屯蘭礦煤質特征分析與評價研究

梁小娟

(西山煤電（集團）有限公司屯蘭選煤廠， 山西 古交 030206 )

煤質特征決定著煤炭資源的利用和開發，煤的工藝性能研究對于認識煤層的性質和成因，評價煤質及其合理的開發有著重要意義。本論文主要是對西山煤電集團屯蘭礦3煤層煤樣進行實驗數據分析，從而總結出煤礦內可采煤層的硫分、灰分等重要煤質指標及煤類特征。通過調查屯蘭礦的地質特點以及可采煤層2號煤的基本情況，對煤層的煤巖學、煤化學及其工藝性能進行了研究，分析了其煤質特征，并進行了評價。

1 地質概況

1.1 地層

井田內含煤地層為二疊系山西組和石炭系太原組。太原組地層在十里河以北剝蝕尖滅，據鉆孔揭露的最大厚度為40～50m，一般為10余米。山西組（J2d）厚度130.01～273.45m，平均厚度191.18m。共含煤19層，其中2、3、7、11、12號層煤穩定，厚度變化小，易于對比，7、11號煤層層位穩定，結構較簡單，易于識別，是劃分層段的標志。

1.2 構造

侏羅系末期的唐河斷裂，使西北部又快速下沉，并被白堊系巨厚沉積所覆蓋；喜山運動再次沿口泉脈東麓發生強烈斷陷，形成古交斷陷盆地，并最終造就古交煤田今日之景觀。古交煤田巖漿活動比較頻繁，巖漿巖分布廣泛，侵入期大體分為印支期和燕山期，前者呈巖墻式及巖床式侵入，后者為噴發巖流呈巖體，大面積分布或巖墻式侵入。巖石種類印支期主要為煌斑巖類，燕山期為輝綠巖類，侵入范圍多在古交煤田南西部。

2 煤層特征

井田內山西組平均厚191.18m，共有8層煤。其中可采煤層總厚度平均19.31m。3煤層距2煤層0.83～12.32m，平均5.06m；煤層厚度0～6.25m，平均2.04m。2-3煤層分布于井田南部，在緯線4440000以北可采。3煤層在井田中部大部分可采，井田北部4448000一線以北尖滅。煤層頂板為礫巖、含礫粗砂巖及粉砂巖，底板以粉砂巖、砂質泥巖為主，局部為細砂巖、粗砂巖，煤層結構簡單，為較穩定煤層。

表1 3煤層特征

3 煤巖特征

3煤層結構為均一狀或條帶狀，塊狀構造，比較致密堅硬，不易碎裂，斷口平坦狀或參差狀，摩氏硬度2～3，條痕黑色，視密度一般在1.3左右。宏觀煤巖主要以亮煤和暗煤組成，鏡煤呈細條帶狀或線理狀分布，宏觀煤巖類型以半亮和半暗煤為主，光亮煤占少數。

3煤層鏡質組含量變化19.2～68.3%之間，一般40%左右，鏡質組以均質鏡質體及基質鏡質體為主，木質鏡煤結構鏡質體次之。均質鏡質體比較寬厚，也有的較薄，它可分均一無結構、棉絮狀、條帶狀三種亞型。半鏡質組含量變化2.4～21.6%之間，平均7.1～12.1%。絲質組含量變化28.2～70.1%之間，一般40～45%，絲質組以半絲質體、絲質體為主，其次是粗粒體、碎屑體等，半絲質體多是一些結構體，絲質體以氧化絲質體為主，偶見火焚絲質體，有部分碎屑體、微粒體。穩定組含量一般低于2%，平均在1%左右，以短線條型的小孢子、薄壁角質層居多，大孢子和厚壁角質層罕見。

無機組分一般5～12%，平均11%左右，以粘土類礦物為主，菱鐵礦結核次之。粘土以微粒狀分散在有機質中或充填于細胞腔內。菱鐵礦常為結核狀形態、放射狀結構。硫化鐵類礦物以次生脈狀者居多，其次是一些無規則、塊狀、內部呈現細粒鑲嵌結構的黃鐵礦。碳酸鹽類礦物為次生脈狀。石英為沉積成因的碎屑物，也見有自生的顆粒狀，不規則狀。

4 煤質特征分析

3煤層化學性質、工藝性能及煤類分析評述如下：

水分（Mad）：原煤0.79%～5.79%，平均2.55% ；浮煤1.37～4.10%，平均2.48%（如表2所示）。

灰分（Ad）：原煤2.14～21.58%，平均6.87%，屬于特低灰～中灰，平均為特低灰。浮煤2.57～11.66%，平均3.96%。

揮發分（Vdaf）：原煤26.24～35.14%，平均30.34%，屬于中高揮發分；浮煤25.55～33.96%，平均29.74%。

硫分（St.d）：原煤0.25～4.05%，平均1.16%，屬于特低硫～高硫，平均為中硫煤。浮煤0.29～0.53%，平均0.38%。

發熱量（Qgr，d）：原煤 29.80～33.20MJ/kg，平均31.74MJ/kg，為高發熱量～特高發熱量煤。

粘結性：膠質層厚度0～6mm，平均2mm，粘結性很差。

元素分析：碳（Cdaf）平均含量84.49%，氫（Hdaf）平均含量4.85%，氮（Ndaf）平均含量0.86%，氧（Odaf）平均含量9.47%。

有害元素：磷（P）含量低于0.005%，屬于特低磷煤。

低溫干餾：焦油含量5.00～10.92%，平均8.33%，半焦產率79.16～88.20%，平均82.60%，屬于富油煤。

煤灰成分：主要為二氧化硅，其次為三氧化二鋁和三氧化二鐵，其他成分含量低于2.00%，二氧化硅含量56.50%，三氧化二鋁20.58%，三氧化二鐵20.27%，氧化鈣1.04%，氧化鎂0.09%，三氧化硫0.71%，見表3所示。

煤類：按GB/T5751-2009劃分，分類指標用浮煤揮發分（Vdaf）和粘結指數（G），無浮煤揮發分采用煤樣灰分在10%以下的原煤揮發分，3煤層無粘結指數，膠質層最大厚度Y值遠低于25mm，煤層平均在5mm以下，說明煤的粘結性差。

表2 3煤層煤質特征表

表3 3煤層煤灰成分化驗表

瓦斯地質圖法和采樣實測確定3煤層煤層氣資源量為408.55Mm3，資源量豐度0.14～0.18×108m3/km2，平均0.16×108m3/km2，豐度屬于特低類。根據《煤層氣資源/儲量規范（DZ/T 0216-2010）》，屯蘭礦井田不具煤層氣資源儲量估算條件，屯蘭礦井田無任何探井、參數井、采排井等煤層氣特征工程。煤層氣估算儲量按煤層氣認識程度劃分，僅屬于潛在的資源量。從實測瓦斯樣的氣體成分占比分析，甲烷成分遠遠小于80%，在氮氣帶和氮氣-甲烷帶分布范圍估算煤層氣資源儲量無開發利用價值。

5 煤的工業用途評價

屯蘭礦3煤層屬于特低灰、中硫、特高發熱量的弱粘煤。煤的工業用途，各煤層基本煤質特征相似，因其具有灰分低、發熱量高、粘結性低的優點，精煤回收率良等，經洗選后可主要作煉焦用煤，煉焦是最合理的加工利用方向，同時也是優良的動力和氣化用煤。