內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田新街礦區(qū)煤質(zhì)特征分析

［摘要］煤層煤質(zhì)特征的研究對提高煤炭開采利用具有重要意義，通過鉆孔資料和樣品測試數(shù)據(jù)，對東勝煤田新街礦區(qū)煤的煤巖特征、化學(xué)成分及工藝性能進行了測試及分析。分析結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)發(fā)育可采煤層8層，其中3-1、3-2、4-1、4-2中、4-2下、6-2中煤層較穩(wěn)定，2-中、5-1煤層不穩(wěn)定；區(qū)內(nèi)煤級大部分為不粘煤，零星為長焰煤，主要的宏觀煤巖組分為暗煤，宏觀煤巖類型以半暗型—半亮型煤為主；鏡質(zhì)組是主要的有機顯微組分，無機顯微組分以黏土礦物為主。煤質(zhì)特征為特低灰、中高揮發(fā)分、特低—低硫、特低—低磷、高發(fā)熱量煤，主要可以用于動力用煤和民用燃料。

［關(guān)鍵詞］新街；煤巖類型；工藝性能；煤質(zhì)特征

煤炭的使用歷史久遠，在當(dāng)代同樣在我國社會運行體系中占據(jù)重要地位，我國“富煤、少氣、貧油”的能源分布決定了在未來很長一段時間內(nèi)煤炭在我國能源體系中的主體地位不會改變[1-4]，在“碳中和”目標的推動下，煤炭資源的清潔高效利用是我國煤炭工業(yè)綠色發(fā)展的必由之路[5-8]，而煤質(zhì)特征決定了煤的工藝性能和轉(zhuǎn)化利用方向，是清潔高效利用的基礎(chǔ)，因此對煤質(zhì)特征的研究是煤炭的后續(xù)開發(fā)利用的重要基礎(chǔ)[9，10]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國極為重要的產(chǎn)煤地區(qū)，內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田新街礦區(qū)楚魯圖井田位于鄂爾多斯市，距鄂爾多斯市伊金霍洛旗（方位180°）約30 km。礦區(qū)位于毛烏素沙漠的東部，區(qū)內(nèi)地形起伏不大，地形總體呈東北高、西南低的變化趨勢，含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y），8層可采，主采煤層較穩(wěn)定，正確認識東勝煤田新街礦區(qū)煤的化學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)可以為后續(xù)開發(fā)利用提供重要的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

本文所研究的新街礦區(qū)位于東勝煤田中南部，東勝煤田中、新生代地層劃分屬陜甘寧地層區(qū)鄂爾多斯地層分區(qū)，與侏羅紀東勝煤田的地層區(qū)劃同屬華北地層區(qū)鄂爾多斯分區(qū)。區(qū)內(nèi)地層由老至新發(fā)育有：二疊系上統(tǒng)延長組、侏羅系中下統(tǒng)延安組、侏羅系中統(tǒng)直羅組、侏羅系中統(tǒng)安定組、白堊系下統(tǒng)志丹群、新近系上新統(tǒng)和第四系。區(qū)內(nèi)含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組。含2、3、4、5、6五個煤組，查明具有對比意義的編號煤層10層，分別為2-2中、3-1、3-2、3-2下、4-1、4-2中、4-2下、5-1、6-1、6-2中。其中2-2中、3-1、3-2、4-1、4-2中、4-2下、5-1、6-2中為可采煤層，其中3-1、4-1、4-2中、4-2下、6-2中煤層為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層，3-2煤層為大部可采的較穩(wěn)定煤層，2-2中、5-1煤層為局部可采的不穩(wěn)定煤層。區(qū)內(nèi)各可采煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層埋深總體變化趨勢為由東南向西北部逐漸變深。煤層夾矸的巖性主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。

2 煤質(zhì)特征

2.1 物理特性與煤巖特征

2.1.1 物理特性

本區(qū)煤層為不黏煤及長焰煤，據(jù)肉眼觀察，各層煤為黑色，條痕色為黑—褐黑色，光澤多為弱瀝青—瀝青光澤，階梯狀、參差狀、貝殼或平坦?fàn)顢嗫冢源啵瑑?nèi)生裂隙不發(fā)育，局部見有黃鐵礦及方解石薄膜和團塊。煤的結(jié)構(gòu)多以中、細條帶狀結(jié)構(gòu)為主，寬條帶狀次之，線理狀結(jié)構(gòu)少量，見圖1、圖2。煤的硬度一般為3級左右。

2.1.2 宏觀煤巖特征

區(qū)內(nèi)煤的宏觀煤巖組分主要為暗煤，亮煤次之，鏡煤及絲炭少量，個別絲炭沿層面分布，鏡煤呈條帶狀或透鏡體產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)煤的宏觀煤巖類型以半暗型—半亮型煤為主，次為暗淡型。

2.1.3 微觀煤巖特征

區(qū)內(nèi)各可采煤層煤巖成果見表1 所示，各煤層去礦物質(zhì)基以鏡質(zhì)組為主，含量變化范圍為60.49%～68.72%，次為惰質(zhì)組，含量變化范圍為30.85%～39.03%，殼質(zhì)組含量變化范圍為0.17%～0.70%。鏡質(zhì)組最大反射率（R0max%）變化范圍為0.52%～0.54%，依據(jù)《鏡質(zhì)體反射率的煤化程度分級》（MT/T1158-2011），確定區(qū)內(nèi)煤炭煤級為中煤級煤Ⅰ級，變質(zhì)階段基本上為煙煤Ⅰ階段。

各煤層含礦物質(zhì)基以無機黏土礦物為主，平均含量為0.90%～5.38%，次為氧化硅組及硫化物組，其平均含量為0.00%～0.15%和0.17%～0.98%，以上各項均未達到顯微礦化類型分類標準，故無法確定具體類型。無機總量平均值在1.50%～6.65%范圍內(nèi)，依據(jù)《顯微煤巖類型分類》（GB/T 15589-2013），各可采煤層均為微鏡惰煤。

2.2 化學(xué)特征

2.2.1工業(yè)分析

可采煤層工業(yè)分析結(jié)果見表2所示。

（1）水分（Mad）

各原煤水分一般在4.10%～7.22%范圍內(nèi)。

（2）灰分（Ad）

各煤層原煤灰分在6.95%～9.23% 范圍內(nèi)，依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級第一部分：灰分》（GB/T 15224.1-2018），該層以特低灰煤為主。

（3）揮發(fā)分（Vdaf ）

各煤層原煤揮發(fā)分產(chǎn)率為33.28%～35.78%，依據(jù)《煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級》（MT/T 849-2000），該區(qū)煤層為中高揮發(fā)分煤。

2.2.2 元素分析

可采煤層元素分析結(jié)果見表3所示。

（1）碳（Cdaf）

該區(qū)內(nèi)各煤層其干燥無灰基碳含量在79.32%～81.36%。

（2）氫（Hdaf ）

區(qū)內(nèi)各煤層煤的氫含量在4.36%～4.78%。

（3）氧（Odaf ）

區(qū)內(nèi)煤的氧含量較高，各煤層氧含量在12.48%～14.74%，平面及垂向上無明顯變化規(guī)律。

（4）氮（Ndaf ）

氮含量較低，各煤層氮含量在0.86%～1.11%。

綜上所述：各煤層干燥無灰基的碳、氫、氧、氮四種元素含量穩(wěn)定。

2.2.3有害元素

（1）磷（Pd）

從表4可見，區(qū)內(nèi)各煤層磷含量在0.007%～0.025%，依據(jù)《煤中有害元素含量分級第1部分：磷》（GB/T20475.1-2006），以特低磷煤為主，其次3-2、6-1煤為特低磷煤，其余煤層均為低磷煤。

（2）氯（Cld）

如表4 所示，各煤層氯含量為0.025%～0.037%，依據(jù)《煤中有害元素含量分級第2 部分：氯》（GB/T20475.2-2006），屬特低氯煤。

（3）砷（Asd）

各煤層煤的砷含量在2～4 μg/g（表4），依據(jù)《煤中有害元素含量分級第3 部分：砷》（GB/T 20475.3-2012），為特低砷煤As是有害元素，特別是釀酒和食品工業(yè)燃燒用煤要求As的含量不得超過8×10-4 %，所以使用前最好進行化驗檢查。

（4）氟（Fd）

各煤層原煤氟含量在78～194 μg/g，6-1煤屬特低氟煤，依據(jù)《煤中氟含量分級》（MT/T 966-2005），其余各煤層均為中氟煤。

煤層中有害元素的含量見表4所示。

2.3 工藝性能

2.3.1發(fā)熱量（Qgr，d）

煤作為燃燒用途使用發(fā)熱量是一項重要指標。其與煤中灰分呈正相關(guān)系，區(qū)內(nèi)各煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量為29.25～30.15 MJ/kg（表2），依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級第3部分：發(fā)熱量》（GB/T 15224.3-2022），區(qū)內(nèi)各煤層均屬高發(fā)熱量煤。

區(qū)內(nèi)原煤干燥基低位發(fā)熱量為28.42～29.27 MJ/kg。

2.3.2 煤灰成分

表5為各煤層灰成分試驗結(jié)果匯總表，從表5可見，區(qū)內(nèi)各煤層煤灰成分平均含量為：SiO2含量38.28%～52.69%；Al2O3含量15.82%～20.64%；Fe2O3含量5.48%～12.68%；CaO含量6.37%～16.04%；MgO含量0.85%～1.69%；TiO2含量0.72%～0.90%；SO3含量5.70%～9.25%，Na2O含量1.15%～2.77%，K2O含量0.80%～2.77%。

可以看出，本區(qū)煤灰成分以二氧化硅為主，其次為三氧化二鋁。

3 結(jié)論

新街礦區(qū)內(nèi)煤級主要為不黏煤，零星為長焰煤，其宏觀煤巖類型主要為半暗型—半亮型煤；有機顯微組分主要為鏡質(zhì)組；無機顯微組分則以黏土礦物為主；碳含量平均值為80%；煤質(zhì)特征特低灰、中高揮發(fā)分，特低磷、高熱值；煤灰成分以二氧化硅為主，其次為三氧化二鋁，主要用于動力用煤和民用燃料。

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