安徽省濉溪縣張油坊煤礦煤層及煤質(zhì)特征分析

[摘要]張油坊煤礦位于安徽省濉溪縣西南40公里，面積20.39km2。發(fā)育9層可采煤層，3-1、5-1、7-2、8-2及10煤層為較穩(wěn)定煤層，共估算資源量22775.7萬噸，其中探明資源量（TM）2808.2萬噸，控制資源量（KZ）2731.0萬噸，推斷資源量（TD）17236.5萬噸。本文分析了張油坊煤礦各煤層煤的物理性質(zhì)、煤巖特征、化學(xué)性質(zhì)、工藝性能和可選性，劃分了煤類，為本礦區(qū)煤炭開發(fā)利用和研究提供了依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]張油坊煤礦；煤質(zhì)特征；安徽濉溪

張油坊煤礦位于濉溪縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬于濉溪縣五溝鎮(zhèn)[1]，位于華北板塊東南緣，豫淮坳陷東部的淮北煤田中南部的臨渙礦區(qū)[2]，張油坊井田位于臨渙礦區(qū)南部，童亭背斜的西側(cè)，受控于孟集斷層、五溝—楊柳斷層。地層區(qū)劃分屬于華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)徐宿地層小區(qū)，礦區(qū)內(nèi)經(jīng)鉆探揭露，新生界松散層下伏地層自上而下分別為二疊系的上石盒子組、下石盒子組和山西組；石炭系的太原組、本溪組；奧陶系的老虎山組～馬家溝組。為全隱伏二疊系煤田。本礦區(qū)未見巖漿巖侵入[3-4]。

1.煤層

1.1含煤性

含煤地層為石炭-二疊系。石炭系煤層薄，不穩(wěn)定，煤質(zhì)差，二疊系含煤地層分下統(tǒng)山西組、下石盒子組和上統(tǒng)上石盒子組，含9個煤層（組），含煤20余層，煤層總厚20.68m。1、4兩個煤層（組）為不可采煤層，2、3-1、5-1、5-2、7-1、7-2、8-1、8-2、10等9層為可采煤層，可采煤層平均總厚17.41m，占含煤總厚的84%；其中3-1、5-1、7-2、8-2及10煤層為主采的較穩(wěn)定煤層，平均總厚11.79m，占可采煤層總厚的68%。2及5-2煤層為不穩(wěn)定煤層，7-1及8-1煤層為極不穩(wěn)定煤層。二疊系含煤地層總厚約900m，煤層總厚20.68m，含煤系數(shù)為2%。

1.2可采煤層

2煤層：位于上石盒子組中下部，下距3-1煤層約117m。煤層厚度0.32～2.71m，平均厚度0.86m?？刹珊穸?.73～2.71m，可采煤層平均厚度1.15m，為局部可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，以單一煤層為主，部分含有1層夾矸，夾矸多為泥巖、炭質(zhì)泥巖。為不穩(wěn)定薄煤層。頂板以泥巖為主，砂巖、粉砂巖零星分布。

3-1煤層：位于上石盒子組下部，下距上石盒子組底界（K3）砂巖約43m。煤層厚度1.08～5.03m，平均厚度2.58m?？刹珊穸?.08～5.03m，可采煤層平均厚度2.58m，為主要可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，以單一煤層為主，部分含有1層夾矸，個別為2層以上夾矸。夾矸多為泥巖、炭質(zhì)泥巖。為較穩(wěn)定中厚煤層。

頂板以泥巖為主，砂巖、粉砂巖零星分布。

5-1煤層：位于下石盒子組中部，上距上石盒子組底界（K3）砂巖約133m。煤層厚度0.12～2.75m，平均厚度1.10m?？刹珊穸?.70～2.75m，可采煤層平均厚度1.23m，為主要可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，大多為單一煤層，其余含1層夾矸。夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。煤層底板多為泥巖。為較穩(wěn)定的薄煤層。煤層頂板以泥巖為主，砂巖和粉砂巖零星分布。

5-2煤層：位于下石盒子組中部，上距5-1煤層6m左右，煤層厚度0.38～3.19m，平均厚度0.89m?？刹珊穸?.71～3.19m，可采煤層平均厚度1.05m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，大多為單一煤層，個別點含1層夾矸，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。為不穩(wěn)定的局部可采薄煤層。煤層頂板以泥巖為主，砂巖、粉砂巖零星分布。

7-1煤層：位于下石盒子組中下部，下距7-2煤層約8m。煤層厚度0.22～11.91m，平均厚度1.15m。可采厚度0.72～11.91m，可采煤層平均厚度2.07m。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，以單一煤層為主，個別點含有1層夾矸，夾矸為泥巖、炭質(zhì)泥巖。為不穩(wěn)定的局部可采薄煤層。煤層頂板以泥巖為主，次為粉砂巖及少量砂巖。

7-2煤層：位于下石盒子組中下部，下距8-1煤層約22m。煤層厚度0.34～5.59m，平均厚度1.95m?？刹珊穸?.70～5.59m，可采煤層平均厚度2.15m。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，以單一煤層為主，個別點含有2層夾矸，夾矸為泥巖、炭質(zhì)泥巖。為較穩(wěn)定的中厚煤層。煤層頂板以泥巖為主，次為粉砂巖及少量砂巖。

8-1煤層：位于下石盒子組下部，下距8-2煤層約9m。煤層厚度0.29～3.81m，平均厚度1.10m。可采厚度0.71～3.81m，可采煤層平均厚度1.35m。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，絕大多數(shù)為單一煤層，少量為1層夾矸，個別為2層夾矸。屬不穩(wěn)定的局部可采薄煤層。煤層頂板以砂巖、泥巖為主，次為粉砂巖及少量砂巖。

8-2煤層：位于下石盒子組下部，下距鋁質(zhì)泥巖平均約18m，煤層厚度0.63～5.59m，平均厚度2.37m?？刹珊穸?.71～5.59m，可采煤層平均厚度2.45m。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，多以單一煤層出現(xiàn)，少部分含1層夾矸，夾矸為泥巖、炭質(zhì)泥巖。屬較穩(wěn)定的中厚煤層。煤層頂板以泥巖為主，砂巖次之，少量粉砂巖。

10煤層：位于山西組的中部，上距鋁質(zhì)泥巖（K2）約68m，下距太原組一灰（K1）頂界面約57m。煤層厚度0.35～17.10m，平均厚度2.91m。可采厚度0.70～17.10m，可采煤層平均厚度3.38m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，大多為單一結(jié)構(gòu)，少量含1層夾矸，個別見煤點具2層夾矸，夾矸為泥巖、炭質(zhì)泥巖。為較穩(wěn)定的中厚煤層。煤層頂板以砂巖、泥巖為主，其次為粉砂巖。

1.3煤層對比

該區(qū)含煤巖系沉積環(huán)境穩(wěn)定[5]，地層厚度、煤層間距（表1）、煤層厚度都具有一定的穩(wěn)定性。巖煤層組合、標(biāo)志層、測井曲線物性反應(yīng)、巖礦組合、古生物化石分帶特征明顯，煤層對比結(jié)果可靠。

2.煤質(zhì)特征

2.1煤的物理特征和煤巖特征

煤的物理性質(zhì)：各煤層的物理性質(zhì)基本相似，一般為黑色，少量黑灰色，條痕褐黑色，油脂光澤-弱玻璃光澤，粉狀、碎塊狀、鱗片狀，性軟，5煤層稍硬，視密度較小。

煤巖特征：宏觀煤巖類型以亮煤、暗煤為主，夾鏡煤線理-條帶。半亮-半暗型。顯微組分中有機組分含量總和為90.48%～97.18%，平均94.18%，鏡下觀察主要為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，鏡質(zhì)組為基質(zhì)鏡質(zhì)體無結(jié)構(gòu)狀，形態(tài)分子罕見，常見碎粒煤，半鏡質(zhì)組呈絮狀、條帶狀，惰質(zhì)組有粗粒狀、絲質(zhì)菌類體、星弧狀絲質(zhì)體，殼質(zhì)組有小孢子，角質(zhì)膜、樹脂體等；無機組分主要為黏土礦物，具線理狀、透鏡狀、渾圓狀、團塊狀，有的與有機質(zhì)鑲嵌或與有機質(zhì)互呈層理，其次可見硫化物之黃鐵礦脈狀充填，有機質(zhì)裂隙內(nèi)，或呈微晶集合體，充填于有機質(zhì)空間內(nèi)；有的可見方解石常為脈狀或呈薄膜狀，充填于裂隙中。

本區(qū)各可采煤層的變質(zhì)因素為區(qū)域變質(zhì)作用，相當(dāng)Ⅱ-Ⅲ階段，各煤層變質(zhì)階段基本相近[6]。

2.2煤的化學(xué)性質(zhì)

2.2.1有害組分

煤中有害組分包括水分、灰分、硫、磷、砷等（表2）。

水分：各煤層原煤水分平均值在0.72%～1.07%，浮煤水分平均值在0.80%～1.05%，變化不明顯。

灰分：各煤層原煤灰分平均值23.19%～32.45%，屬動力用煤的中高灰煤。原煤灰分從上部的2煤層至下部的10煤層有較明顯的降低趨勢，如2煤層原煤灰分為27.51%，至7-2煤層23.23%，至10煤層為23.19%。在剖面從淺部至深部變化不明顯。在平面上，各煤層原煤灰分出現(xiàn)高灰或低灰者也都零星出現(xiàn)，多不成片或成小片。浮煤灰分平均值在7.96%～10.85%，其中8-2煤層最低，10煤層最高，屬冶煉用煉焦精煤，低灰煤的有8-2煤層，屬中灰煤的有2、3-1、5-1、7-1、7-2、8-1等煤層，5-2、10等屬于中高灰煤。

各可采煤層灰成分組成以酸性氧化物為主，平均含量一般在80%以上，僅10煤層最低為78.40%，5-1煤層最高達86.67%。堿酸比為0.14～0.26，以5-1、5-2煤層最低，10煤層最高，結(jié)渣指數(shù)和結(jié)污指數(shù)皆<0.6，屬低程度污垢組分。煤灰軟化溫度，屬較低～較高的有2煤層，屬中等～較高軟化溫度灰的有3-1、5-1、7-1、8-2、10煤層，屬較高軟化溫度灰分的有5-2、7-2、8-1等煤層。煤灰流動溫度灰屬較低～較高的有2、3-1、7-1煤層，屬中等～較高流動溫度灰的有5-1、7-1、8-1、8-2、10煤層。

硫：礦區(qū)采煤層原煤全硫含量折算后平均值在0.29%～0.83%，以5-2煤層最低，8-2煤層最高。除2、7-2、8-2煤層為低硫煤外，其余煤層均為特低硫煤，各煤層出現(xiàn)低硫或中硫煤分煤的點多不成片或孤立點或零星分布，僅10煤層出現(xiàn)2個高硫點（7-7孔St.d為1.58%，6-4孔St.d為3.50%），7-1煤層St.d最高為1.84%。煤中各種硫在全硫>1%時以硫化鐵硫為主，脫硫效果較好，洗后全硫明顯下降，全硫<1%時以有機硫為主，脫硫效果不明顯，洗后變化不大，甚至還有增高。各可采煤層浮煤全硫也是以8-2煤層最高，達0.67%，屬冶煉用煉焦精煤的中低硫煤，其余煤層屬低硫分煤。

磷：各可采煤層磷含量平均為0.0066%～0.0364%，屬特低磷煤的有2、3-1、5-1、8-1、8-2等煤層，屬低磷分煤的有5-2、7-1、7-2、10煤層。

氯：各煤層氯含量平均為0.0068%～0.0157%，皆屬特低氯煤。

砷：各煤層砷含量平均值為0.0001%～0.0010%，除2煤層為二級含砷煤外，其余各煤層為一級含砷煤。

2.2.2元素組成

元素分析結(jié)果（表3）

碳：各煤層碳元素含量平均值在87.33%～88.37%，各煤層變化不大。

氫：各煤層氫元素含量平均值為4.98%～5.27%，上下無明顯變化。

氮：各煤層氮元素含量平均值為1.39%～1.54%，各煤層基本相近。

氧+硫：各煤層氧+硫含量平均值在5.27%～6.07%，7-1煤層稍低，5-2煤層稍高。

煤層中微量元素中鎵（Ga）含量稍高，一般在8～22ppm之間，平均值13ppm，未達工業(yè)品位；鍺（Ge）含量較低，一般在0～4ppm之間，平均值為2ppm，未達到工業(yè)品位。氫碳比和氧碳比（H/C、O/C）：經(jīng)各煤層的氫碳原子比和氧碳原子比進行計算，在克瑞威倫煤帶圖上，本勘查區(qū)各煤層位于中等粘結(jié)區(qū)（圖1）。

2.2.3浮煤揮發(fā)分

各煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率平均值為29.91%～34.10%，7-1煤層最低，2煤層最高，屬中高揮發(fā)分煤。

2.3煤的工藝性能

2.3.1可采煤層發(fā)熱量

各可采煤層分析基發(fā)熱量平均值為24.66～28.53MJ/kg，5-1煤層較低20.12～29.82MJ/kg，10煤層最高24.78～31.31MJ/kg。干燥基高位發(fā)熱量平均值為24.50～28.72MJ/kg，屬煤炭質(zhì)量分級（發(fā)熱量）中高發(fā)熱量煤的有2、5-1、5-2煤層，其余皆為高發(fā)熱量煤。

2.3.2黏結(jié)性

黏結(jié)指數(shù)（G）：各煤層黏結(jié)指數(shù)（G）平均值為89.21～93.29，8-1煤層稍低，8-2煤層稍高，均屬特強黏結(jié)煤。

膠質(zhì)層厚度（Y）：各煤層膠質(zhì)層指數(shù)平均值為20.27～25.05mm，7-1煤層稍低，8-1煤層較高。

奧亞膨脹度（b）：各煤層奧亞膨脹度（b）平均值為91.5%～176%，除7-1煤層和10煤層小于100%外，其他煤層b值都大于100%。

低溫干餾：通過低溫干餾試驗測得本勘查區(qū)各可采煤層焦油產(chǎn)率（T.d）平均值為6.58%～9.02%，其中屬含油煤的有8-1（T.d）平均值6.86%、10煤層（T.d）平均值6.85%，其余皆為高油煤。

2.4煤的可選性

2.4.1篩分試驗

通過鉆孔煤心煤樣篩分試驗，本勘查區(qū)各可采煤層13～0.5mm級占全樣1/3～1/2左右。浮煤小篩分（0.5～0mm）樣品一般集中在0.5～0.125mm占1/2左右。

2.4.2浮沉

通過煤心煤樣浮沉試驗，以指定精煤灰分10%，±0.1含量（除沉矸）為指標(biāo)評價煤的可選性。3-1煤層理論分選密度為1.38/～1.71g/cm3，±0.1含量為27.17%～79.90%，可選性評價為較難選～極難選；7-2煤層理論分選密度為1.46/～1.64g/cm3，±0.1含量為10%～43.95%，屬易選～極難選煤層；8-2煤層理論分選密度為1.44/～1.54g/cm3，±0.1含量為11.63%～53.52%，屬中等可選～極難選煤層；10煤層理論分選密度為1.46/～1.52g/cm3，指定精煤灰分7%～10%，理論分選密度14.05%～40.91%，屬中等可選～極難選煤層。主要可采煤層可選性曲線見圖2、圖3和圖4。

2.4.3可選性評價

根據(jù)上述材料各煤層可選性評價不一，選用不同密度洗選，可得到不同±0.1含量，可選性等級也不同，一般理論分選密度為1.40～1.50g/cm3，±0.1含量為20%～40%，屬中等～較難選。

2.5煤類

根據(jù)《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T5751-2009）中的有關(guān)指標(biāo)即浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層及奧亞膨脹度（b）等指標(biāo)綜合確定，本勘查區(qū)各可采煤層以1/3JM為主，其次為FM，少量JM、QF、QM零星分布。

3.結(jié)論

3.1煤層特征

該區(qū)含煤地層主要為二疊系[7]?？刹擅簩淤x存于二疊系下統(tǒng)山西組（10煤）、下石盒子組（5-1、5-2、7-1、7-2、8-1、8-2煤）和上統(tǒng)上石盒子組（2、3-1煤），可采煤層平均總厚17.41m，占含煤總厚的84%，含煤系數(shù)為2%。

3.2煤質(zhì)特征

本勘查區(qū)可采煤層為二疊紀(jì)山西組和上下石盒子組沉積的煤層，區(qū)域變質(zhì)階段應(yīng)屬Ⅱ-Ⅲ階段的氣煤～焦煤。[8]

各煤層原煤灰分為中高灰、特低硫-低硫、特低磷-低磷、特低氯、一級-二級含砷煤；具中熱值-高熱值；煤灰為中等-高軟化溫度和中等流動溫度灰；不易結(jié)渣；含油-高油；各煤層中高揮發(fā)分煤；具特強粘結(jié)性；具良好的結(jié)焦性；各煤層可選性評定為中等-較難選煤。

3.3煤的工業(yè)用途建議

本礦區(qū)各煤層具有害組分（硫、磷、氯、砷）均屬低-特低，浮煤粘結(jié)性、結(jié)焦性良好等特點。洗選后可作煉焦配煤，原煤和洗中煤，可作動力用煤。

本勘查區(qū)構(gòu)造地質(zhì)條件中等、水文地質(zhì)條件中等偏復(fù)雜、工程地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，綜合評定本礦床開采技術(shù)條件為Ⅲ-4型。建議日后開采利用時加強相關(guān)水文地質(zhì)工作，保障生產(chǎn)安全。

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