龍里落掌煤礦4號煤層煤質特征分析

申愛軍

(貴州省煤田地質局地質勘察研究院，貴州 貴陽 550008)

1 地層含煤性

落掌煤礦位于揚子準地臺黔南臺陷貴定南北向構造變形區(qū)北部洗馬河向斜。含煤地層為二疊系上統吳家坪組(P3w)及長興組(P3c)，吳家坪組在該區(qū)發(fā)育1～2層煤線，長興組為該區(qū)的主要含煤地層。長興組為一套淺海相碳酸鹽巖、硅質巖夾碎屑巖沉積，厚度46.24～46.94 m，平均厚度46.59 m。組成含煤地層的巖石主要由灰色至深灰色薄層至中厚層灰?guī)r、黏土巖、炭質泥巖和煤層組成。含煤1～3層，含煤層平均總厚1.55 m，含煤系數3.33%。可采煤層1層(4煤層)，可采煤層平均厚度1.36 m，可采煤層含煤系數2.92%，為全區(qū)可采煤層。

2 煤質特征

2.1 煤的物理性質

礦區(qū)4號煤層顏色為黑色，塊狀及碎塊狀，參差狀或階梯狀斷口，細條帶狀結構，瀝青光澤。煤層裂隙發(fā)育，充填方解石薄膜或黃鐵礦結核。可采煤層4號煤層視密度1.45～1.68 g/cm3，平均為1.54 g/cm3，真密度1.54～1.72 g/cm3，平均為1.64 g/cm3。

2.2 煤巖特征

宏觀煤巖類型為半暗煤(SDC)，微觀煤巖類型為微鏡惰煤。煤巖顯微組分定量分析特征見表1。

表1 煤巖鑒定成果表

2.3 煤的化學性質

2.3.1 水分(Mad)

4號煤層原煤空氣干燥基水分為0.43%～2.27%，平均為1.14%。4號煤層浮煤空氣干燥基水分為0.24%～0.87%，平均為0.51%。

2.3.2 灰分(Ad)

4號煤層原煤干燥基灰分產率為18.83%～47.59%，平均為35.98%。根據煤炭灰分國家標準，4號煤層為中高灰煤(MA)。4號煤層浮煤干燥基灰分產率為5.86%～31.61%，平均為17.68%。

2.3.3 全硫(St,d)

原煤干燥基全硫為3.27%～8.36%，平均為6.70%。根據煤炭硫分國家標準，4號煤層為高硫煤(HS)。浮煤干燥基全硫為3.57%～10.71%，平均為8.57%。

根據4號煤層各種形態(tài)硫化驗結果：原煤全硫含量為7.27%，硫化鐵硫(Sp,d)含量為1.03%，硫酸鹽硫含量為0.04%，有機硫(So,d)含量為6.20%。這表明原煤中的硫主要是以有機硫為主，硫化鐵硫次之，硫酸鹽硫含量較少。

2.3.4 揮發(fā)分(Vdaf)

原煤干燥無灰基揮發(fā)分產率為26.11%～49.56%，平均34.31%。根據煤的揮發(fā)分產率煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為高揮發(fā)分煤(HV)。浮煤干燥無灰基揮發(fā)分含量為21.41%～37.59%,平均為31.22%。

2.3.5 固定碳(FCd)

原煤干燥基固定碳含量為26.20%～66.77%，平均為42.30%。根據煤的固定碳煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為低固定碳煤(LFC)。

2.3.6 元素分析

浮煤干燥無灰基碳(Cdaf)含量為59.26%～82.36%，平均為79.81%；浮煤干燥無灰基氫(Hdaf)含量為4.31%～5.37%，平均為4.92%； 浮煤干燥無灰基氮(Ndaf)含量為0.46%～1.00%，平均為0.60%；浮煤干燥無灰基氧加硫[(O+S)daf]含量為11.66%～34.86%，平均為14.67%。

2.3.7 有害元素

原煤磷(P)含量為0.002%～0.017%，平均為0.008%。根據煤中磷國家標準規(guī)定，4號煤層為特低磷煤(P-1)。

原煤氯(Cl)含量為0.009%～0.014%，平均為0.012%。根據煤中氯國家標準規(guī)定，4號煤層為特低氯煤(Cl-1)。

原煤砷(As)含量為(2～5)×10-6，平均為4×10-6。根據煤中砷國家標準規(guī)定，4號煤為特低砷煤(As-1)。

原煤氟(F)含量為(1 302～2 289)×10-6，平均為1 862×10-6。根據煤中氟煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為高氟煤(HF)。

3 煤的工藝性能

3.1 煤的發(fā)熱量

原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr.d)為18.11～28.67 MJ/kg，平均為21.91 MJ/kg。浮煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr.d)為31.05～36.54 MJ/Kg，平均為34.75 MJ/Kg。根據煤炭發(fā)熱量國家標準，4號煤層為中發(fā)熱量煤(MQ)。

3.2 煤灰熔融性

煤灰熔融性軟化溫度(ST)：煤灰軟化溫度介于1 160～1 380 ℃之間，平均為1 258 ℃。根據煤灰軟化溫度煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為中等軟化溫度灰(MST)。

煤灰熔融性流動溫度(FT)：煤灰熔融性流動溫度為1 270～1 470 ℃，平均為1 353 ℃。根據煤灰流動溫度煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為中等流動溫度灰(MFT)。

3.3 煤對二氧化碳的化學反應性

煤對二氧化碳的反應性是在規(guī)定條件下還原二氧化碳為一氧化碳的能力。根據試驗結果顯示(表2)，區(qū)內煤層二氧化碳轉化率(950 ℃)平均為15.6%，對CO2的還原性低，為弱還原性煤。

表2 煤對CO2反應性一覽表

3.4 可磨性指數(HGI)

4號煤層可磨性指數為57。根據煤的哈氏可磨性指數煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為較難磨煤(RDG)。

3.5 熱穩(wěn)定性

4號煤層熱穩(wěn)定性值為70.9%～85.4%，平均值為78.0%。根據煤的熱穩(wěn)定性煤炭行業(yè)標準規(guī)定，4號煤層為中高熱穩(wěn)定性煤(MHTS)。

3.6 煤的結渣性

根據對4號煤層所作結渣性試驗，當鼓風強度為0.1～0.3 m/s時，煤層的結渣率和結渣性強度均分布在弱結渣區(qū)。

3.7 膠質層

原煤膠質層厚度一般為13～32 mm，平均為21 mm。

3.8 黏結性(GRI)

黏結性是指煤在干餾過程中，由于煤中有機質分解，熔融而使煤粒能夠相互黏結成塊的性能。經煤樣測試報告，精煤黏結性(GRI)為76～95。

4 煤類及工業(yè)用途

煤層浮煤干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)含量為21.41%～42.34%，平均為31.78%；黏結指數GRI為76～95，平均為90；膠質層厚度為13～32 mm，平均為22 mm。根據《中國煤炭分類國家標準》(GB 5751—2009)規(guī)定，以干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)、黏結指數、膠質層厚度作為標準來劃分煤類，區(qū)內4號煤層煤類為1/3焦煤(1/3JM)，見零星肥煤(ZK18孔、ZK19孔)和焦煤(J401孔)。

根據煤類和煤質特征，該煤層可作動力用煤。因本區(qū)為高硫、高氟煤，在煤炭利用時應達到環(huán)保對SO2和F的排放要求。

5 結論

綜上所述，本區(qū)煤類主要為1/3焦煤(1/3JM)，見零星肥煤和焦煤。該煤層屬中高灰、高硫、高揮發(fā)分、中發(fā)熱量煤；特低磷、特低氯、特低砷、高氟；中等結渣、較難磨、中等軟化溫度灰、中等流動溫度灰、CO2弱還原性。基于該煤層煤類和煤質特征，該煤層可作動力用煤，但在煤炭利用時應達到環(huán)保對SO2和F的排放要求。