貴州省比德向斜北西端勘查區(qū)煤巖煤質(zhì)特征分析*

黃 婉

(貴州省煤田地質(zhì)局一四二隊，貴州 貴陽 550000)

0 引言

中國煤炭資源豐富，長期以煤炭為主體的能源消費結(jié)構(gòu)帶來諸多環(huán)境問題[1-3]。大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，開發(fā)利用潔凈新能源，是當(dāng)前我國能源發(fā)展的最佳選擇；開展?jié)崈裘杭夹g(shù)的地質(zhì)研究是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化的重要基礎(chǔ)，首先應(yīng)深入開展煤巖煤質(zhì)特征研究，分析煤中成分組成、有害物質(zhì)及在燃燒、轉(zhuǎn)化過程的遷移規(guī)律，為煤炭潔凈利用提供依據(jù)[4-7]。

比德向斜勘查區(qū)是貴州省織金礦區(qū)一個待開發(fā)的礦井，分析其煤巖煤質(zhì)特征，為研究其煤炭資源的高效、潔凈利用及遠景規(guī)劃提供依據(jù)?？辈閰^(qū)位于貴州省納雍縣西部、六盤水市水城縣東部，為一不規(guī)則多邊形[8]，南東至北西向長約13.11 km，北東至南西向?qū)捈s9.35～10.32 km，面積123.59 km2。

1 地質(zhì)背景

在區(qū)域構(gòu)造上，位于比德向斜北西端，加嘎背斜北西端的南西翼。加嘎背斜緊陡，比德向斜寬緩，勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)受此影響明顯，受加嘎背斜的影響，北東翼地層傾角陡，一般40°～50°；南西翼地層傾角緩，一般小于15°。走向上地層傾角變化不大，傾向上淺部到深部(從加嘎背斜至比德向斜方向)，地層傾角由陡變緩。

據(jù)鉆孔資料，勘查區(qū)含煤地層為龍?zhí)督M，出露于勘查區(qū)兩翼淺部。含可采煤層8層，煤層厚度9.02～16.94 m，平均12.33 m，可采含煤系數(shù)3.5%，其中，3、4、5、6號煤層位于上煤組，14、16號煤層位于中煤組，28、31號煤層位于下煤組。全區(qū)可采煤層為3、4、5、6、16、31號煤6層，大部可采煤層為14、28號煤2層，均為較穩(wěn)定型。

2 煤巖特征

煤的顏色為黑灰色-黑色，以塊狀及碎塊狀為主，似金屬光澤，煤層致密、堅硬，一般均顯層理，斷口參差狀和平坦?fàn)?，細條帶狀結(jié)構(gòu)，煤中見有薄膜狀及網(wǎng)狀方解石充填裂隙，偶見黃鐵礦結(jié)核。

煤巖鑒定結(jié)果表明，煤層以亮煤為主，鏡煤次之，暗煤和絲炭少量；煤巖類型為半亮型-半暗型；顯微組分中有機組分含量為81.32%～89.36%，其中，鏡質(zhì)組平均含量為75.96%，惰質(zhì)組平均含量為24.04%，微觀煤巖類型為微鏡惰煤；無機總量為4.68%～21.01%，以黏土礦物為主，黃鐵礦和石英次之，少量方解石。

3 煤質(zhì)特征

3.1 煤的化學(xué)性質(zhì)

原煤空氣干燥基水分(Mad)為0.34%～3.69%，平均1.24%；浮煤空氣干燥基水分(Mad)為0.37%～1.93%，平均0.92%。見表1。

表1 可采煤層化學(xué)性質(zhì)分析Table 1 Analysis of chemical properties of mineable coal seams

原煤灰分產(chǎn)率(Ad)為11.55%～39.94%，平均25.74%；浮煤灰分產(chǎn)率(Ad)為3.58%～21.54%，平均10.92%?？辈閰^(qū)內(nèi)可采煤層均屬中灰煤(MA)。經(jīng)洗選后，4、5號煤層灰分小于10%為特低灰煤(SLA)，其余煤層均屬低灰煤(LA)。

原煤揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)為6.38%～19.95%，平均為11.60%；浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)為5.73%～15.20%，平均為9.18%。除3、4號煤層浮煤為低等揮發(fā)分煤(LV)，其余煤層均為特低揮發(fā)分煤(SLV)。

可采煤層原煤干燥基固定碳含量為49.13%～83.74%，平均值為65.73%。勘查區(qū)內(nèi)3、6、16號煤層均屬中等固定碳煤(MFC)，4、5、14、28、31號煤層屬于中高固定碳煤(MHFC)。

原煤硫分(St，d)為0.16%～6.67%，平均值為1.51%，5、6、31煤層屬低硫煤(LS)，16、28號煤層均屬中硫煤(MS)，3、4、14號煤層均屬中高硫煤(MHS)。經(jīng)洗選后，浮煤硫分(St，d)為0.23%～2.25%，平均值為0.90%，其中，5、6、16、31號煤層硫分均小于1%。

3.2 煤的工藝性能

原煤空氣干燥基高位發(fā)熱量(Qgr，d)為20.21～31.46 MJ/kg，平均值為25.90 MJ/kg；干燥基低位發(fā)熱量(Qnet，d)為21.02～29.54 MJ/kg，平均值為26.01 MJ/kg?？辈閰^(qū)內(nèi)可采煤層均為中高發(fā)熱量煤(MHQ)，其工藝性能指標(biāo)見表2。

表2 可采煤層工藝性能指標(biāo)統(tǒng)計Table 2 Statistics of technical performance indicators of mineable coal seam

可采煤層中煤灰成分以含SiO2為主，含量為27.64%～82.20%，平均值為62.45%；其次為Al2O3、Fe2O3，含量分別為7.90%～25.22%和2.27%～23.88%，平均值分別為14.97%和10.16%；CaO的含量為0.34%～22.30%，平均值為4.64%。其它煤灰成分的含量均值都小于2.00%。

煤灰成分中Fe2O3含量相對較高的3、4、14號煤層原煤硫分含量也較高，均為中高硫煤。從上述原煤各形態(tài)硫來分析，無機硫化鐵硫占總硫分的86.75%，有機硫占總硫分的11.92%；從降硫率來看，中高硫煤的降硫率為45%～57%，中硫煤為32%～39%，低硫煤為27%～30%，說明煤層中的硫有很大一部分富集在黃鐵礦中，成煤環(huán)境受海水影響，理論上應(yīng)該易洗選脫除[9-10]。

各煤層的堿酸比分別為0.31、0.26、0.18、0.17、0.20、0.24、0.23、0.14；結(jié)污指數(shù)分別為0.11、0.09、0.08、0.10、0.13、0.17、0.14、0.13；結(jié)渣指數(shù)分別為0.71、0.59、0.15、0.16、0.52、0.30、0.34、0.18。上述煤層除3號煤層煤灰中等結(jié)渣外，其它煤層均不易產(chǎn)生污垢，低等結(jié)污，低等結(jié)渣。

各可采煤層中煤灰軟化溫度(ST)為1 130～>1 500 ℃，平均值為1 327 ℃；煤灰流動溫度(FT)為1 160～>1 500 ℃，平均值為1 360 ℃。從表2可知，Al2O3含量相對較高的5、6、31號煤層屬中等軟化溫度灰、較高流動溫度灰，而其余煤層屬較低軟化溫度灰、中等流動溫度灰。在上述規(guī)律性表明煤灰成分中僅Al2O3是增高煤灰熔融性軟化溫度和流動溫度的主要成分[11-12]。Al2O3是由黏土脫結(jié)晶水而形成的，推測5、6、31號煤層應(yīng)形成于偏干燥的環(huán)境，同時，與煤中硫分含量偏低的特征性吻合。

4 煤類及煤質(zhì)變化程度

勘查區(qū)各可采煤層浮煤干燥無灰基揮發(fā)分為5.73%～15.20%，平均值為9.18%；浮煤干燥無灰基氫含量3.14%～4.37%，平均值為3.80%。同時，各可采煤層煤層鏡質(zhì)組最大反射率(R°max)為2.49%～2.69%，平均為2.57%，顯微硬度為29.0～31.0 N/mm2，平均為30.2 N/mm2，煤的變質(zhì)階段為高煤級煤Ⅰ級。據(jù)此，可采煤層的煤類主要為無煙煤三號(WY3)，并伴有少量貧煤；垂向上，貧煤分布點自上而下、自西向東逐漸減少；平面上，可采煤層自西而東煤化程度逐漸加強，貧煤主要分布在勘查區(qū)西部，埋深對煤化程度起主導(dǎo)作用。

5 工業(yè)用途前景分析

勘查區(qū)范圍內(nèi)共獲保有煤炭總資源量127 026.5萬t，其中，無煙煤主要作民用燃料和合成氨造氣原料；貧煤主要可作為電廠燃料，尤其與高揮發(fā)分煤配合燃燒更能充分發(fā)揮其熱值高而又耐燒的優(yōu)點。同時，整裝勘查區(qū)位于黔北礦區(qū)畢節(jié)片區(qū)，交通方便，發(fā)展方向可擬為煤-電-化，煤炭產(chǎn)品具有很好的市場開發(fā)前景。

6 結(jié)論

(1)勘查區(qū)各可采煤層原煤均屬于中灰分、特-低揮發(fā)分、中等-中高固定碳、中高發(fā)熱量煤，說明煤的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，從而成煤環(huán)境也較穩(wěn)定。

(2)煤灰成分中Fe2O3含量相對較高的3、4、14號煤層中的硫有很大一部分富集在黃鐵礦中，同時，降硫率也較高，表明成煤環(huán)境受海水影響較大。

(3)煤灰成分中Al2O3含量相對較高的5、6、31號煤層軟化溫度、流動溫度也較高，表明Al2O3是增高煤灰熔融性軟化溫度和流動溫度的主要成分；且煤中硫分含量偏低，推測5、6、31號煤層形成于偏干燥的環(huán)境中。

(4)垂向上，各可采煤層自上而下煤化程度逐漸加強；平面上，可采煤層自西而東煤化程度逐漸加強，埋深對煤化程度起主導(dǎo)作用。

(5)勘查區(qū)位于黔北礦區(qū)畢節(jié)片區(qū)，交通方便，發(fā)展方向可擬為煤-電-化。