烏魯木齊縣后峽東南溝隆昌煤礦B5煤層煤巖煤質(zhì)特征及煤相分析

張 靜， 秦云虎， 朱士飛

(江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院(中國煤炭地質(zhì)總局檢測(cè)中心)，江蘇徐州 221006)

0 引言

烏魯木齊縣后峽東南溝隆昌煤礦(以下簡(jiǎn)稱隆昌煤礦)位于新疆烏魯木齊縣南山后峽東南溝的中偏東部，井田東南方向距后峽躍進(jìn)鋼鐵廠10km，東北北方向距烏魯木齊市70km，東距216國道岔口8.5km。主要含煤地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組下段。

B5煤層該煤層位于西山窯下段的中部，揭露的最大厚度20.01m，最小厚度15.01m，平均厚度17.37m，具有中間厚、向東、西兩頭變薄的規(guī)律，以單一結(jié)構(gòu)為主，局部偶夾一層10cm的透鏡狀泥質(zhì)夾矸；底板巖性為粉砂巖，頂板巖性為厚層狀細(xì)—中砂巖。

1 采樣和研究方法

本次野外工作連續(xù)采取一個(gè)完整的煤層剖面，共32個(gè)樣品，包括煤層頂板1個(gè)、30個(gè)煤分層樣和煤層底板1個(gè)，從上至下將煤層編號(hào)為1～30。

本次按照《煤層煤樣采取方法》(GB/T 482—2008)標(biāo)準(zhǔn)采樣[1]。按照《煤樣制備方法》(GB/T 474—2008)制備煤樣[2]。按照國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行煤巖光片制備，各煤分層的工業(yè)分析、全硫和灰成分的測(cè)定。煤相類型的劃分參照Diessel提出的煤相圖解[3]。

2 煤巖煤質(zhì)特征

2.1 煤巖特征

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《煤巖術(shù)語》(GB/T12937—2008)和各分層的相對(duì)光澤強(qiáng)度，從上至下，主要為暗淡煤-半亮煤-半暗煤-半亮煤-暗淡煤[4]。依據(jù)《煤的顯微組分組和礦物測(cè)定方法》(GB/T 8899—2013)對(duì)B5煤層中各個(gè)煤分層的顯微組分、礦物及顯微煤巖類型進(jìn)行了定量統(tǒng)計(jì)(表1)[5]。30個(gè)煤分層加權(quán)平均值，鏡質(zhì)組含量為49.1%，惰質(zhì)組含量為48.9%，殼質(zhì)組含量為1.2%，礦物0.8%。礦物主要為黏土類和硫化物類礦物。B5煤層以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主要組成，鏡質(zhì)組含量稍高于惰質(zhì)組含量(圖1)。煤層中的礦物主要是碳酸鹽類，其次是黏土礦物，少量的硫化物類。

2.2 煤質(zhì)特征

2.2.1 煤的工業(yè)分析

由表1可知，30個(gè)煤分層揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)為25.51%～41.73%，揮發(fā)分從上至下變化不大，平均33.67%，屬于中高揮發(fā)分煤?；曳?Ad)為 0.83%～5.56%，平均1.61%，為特低灰煤?；曳值偷脑蛞皇敲簩有纬捎诤恿鞒练e平原，遠(yuǎn)離沖積河道的洪泛盆地；二是河流活動(dòng)性弱，混入泥炭沼澤的無機(jī)礦物質(zhì)較少[6]。全硫含量(St,d)為 0.16%～1.12%，平均0.45%，屬于特低硫煤，B5煤層屬于侏羅系中統(tǒng)西山窯組含煤地層，主要為河流-湖泊三角洲沉積體系,研究表明在淡水影響下聚集的泥炭含硫普遍較低[7-8]，因此硫分普遍低。綜上，B5煤為中高揮發(fā)、特低灰分、特低硫煤。

圖1 B5煤層各分層顯微組分組成特征Figure 1 Maceral composition features of coal B5 slices

表1 B5煤層基礎(chǔ)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)Table 1 Fundamental coal quality analyzed data of coal B5

2.2.2 灰成分分析

1)灰成分指數(shù)?；页煞种笖?shù)K[K=(SiO2+Al2O3)/(Fe2O3+CaO+MgO)]的變化在一定程度上能夠很好地反映灰分的來源情況[9]。由表2可知，隆昌煤礦B5煤層各分層的灰成分指數(shù)較低為0.51～1.56，平均為0.89，煤灰熔融性溫度普遍較低。

2)沾污指數(shù)。煤灰對(duì)高溫受熱面沾污的傾向，可以用類似的基于煤灰組成成分計(jì)算的沾污指標(biāo)Rf來衡量[10]，Rf=(堿性氧化化合物/酸性氧化化合物)×Na2O，煤灰中堿性氧化化合物為Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O，酸性氧化化合物為SiO2+Al2O3+TiO2，Na2O為煤灰中Na2O成分的干燥基重量百分?jǐn)?shù)。依據(jù)煤灰的Rf值，可將煤灰的沾污特性分成四類：當(dāng)Rf值<0.2時(shí)為輕微沾污；當(dāng)Rf=0.2～0.5時(shí)為中等沾污；當(dāng)Rf=0.5～1.0時(shí)為強(qiáng)沾污；Rf>1.0時(shí)為嚴(yán)重沾污。B5煤層各分層的平均沾污指數(shù)為1.36，屬于強(qiáng)沾污。

3 煤巖煤質(zhì)綜合分析

根據(jù)B5煤層垂向上的宏觀煤巖類型、顯微煤巖組分、部分煤質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，繪制了綜合柱狀示意圖(圖2)。從圖中可以直觀看出宏觀煤巖類型，顯微組分、灰分、硫分、揮發(fā)分在垂向上的變化規(guī)律。鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量呈相互消長(zhǎng)關(guān)系；灰分在垂向上變化范圍比較?。涣蚍智€平緩，顯示變化范圍??；揮發(fā)分變化較小。

分析表明，B5煤層各分層的硫分和灰分基本成正相關(guān)關(guān)系，也就是硫分變高，灰分相應(yīng)地變高(圖3)。灰分和無機(jī)礦物成正相關(guān)關(guān)系，無機(jī)礦物含量高，對(duì)應(yīng)的灰分也高(圖4)。鏡質(zhì)組含量與揮發(fā)分基本呈正相關(guān)，鏡質(zhì)組含量越高，揮發(fā)分含量越高(圖5)。

表2 B5煤層剖面各分層的灰成分統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of coal B5 section slices ash components %

圖2 B5煤層剖面各分層的煤質(zhì)指標(biāo)綜合柱狀示意圖Figure 2 Schematic comprehensive column of coal B5 section slices coal quality indices

圖3 B5煤層剖面各分層的硫分和灰分之間的關(guān)系Figure 3 Relationship between sulfur and ash in coal B5 section slices

圖4 B5煤層剖面各分層的灰分和無機(jī)礦物之間的關(guān)系Figure 4 Relationship between ash and inorganic mineral contents in coal B5 section slices

圖5 B5煤層剖面各分層的鏡質(zhì)組含量和 揮發(fā)分之間的關(guān)系Figure 5 Relationship between vitrinite and volatile matter contents in in coal B5 section slices

4 煤相分析

在煤相的識(shí)別標(biāo)志中最重要的是煤的顯微組分和顯微煤巖類型，因?yàn)槊旱娘@微組成可以充分反應(yīng)成煤植物群落、成煤氣候以及泥炭聚集環(huán)境[11-12]。Diessel(1986)[3]利用凝膠化指數(shù)(GI)和結(jié)構(gòu)保存指數(shù)(TPI)建立了沉積環(huán)境與煤相的關(guān)系圖(圖6)。

圖6 GI-TPI關(guān)系圖Figure 6 Relationship between gelatification index (GI) and texture preservation index (TPI)

根據(jù)表1可知，B5煤層各分層凝膠化指數(shù)(GI)為0.2～5.14，植物保存指數(shù)(TPI)為0.21～2.97，凝膠化指數(shù)和植物保存指數(shù)呈周期性變化，說明覆水程度呈周期性變化[13]；鏡惰比(V/I)值中僅14號(hào)煤樣大于4，有14個(gè)煤樣的(V/I)值在1～4，13個(gè)煤樣的(V/I)值為0.25～1，1號(hào)和2號(hào)的(V/I)小于0.25，成煤環(huán)境處于干燥環(huán)境—潮濕弱富水—極潮濕覆水—潮濕弱富水的變化中。27個(gè)煤層分層的流動(dòng)性指數(shù)MI大于0.1小于0.4，多數(shù)屬于停滯相，水動(dòng)力條件弱，1、2和6三個(gè)分層MI大于0.4，屬于流動(dòng)相。

根據(jù) GI-TPI關(guān)系圖(圖6)得知：GI值小于1，TPI值大于1，煤相類型屬于干燥森林沼澤相，宏觀煤巖類型以暗淡煤和半暗煤為主，具有較低的灰分和揮發(fā)分。沼澤處于弱氧化環(huán)境，成煤植物經(jīng)絲炭化作用，主要形成半暗煤，鏡質(zhì)組含量為40%～50%，惰質(zhì)組含量大于50%，成煤植物以木本植物為主。

GI值小于5，TPI值小于1，煤相類型屬于濕地草本沼澤相，宏觀煤巖類型以半亮煤為主，間或有半暗煤。具有較高的灰分和揮發(fā)分。成煤植物遺體在還原條件下經(jīng)過較強(qiáng)凝膠化作用，主要形成半亮煤和半暗煤[14]，鏡質(zhì)組含量均在50%以上，鏡惰比較高(>1)，成煤植物以草本植物為主，是沼澤發(fā)展的初階段。

隆昌煤礦B5煤層形成環(huán)境以干燥森林沼澤相和濕地草本沼澤相為主，覆水程度由低—高—低變化，植物凝膠化程度由弱—強(qiáng)—弱變化。

5 結(jié)論

隆昌煤礦B5煤層為特低硫、低灰、高揮發(fā)分煤；隆昌煤礦B5煤層分層顯微組分平均含量，鏡質(zhì)組為49.1%，惰質(zhì)組為48.9%，殼質(zhì)組為1.2%；隆昌煤礦B5煤層形成環(huán)境以干燥森林沼澤相和濕地草本沼澤相為主，覆水程度由低—高—低變化，植物凝膠化程度由弱—強(qiáng)—弱變化。