三塘湖煤田漢水泉礦區11號煤層煤質特征

2021-08-02 01:25:52張相梁雅菲吳斌惠一凡新疆維吾爾自治區煤田地質局一六一煤田地質勘探隊新疆烏魯木齊830009新疆大學地質與礦業工程學院新疆烏魯木齊830047

化工管理 2021年19期

張相，梁雅菲，吳斌 *，惠一凡(.新疆維吾爾自治區煤田地質局一六一煤田地質勘探隊，新疆烏魯木齊 830009；.新疆大學地質與礦業工程學院，新疆烏魯木齊 830047)

0 引言

我國使用最廣泛的能源礦產資源是煤炭。雖然我國煤炭資源當前已探明儲量較為豐富，但是勘探程度和達到經濟開采指標的儲量仍偏低，因此合理、高效地勘探開發和開采成為了當前的熱點和重點。漢水泉礦區位于新疆東北部三塘湖勘查區西北部的一個重點地帶，其中含有大量煤炭的地層主要是其中的西山窯組，擁有儲量富足的煤炭資源，有極大的研究和開發價值。

1 地質概況

漢水泉研究勘探區地處新疆維吾爾自治區三塘湖煤田礦區的西北部，面積748.73 km2[1]。通過地面地質填圖、二維地震和鉆探等綜合勘查方法的應用，確定勘查區地層由老到新，主要有石炭系(C)、二疊系(P)、下侏羅統八道灣組(J1b)、下侏羅統三工河組(J1s)，中侏羅統西山窯組 (J2x)、新近系(N)、第四系(Q)。含煤地層是中侏羅統西山窯組(J2x)以及下侏羅統八道灣組(J1b)。在所普查的區域范圍內，西山窯組地層為主要儲煤地層[2]，分布范圍較廣，大多上覆新生代地層，僅在54～66線南部存在少量露出，該組地層有含煤層22層，地層厚度一般為474. 90～772.2 m，平均厚度約570.1 m，地層厚度總體變化趨勢不大，位置如圖1所示。

圖1 三塘湖礦區漢水泉礦區位置圖

11號煤層所在地區大約處于中侏羅統西山窯組(J2x1)下段，厚度0.14～17.19 m，厚度的平均值約為3.44 m。煤層為比較簡單的地質結構，一般煤層含夾矸小于2層，巖性多是粉砂巖和炭質泥巖。其中的煤炭種類較單一，煤層較為穩定，可開采區域面積較大。11號煤層的儲煤面積是466 km2，供可采面積是408 km2[3]。

2 煤巖特征

2.1 物理性質

煤礦地區11號礦的煤層基本外觀是黑色的，條痕的顏色大致呈現出黑褐色，結構整體為條狀和帶狀，且煤層具有大量的塊狀構造，半堅硬，斷口呈現出貝殼狀，內生的裂隙發育比較好，性脆，具有瀝青—玻璃光澤，屬于半亮—光亮型煤。經采樣化驗：視相對密度(ARD)一般在1.26～1.38之間。

2.2 煤巖成分及類型

宏觀上本區大多為亮煤，其中伴有少量的暗煤，屬光亮型煤。有機組分：11號煤層中的鏡質組含量約為8.10%～97. 50%，平均含量在70.58%左右，主要成分是基質鏡質體和碎屑鏡質體?；|鏡質體油浸反射色為深灰色，不完全顯示細胞結構，特征是無固定狀表面純凈且結構殘缺，不顯凸起[4]；碎屑鏡質體結構大多數是不規則狀，而且還能見到基質半鏡質體，且其油浸反射色顏色表現為深灰色，不顯示凸起。惰質組含量一般是0.70%～91.90%之間，平均含量是在27.56%，絲質體中大多為被氧化的絲質體，保存有不完整的結構，油浸反射色表現出深灰色，具有一個較高的凸起。觀察試驗得到殼質組為在孢粉體中表現為蠕蟲狀分布的小孢子體，根據上述的煤巖鑒定試驗結果，鏡質體和惰質體含量總和大于95%，煤層顯微煤巖類型為微鏡惰煤[5]。

無機組分平均占總量的13. 98%，成分為粘土礦物和硫化物類礦物。粘土礦物大多數表現為浸染狀或薄層狀，含量在5.50%～29.50%之間，平均含量是10. 24%。硫化物類礦物(如黃鐵礦)，在煤層的裂隙中以脈狀分布方式進行充填，硫化物類在無機組分的比例中平均占到0. 40%。原煤43件樣品經過實測后，干燥基全硫處于0.21%～1.87%，平均值是0.64%；實測浮煤16件樣品干燥基全硫在0.19～0.91之間，平均值是0.51%。以特低硫、特硫為大多數，是11號煤層原煤的總體特征，中硫煤點僅有個別出現，根據煤炭質量分級GB/T 15224.2—2010，總體屬特低硫-低硫煤。通過對原煤、浮煤的各種硫分析測試成果的對比中，原煤、浮煤均以有機硫為主，其次為硫化鐵硫。

3 工業分析

3.1 水分

對11號煤層各132件原煤和浮煤樣品進行工業分析：原煤水分在0.67%～10.10%之間，平均3.57%；浮煤水分在1.34%～9.16%之間，平均4.44%。屬低水分煤層。

3.2 灰分產率

對11號煤層各132件原煤和浮煤樣品進行了工業分析：其中原煤干燥基灰分產率(Ad)在3.53%～37.59%之間，平均為15.56%，浮煤干燥基灰分產率則為2.01%～15.38%，平均6.62%。11號煤層的原煤灰分總體主要是低灰或特低灰，中灰局部出現，高灰點則呈個別出現；浮煤在經過分選試驗后灰分產率下降成為低灰分或者特低灰，根據煤炭質量分級CB/T15224.1—2010標準，本文所研究的對象屬特低灰-低灰煤層。

3.3 揮發分產率

對11號煤層各132件原煤和浮煤樣品進行了分析：原煤干燥無灰基揮發分產率(Vdaf)是35.77%～60.90%，平均產率是48.05%，浮煤干燥無灰基揮發分產率(Vdaf)在35.37%～54.38%之間，平均產率是47.71%。本研究中的11號煤層中的原煤和浮煤以高揮發分為主要特征，個別煤層點中高揮發分和特高揮發分，根據MT/T 849—2000評價標準，11號煤層所儲存的煤屬于高揮發分煤。11號煤層工業分析成果如表1所示。

表1 工業分析成果表(兩極值/平均值)

4 元素分析

11號煤層浮煤經25件煤樣測試，其中碳含量76.57%～ 84.25%，平均79.06%；氫含量4.81%～6.60%，平均5.82%；氮含量0.84%～1.85%，平均1.15%；硫加氧含量7.69%～16.84%，平均13.79%。

11號煤層原煤經132件煤樣測試：干燥基磷含量在0～0.223%之間，平均值為0.036；44件浮煤樣品干燥基磷含量在0～0.187%之間，平均值為0.028%；經洗選后，浮煤的干燥基磷含量大大降低，原煤以特低磷、低磷為主，可見個別中磷和高磷煤層點，據煤中有害元素含量分級GB/T 20475.1—2006，研究的11號煤層總體是特低磷-低磷煤特征。132件原煤煤樣測試中干燥基氯含量在0.003%～0.332%之間，平均干燥基氯含量為0.048%，主要為特低-低氯煤。測試132件原煤樣品的干燥基氟含量處在11～239 μg/g內，平均值為75 μg/g，測試44件原煤樣品的干燥基氟含量在9～67 μg/g之間，平均值為38 μg/g，原煤中氟含量較低。132件原煤煤樣測試中干燥基砷含量在0～10 μg/g之間，平均值為2 μg/g，44件浮煤樣品干燥基氟含量在0～5 μg/g之間，平均值為1 μg/g。

5 工藝性質

5.1 煤的燃燒性

5.1.1 發熱量

經37個樣品測試，原煤干基高位發熱量(Qgr.d)：在18.17～ 32.29 MJ/kg之間，平均值是27.03 MJ/kg左右；經過分選試驗后，浮煤空氣干燥基高位發熱量(Qgr.ad)在21.35～31.87 MJ/kg之間，平均值是28.67 MJ/kg左右。11號煤層的原煤主要是中高發熱量的煤，高發熱量煤則是其次，個別煤層點存在特高發熱量煤、少數中發熱量和中低發熱量煤，根據煤炭質量分級GB/T15224.3—2010評價的標準，本煤層的總體應該是中高—高發熱量的煤層。

5.1.2 灰成分

經37個樣品測試，SiO2含量一般在12.35%～57.59%之間，平均39.07%。Al2O3含量一般在8.36%～30.84%之間，平均22.18%。Fe2O3含量在1.34%～28.03%之間，平均5.88%。CaO含量1.67%～33.90%之間，平均10.13%。MgO含量在0.86～10.46%之間，平均3.13%。SO3含量在0.78%～22.96%之間，平均4.91%。TiO2含量在0.28～1.96%，平均1.05%。原煤煤灰熔融性軟化溫度(ST)在1 160～1 390 ℃之間，平均為1 304 ℃。測試結果如表2所示。