煤炭地質勘查煤樣密度的檢測及利用

張 鵬

寧夏回族自治區煤田地質局，寧夏銀川 750011

煤炭地質勘查煤芯煤樣密度檢測主要測真密度和視密度。真密度是研究煤質和計算煤質指標加權平均值的參數之一，也可用來計算煤的視密度。視密度是估算煤炭資源儲量的重要參數。本文在整理分析煤炭地質勘查的煤樣密度數據和利用相關研究資料的基礎上，對煤樣密度檢測和密度值的利用進行探討。

1 煤樣密度檢測

1.1 煤樣的處理和選用

煤炭地質勘查中有些煤樣往往混入一些矸石。用含有矸石的煤樣測出的密度值比正常煤樣的密度值高出許多。表1是某勘查區同一位置上不同時期施工（101鉆孔為1973年，補101鉆孔為2010年）的兩個鉆孔煤樣密度測定結果。表中101鉆孔，5煤層沒有夾矸，8、8-2煤層夾矸在采樣時已剔除，煤質檢測灰分、真密度、視密度均屬正常。表中補101鉆孔，5煤層沒有夾矸，8、8-2煤層夾矸在夾矸采樣時混入煤中沒有剔除，經測試，5煤層灰分、真密度、視密度屬正常，8、8-2煤層灰分、真密度、視密度明顯高于早期101鉆孔，均屬異常無法使用。對此，筆者認為在煤樣制備前，對于碎粒狀煤樣挑出煤中的矸石，對于完整柱狀和塊狀煤樣可人工破碎剔除夾矸，或者在這些煤樣中直接選取一些不含夾矸的煤，這樣處理或選擇煤樣可以大大減少矸石對密度測定的影響。

表1 含矸石與不含矸石煤樣密度測試結果對比

1.2 密度測定標準的選擇

表2 不同粒級煤視密度測試結果對比

真密度測定采用GB/T 217-2008《煤的真相對密度測定方法》標準。視密度測定有GB/T 6949-2010《煤的視相對密度測定方法》和MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對密度測定》兩個標準。二者主要區別在于制備煤樣粒度不同，前者粒度為10mm～13mm，后者粒度為4mm～6mm。煤層中不同部位的煤，宏觀煤巖成分、顯微組分構成、礦物含量都是不一樣的，反映在煤的硬度和密度上也有差異。煤中暗煤、惰質組、礦物所占比例大，煤就較硬，密度大，鏡煤和亮煤、鏡質組所占比例大，礦物含量少煤性較脆，密度小。煤樣在破碎中，較硬的煤易保留成塊，較脆的煤易成碎粒。研究[1]結果表明煤樣不同粒度對視密度測定有一定的影響。表2是5個樣品4mm～6mm、6mm～10mm、10mm～13mm粒級視密度的測定結果。由表2可知，粒度為4mm～6mm的視密度測值最小，10mm～13mm的視密度測值最大，視密度測值隨著粒級的增大而增大。4mm～6mm煤樣代表性和均勻性好于6mm～10mm、10mm～13mm煤樣，且測值更接近真實的視密度。另外，在煤層較薄，煤樣量少且成碎粒，無法制備粒度為10mm～13mm視密度樣時，選擇4mm～6mm粒度可以解決制備視密度樣困難問題。所以煤的視密度測定應采用MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對密度測定》標準。

1.3 密度檢測要求

真密度檢測，只要選取正常煤樣并且嚴格按照標準測定，測值能夠反映煤的真實真密度。視密度檢測，除了選取正常煤樣、制備4mm～6mm的粒度，嚴格按標準操作外，要對制備的視密度樣進行灰分測定。煤炭地質勘查采用的視密度，是實測視密度值經過視密度樣的灰分換算成該采樣點灰分條件下的計算值。計算公式：ARD=ARD0+0.007（Ad-Ad0）[2]。式中ARD為采樣點灰分條件下的視密度，ARD0為實測視密度，Ad為采樣點灰分，Ad0為視密度樣灰分。表3是同一區域相同煤層不同勘查時期煤樣視密度測定結果。從表3可以看出，如果視密度樣灰分與采樣點灰分相差較小，視密度實測值接近采樣點灰分條件下的計算值，如果視密度樣灰分與采樣點灰分相差較大，視密度實測值與采樣點灰分條件下的計算值偏差較大。一般來講，煤炭地質勘查視密度煤樣的實測值是不能直接利用的，必須要換算成采樣點灰分條件下的計算值，所以視密度樣灰分測定必不可少。

表3 煤樣視相對密度的實測值與計算值

2 密度的利用

2.1 真密度的利用

煤炭地質勘查中煤的真密度主要用來計算分層采樣煤層煤質指標加權平均值。在無法測定煤樣視密度的情況下，也可用真密度來計算視密度，計算公式[3]：Ad ≤25% St,d≤2.5% 煉焦煤ARD=0.14+0.87TRD,不黏煤、長焰煤、褐煤ARD=0.20+0.78TRD，無煙煤和Ad ＞25% St,d＞2.5%的其它煤ARD=0.05+0.92TRD。在計算煤質指標加權平均值時，會遇到異常偏高的分層真密度值（未除去煤樣中矸石），此值要參與煤質指標加權平均值的計算，影響較大，此時，各分層真密度值可不參與加權平均值計算。另外在計算煤層真密度算術平均值時，數量上不要集中在高值或低值上，要合理取舍（如表4所示），只有這樣算出的煤層真密度平均值才具有代表性。

2.2 視密度的利用

煤炭資源儲量估算采用煤層視密度算術平均值。此值是否合理對估算的資源儲量影響較大。在計算煤層視密度算術平均值時，對各點的視密度值要合理取舍。一個煤層視密度測試數量較少，會出現高視密度值數量多，或者低視密度值數量多現象，全部用這些值計算煤層視密度平均值，就會偏高或偏低。表4為某勘查區煤層視密度值與合理取舍結果對比。表4中該煤層有4個視密度值，其中較低值1個，中等值1個，較高值2個，全部視密度的平均值為1.41，去掉1個較高值后的平均值為1.38。由表4可看出，1.38這個值能夠代表該煤層平均灰分條件下的視密度，比較合理。合理取舍視密度值非常重要。實際操作上，應該根據各煤層視密度值的具體情況，認真分析研究，可以全部保留各點的視密度值，也可以舍去高值或者低值，取舍數量的多少視具體情況而定。

煤層號 化驗編號 灰分Ad/% 全部數據 合理取舍TRD ARD TRD ARD 8-3 2011GS1961 8.04 8-3 2011GS2306 20.21 8-3 09煤芯3800 29.74 1.62 1.48 8-3 09煤芯3968 9.29 8-3 2011GS1531 26.79 8-3 2010GS4641 27.46 1.60 1.46 1.60 1.46 8-3 2010GS3573 21.58

表4 煤層密度值及合理取結果對比

3 結論

1）煤炭地質勘查煤芯煤樣密度檢測制備煤樣時應除去煤中矸石，或者是從煤樣中選取不含夾矸的煤進行密度測定，以免矸石對煤的密度測定的影響；

2）煤芯煤樣視密度的測定應采用煤樣制備粒度為4mm～6mm的MT/T 1027-2006《煤芯煤樣視相對密度測定》標準；

3）煤炭地質勘查中采用煤的視密度，是實測的視密度值經過視密度樣的灰分換算成該采樣點灰分條件下的計算值，所以視密度煤樣一定要測該樣的灰分；

4）要選擇正常煤樣的密度值。在計算煤層密度平均值時要進行合理的取舍。

[1]陳翠菊.煤樣粒度對煤的視相對密度測定影響探討[J].中國煤炭地質，2010(7).

[2]袁三畏.煤質勘探與資料匯編方法[J]，1984.

[3]楊金和，陳文敏，段云龍主編.煤炭化驗手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2004.