貴州流長勘查區龍潭組可采煤層煤質特征分析

唐 娟

貴州省煤田地質局一一三隊，貴州 貴陽 550008

0 引言

煤炭是重要的不可再生資源，同時也是我國人民生活和工業生產中使用的最廣泛的一種資源。我國的煤炭資源利用率低并且浪費現象嚴重，都與缺乏對煤炭煤質的分析和研究密不可分。煤質特征分析評價是煤質研究的核心內容，煤質研究和評價都是煤炭資源開發利用的重要依據來源。

本文利用測井、鉆探及各種采樣測試資料，對流長勘查區內主采煤層煤質特征進行系統研究及分析，為煤炭中微量元素的提取利用、規避煤炭中的有害元素以及提高煤炭資源的利用率提供有效依據。

1 勘查區概況

流長勘查區位于貴州省清鎮市北西，隸屬流長鄉管轄。研究區中心直距清鎮市38公里。地理 極 值 坐 標 ：東 經 106°10′00″～106°17′00″,北 緯26°40′15″～26°45′45″，面積 86.20 km2。

研究區南側有307省道經過，與位于站街鎮的蘭花水泥廠、清鎮電廠新址、清鎮市郊貴州化肥廠等用煤企業有公路直接連通，距清鎮市公路里程43 km，距貴陽60 km。礦區東部外圍有貴昆線林歹支線，正在修建的林織鐵路從礦區中部經過，研究區距林歹站33 km，有多條鄉鎮公路與主要公路相通，交通較方便。

2 勘查區地質構造特征

勘查區位于大威嶺背斜北東段北西翼，總體構造形態呈單斜構造，僅在北東方向有波狀起伏，略呈寬緩向斜，軸部不明顯。北部產狀，僅在北東方向F11、F15附近傾向呈南西向（210～260°，一般240°），傾角3～20°，一般10°。研究區地層總體傾向北西（NW）270～350°，一般320°。主斷層 4條（F1、F2、F8、F9），在礦區內呈“X”狀，大致將研究區分割成東、南、西、北四個三角形斷塊。具體見圖1。

從平面分布看，全區均有斷層發育，尤以勘查區北部和東部一帶比較發育，區域構造特征表明，本勘查區的構造面貌與燕山運動有關，本勘查區的斷裂主要以張性斷裂為主，其走向基本都呈北北東向，與大威嶺背斜軸向基本一致，個別為壓扭性斷裂，呈南東向。說明本區內斷層主要是在燕山運動過程當中形成的。由于本區位于大威嶺背斜北部轉折端，應是構造應力相對集中釋放的部位，以致斷裂構造較發育。

綜上所述，本區總體為一單斜構造，地層在走向及傾向上有一定程度的起伏變化，但地層產狀比較平緩，褶皺不發育。區內雖然斷層較為發育，但規律性較為明顯，構造復雜程度屬中等。

3 勘查區可采煤層特征

勘查區內主要可采煤層為6、8、9、13號4層，其中6、8、9號為大部可采煤層，13號煤層為局部可采煤層。

6號煤層位于龍潭組上段下部，上距標三（B3）0.52～11.92 m，平均3.02 m。煤層全層厚度一般0～5.05 m，平均厚度為1.62 m；采用厚度0～3.62 m，平均采用厚度1.43 m，可采面積58.58 km2，面積可采率為68%，大部可采，較穩定。

8號煤層位于龍潭組上段下部，上距6#煤3.30～21.95 m，平均10.99 m。煤層全層厚度0～5.80 m，平均厚度為1.81 m；采用厚度0～5.80 m，平均采用厚度1.76 m，可采面積57.8 km2，可采指數為67%，大部可采煤層，較穩定。

9號煤層位于龍潭組上段下部，上距8#煤3.51～19.20 m，平均9.09 m。煤層全層厚度0～4.82m，平均厚度為1.47 m；采用厚度0～3.81 m，平均采用厚度1.33 m，可采面積66.58 km2，可采指數為77%，簡單結構煤層，較穩定。

13號煤層位于龍潭組下段中部，上距B4平均48.99 m。煤層全層厚度0～2.37 m，平均厚度為0.99 m；采用厚度0～1.69 m，平均采用厚度0.87 m，可采面積40 km2，可采指數為47%，簡單結構煤層，局部可采煤層，煤層厚度變化不大，規律性較明顯，較穩定。

圖1 流長勘查區區域地質圖Fig.1 Regional geologic map of Liuchang exploration area

4 可采煤層煤質特征

4.1 煤的物理性質及煤巖類型

（1）煤的物理性質

研究區內煤的顏色為黑色，以粉粒狀為主，少量塊及碎塊狀；煤層結構主要為線理～細條帶狀；似金屬光澤為主，少量瀝青光澤、玻璃光澤；斷口主要為參差狀、平坦狀，少量貝殼狀、階梯狀；內生裂隙較發育，偶見少量外生裂隙，充填細脈狀方解石，含較多微粒狀、球粒狀、細粒狀黃鐵礦。

（2）煤巖類型

因受成煤物質及環境影響，不同煤層的煤巖組分、煤巖類型及其他煤巖特點，均有所不同。研究區煤層主要以亮煤為主，少量暗煤和鏡煤條帶，偶見透鏡狀及線理狀絲炭。煤巖類型主要為半亮型、半暗—半亮型。

4.2 煤的化學性質及變化規律

（1）灰分（Ad）

煤的灰分是煤質評價的最重要的指標，它直接影響煤的發熱量和煤的工業利用價值。全區各可采煤層原煤干燥基灰分產率介于10.51%～40.10%之間，平均值為25.09%。其中6號煤層灰分產率為13.12%～36.86%，平均23.65%；8號煤層灰分產率為11.73%～40.08%，平均24.76%；9號煤層灰分產率10.51%～38.00%，平均25.99%；13號煤層灰分產率12.53%～40.10%，平均25.97%。

浮煤灰分：全區各可采煤層浮煤干燥基灰分產率變化介于5.52%～11.25%之間，平均值為8.88%。其中6號煤層灰分產率5.52%～10.59%，平均8.51%；8號煤層灰分產率5.80%～10.80%，平均8.59%；9號煤層灰分產率6.31%～11.15%，平均9.02%；13號煤層灰分產率為7.63%～11.25%，平均9.39%。按《煤炭質量分級 第1部分：灰分》（GB/T15224.1—2010）標準，研究區內6、8、9、13號煤層均為中灰煤。

（2）硫分（St,d）

①硫分分級

區內可采煤層原煤全硫含量介于0.51%～11.78%之間；浮煤全硫含量最低0.48%，最高3.19%。6號煤層原煤St,d含量1.72%～9.64%，平均4.04%，浮煤含量0.95%～3.03%，平均1.59%；8號煤層原煤St,d含量1.76%～7.95%，平均3.68%，浮煤0.77%～3.19%，平均1.49%；9號煤層原煤St,d含量2.01%～8.77%，平均4.34%，浮煤0.98%～3.15%，平均1.67%；13號煤層原煤St,d含量0.51%～11.78%，平均3.52%，浮煤平均1.39%。依據《煤炭質量分級 第2 部分 ：硫分》（GB/T15224.2—2010）的規定，6、8、9、13號煤層均為高硫煤（HS），各可采煤層硫分分級情況詳見表1。

②形態硫

區內可采煤層原煤各種硫共分析測試了144件，試驗結果見表2。

原煤黃鐵礦硫（Sp,d）含量為0.07%～11.24%，平均3.26%，占全硫比例79.90%；硫酸鹽硫(Ss,d)含量為0.00%～0.85%，平均0.14%，占全硫比例3.43%；有機硫(So,d) 含量0.06%～2.77%，平均0.68%，占全硫比例16.67%。由此可見原煤中硫主要以黃鐵礦硫形式存在，其次為有機硫，硫酸鹽硫含量較少，為易脫硫煤層。

（3）揮發分(Vdaf)

煤的揮發分是確定煤類重要指標之一，它的大小能直接反映煤的變質程度的高低。

表1 可采煤層硫分分級評價表Table 1 Grading evaluation table of recoverable coal seam sulfur

原煤揮發分：全區各可采煤層原煤揮發分產率介于6.52%～15.90%之間，平均為10.41%。其中6 號煤層原煤揮發分產率7.61%～13.51%，平均10.43%；8號煤層揮發分產率7.83%～14.05%，平均10.39%；9 號煤層揮發分產率7.60%～15.38%，平均10.69%；13號煤層揮發分產率6.52～15.90%，平均10.13%。

表2 各種形態硫化驗結果匯總表Table 2 Summary of vulcanization test results in various forms

浮煤揮發分：全區各可采煤層浮煤揮發分產率介于5.99%～10.20%之間，平均為7.49%。其中6號煤層浮煤揮發分產率6.36%～9.55%，平均7.61%；8號煤層浮煤揮發分產率6.45%～9.21%，平均7.57%；9號煤層浮煤揮發分產率5.99%～10.20%，平均7.62%；13號煤層浮煤揮發分產率6.33～9.00%，平均7.16%。

根據《煤的干燥無灰基揮發分產率分級》（MT/T849—2000）的規定，區內各可采煤層均為特低揮發分煤（SLV）。

（4）有害元素

原煤磷（P）：全區磷含量在0.005%～0.043%之間，平均含量為0.013%，根據《煤中有害元素含量分級》（GB/T20475.1—2006）標準，區內可采煤層均屬低磷煤（P-2）。

原煤砷（As）：全區砷含量為0.8～11.3×10-6，平均含量為3.7×10-6，根據《煤中砷含量分級》（MT/T803—1999）標準，區內可采煤層均屬一級含砷煤（IAs）。

原煤氟（F）：全區氟含量為57～663×10-6，平均含量為207×10-6，根據《煤中氟含量分級》（MT/T966—2005）標準，區內可采煤層6號屬中氟煤（MF），8、9、13號屬高氟煤（HF）。

原煤氯（Cl）：全區氯含量為0.009%～0.023%，平均含量為0.014%，根據《煤中有害元素含量分級》（GB/T20475.2—2006）標準，區內可采煤層均屬特低氯煤（Cl-1）。

（5）原煤灰成分及其性質

原煤灰成分主要以SiO2為主，平均含量為 44.54%，其 次 為 Al2O3、Fe2O3，平 均 分 別為21.39%、20.94%，三者含量占灰成分總量的88.57%，再次以CaO、TiO2含量稍高，平均分別為3.43%和2.34%，其余成分占有比例不大，最少為MnO2，平均為0.069%。利用煤灰成分含量計算可采煤層的結渣結污性參數評定如表3。從表3中可見，區內可采煤層6、8、9、13號均為中等結渣、中等結污煤層。

4.3 煤的工藝性能

4.3.1 煤的燃燒性能

（1）煤的發熱量

區內可采煤層原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為 18.36 ～ 32.24 MJ/Kg，平 均 為 25.76 MJ/kg。其中6號煤層為21.19～30.83 MJ/Kg,平均26.37MJ/Kg；8號煤層為19.74～32.24 MJ/Kg，平均25.92 MJ/Kg；9號煤層為18.36～31.08 MJ/Kg,平均25.29 MJ/Kg；13號煤層為19.71～30.81 MJ/Kg，平均25.47 MJ/Kg。根據《煤炭質量分級（發熱量）》（GB/T15224.3—2010）標準，區內可采煤層6、8、9、13號均屬于中高發熱量煤（MHQ）。

（2）可磨性指數（HGI）：對勘查區內可采煤層6、8、9、13號原煤可磨性試驗樣測試分析得知，煤層可磨性指數分別為103、88、126、73。根據煤炭行業標準MT/T 852-2000《煤的哈氏可磨性指數分級》規定，則6、9號煤層屬于極易磨煤（UEG），8號煤層屬易磨煤（EG），13號煤層屬中等可磨煤（MG）。

4.3.2 煤的氣化性能

（1）灰熔融性

軟化溫度（ST/℃）：區內各可采煤層軟化溫度最低為1 110℃，最高為＞1 500℃，平均1239℃。依據《煤灰軟化溫度分級》（MT/T853.1-2000）標準，可采煤層6、8、13號屬于較低軟化溫度灰（RLST），9號煤層屬于中等軟化溫度灰（MST）。

流動溫度（FT/℃）：流動溫度最低為1 160℃，最高為＞1 500℃，平均1 327℃。依據《煤灰流動溫度分級》（MT/T853.2-2000）標準，可采煤層6、8、9、13號均屬于中等流動溫度灰（MFT）。

（2）煤灰粘度特性對6、9、13號煤層作煤灰粘度特性試驗，在爐內氣氛為弱還原的情形下，6號煤層在爐溫為1 650℃、1 600℃時適合液態排渣鍋爐用煤；9、13號煤層在爐溫為1 650℃時適合液態排渣鍋爐用煤，當爐溫為1 600℃、1 550℃時基本適合液態排渣鍋爐用煤。

（3）原煤熱穩定性：對6、8、13號煤層作熱穩定性測試，其結果為6號煤層TS+674.0%，TS6-321.9%，TS-34.2%；8號 煤 層TS+680.5%，TS6-316.1%，TS-33.5%；13號煤層TS+678.8%，TS6-315.4%，TS-35.7%。依據《煤的熱穩定性分級》（MT/T560—1996）標準，6、8、13號煤均屬高熱穩定性煤（HTS）。

（4）結渣性：本次對研究區6、8、9、13號煤層進行了煤的結渣性測試，結果見圖2。6、9號煤層分布在中等結渣區，屬中結渣煤；8、13號煤結渣性均分布在弱結渣區，屬弱結渣煤。

煤對二氧化碳反應性（a）：煤對二氧化碳反應性是在規定條件下還原二氧化碳為一氧化碳的能力。在950℃時，煤對二氧化碳還原率分別為25.5%、19.0%、23.9%、19.7%；在1000℃時，煤對二氧化碳還原率分別為43.0%、28.2%、37.0%、30.3%，區內煤層6號在1000℃時屬中等還原性煤，其余煤層在950℃、1000℃時屬弱還原性煤。見圖3。反應性與煤種和反應溫度有關，反應性高的煤在氣化和燃燒過程中效率高。反應性強弱直接影響耗煤量、耗氧量及煤氣中的有效成分。

表3 可采煤層結污、結渣性評價統計表Table 3 Statistical table of pollution and slag formation evaluation of coal seam

4.4 煤的可選性特征分析

4.4.1 煤的浮煤回收率

區內各鉆孔煤芯煤樣均作了浮煤回收率測試，可采煤層浮煤回收率為8.70%～82.72%，平均值為44.28%。可采煤層理論浮煤回收率均為中等。

4.4.2 簡易可選性

對區內可采煤層6號煤層進行簡易可選性試驗，其簡易可選性試驗成果見表4、圖4。

當浮煤灰分為10%時，理論分選密度為1.54g/cm3（小于1.70 g/cm3），δ±0.1含量（未扣除沉矸）為65.3%，扣除沉矸（大于2.00 g/cm3）13.0%，得δ±0.1含量為52.8%，根據《煤炭可選性評定方法》（GB/T16417—1996）標準，為極難選煤。

當浮煤灰分為13%時，理論分選密度為1.85g/cm3（大于 1.70 g/cm3），δ±0.1含量（未扣除低密度物）為4.1%，扣除低密度物（小于1.50 g/cm3）47.8%，得δ±0.1含量為7.9%，根據《煤炭可選性評定方法》（GB/T16417—1996）標準，為易選煤。

表4 6號煤層13～0.5 mm簡易浮沉試驗成果匯總表Table 4 Summary of the results of the simple float and sink test of No.6 coal seam 13～0.5 mm

圖2 煤的結渣性曲線圖Fig.2 The slagging curves of coal

圖3 煤對二氧化碳反應性曲線圖Fig.3 The curves of coal’s reactivity to carbon dioxide

圖4 6號煤層簡選曲線圖Fig.4 The simple curves diagram of No.6 coal seam

5 結論及建議

通過對勘查區內可采煤層煤質的深入研究分析，查明了各主采煤層的物化特征：全區各煤層主要以亮煤為主，少量暗煤和鏡煤條帶。原煤灰分平均值均處于23.65%～25.99%之間，均為中灰煤；原煤中硫主要以黃鐵礦硫形式存在，其次為有機硫，硫酸鹽硫含量較少，為易脫硫煤層。區內各可采煤層原煤硫分含量為0.51%～11.78%，平均含量為3.68%～4.34%，都屬于高硫煤；各可采煤層均屬特低揮發分、中高固定碳、低磷、低氯、一級含砷、中高發熱量煤；工藝性能具有高熱穩定性、極易至中等可磨、較低至中等軟化溫度灰、中等流動溫度灰、弱還原性、中等結渣的特征。此外，當浮煤灰分為10%時，6號煤層為極難選煤；當浮煤灰分為13%時；當浮煤灰分為13%時，6號煤層為易選煤。

勘查區煤類單一，均為無煙煤三號（WY3），依據區內煤層煤質特征，各煤層具有廣泛用途，可用于動力用煤，民用煤，火力發電，一般工業鍋爐用煤，氣化用煤，經洗選后可制碳素材料或制造電石及深加工，煤矸石可考慮作水泥、低溫燒制地板磚等。由于該勘查區各煤層硫分主要為黃鐵礦硫，為易脫硫煤層，在開采利用方面可對煤進行洗選脫硫，以降低煤中硫分含量，達到合理利用資源，可避免對資源的浪費，并減少煤燃燒后所產生的二氧化硫對大氣的污染和對鍋爐、管道的腐蝕。