦區(qū)處于渭北煤田東北部的韓城縣境內。礦區(qū)內的石炭―二疊紀煤層的可采層數少，上部陸相沉積的山西統(tǒng)以3號層為主采煤層，一般厚度為3 m～6 m,最厚處超過17 m;下部海陸交互相沉積的太原統(tǒng)亦只有11號層為主采層，煤厚多為2 m～4 m。

上部3號煤層Ad一般在14%～24%左右;11號煤層灰分較高，Ad一般在22%～26%;硫分以3號煤層最低，St,d平均在0.50%左右，11號煤層的St,d高達1.94%～10.07%，大部在2.74%～5%，3號煤的Vdaf為11%～20%左右，y值變化大(為0～13 mm)，有焦煤、瘦煤、貧瘦煤和貧煤，浮煤的Ad大多低于8%，灰分稍高的11號層精煤Ad平均也不超過11.5%。

在陜西渭北煤田的4個礦區(qū)中，雖多是煉焦煤中稀缺的瘦煤資源，但除了韓城礦區(qū)的低硫瘦煤，建有2座核定能力共165萬t/a的煉焦煤洗煤廠，生產瘦煤供寶武集團及省內焦化廠的配煤煉焦外，銅川等3個礦區(qū)的瘦煤等資源均因硫分偏高而一般只能作為動力用煤，且需采取脫硫或固硫措施或采用配煤燃燒。

根據中國煤種資源數據庫的統(tǒng)計資料，將陜西渭北煤田銅川等4個礦區(qū)的平均質量指標進行比較，詳見表3。

表3 陜西渭北煤田原煤主要煤質指標比較Table 3 Comparison of main coal quality indexes of raw coal in Shaanxi Weibei coalfield

由表3可知，4個礦區(qū)煤中的灰分、硫分以韓城礦區(qū)最低，焦渣特征則以韓城煤最高，其為渭北煤田中唯一適用于配煤煉焦的優(yōu)質瘦煤資源。

2.4.6小 結

基于發(fā)現(xiàn)銅川石炭紀高硫煤(St,d平均為2.54%)中的有機硫占47.3%，蒲白煤的有機硫占53.14%，而澄合煤中的有機硫約占76%，表明渭北煤田中的有機硫比例比華北和華東等地區(qū)同一時代的煤均高，尤其澄合煤在洗選后的硫分有的反而比原煤更高。

針對我國石炭紀太原統(tǒng)的高硫煤與南方晚二疊世龍?zhí)睹合档牧蚍植町惖膬纫颍瑫r還剖析了華東地區(qū)和華北地區(qū)高硫煤性質差異的主要因素，發(fā)現(xiàn)南方高硫煤多形成于淺海相沉積，而北方的高硫煤主要為海陸交互相沉積，顯然后者由于海水的時進時退，煤層比前者長期浸泡的時期要短，因此硫分也是南方晚二疊世煤比北方石炭紀煤的硫分更高，平均約高出1%。而在北方同為海陸交互相煤田中在不同地區(qū)的硫分通常也有所差異，其主要原因是海侵時間較短、海侵高度較低的礦區(qū)硫分較低，如大同石炭紀煤的硫分明顯低于同省的汾西石炭紀煤，因其海侵時間較短。僅底部煤層的硫分稍高，隨著海水退出，其上部煤層硫分就明顯降低。

無論是海陸交互沉積的高硫煤或淺海相沉積的高硫煤，其硫分的高低均主要取決于海水浸泡的時期長短和不同煤田間海侵的高度以及海水浸泡附近地區(qū)的面積大小。至于石炭紀時期的海水退去后，其上部最近1～2層的早二疊世煤的硫分也較高的原因,可能是海水退去后通過地表水和地下水的溶蝕作用，使地面殘留的硫酸鹽也逐漸溶入地下而流入煤層，從而導致陸相沉積的底部1～2個煤層的硫分也仍較高。此外，不同地區(qū)海水中硫酸鹽的豐度也不可能完全相同。所以導致同為高硫煤地區(qū)的不同煤層的硫分高低不同，至于南方某些煤田如水城煤田中也有幾層為低硫煤，其主要原因也是不同煤層形成的時間間隔可能需要幾十萬年甚至幾百萬年以上，期間也有海水退出的情況，從而表明，在高硫煤地區(qū)也出現(xiàn)低硫煤的現(xiàn)象，此與海水的退出有關。

3 結 論

綜合我國北方石炭―二疊紀煤和南方晚二疊世煤的資源分布、沉積環(huán)境不同的特點，并針對我國一些典型礦區(qū)的資源分布及煤質特征進行相關分析，可發(fā)現(xiàn)以下幾個特點:

(1)北方海陸交互相成因的晚石炭世太原統(tǒng)煤的硫分普遍高于其上部陸相沉積的山西統(tǒng)煤，山西統(tǒng)煤礦區(qū)是我國主要的優(yōu)良煉焦煤產區(qū)。而太原統(tǒng)煤經過洗選后通常用于配煤煉焦，但其配入量必須達到入爐煤的硫分不超過0.80%，最多不超過1.0%，才能使生產的焦炭符合3 000 m3以上的大型高爐使用。

(2)山西大同的石炭紀煤與其他礦區(qū)同一時代煤有所不同，即其除底部煤層受海侵影響而硫分較高外，其余均為低硫煤且煤層多、儲量大，僅黏結性稍低，洗選后可成為優(yōu)質潔凈煤，除部分可供配煤煉焦外，其余可作為煤化工用煤、氣化及發(fā)電等動力用煤。

(3)華東區(qū)以山東兗州礦區(qū)為代表的石炭―二疊紀煤的特點是上部山西統(tǒng)煤不僅厚度大且灰分、硫分低，也是優(yōu)質的煉焦用煤和煤化工、氣化及發(fā)電等動力用煤。

(4)華東區(qū)的安徽省以兩淮礦區(qū)為代表的早二疊世煤的儲量超370億t，而其底部太原統(tǒng)煤系基本缺失，幾乎全是早二疊世的上部石盒子系及山西統(tǒng)的陸相沉積特低硫煤，其兩淮煤田按儲量加權平均的St,d不超過0.50%，在全省煉焦煤資源中，淮南以氣煤和1/3焦煤為主，淮北煤雖受巖漿熱液變質的影響但其煤類仍以氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤等煉焦煤為主，同時也有一些貧煤、無煙煤及天然焦出現(xiàn)。安徽全省煉焦煤經洗選后均為我國為數不多的低灰、低硫潔凈煤，但其另一特點是煤灰中的三氧化鋁與二氧化硅含量高，故煤灰熔融性溫度(ST)普遍大于1 500℃，不利于用作液態(tài)排渣的鍋爐和氣化爐使用，但也可與低灰熔融溫度的侏羅紀不黏煤和長焰煤配煤，或添加石灰石等助溶劑并用于氣流床和液態(tài)排渣的電站鍋爐。

(5)河南平頂山早二疊世的1/3焦煤和焦煤是中南區(qū)的主要煉焦煤來源，永城礦區(qū)的03號年輕無煙煤經洗選后是優(yōu)質的低灰、低硫的高爐噴吹用煤，其原煤也是優(yōu)質的發(fā)電用煤和氣化用煤。

(6)西南區(qū)以貴州為代表的晚二疊世龍?zhí)睹合档膬α恳渤?00億t，但多以淺海相沉積的高硫煤為主，而其硫分比北方的太原統(tǒng)煤平均高出1個百分點左右。其產煤大多只有先通過洗選或再通過配煤的方法才能符合國家對環(huán)保的要求而用于煉焦、氣化或發(fā)電等動力用煤。對少數干基全硫低于0.5%的優(yōu)質煉焦煤和動力用煤，如儲量和產量均較大的盤江肥煤、1/3焦煤洗選后均屬于優(yōu)質的煉焦用煤。

(7)西北區(qū)陜西省渭北煤田的石炭―二疊紀煤，其變質程度多高于其它地區(qū)的石炭-二疊紀煤，但其中韓城礦區(qū)的瘦煤是西北地區(qū)的主要煉焦用煤，常供酒鋼和省內的焦化廠配煤煉焦用。銅川、澄合及蒲白等高硫煤則需處理或以配煤方式供省內企業(yè)的動力煤使用。