新疆尼勒克煤田西山窯組煤巖和煤質(zhì)特征分析

孫臣林，張 偉，黃 超，陳邦學(xué)

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，新疆烏魯木齊830009）

新疆尼勒克煤田西山窯組煤巖和煤質(zhì)特征分析

孫臣林*1，張 偉2，黃 超1，陳邦學(xué)1

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，新疆烏魯木齊830009）

簡述侏羅系中統(tǒng)西山窯組為新疆尼勒克煤田主要含煤地層，湖相、沼澤相沉積。研究表明，區(qū)內(nèi)宏觀煤巖類型為暗型煤、光亮型煤、半暗型—半亮型煤；顯微有機(jī)組分以惰質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組次之；煤質(zhì)為特低水分、特低灰—低灰分、中揮發(fā)分—高揮發(fā)分、特低硫、特低氯、特低磷、中發(fā)熱值—高發(fā)熱值；低變質(zhì)，以不粘煤為主，是很好的民用煤和動(dòng)力用煤。

西山窯組；含煤地層；煤巖類型；煤質(zhì)

1 地質(zhì)概況

尼勒克煤田位于位于尼勒克山間凹陷，總體呈東西走向，分布于喀什河河床及其兩側(cè)，成狹長狀；是我國中生代西北聚煤域，地層屬中天山地層分區(qū)伊寧小區(qū)，與博羅霍洛山地層小區(qū)為鄰。區(qū)內(nèi)古生界、中生界、新生界均有分布。石炭系構(gòu)成了尼勒克山間凹陷的主要基底，中、新生界構(gòu)成凹陷的蓋層。中生界以侏羅系含煤巖系較發(fā)育。

侏羅系中統(tǒng)西山窯組(J1x)為區(qū)內(nèi)主要含煤地層，湖相、沼澤相沉積，巖性以砂巖、泥巖、粉砂巖、粗砂巖及煤層為主，底部為一套巨厚層狀砂礫巖。煤系地層厚270～410m，平均厚為330m，含煤11層，煤層平均總厚45.43m，含煤系數(shù)13.7%。煤層結(jié)構(gòu)簡單至復(fù)雜，主要可采煤層賦存于煤田的中部,煤層厚度由中部向東西方向逐漸變薄。

尼勒克煤田內(nèi)上表查明的資源儲量約12.25×108t，保有資源儲量12.06×108t；已利用資源儲量3.75×108t，尚未利用資源儲量8.31×108t[1]。

2 煤巖特征

2.1 物理特征及宏觀煤巖組分

西山窯組煤層顏色多呈黑色，條痕為褐黑色,瀝青光澤,參差狀斷口,可見黃鐵礦薄膜，煤裂隙中有鈣質(zhì)充填物，有時(shí)鈣質(zhì)礦物呈脈狀分布。以暗煤及亮煤為主，含少量鏡煤和絲炭，條帶狀結(jié)構(gòu)，絲炭多呈線理透鏡狀分布，宏觀煤巖類型為暗型煤、光亮型煤、半暗型—半亮型煤。

2.2 顯微宏觀組分

2.2.1 有機(jī)組分

西山窯組煤層含有機(jī)質(zhì)組分69.8%～97.1%，無機(jī)質(zhì)組分2.9%～30.2%。煤層中有機(jī)質(zhì)組分以惰質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組次之，殼質(zhì)組少量（表1）。

表1 尼勒克煤田西山窯組煤層顯微宏觀組分含量表

惰質(zhì)組主要以絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體為主，可見碎屑惰質(zhì)體，絲炭化物質(zhì)均勻地分布在透明基質(zhì)體中，油浸反射色為深灰色，突起較高。鏡質(zhì)組分主要以無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體中的基質(zhì)鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體為主，基質(zhì)鏡質(zhì)體油浸反射色為深灰色，不完全顯示細(xì)胞結(jié)構(gòu)，為無固定狀表面純凈且結(jié)構(gòu)殘缺,不顯突起。殼質(zhì)組主要為孢粉體中的小孢子體，偶見有大孢子，多呈蠕蟲狀分布。

惰質(zhì)組含量較高，元素分析中氫元素含量均較低，說明成煤植物以植物莖、根等木質(zhì)纖維組成，因此各煤組煤層的成因類型為腐殖煤類。鏡煤反射率是確定各種煤變質(zhì)程度的重要指標(biāo)，西山窯組鏡煤反射率0.32%～0.70%，變質(zhì)階段多在0-I階段，屬低變質(zhì)煤。

2.2.2 無機(jī)組分

西山窯組煤層無機(jī)質(zhì)組分多為粘土礦物，碳酸鹽礦物和硫化物次之（表1）。

粘土礦物呈浸染狀、團(tuán)塊狀、薄層狀分布；碳酸鹽礦物呈充填狀、片狀、脈狀分布；硫化物類為呈生物結(jié)構(gòu)狀分布的黃鐵礦。

西山窯組顯微煤巖類型多為微惰煤、微鏡惰煤[2]。

3 工業(yè)分析

3.1 水分（Mad）

西山窯組原煤空氣干燥基水分（Mad）0.61%～12.34%，平均5.30%，根據(jù)國家煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/ T850-2000劃分，屬于特低水分煤。

3.2 灰分（Ad）

西山窯組原煤干燥基灰分產(chǎn)率（Ad）2.16%～34.76%，平均14.07%,浮煤干燥基灰分產(chǎn)率2.00%～16.55%，平均4.65%，屬于低灰煤[3]。由西山窯組煤層灰分等值線圖可知，煤灰分值中西部為特低灰分，東部為中灰分，北部小范圍為低—中灰分（圖1）。

圖1 尼勒克煤田西山窯組煤層灰分等值線圖

3.3 揮發(fā)分（Vdaf）

西山窯組原煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）22.74%～49.88%，平均35.41%，屬于中—高揮發(fā)分煤；經(jīng)洗選后，西山窯組浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率23.44%～50.98%，平均34.72%，仍以中高揮發(fā)分煤為主。

3.4 煤的灰成分

西山窯組煤灰成分主要以酸性的SiO2為主，SiO2含量7.30%～61.10%，平均含量為37.19%；Fe2O3含量0.5%～45.2%，平均8.24%；Al2O3含量2.90%～25.30%，平均含量為14.23%；CaO含量0.83%～38.70%，平均12.68%；其他成分少量。

4 元素組成

煤中除含有部分礦物雜質(zhì)和水分以外，其余都是可燃的有機(jī)物質(zhì)。煤中的有機(jī)質(zhì)是煤的主要化學(xué)組成，煤中有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氮、氧等元素組成。西山窯組干燥無灰基碳元素（Cdaf）含量74.61%～81.48%，平均78.13%，屬于中—高固定碳煤[4]；干燥無灰基氧+硫元素（Odaf+Sdaf）含量14.11%～20.79%，平均17.28%；氫元素（Hdaf）含量3.41%～4.91%，平均為3.98%；氮（Ndaf）元素少量，含量0.50%～0.94%，平均為0.78%。

4.1 有害元素

4.1.1 硫

原煤全硫（St，d）含量0.07%～0.94%，平均為0.32%，屬特低硫煤。經(jīng)浮洗后，浮煤全硫（St，d）含量0.09%～0.62%，平均為0.23%，屬特低硫煤[5]。由硫分等值線圖可知西山窯組煤硫分普遍為特低硫分，局部地區(qū)為低硫分（圖2）。

圖2 新疆尼勒克煤田西山窯組煤層硫分等值線圖

4.1.2 其他有害元素

原煤磷（P）含量0%～0.30%，平均0.006%，屬特低磷分煤。原煤氯（Cl）含量0.011%～0.247%，平均0.047%，屬特低氯煤。原煤砷（As）含量0～6μg/g，平均2μg/g，屬一級含砷煤。

4.2 微量元素

根據(jù)對區(qū)內(nèi)西山窯組煤層的微量元素測試，微量元素含量大多未達(dá)工業(yè)品位。

5 工藝性質(zhì)

5.1 發(fā)熱量（Qgr·d）

西山窯組原煤高位發(fā)熱量（Qgr,d）20.39～33.30MJ/kg，屬中熱值—高熱值煤[6]，由發(fā)熱量等值線圖可知，西山窯組煤普遍為高熱值煤，在局部地域?yàn)橹袩嶂得骸?/p>

5.2 其他工藝性質(zhì)

（1）灰熔融性。經(jīng)測試，西山窯組層灰熔融性軟化溫度（ST℃）583℃～1400℃，平均1260℃，屬中等軟化溫度灰為主的煤層，灰熔融性流動(dòng)溫度（FT℃）593℃～1400℃，平均1320℃，屬中等流動(dòng)溫度灰為主煤層。

（2）粘結(jié)性。測試樣點(diǎn)粘結(jié)指數(shù)(GRI)均為0，尼勒克煤田西山窯組煤為不粘結(jié)煤[7]。

（3）低溫干餾。西山窯組半焦產(chǎn)率（CRad）65.71%～80.56%；焦油產(chǎn)率（Tar.ad）9.58%～11.70%，依據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》中煤的焦油產(chǎn)率分級，屬富油煤。

（4）浮煤回收率。西山窯組浮煤回收率4.10%～94.70%，平均51.50%，屬于良等級別。

（5）焦渣特征。西山窯組焦渣特征在2～3之間，粘結(jié)性差。

6 結(jié)束

尼勒克煤田西山窯組煤層屬低變質(zhì)，變質(zhì)階段為0-I階；煤質(zhì)特征為特地水分、特低灰—低灰、中揮發(fā)分—高揮發(fā)分、特低硫、特低磷、特低氯、中發(fā)熱值—高發(fā)熱值、粘結(jié)性差、產(chǎn)油率高、浮煤回收率良等；以不粘煤（31BN）為主。可作動(dòng)力用煤和民用煤,火力發(fā)電,一般工業(yè)鍋爐用煤；氣化用煤,可作冶金噴吹燃料、小型高爐煉鐵、豎式石灰窯燒制石灰,水泥回轉(zhuǎn)窯用煤,經(jīng)洗選后可制碳素材料或制造電石及深加工,煤矸石可考慮作水泥、低溫?zé)频匕宕u、生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥料和微生物肥料等。

合理利用資源,可避免對資源的浪費(fèi),并減少煤燃燒后所產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴竞蛯﹀仩t、管道的腐蝕。以全硫含量及強(qiáng)度作為主要指標(biāo)對煤炭產(chǎn)品進(jìn)行分級,以滿足不同的市場需求。

[1] 王俊民.新疆尼勒克煤田煤炭詳查報(bào)告[R].新疆煤田地質(zhì)局一五六隊(duì)，2010.

[2] 楊永寬.中國煤巖學(xué)圖鑒[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 1996.

[3] GB/T 15224.1-2004動(dòng)力煤的灰分級[S].

[4]MT/T 561-2008煤的固定碳分級[S].

[5] GB/T 15224.2-2004煤炭硫分分級[S].

[6]GB/T 15224.3-2004煤炭發(fā)熱量分級[S].

[7]MT/T 596-2008煤炭粘結(jié)指數(shù)分級[S].

P618

A

1004-5716(2015)02-0140-03

2014-03-18

孫臣林（1987-），男（漢族），四川巴中人，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：固體礦產(chǎn)成礦。