貴州翁安玉山煤礦煤質(zhì)特征及其影響因素

牛妍

(山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，山東 泰安　271000)

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貴州翁安玉山煤礦煤質(zhì)特征及其影響因素

牛妍

(山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，山東 泰安271000)

玉山煤礦含煤地層為吳家坪組，可采煤層2層，具有中灰、中等揮發(fā)分、高硫分、低磷分、特低—低氯，低砷、高氟，中高發(fā)熱量的煤質(zhì)特征，煤類豐富，呈條帶狀分布。通過對(duì)區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境和煤的變質(zhì)作用2個(gè)方面的分析，闡述了形成煤層高硫、中灰特征的影響因素，解釋了煤類分帶現(xiàn)象，并指出了主要煤質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律。

煤質(zhì)特征;沉積環(huán)境;變質(zhì)作用；玉山煤礦；貴州翁安

引文格式：牛妍.貴州翁安玉山煤礦煤質(zhì)特征及其影響因素[J].山東國土資源，2015，31(9)：35-38.NIU Yan.Coal Quality Characteristics and Its Influencing Factors in YuShan Coal Mine[J].Shandong Land and Resources,2015，31(9)：35-38.

玉山井田位于貴州省甕安縣城西北方向的玉山鎮(zhèn)，面積17.64km2，屬貴州吳家坪海相沉積的井田，該文主要介紹了井田內(nèi)可采煤層的主要煤質(zhì)特征，并分析了影響煤質(zhì)指標(biāo)的主要因素，對(duì)今后該礦的煤炭開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

1　地質(zhì)概況

井田的大地構(gòu)造位置地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)中偏東部。構(gòu)造線總體呈SN向展布，局部表現(xiàn)為NNE—NE向偏轉(zhuǎn)。礦區(qū)內(nèi)出露地層從老到新為：晚寒武世婁山關(guān)組，中二疊世梁山組、棲霞組、茅口組，晚二疊世吳家坪組及長興組，早三疊世夜郎組、茅草鋪組，中三疊世關(guān)嶺組，第四系。

含煤地層為晚二疊世吳家坪組，揭露厚度為203.00～343.43m，平均厚度為249.90m，含煤2～8層，主要可采煤層有20和35煤2層，平均總厚度1.68m。煤系地層中所含煤層平均總厚度3.51m，含煤系數(shù)1.40%①。

2　煤質(zhì)特征

2.1煤的物理性質(zhì)及煤巖特征

井田內(nèi)煤的顏色為黑色，玻璃、瀝青光澤，參差狀斷口，呈塊狀或粉末狀，污手。各可采煤層的宏觀煤巖特征是以亮煤、暗煤為主，夾鏡煤和黃鐵礦結(jié)核，煤巖類型主要為半亮和半暗型煤，暗淡型煤少量。顯微鏡下有機(jī)組分主要分為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組兩大類。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，惰質(zhì)組以絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體為主；無機(jī)組分主要為氧化物類、其次為粘土類、碳酸鹽類及硫化物類。顯微煤巖類型主要是微鏡煤。顯微礦化類型：可見微硫化物質(zhì)煤、微硅質(zhì)煤。顯微礦質(zhì)類型：可見微硫化物質(zhì)型、微硅質(zhì)型、微泥質(zhì)煤。鏡質(zhì)組最大反射率為0.92%～1.85%，對(duì)應(yīng)的煤層變質(zhì)程度為Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ階段。

2.2煤的化學(xué)性質(zhì)及工藝性能

20,35煤層原煤水分兩極值為0.82%～3.60%。灰分值為16.38%～39.58%，平均值分別為26.22%，26.71%，均屬中灰煤；浮選后，兩煤層灰分平均值分別為14.52%，14.43%，屬低灰煤。揮發(fā)分產(chǎn)率變化在14.96%～34.07%之間，平均值分別為23.56%,22.68%，屬中等揮發(fā)分煤。原煤干燥基高位發(fā)熱量平均值分別為25.41MJ/kg，26.78MJ/kg，為中高發(fā)熱量煤。兩煤層的元素組分含量變化不大，浮煤干燥無灰基碳含量(Cdaf)兩極值為80.16%～88.02%，氫含量(Hdaf)為2.98%～5.48%，氮含量(Ndaf)為0.61%～1.38%。全硫含量變化在2.98%～10.99%之間，平均值分別為5.94%，5.85%，屬高硫煤，硫成分以有機(jī)硫?yàn)橹鳎浯螢榱蚧锪颍蛩猁}硫少量。硫的賦存狀態(tài)以微粒狀，球粒狀，細(xì)粒狀分散分布,各主要煤層煤質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1　主要煤層煤質(zhì)指標(biāo)

玉山煤礦可采煤層的磷(Pd)、氯(Cld)、砷(Asd)含量總體上都不高(表2)，其中磷分含量為0.008%～0.120%，平均值分別為0.019%，0.044%，屬低磷分煤；氯含量為0.020%～0.118%，屬特低氯—低氯煤；砷含量僅在ZK2202鉆孔的20煤層檢測為31μg/g，屬中砷煤，其余鉆孔的樣品測試結(jié)果中砷含量均為低砷。可采煤層的氟含量較高，最小值為211μg/g，已達(dá)到高氟煤的范疇，最大高達(dá)1512μg/g，應(yīng)當(dāng)引起重視。

表2　有害元素含量

灰成分以酸性礦物為主，其中以SiO2含量最高，Al2O3次之，酸性礦物平均含量分別為58.36%,61.48%;堿性礦物則主要以Fe2O3為主，分別為29.15%，28.62%。根據(jù)煤灰成分計(jì)算，20,35煤層結(jié)渣指數(shù)(Rs)分別為2.97%,2.75%，均大于2.60%，結(jié)渣等級(jí)屬嚴(yán)重；結(jié)污指數(shù)(Rf)分別為0.06%,0.18%，結(jié)污等級(jí)屬低度(表3)。

表3　煤層灰成分特征

煤的可選性若根據(jù)簡易可選性試驗(yàn)結(jié)果來評(píng)價(jià)，兩可采煤層的分選密度±0.1含量主要集中在1.3密度級(jí)內(nèi);1.4,1.5密度級(jí)次之;1.6,1.7密度級(jí)少量。當(dāng)指定浮煤灰分為15%時(shí)，20煤層屬極難選煤，35煤層屬中等可選煤。當(dāng)指定浮煤灰分為18%時(shí)，20煤層屬中等可選煤，35煤層屬易選煤。若根據(jù)浮煤回收率劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)，兩煤層浮煤回收率平均值分別46.54%,47.35%，均為中等可選煤。

2.3煤類

根據(jù)《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》(GBT5751-2009)，井田內(nèi)煤類以貧煤、貧瘦煤為主，從井田北部向南部煤的變質(zhì)程度逐漸降低，煤類呈條帶狀分布，依次出現(xiàn)貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤和1/3焦煤。

3　煤質(zhì)指標(biāo)的影響因素

3.1沉積環(huán)境對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)的影響

井田內(nèi)含煤地層為吳家坪組，這是一套海相沉積地層，巖性以灰—深灰色薄或厚層狀灰?guī)r、燧石灰?guī)r為主[1]，含豐富的海相動(dòng)物化石。從早二疊世早期的棲霞期到早二疊世晚期(茅口組)，海水大規(guī)模由東、南方向向北、西侵入，沉積格局是以碳酸鹽巖為主體的淺海相沉積，晚二疊世早期(吳家坪期)大規(guī)模海退期間，區(qū)內(nèi)拗陷基底才露出水面，泥炭沼澤開始發(fā)育[2-4]。所以該區(qū)僅在吳家坪組中下部，發(fā)育較穩(wěn)定的可采煤層2層。不久，海水重返，至晚二疊世晚期(長興期)，又形成范圍極廣的海相碳酸鹽沉積。

3.1.1沉積環(huán)境對(duì)煤中硫的影響

3.1.2沉積環(huán)境對(duì)灰分的影響

一般來說，灰分與煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、煤層厚度及其穩(wěn)定程度有關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度大且穩(wěn)定者，灰分較低，反之則較高。該區(qū)屬于黔北隆起區(qū)的南緣，從震旦紀(jì)到晚三疊世中期，基本上處于相對(duì)隆起且較穩(wěn)定的陸表淺海臺(tái)地環(huán)境，石灰?guī)r十分發(fā)育。在吳家坪早中期，出現(xiàn)一個(gè)較大的海退旋回，基底短暫地露出海面，以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，含煤和煤線2～8層，其中可采煤層為20和35兩層，煤層厚度0.24～2.64m，平均0.84m，屬薄煤層，較穩(wěn)定。由于相對(duì)環(huán)境穩(wěn)定，變化較小，所以兩層可采煤層均結(jié)構(gòu)簡單，不含或偶含一層夾矸。 綜合以上因素，井田內(nèi)煤的灰分不高，為中灰煤，洗選后為低灰煤。

3.2煤的變質(zhì)作用對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)的影響

貴州境內(nèi)煤的變質(zhì)作用，主要有深成變質(zhì)作用和區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用[6]。燕山期以前，以深成變質(zhì)為主。這一階段，為含煤巖系形成至連同上覆地層整體褶皺之前，該區(qū)煤系上覆地層厚約2～3km，煤級(jí)可達(dá)氣、肥煤階段。燕山期，由于受區(qū)域構(gòu)造變動(dòng)和深部巖漿及由此派生的氣液活動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)則主要以區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用為主。玉山煤礦構(gòu)造形態(tài)受區(qū)域構(gòu)造影響，形成了弧形地層走向，從南到北依次由NW—SN—NE向，與區(qū)域NE向及NW向“X”斷裂系構(gòu)造線方向基本一致。這些斷裂有利于將地殼深部熱量傳導(dǎo)至上部，不同程度地增加了煤的變質(zhì)程度，從而形成井田煤類齊全，由北向南依次為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤和1/3焦煤的煤類分帶現(xiàn)象。

隨著煤的變質(zhì)程度的增加，一些煤質(zhì)指標(biāo)也會(huì)發(fā)生規(guī)律性的變化。通過對(duì)玉山煤礦不同變質(zhì)程度煤的主要煤質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析(表4，圖1)，揮發(fā)分產(chǎn)率，粘結(jié)指數(shù)，膠質(zhì)層厚度和氫元素含量指標(biāo)與煤的變質(zhì)程度呈明顯的負(fù)相關(guān)性。即隨著變質(zhì)程度的增加，這些指標(biāo)明顯降低；灰分、氟含量、碳元素含量這些指標(biāo)則是總體上隨著變質(zhì)程度的增加而增大，其中瘦煤的灰分和氟含量最低；發(fā)熱量、硫分和磷元素含量指標(biāo)相關(guān)性則不明顯。

表4　不同變質(zhì)程度的煤的煤質(zhì)指標(biāo)

圖1　煤的變質(zhì)程度相關(guān)性分析圖

4　結(jié)論

(1)井田內(nèi)20，35兩層可采煤層，原煤為中灰、中等揮發(fā)分、高硫分、低磷分、特低—低氯，低砷、高氟，中高發(fā)熱量煤。浮選后，各可采煤層為低灰、高硫煤，灰成分以酸性礦物為主，結(jié)渣等級(jí)屬嚴(yán)重；結(jié)污等級(jí)屬低度。煤類豐富，呈條帶狀分布。

(2)井田內(nèi)高硫煤的形成，沉積環(huán)境起了決定性的作用。一是海相的沉積環(huán)境為區(qū)內(nèi)的高有機(jī)硫煤提供了豐富的硫源，二是海水的弱堿性還原環(huán)境有利于將硫酸根離子被還原形成硫鐵礦進(jìn)入煤層。區(qū)內(nèi)煤層是在吳家坪中期海退旋回中形成的，煤層薄且結(jié)構(gòu)簡單，較穩(wěn)定，形成了井田內(nèi)的中灰煤。

(3)井田內(nèi)以深成變質(zhì)作用為主，不同程度的疊加了區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，形成井田煤類齊全，由北向南依次為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤和1/3焦煤的煤類分帶現(xiàn)象。隨著變質(zhì)程度的增加，揮發(fā)分產(chǎn)率，粘結(jié)指數(shù)，膠質(zhì)層厚度和氫元素含量指標(biāo)明顯降低；灰分、氟含量、碳元素含量指標(biāo)則總體上呈增大趨勢。

[1]田維江.貴州晚二疊世各煤田含煤性分析[J].中國煤炭地質(zhì)，2008，(4):21-29.

[2]程偉，楊瑞東，崔玉朝，等.貴州畢節(jié)地區(qū)晚二疊世煤質(zhì)特征及其成煤環(huán)境意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2013，(11):1763-1777.

[3]熊孟輝.貴州晚二疊世含煤地層沉積格局及其構(gòu)造控制[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006,(11):778-782.

[4]王強(qiáng).畢節(jié)地區(qū)晚二疊世煤層地球化學(xué)與成煤環(huán)境研究[D].貴州大學(xué)，2007.

[5]代世峰.內(nèi)蒙古烏達(dá)礦區(qū)高硫煤中硫的成因[J].潔凈煤技術(shù)，2000,(1):41-45.

[6]徐彬彬，何明德.貴州煤田地質(zhì)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

Coal Quality Characteristics and Its Influencing Factors in YuShan Coal Mine

NIU Yan

(No.3 Exploration Team of Shandong Provincial Bureau of Coal Geology, Shandong Tai'an 271000, China)

Wujiaping formation is the coal-bearing strata in Yushan coal mine. It contains two main mineable coal strata. It has the characteristics of medium ash and volatile, high-sulfur, low phosphorus, extremely low or low chloride, low arsenic, high fluorine, medium and high calorific value. There are rich coal resource and occurred as banding type. Through analysis on sedimentary environment and metamorphism in this area, influence factors for forming the characteristics of medium ash and high-sulfur have been introduced, and the zoning of coal has been explained. The change law of the main coal quality index has been pointed out.

Coal quality characteristics; sedimentary environment; metamorphism; Yushan coal mine; Wong'an in Guizhou province

2015-07-22；

2015-08-07；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

牛妍(1983—)，女，山東泰安人，工程師，長期從事煤田地質(zhì)勘查工作;E-mail:375128850@qq.com

TD823

A

①山東泰山地質(zhì)勘查公司，貴州省甕安縣玉山煤礦勘探報(bào)告，2013年。