湖南優質煤特征及開發利用思考

　　湖南是以煤炭資源為基礎能源的省份，煤炭資源約占全省一次能源生產總量的85%和一次性能源消費總量的75%。煤炭作為熱源和能源在湖南能源供給結構中處于絕對壟斷地位。但是從湖南煤炭資源儲量和當前煤炭消費量來看，湖南已是資源相對貧乏、自給能力不足的省份，隨著湖南經濟的快速發展，煤炭能源生產增長的速度越來越落后于能源消費增長的速度，能源將成為限制湖南經濟發展的瓶頸。另一方面，煤炭資源具污染性。煤炭在開發利用過程中，產生大量矸石、廢水、采空區塌陷等引發自然災害，同時，燃煤發電釋放大量CO2、SO2等廢氣排放大氣中，產生溫室效應和酸雨等環境災害，對人類生存環境造成嚴重影響。因此，對煤炭資源的綠色開采和潔凈利用是湖南煤炭工業可持續發展的核心。
　　
　　湖南優質煤特征與分布
　　隨著全社會環保意識的增強，對環境影響小的優質煤概念被頻頻提出。眾多煤炭學者根據研究目的不同對優質煤概念有各自的定義。筆者根據湖南煤質特征和開發利用實際情況，將湖南優質煤定義為：自然條件下形存的、符合環境要求和特定工業用途的煤。以原煤灰分、硫分為指標，按煤類劃分，湖南優質煤可分為兩個檔次，即原煤灰分Ad≤20%，且硫分St·d≤1%的各種煙煤和無煙煤，分別稱優質煙煤和優質無煙煤（湖南沒有褐煤），優質煙煤和優質無煙煤統稱優質煤。優質煤以自然形成的高質量（低硫、低灰、低有害元素、高發熱量）、較高的活性、適于多種用途的特性與配煤和通過潔凈技術處理的潔凈煤相區分。
　　根據湖南煤質特征，界定優質煤的基本指標是原煤灰分、原煤硫分和煤中有害元素含量。筆者收集了257個涵蓋全省的煤炭勘查區或生產礦井的煤質化驗資料。一般勘查區（礦區）對原煤灰分和硫分均有化驗，但對煤中有害元素含量化驗較少。從工業利用角度看，煤中主要有害元素是磷、砷、氯、鉛、氟等幾種。據湖南煤炭工業局資料，湖南生產礦井有害元素含量一般在可控礦圍內。湖南有34個礦區（礦井）原煤灰分在2.01%-58.03%之間，平均6.48%-20%，原煤硫分在0.02%-4.5%之間，平均0.35%-1.0%，原煤灰分與原煤硫分變化幅度較大，但平均較低，有害元素含量在可控范圍內，屬優質煤礦區（礦井）。
　　湖南含煤區共劃分為六個煤田，即郴耒煤田、漣邵煤田、韶山煤田、資汝煤田、黔淑煤田和桑植煤田。優質煤主要賦存在郴耒煤田晚二疊世龍潭煤系中，占優質煤分布面積的58%；其次是漣邵煤田測水煤系和龍潭煤系，占優質煤分布面積的40%；余為韶山煤田和資汝煤田。黔淑煤田和桑植煤田含煤地層中煤層原煤硫分一般超過3%，均不屬于優質煤。
　　
　　優質煤形成的地質條件
　　測水煤系是湖南成煤較早的煤系，其沉積環境主要是障壁—潟湖環境，當海平面相對下降時，潟湖淤淺形成泥炭沼澤。龍潭煤系沉積環境主要為三角洲環境和河流環境，隨著海平面的相對變化，在三角洲平原、河流洪泛平原等發育泥炭沼澤。在早石炭世測水期和晚二疊世龍潭期，湖南氣候溫暖潮濕，植物生長茂盛，保證了泥炭沼澤有機質的持續堆積。隨著新一輪海侵開始，泥炭沼澤被上伏沉積物覆蓋而被保存并通過煤化作用形成煤層。煤中硫分、微量元素、灰分含量變化是沉積環境、泥炭沼澤水介質的地球化學條件（主要指pH值和EH值）、陸源母巖性質、成煤植物性質綜合影響的結果。一般說來，泥炭沼澤距海岸俞近，易受海水影響，泥炭沼澤水介質酸性減弱、堿性增強，煤層硫分含量和微量元素（包括有害元素）含量增高。陸源母巖的性質及與成煤泥炭沼澤的距離決定煤中礦物質的成分和含量，俞靠近陸源，則煤中灰分增高，硫分相應減少；成煤植物本身富含的元素特征與死亡堆積后形成的有機質對沼澤水介質中元素吸收反應能力也影響煤中無機物含量變化。此外，泥炭在煤化作用過程中，受構造活動、巖漿-熱液活動、地下水活動和風化作用等影響以及頂底板巖層中無機組分（包括無機硫）通過擴散和滲透方式進入（泥炭）煤層，使（泥炭）煤層中礦物質（灰分）、硫分和微量元素發生變化，最終形成現代質量的煤。在早石炭世測水期，漣邵煤田北段金竹山礦區、渣渡礦區、冷水江礦區等處于北東方向幕阜山地陸源區與南西濱海岸之中，其煤系中煤的硫分和灰分平均較低，為測水煤系優質煤賦存礦區。在晚二疊世龍潭期，漣邵煤田北段斗笠山礦區、馬鞍山礦區和南段楓江溪礦區、牛馬司礦區、保和堂礦區分別處于漣邵三角洲北部和南部，泥炭沼澤環境受海水影響和陸源影響小，煤中硫分和灰分雖然變化較大，在局部湖灣地區、三角洲分流間灣地區，煤中硫分大于1%，主要為硫化型黃鐵礦，但平均較低，亦屬于優質煤。郴耒煤田中部和南部龍潭煤系沉積環境主要為三角洲環境，北部黃豐橋礦區、大障礦區、桃水礦區屬河流環境，均受海水影響小，煤中灰分、硫分平均較低，成為湖南主要優質煤賦存區。
　　
　　優質煤開發利用思考
　　立足湖南煤炭資源實際，發展潔凈煤（人工加工成“優質煤”）技術，應是緩解環境壓力，實現湖南煤炭工業可持續發展的一項戰略目標。當前，湖南省較為適用的潔凈煤技術主要有配煤、煤炭洗選、水煤漿、煙氣脫硫和煤炭液化、氣化、燃燒轉換等。但潔凈煤技術的發展還處于起步階段，在湖南全面推廣潔凈煤技術是一個長期的過程，因此，根據湖南煤炭資源狀況，一方面積極發展潔凈煤技術，另一方面高效利用本省優質煤資源，是減輕環境壓力，提高湖南能源保障力的重要措施。
　　開展優質煤性能研究，全面對優質煤進行綜合評價。由于煤的品種繁多、性能復雜，火電、冶金、化工、建材等不同工業部門，對煤質有著不同的要求，高效利用煤炭資源，就必須對煤進行認真研究，認識煤的科學屬性。優質煤是對污染相對要小的優質資源。在當前技術經濟條件下，優先開發本省優質煤資源，是減輕環境壓力，緩解環境污染、實現節能減排的重要途徑。
　　對湖南優質煤進行研究和評價，主要是要研究優質煤形成的地質條件，即湖南成煤期的古地理、古構造、古氣候、古植物等，研究優質煤的變質規律，研究控制優質煤灰分、硫分、微量元素（包括有害元素）等的地質因素；通過煤的工藝試驗，研究優質煤的工藝技術和加工性能，以確定優質煤的利用方向；通過優質煤的專門研究，以摸清湖南優質煤的家底，為湖南煤炭工業可持續發展提供煤質依據。
　　對湖南優質煤資源實施保護性開發，可以提高社會對資源的珍惜意識，可以提高優質煤開發利用效率，使優質煤資源得到最佳利用，可以延長優質煤的開采期限，提高優質煤資源利用程度，提高湖南煤炭資源對經濟發展的保障力。
　　特別是湖南牛馬司礦區的優質焦煤、金竹山礦區優質無煙煤等，其天然形成的優良品性難以替代，若無計劃、無節制開采，優質焦煤、優質無煙煤很快就將成為湖南稀缺資源，到時完全依賴省外市場調節，將使企業有可能陷入被動，影響湖南經濟發展步伐。
　　對湖南優質煤資源實施保護性開發，一要強化行業管理職能，如制定科學的回收率指標并嚴格落實；二要對優質煤礦區進行優化布局、綜合開發，對小型礦井聯并改造，減少礦數，減少煤柱損失；三要在政策上和經費投入上鼓勵煤炭科研單位和地質勘探隊伍開展對優質煤資源特性研究，綜合評價和找礦勘探，使湖南優質煤開發步上穩健軌道。
　　（作者系湖南省煤炭地質勘查院副院長）