霍州紫晟煤業(yè)煤質(zhì)特征及其工業(yè)用途淺析

張 峰

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 煤質(zhì)加工部，山西 霍州 031400)

1 地質(zhì)概況

霍州礦區(qū)紫晟煤業(yè)井田位于地處霍山西麓與汾河谷地之間的低山丘陵區(qū),溝谷縱橫,地貌類(lèi)型以侵蝕黃土梁、峁為主，大小沖溝遍布其間。總體地勢(shì)東高西低，最高點(diǎn)位于井田東北部的山脊，標(biāo)高664.80 m；最低點(diǎn)位于井田西南部溝谷中，標(biāo)高530.00 m，相對(duì)高差134.80 m。該區(qū)屬黃河流域汾河水系，無(wú)大的河流和地表積水，井田內(nèi)溝谷縱橫、沖溝發(fā)育，各大小溝谷平時(shí)無(wú)水，只在雨季時(shí)才匯集洪水沿溝排泄，所匯集洪水向西匯入汾河。

礦井水文地質(zhì)類(lèi)型為中等[1]，奧灰?guī)r溶水是煤系地層下伏的主要含水層，井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水位標(biāo)高522.7 m～524.1 m，2號(hào)煤層底板標(biāo)高0～230 m，2號(hào)煤層底板至奧灰頂界面厚度為119.18 m，為帶壓開(kāi)采[2]。2號(hào)煤層以上各含水層富水性弱，在生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，井下2號(hào)煤達(dá)產(chǎn)時(shí)正常涌水量127 m3/h，最大涌水量170 m3/h。

2 煤炭資源及含煤地層

隨著霍州礦區(qū)豐峪煤業(yè)2018年關(guān)停，受郭莊泉域保護(hù)區(qū)影響團(tuán)柏礦停產(chǎn)，目前礦區(qū)高硫肥煤資源緊缺因而依賴外購(gòu)原煤進(jìn)行補(bǔ)充。干河礦由于部分資源在郭莊泉域保護(hù)區(qū)而導(dǎo)致產(chǎn)量減少，紫晟煤業(yè)2019年恢復(fù)生產(chǎn)后增加了優(yōu)質(zhì)2號(hào)原煤以補(bǔ)充辛置入洗資源。采礦證批復(fù)開(kāi)采煤層為1號(hào)、2號(hào)煤層，其中全井田2號(hào)煤層穩(wěn)定可采、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均厚度3.22 m，屬中厚煤層。井田面積5.500 5 km2，井田內(nèi)2號(hào)煤層現(xiàn)保有地質(zhì)資源/儲(chǔ)量22 650 kt，礦井工業(yè)資源/儲(chǔ)量22 417 kt，礦井設(shè)計(jì)資源/儲(chǔ)量14 875.25 kt。生產(chǎn)規(guī)模90萬(wàn)t/a，服務(wù)年限8.3 a[3]。含煤地層包括上石炭系太原組及二疊系下統(tǒng)山西組[4]，太原組含主要可采煤層9、10、11號(hào)、局部可采6號(hào)煤層和零星可采5號(hào)煤層，山西組含主要可采煤層2號(hào)。

3 紫晟煤質(zhì)特征

3.1 煤巖類(lèi)型及顯微組分

紫晟煤業(yè)井田2號(hào)煤層外觀為黑色，條痕為褐黑色，瀝青-玻璃光澤。斷口呈貝殼狀或參差狀，有一定的韌性，硬度一般為2～3，內(nèi)生裂隙較發(fā)育。2號(hào)煤層平均視密度為1.40 t/m3。

2號(hào)煤層的宏觀煤巖組分以亮煤為主，次為鏡煤、暗煤，局部見(jiàn)有絲炭[5]。宏觀煤巖類(lèi)型主要為光亮型和半光亮型，少量為半暗型[6]。煤層主要為線理狀、條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，有時(shí)也可見(jiàn)均一狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。

2號(hào)煤層顯微煤巖組分以有機(jī)組分為主，無(wú)機(jī)組分次之。其中有機(jī)組分中又以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，殼質(zhì)組很少；無(wú)機(jī)組分中主要為黏土類(lèi)，同時(shí)含有少量硫化物、氧化硅類(lèi)和碳酸鹽類(lèi)礦物[7]。

3.2 煤質(zhì)特征

紫晟煤業(yè)井田2號(hào)煤層的煤質(zhì)特征如下:水分(Mad):原煤0.74%～1.70%，平均1.13%；浮煤0.33%～0.93%，平均0.68%。灰分(Ad):原煤4.67%～34.50%，平均19.40%；浮煤3.99%～9.95%，平均7.58%。揮發(fā)分(Vdaf):原煤30.60%～34.49%，平均32.75%；浮煤29.30%～33.78%，平均31.59%。全硫(St，d):原煤0.34%～1.89%，平均 0.58%；浮煤0.28%～0.71%，平均 0.42%。磷(Pd):原煤0.003%～0.129%，平均0.038%，屬特低磷-高磷煤；浮煤Pd0.022%～0.044%，平均0.033%。碳(Cdaf):82.20%～88.49%，平均86.76%；氫(Hdaf):5.16%～6.36%，平均5.40%；氧(Odaf):4.22%～8.92%，平均5.91%；氮(Ndaf):1.39%～1.59%，平均1.51%；氟(Fd):原煤(91～311) μg/g，平均162 μg/g，屬低氟-高氟煤；砷(Asd):原煤≤1 μg/g，屬一級(jí)含砷煤。氯(Cld):原煤0.019%～0.093%，平均0.058%，屬特低氯-低氯煤[8]。

根據(jù)煤炭質(zhì)量分級(jí)(GB/T 15224.1—2018、GB/T 15224.2—2010)，2號(hào)煤層屬低灰、低硫煤，其煤質(zhì)特征見(jiàn)表1。

表1 2號(hào)煤層煤質(zhì)特征

分析煤類(lèi)工業(yè)分析/%MadAdVdaf全硫(St,d)/%磷(Pd)/%黏結(jié)指數(shù)(GR.I)Y/mm發(fā)熱量(Qgr,d)/(MJ·kg-1)原煤0.74～1.701.134.67～34.50 19.4030.60～34.49 32.750.34～1.89 0.580.003～0.129 0.03820.10～34.1627.79浮煤0.33～0.93 0.683.99～9.957.5829.30～33.78 31.590.28～0.710.420.022～0.044 0.03370～928116.0～24.0 19.7

3.3 煤層煤的工藝性能

發(fā)熱量(Qgr，d):原煤Qgr，d在20.10 MJ/kg～34.16 MJ/kg，平均27.79 MJ/kg；灰熔融溫度(ST):1 380 ℃～>1 500 ℃，屬較高軟化溫度灰-高軟化溫度灰[9]。黏結(jié)指數(shù)(GR.I):浮煤70～92，平均81；膠質(zhì)層最大厚度(Y):浮煤16.0mm～24.0mm，平均19.7 mm。

根據(jù)煤炭質(zhì)量分級(jí)(GB/T 15224.3—2010)[10]和煙煤黏結(jié)指數(shù)分級(jí)(MT/T 596—1996)，該煤層煤屬高發(fā)熱量、強(qiáng)黏結(jié)性煤。

4 辛置與紫晟煤質(zhì)分析比對(duì)

霍煤辛置選煤廠近年生產(chǎn)、銷(xiāo)售及入洗情況見(jiàn)表2。由于受?chē)?guó)家宏觀去產(chǎn)能政策影響，2017—2018年辛置廠生產(chǎn)、銷(xiāo)售精煤量較2016年明顯下降，2018年比2017年有略有回升；從近年辛置入洗原煤結(jié)構(gòu)來(lái)看，團(tuán)柏、干河礦入洗量下降，豐峪、外購(gòu)原煤增加，2018年紫晟入洗近20萬(wàn)t，2019年辛置初步計(jì)劃生產(chǎn)精煤124萬(wàn)t。入洗結(jié)構(gòu)為辛置煤180萬(wàn)t、紫晟煤95萬(wàn)t、干河煤7萬(wàn)t，外購(gòu)煤22萬(wàn)t，合計(jì)304萬(wàn)t。

為加強(qiáng)煤質(zhì)管理[11,12]及繼續(xù)保持辛置肥精煤品牌優(yōu)勢(shì)，基于紫晟入洗量加大，2019年1-2月對(duì)辛置2號(hào)與紫晟2號(hào)采樣并進(jìn)行工分、膠質(zhì)層、黏結(jié)、反射率、小焦?fàn)t試驗(yàn)檢測(cè)等，結(jié)合2018年第三方檢測(cè)進(jìn)行煤質(zhì)特性研究，詳見(jiàn)表3、表4。

表2 霍煤辛置選煤廠近3年生產(chǎn)、銷(xiāo)售及入洗情況匯總

年度/年生產(chǎn)精煤/萬(wàn)t銷(xiāo)售精煤/萬(wàn)t入洗原煤量/萬(wàn)t辛置豐裕團(tuán)柏李雅莊干河回坡底龐龐塔外購(gòu)紫晟2016165.78162.16 234.26 7.72 22.70 128.99 0.11 2.98 2017137.28137.20 197.65 24.08 6.21 2.56 128.98 2018145.06147.43 211.46 37.04 2.36 88.84 2.95 13.66 19.89

表3 第三方檢測(cè)數(shù)據(jù)(2018年11月)

煤樣名稱Ad/%原煤浮煤St,d/%原煤浮煤Vdaf/%原煤浮煤CRC原煤浮煤辛置2號(hào)35.849.760.460.3735.2332.7857紫晟2號(hào)37.237.220.390.3734.3332.3956煤樣名稱浮煤X/mmY/mm曲線型GR.I黏結(jié)指數(shù)CSN坩膨a/%收縮度b/%膨脹度辛置2號(hào)35.0 27.0 之山92535190紫晟2號(hào)38.0 23.0 883(1/2)34148

表4 集團(tuán)公司煤質(zhì)化驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)(2019年1-2月)

煤層常規(guī)分析灰分/%揮發(fā)分/%硫分/%黏結(jié)指數(shù)膠質(zhì)層指數(shù)/mm奧阿膨脹度b/mm鏡質(zhì)體最大反射率/%RmaxS辛置2號(hào)9.7432.270.359326330.91.120.07紫晟2號(hào)9.70 32.360.329023146.61.060.08煤層坩膨CSN吉氏流動(dòng)度MF/ddpm焦炭機(jī)械強(qiáng)度/%抗碎強(qiáng)度耐磨強(qiáng)度焦炭熱性質(zhì)/%反應(yīng)性反應(yīng)后強(qiáng)度備注辛置2號(hào)560 00085.46.429.346.2浮煤 紫晟2號(hào)411 40087.28.531.645.7浮煤

從表3、表4相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，紫晟2號(hào)與辛置2號(hào)煤質(zhì)指標(biāo)比較接近，硫分、揮發(fā)分變化不大，由于煤層賦存條件等影響，紫晟2號(hào)膠質(zhì)層指數(shù)、黏結(jié)指數(shù)比辛置2號(hào)略偏低。

根據(jù)2個(gè)原煤的反射率巖相分析檢測(cè)及鏡質(zhì)體平均最大反射率與煤分類(lèi)之間關(guān)系[13]分析可知，紫晟2號(hào)反射率為1.06%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.080，如圖1所示，無(wú)凹口。

圖1 霍煤紫晟2號(hào)原煤浮煤鏡質(zhì)體反射率分布圖

經(jīng)由其反射率直方圖、峰圖形狀、凹口位置分布情況并經(jīng)反射率間隔為0.1%的頻率分布判定，其屬單一煤種煤，即其可能煤種為肥煤、1/3焦煤。辛置2號(hào)反射率為1.12%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.070，如圖2所示，無(wú)凹口。

圖2 霍煤辛置2號(hào)原煤浮煤鏡質(zhì)體反射率分布圖

經(jīng)由其反射率直方圖、峰圖形狀、凹口位置分布情況[14]并經(jīng)反射率間隔為0.1%的頻率分布判定，其屬單一煤種煤圖，可能為肥煤、1/3焦煤、焦煤。

辛置2號(hào)較紫晟2號(hào)的煤化程度略深，偏肥，從小焦?fàn)t試驗(yàn)及焦化特性等檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，兩煤層較為接近，紫晟2號(hào)、辛置2號(hào)在一定意義上可互相取代，按同一煤種、同一煤層考慮配洗。

5 煤類(lèi)及工業(yè)用途

根據(jù)GB/T 5751—2009《中國(guó)煤炭分類(lèi)》劃分煤類(lèi)，分類(lèi)指標(biāo)有浮煤揮發(fā)分(Vdaf)、黏結(jié)指數(shù)(G)、膠質(zhì)層最大厚度(Y)。2號(hào)煤層浮煤揮發(fā)分(Vdaf)為29.30～33.78%，煤的黏結(jié)指數(shù)為70～92，膠質(zhì)層最大厚度為16.0 mm～24.0 mm，則該煤層屬1/3焦煤。2號(hào)煤層煤為低灰、低硫、高發(fā)熱量、強(qiáng)黏結(jié)的1/3焦煤，為優(yōu)質(zhì)煉焦用煤。