煤炭顯微煤巖組分與工業(yè)分析關(guān)系研究

吳天才，李斐洋，于 洋，馬永祥

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局，銀川 750002)

煤炭作為我國主要能源和重要化工原料，在國民經(jīng)濟中占有不可或缺的地位，寧夏是我國主要煤炭資源大省，擁有賀蘭山、寧東、香山、寧南四大煤田。隨著黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展工作的推進，對煤炭資源的綠色高效開發(fā)利用提出了更高的要求。通過研究煤的顯微煤巖組分與工業(yè)分析之間的關(guān)系[1-2]，從微觀角度了解煤炭性質(zhì)、性能，為煤炭資源的高效利用提供決策和技術(shù)支撐[3-4]。

1 研究背景

本文進行分析的數(shù)據(jù)來源于寧夏各煤田中部分具有代表性煤礦(井田、礦區(qū))勘查階段鉆孔煤巖煤樣測試數(shù)據(jù)(表1)。

大峰煤礦、紅柳井田、馬兒莊勘查區(qū)、王洼一礦含煤地層為侏羅系延安組，其中大峰煤礦煤類為無煙煤，其余主要為不黏煤；紅墩子勘查區(qū)、大井溝井田含煤地層為二疊系山西組和石炭二疊系太原組，紅墩子勘查區(qū)煤類主要為氣煤，大井溝井田煤類為貧煤。

2 顯微煤巖組分

微觀上，各煤礦煤的有機組分含量占絕對優(yōu)勢[5]，一般大于80%，尤其大峰煤礦和紅柳井田煤的有機組分含量在95%以上，遠遠高于其他煤礦；各煤礦煤的無機組分含量較小，一般小于20%(表2)。

表2 煤的顯微組分含量

有機組分中，又以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，殼質(zhì)組含量很小[6]；各煤礦鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組含量差別較大，大峰煤礦鏡質(zhì)組含量達85%以上，而紅墩子勘查區(qū)鏡質(zhì)組含量平均僅為38.38%，其余煤礦介于二者之間。

無機組分中，主要為黏土類，其次為碳酸鹽類和硫化物類，氧化硅類占比較小，一般以條帶狀、團塊狀及顆粒充填于基質(zhì)中[7-8]。

3 煤的工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析包括煤中水分、灰分和揮發(fā)分的測定以及煤中固定碳的計算，各煤礦煤的工業(yè)分析結(jié)果見表3。

表3 煤的工業(yè)分析結(jié)果

煤中水分(Mad)含量一般小于10%，其中變質(zhì)程度較高的大峰煤礦、大井溝井田煤的水分低于1%，紅墩子勘查區(qū)煤的水分也較低，其次由低到高分別為王洼一礦、紅柳井田、馬兒莊勘查區(qū)[9-10]。

各煤礦煤中灰分(Ad)差別較大，紅柳井田煤的灰分最小，平均值小于10%，而紅墩子勘查區(qū)煤的灰分最大，平均值近30%；各煤礦不同樣品煤的灰分也有較大的差別[11-12]。

煤中揮發(fā)分(Vdaf)是煤炭分類的主要指標之一，大峰煤礦煤的揮發(fā)分最小，平均值小于10%，大井溝井田煤的揮發(fā)分平均值在15%左右，其他煤礦煤的揮發(fā)分平均值均大于30%[13-14]。

煤中固定碳(FCd)是利用水分、灰分及揮發(fā)分的測試結(jié)果通過計算得到的，大峰煤礦煤的固定碳最大，平均值大于75%，其他煤礦煤的固定碳介于30%～70%。

4 煤巖顯微組分與工業(yè)分析的關(guān)系研究

4.1 有機組分與工業(yè)分析的關(guān)系

各煤礦煤的有機組分與工業(yè)分析關(guān)系見圖1。

從圖1中可以看出，隨著煤中有機組分含量的增加，煤的水分無明顯的變化趨勢，煤的灰分略有下降，而煤的揮發(fā)分急劇減小，煤的固定碳迅速升高。

圖1 煤的有機組分與工業(yè)分析關(guān)系散點圖

4.2 無機組分與工業(yè)分析的關(guān)系

各煤礦煤的有機組分與工業(yè)分析關(guān)系見圖2。

從圖2中可以看出，隨著煤中無機組分含量的增加，煤的水分無明顯的變化趨勢，煤的灰分略有上升，而煤的揮發(fā)分急劇升高，煤的固定碳迅速降低。

圖2 煤的無機組分與工業(yè)分析關(guān)系散點圖

4.3 顯微煤巖組分與工業(yè)分析的關(guān)系

經(jīng)分析，煤的有機組分和無機組分含量與煤的灰分、揮發(fā)分和固定碳具有一定的關(guān)系，但固定碳是通過水分、灰分和揮發(fā)分計算得到的，因此本文只分析顯微煤巖組分與灰分和揮發(fā)分之間的關(guān)系。

4.3.1 顯微煤巖組分與灰分的關(guān)系

各煤礦煤的顯微組分與灰分關(guān)系見圖3。

圖3 顯微煤巖組分與灰分關(guān)系散點圖

隨著煤中鏡質(zhì)組含量的增加，煤的灰分減小，鏡質(zhì)組含量小于55%時，灰分隨鏡質(zhì)組含量的增加迅速減小，鏡質(zhì)組含量大于55%時，灰分隨鏡質(zhì)組含量的增加變化幅度較??；與之相反，隨著煤中惰質(zhì)組含量的增加，煤的灰分增大，惰質(zhì)組含量小于35%時，灰分隨惰質(zhì)組含量的增加變化幅度較小，惰質(zhì)組含量大于35%時，灰分隨惰質(zhì)組含量的增加迅速上升；隨著煤中黏土類含量的增加，煤的灰分增大；煤中殼質(zhì)組、硫化物類、碳酸鹽類及氧化硅類含量較低，對灰分影響不大。

考慮鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組及黏土類含量的相互關(guān)系，有機組分含量大于90%時，煤中灰分與黏土類含量存在正相關(guān)；有機組分含量小于90%時，煤中灰分與惰質(zhì)組和黏土類含量均存在正相關(guān)，且惰質(zhì)組含量影響更大。

4.3.2 顯微煤巖組分與揮發(fā)分的關(guān)系

各煤礦煤的顯微組分與揮發(fā)分關(guān)系見圖4。

隨著煤中鏡質(zhì)組含量的增加，煤的揮發(fā)分減小，鏡質(zhì)組含量小于60%時，揮發(fā)分隨鏡質(zhì)組含量的增加變化幅度較小，鏡質(zhì)組含量大于60%時，揮發(fā)分隨鏡質(zhì)組含量的增加迅速減小；與之相反，隨著煤中惰質(zhì)組含量的增加，煤的揮發(fā)分增大，惰質(zhì)組含量小于30%時，揮發(fā)分隨惰質(zhì)組含量的增加迅速上升，惰質(zhì)組含量大于30%時，揮發(fā)分隨惰質(zhì)組含量的增加變化幅度較?。浑S著煤中殼質(zhì)組含量的增加，煤的揮發(fā)分增大；揮發(fā)分隨黏土類含量的增加略有變化，黏土類含量小于5%時，揮發(fā)分隨黏土類含量的增加上升，黏土類含量大于5%時，揮發(fā)分變化幅度較??；煤中硫化物類、碳酸鹽類及氧化硅類對揮發(fā)分影響很小。

圖4 顯微煤巖組分與揮發(fā)分關(guān)系散點圖

考慮鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組及黏土類含量的相互關(guān)系，有機組分含量小于90%時，煤中揮發(fā)分與殼質(zhì)組含量存在正相關(guān)；有機組分含量大于90%時，煤中揮發(fā)分與惰質(zhì)組和殼質(zhì)組含量均存在正相關(guān)，且惰質(zhì)組含量影響更大。

5 結(jié)論

1)隨著煤中有機組分含量的增加，煤的灰分略有下降，而煤的揮發(fā)分急劇減小，煤的固定碳迅速升高；隨著煤中無機組分含量的增加，煤的灰分略有上升，而煤的揮發(fā)分急劇升高，煤的固定碳迅速降低。

2)煤中有機組分含量大于90%時，煤中灰分與黏土類含量存在正相關(guān)，揮發(fā)分與惰質(zhì)組和殼質(zhì)組含量均存在正相關(guān)，且惰質(zhì)組含量影響更大；有機組分含量小于90%時，煤中灰分與惰質(zhì)組和黏土類含量均存在正相關(guān)，且惰質(zhì)組含量影響更大，揮發(fā)分與殼質(zhì)組含量存在正相關(guān)。

3)煤中固定碳含量受鏡質(zhì)組含量影響最大，二者存在正相關(guān)。