山西省河?xùn)|煤田三多勘查區(qū)煤質(zhì)研究

杜春林

（山西省煤炭地質(zhì)144勘查院，山西洪洞041600）

1 位置

勘查區(qū)位于山西省河?xùn)|煤田南部，北起大寧縣三多鄉(xiāng)下則頭村，南至吉縣車(chē)城鄉(xiāng)紅草塔村，西起吉縣屯里鎮(zhèn)前店村，東至蒲縣山中鄉(xiāng)新莊村。

勘查區(qū)形態(tài)大致呈菱形的多邊形，北東—南西向長(zhǎng)約20.8km，北西—南東向?qū)捈s16.2km，面積為340.937km2。

2 項(xiàng)目施工情況

2008年8月至2017年8月，勘查區(qū)普查和詳查期間竣工鉆孔47個(gè)，采取煤芯煤樣314個(gè)，偽頂?shù)讑A矸樣324個(gè)。樣品由山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院化驗(yàn)室分析。

3 地層、含煤地層

勘查區(qū)地質(zhì)填圖，本區(qū)基巖大面積被黃土所覆蓋，基巖于溝底或溝谷兩側(cè)出露，地層出露二疊系上統(tǒng)石千峰組，三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組、中統(tǒng)二馬營(yíng)組，新近系上新統(tǒng)，第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。鉆孔查明區(qū)內(nèi)地層自老至新有奧陶系中統(tǒng)峰峰組（厚度72.35～85.20m），石炭系中統(tǒng)本溪組（厚度12.60～57.55m）、上統(tǒng)太原組（厚度55.40～84.50m），二疊系下統(tǒng)山西組（厚度19.80～50.00m）和下石盒子組（厚度89.85～142.70m）、上統(tǒng)上石盒子組（厚度424.40～534.15m）和石千峰組（厚度61.75～154.35m），三疊系下統(tǒng)劉家溝組（厚度313.80～382.10m）、和尚溝組（217.00m）、中統(tǒng)二馬營(yíng)組（殘留厚度98.90～199.20m），新近系上新統(tǒng)（厚度0～50m）,第四系中更新統(tǒng)（厚度0.00～180.00m）、上更新統(tǒng)（厚0～20m）、全新統(tǒng)（厚度0～30m）。

勘查區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。

山西組平均厚度32.98m，共含煤5層（1上、1、2、2下、3），可采煤層3層（1、2、3），可采煤層平均總厚度5.24m。太原組平均厚度70.62m。共含煤7層（5、6、7下、8、9+10（9+10+10下）、10下、11），可采煤層2層9+10（9+10+10下）、10下，可采煤層平均總厚6.94m。可采煤層特征見(jiàn)表1。

4 構(gòu)造

勘查區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向北北東—南南西的背斜構(gòu)造，在背斜構(gòu)造的基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列北北東—北東向的寬緩褶曲，形成了區(qū)內(nèi)巖層的波狀起伏。區(qū)內(nèi)出露地層傾角一般5°～9°。區(qū)內(nèi)古驛窯曲背斜軸部南端地層傾角為15°～30°；F2斷層附近由于牽引現(xiàn)象，地層傾角達(dá)35°～75°。構(gòu)造以褶曲為主，斷層稀少，沒(méi)有巖漿巖侵入活動(dòng)。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單。

5 煤質(zhì)分析

5.1 煤的物理性質(zhì)及宏觀煤巖特征

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)煤層：黑色（有時(shí)帶灰）、強(qiáng)玻璃光澤—金剛光澤，參差狀斷口，條痕為黑色，性脆易碎，中條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙不發(fā)育；以亮煤為主，間夾絲炭成分，屬半光亮型煤。煤的視密度分別為1.45t/m3、1.44t/m3、1.46t/m3。

表1 可采煤層特征表

9+10（9+10+10下）號(hào)、10下號(hào)煤層：灰黑色、金剛光澤—似金剛光澤，參差狀斷口，條痕為深黑色，塊狀構(gòu)造，硬度在3左右，以亮煤為主，間夾絲炭成分，屬半光亮型煤。煤的視密度分別為1.43t/m3、1.49t/m3。

5.2 顯微煤巖特征和鏡質(zhì)組最大反射率

普查時(shí)在501號(hào)鉆孔，詳查時(shí)在SD105、SD202、SD402、SD403號(hào)鉆孔中分別進(jìn)行了顯微組分的定量和鏡質(zhì)組最大反射率的測(cè)定，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

1號(hào)煤層含礦基：鏡質(zhì)組含量54.4%，惰質(zhì)組含量22.9%，礦物含量22.7%。

鏡質(zhì)組中以基質(zhì)鏡質(zhì)體居多，其次為均質(zhì)鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，有少量團(tuán)塊狀；可見(jiàn)黃鐵礦和方解石。

2號(hào)煤層含礦基：鏡質(zhì)組含量65.0%～75.0%，平均為70.0%；惰質(zhì)組含量11.4%～21.3%，平均為16.6%；礦物含量12.7%～13.7%，平均為13.4%。

鏡質(zhì)組中以基質(zhì)鏡質(zhì)體居多，其次為均質(zhì)鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，有少量團(tuán)塊鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組中以氧化半絲質(zhì)體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以浸染狀居多,其次為充填狀和分散狀，有少量團(tuán)塊狀，可見(jiàn)黃鐵礦和方解石。

3號(hào)煤層含礦基：鏡質(zhì)組含量65.2%～74.6%，平均69.3%；惰質(zhì)組含量15.0%～22.0%，平均18.1%；礦物含量10.0%～16.7%，平均12.6%。

鏡質(zhì)組中以基質(zhì)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體居多，其次為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，有少量團(tuán)塊鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組中以氧化半絲質(zhì)體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以浸染狀、充填狀和分散狀為主（三種形式的粘土含量相等），有少量團(tuán)塊狀，有部分黃鐵礦，可見(jiàn)方解石。

9+10(9+10+10下)號(hào)煤層含礦基：鏡質(zhì)組含量69.2%～77.9%，平均72.7%；惰質(zhì)組含量13.5%～21.8%，平均16.4%；礦物含量7.2%～16.9%，平均10.9%。

鏡質(zhì)組中以均質(zhì)鏡質(zhì)體居多，其次為基質(zhì)鏡質(zhì)體，有少量碎屑鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組中以氧化半絲質(zhì)體為主，有少量火焚絲質(zhì)體和粗粒體、惰屑體；粘土以分散狀為主,少量團(tuán)塊狀和充填狀，可見(jiàn)少量硫鐵礦小球體和結(jié)核體。

10下號(hào)煤層含礦基：鏡質(zhì)組含量66.8%～71.6%，平均69.2%；惰質(zhì)組含量12.4%～15.2%，平均13.8%；礦物含量16.0%～18.0%，平均17.0%。

鏡質(zhì)組中以基質(zhì)鏡質(zhì)體居多，其次為均質(zhì)鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，有少量團(tuán)塊鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體；惰質(zhì)組中以氧化半絲質(zhì)體居多，其次為粗粒體，有少量惰屑體和微粒體；粘土以分散狀和浸染狀居多,其次為充填狀，有部分團(tuán)塊狀，有少量黃鐵礦和方解石。

1、2、3、9+10(9+10+10下)、10下號(hào)煤層鏡質(zhì)組最大反射率值分別平均為2.02%、1.94%、1.92%、2.06%、1.94%，根據(jù)MT/T1158-2011煤的鏡質(zhì)體反射率分級(jí)，各煤層均屬中煤級(jí)煤Ⅶ。

5.3 煤質(zhì)分析

灰分分級(jí)根據(jù)GB/T15224.1-2018煤炭質(zhì)量分級(jí)；硫分分級(jí)根據(jù)GB/T15224.2-2010煤炭質(zhì)量分級(jí)；發(fā)熱量分級(jí)根據(jù)GB/T15224.3-2010煤炭質(zhì)量分級(jí)；煤的固定碳分級(jí)是根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T561-2008進(jìn)行。煤炭分類(lèi)根據(jù)GB/T5751-2009中國(guó)煤炭分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)。《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》DZ/T0215-2002參與煤質(zhì)評(píng)價(jià)。

1號(hào)煤層。21個(gè)鉆孔煤芯煤樣統(tǒng)計(jì)分析：水分（Mad）：原煤水分0.29%～2.36%，平均0.83%；浮煤水分0.28%～1.11%，平均0.60%。灰分（Ad）：原煤干基灰分12.40%～39.06%，平均21.33%，屬中灰煤；浮煤干基灰分4.17%～11.68%，平均7.28%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤揮發(fā)分11.21%～22.49%，平均15.78%；浮煤揮發(fā)分8.86%～19.88%，平均13.51%，屬低揮發(fā)分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳49.17%～75.67%，平均66.26%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳73.23%～85.22%,平均80.20%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.30%～1.58%,平均0.55%，屬低硫煤；浮煤干基全硫含量0.35%～1.00%，平均0.52%。粘結(jié)性：本區(qū)煤類(lèi)比較多，煤的粘結(jié)性分煤類(lèi)統(tǒng)計(jì)，瘦煤、貧瘦煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為12～58，5個(gè)樣平均27，屬弱粘結(jié)煤。貧煤、無(wú)煙煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為0～2，16個(gè)樣平均0，屬無(wú)粘結(jié)煤。視密度（ARD）1.38～1.52t/m3，12個(gè)樣平均1.45t/m3。

2號(hào)煤層。45個(gè)鉆孔煤芯煤樣統(tǒng)計(jì)分析：水分（Mad）：原煤水分0.23%～3.19%，平均0.77%；浮煤水分0.23%～1.29%，平均0.61%。灰分（Ad）：原煤干基灰分8.18%～29.94%，平均18.81%，屬低灰煤；浮煤干基灰分3.85%～11.24%，平均7.00%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤揮發(fā)分9.56%～21.30%，平均16.01%；浮煤揮發(fā)分7.86%～17.58%，平均14.00%，屬低揮發(fā)分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳56.42%～82.07%，平均68.24%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳74.57%～87.56%，平均79.89%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.24%～1.64%，平均0.55%，屬低硫煤。浮煤干基全硫含量0.32%～1.06%，平均0.48%。粘結(jié)性：本區(qū)四種煤類(lèi)，根據(jù)粘結(jié)性分煤類(lèi)統(tǒng)計(jì)，瘦煤、貧瘦煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為6～71，25個(gè)樣平均25，屬弱粘結(jié)煤；貧煤、無(wú)煙煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為0～3，18個(gè)樣平均0，屬無(wú)粘結(jié)煤。視密度（ARD）1.35～1.57t/m3，34個(gè)樣平均1.44t/m。

3號(hào)煤層。36個(gè)鉆孔煤芯煤樣統(tǒng)計(jì)分析：水分（Mad）：原煤水分0.19%～1.97%，平均0.73%；浮煤水分0.22%～0.95%，平均0.54%。灰分（Ad）：原煤干基灰分10.10%～44.15%，平均22.12%，屬中灰煤；浮煤干基灰分5.22%～12.64%，平均7.73%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤揮發(fā)分9.42%～21.45%，平均16.21%；浮煤揮發(fā)分8.54%～17.41%，平均13.88%，屬低揮發(fā)分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳45.34%～80.25%，平均65.16%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳74.17%～86.58%，平均79.47%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.52%～5.58%，平均2.02%，屬中高硫煤，原煤硫分變化詳見(jiàn)圖1；浮煤干基全硫含量0.51%～2.74%，平均1.19%。粘結(jié)性：本區(qū)四種煤類(lèi)，根據(jù)粘結(jié)性分煤類(lèi)統(tǒng)計(jì)，瘦煤、貧瘦煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為6～62，19個(gè)樣平均24，屬弱粘結(jié)煤；貧煤、無(wú)煙煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為0～2，15個(gè)樣平均0，屬無(wú)粘結(jié)煤。視密度（ARD）1.33～1.60t/m3，24個(gè)樣平均1.46t/m3。

9+10(9+10+10下)號(hào)煤層。45個(gè)鉆孔煤芯煤樣統(tǒng)計(jì)分析：水分（Mad）：原煤水分0.21%～2.96%，平均0.76%；浮煤水分0.12%～0.95%，平均0.47%。灰分（Ad）：原煤干基灰分11.00%～29.90%，平均16.33%，屬低灰煤；浮煤干基灰分4.41%～9.78%，平均6.95%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤揮發(fā)分9.18%～17.31%，平均13.47%；浮煤揮發(fā)分7.20%～15.84%，平均12.03%，屬低揮發(fā)分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳58.17%～81.00%,平均72.51%，屬中高固定碳煤，浮煤干基固定碳76.73%～87.97%，平均81.79%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量1.47%～5.38%，平均3.43%，屬高硫煤,原煤硫分變化詳見(jiàn)圖2；浮煤干基全硫含量0.86%～3.99%，平均2.90%。粘結(jié)性：本區(qū)四種煤類(lèi)，根據(jù)粘結(jié)性分煤類(lèi)統(tǒng)計(jì)，瘦煤、貧瘦煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為7～59，8個(gè)樣平均16，屬微粘結(jié)煤；貧煤、無(wú)煙煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為0～5，37個(gè)樣平均0，屬無(wú)粘結(jié)煤。視密度（ARD）1.29～1.55t/m3，34個(gè)樣平均1.43t/m3。

圖1 3號(hào)煤層原煤硫分等值線圖

圖2 9+10(9+10+10下)號(hào)煤層原煤硫分等值線圖

10下號(hào)煤層。29個(gè)鉆孔煤芯煤樣統(tǒng)計(jì)分析：水分（Mad）：原煤水分0.29%～4.18%，平均0.98%；浮煤水分0.15%～1.02%，平均0.53%。灰分（Ad）：原煤干基灰分16.72%～46.17%，平均27.14%，屬中灰煤，原煤灰分變化詳見(jiàn)圖3；浮煤干基灰分4.48%～13.92%，平均9.27%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤揮發(fā)分9.75%～23.92%，平均17.22%；浮煤揮發(fā)分8.38%～20.56%，平均13.64%，屬低揮發(fā)分煤。固定碳（FCd）：原煤干基固定碳40.95%～75.16%,平均60.53%，屬中等固定碳煤，浮煤干基固定碳68.59%～86.01%，平均78.38%。硫分（St,d）：原煤干基全硫含量0.89%～5.92%，平均3.08%，屬高硫煤,原煤硫分變化詳見(jiàn)圖4；浮煤干基全硫含量0.81%～3.81%，平均2.30%。粘結(jié)性：本區(qū)四種煤類(lèi)，根據(jù)粘結(jié)性分煤類(lèi)統(tǒng)計(jì)，瘦煤、貧瘦煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為7～40，6個(gè)樣平均16，屬微粘結(jié)煤；貧煤、無(wú)煙煤的粘結(jié)指數(shù)(GRI)為0，23個(gè)樣平均0，屬無(wú)粘結(jié)煤。視密度（ARD）1.37～1.59t/m3，13個(gè)樣平均1.49t/m3。

6 煤炭分類(lèi)

圖3 10下號(hào)煤層原煤灰分等值線圖

根據(jù)《中國(guó)煤炭分類(lèi)》（GB/T5751-2009）劃分，分類(lèi)指標(biāo)以浮煤揮發(fā)分（Vdaf）和粘結(jié)指數(shù)（GRI）劃分。

1號(hào)煤層：浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分8.86%～19.88%，煤的粘結(jié)指數(shù)為0～58，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤，個(gè)別點(diǎn)為無(wú)煙煤。自北向南依次分布，北中部有少部分瘦煤和貧瘦煤，中部為貧煤，東南邊界處小部分無(wú)煙煤。

2號(hào)煤層：浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分7.86%～17.58%，煤的粘結(jié)指數(shù)為0～71，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無(wú)煙煤，個(gè)別點(diǎn)有焦煤。自北向南依次分布，北中部有部分瘦煤，中部大部分為貧瘦煤和貧煤，東南邊界處有部分無(wú)煙煤。

3號(hào)煤層：浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分8.54%～17.41%，煤的粘結(jié)指數(shù)為0～62，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無(wú)煙煤。自北向南依次分布，北中部有部分瘦煤，中部為貧瘦煤和貧煤，東南邊界處有部分無(wú)煙煤。

9+10（9+10+10下）號(hào)煤層：浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分7.20%～15.84%，煤的粘結(jié)指數(shù)為0～59，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤。自北向南依次分布，北中部有小部分瘦煤，中部大部分為貧瘦煤和貧煤，西部邊界處和東南邊界處有部分無(wú)煙煤。

圖4 10下號(hào)煤層原煤硫分等值線圖

10下號(hào)煤層：浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分8.38%～20.56%，煤的粘結(jié)指數(shù)為0～40，屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤。自北向南依次分布，北中部有小部分瘦煤和部分貧瘦煤，其余大部分為貧煤，西部邊界處和東南邊界處有小部分無(wú)煙煤。

7 煤的風(fēng)化和氧化

本區(qū)煤層埋藏深度418～1178m，煤質(zhì)正常，均未風(fēng)化和氧化。

8 煤的工業(yè)用途

1號(hào)煤層：中灰、低硫、高發(fā)熱量、無(wú)粘結(jié)—弱粘結(jié)的瘦煤、貧瘦煤和貧煤，個(gè)別點(diǎn)為無(wú)煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無(wú)煙煤可做動(dòng)力用煤和氣化用煤。

2號(hào)煤層：低灰、低硫、高發(fā)熱量、無(wú)粘結(jié)—弱粘結(jié)的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤，個(gè)別點(diǎn)為焦煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無(wú)煙煤可做動(dòng)力用煤和氣化用煤。

3號(hào)煤層：中灰、中高硫、高發(fā)熱量、無(wú)粘結(jié)—弱粘結(jié)的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤，瘦煤和貧瘦煤可作煉焦配煤，貧煤和無(wú)煙煤可做動(dòng)力用煤和氣化用煤。

9+10(9+10+10下)號(hào)煤層：低灰、高硫、高發(fā)熱量、無(wú)粘結(jié)—微粘結(jié)的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無(wú)煙煤可做動(dòng)力用煤和氣化用煤；不符合現(xiàn)行規(guī)范最高硫分（Se,d）為3%的要求。

10下號(hào)煤層：中灰、高硫、中高發(fā)熱量、無(wú)粘結(jié)—微粘結(jié)的瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無(wú)煙煤，瘦煤和貧瘦煤可做煉焦配煤，貧煤和無(wú)煙煤可做動(dòng)力用煤和氣化用煤；不符合現(xiàn)行規(guī)范最高硫分（Se,d）為3%的要求。