煤炭篩分資料與浮沉資料合并方法的研究

楊劍波

(貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 貴陽 550023)

煤炭可選性是指通過分選改善煤質(zhì)的可處理性[1-2]，通常通過篩分試驗(yàn)和浮沉試驗(yàn)研究其在分選加工時(shí)，按照要求的質(zhì)量指標(biāo)分選出精煤產(chǎn)品的難易程度。可選性是一個(gè)概略的定性概念，它一方面反映的是煤炭本身固有特性(絕對性)，是煤炭自身的屬性；另一方面其又具有相對性，是一個(gè)相對概念，同一原煤在要求精煤灰分不同時(shí)，表現(xiàn)出不同的可選性[3-6]。

DZ/T 0215—2002《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》[7]規(guī)定：煤芯煤樣可選性試驗(yàn)(簡易可選性樣)的見煤點(diǎn)應(yīng)在10%～20%之間，勘探階段的先期開采地段(第一水平)應(yīng)達(dá)到30%，露天礦拉溝地段應(yīng)在50%～100%之間。根據(jù)煤田地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)要求，采取可采煤層的篩分和浮沉煤樣，在對其化驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析每個(gè)樣品的指標(biāo)，確定該采樣點(diǎn)煤炭在某一精煤灰分時(shí)的可選性等級(jí)。但每個(gè)煤層采取一個(gè)篩分、浮沉煤樣，只能說明該點(diǎn)煤炭的可選性。為了全面了解勘查區(qū)煤炭的可選性，往往需要對同一煤層采取多組篩分、浮沉煤樣，并對其可選性進(jìn)行分析與評價(jià)。

結(jié)合煤樣的實(shí)際篩分、浮沉資料，介紹了多組煤樣篩分資料與浮沉資料分別合并的方法，并對合并前后的煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，進(jìn)而評價(jià)勘查區(qū)煤炭在不同精煤灰分時(shí)的可選性等級(jí)，這對煤田開發(fā)、選煤廠設(shè)計(jì)、選煤效果預(yù)測、煤氣發(fā)生爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估有一定的借鑒意義。

1 采樣要求

根據(jù)《煤炭資源勘探煤樣采取規(guī)程》((87)煤地字第656號(hào))和《<煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范>實(shí)施指導(dǎo)意見》及MT/T 1090—2009《煤炭資源勘查煤質(zhì)評價(jià)規(guī)范》[8]規(guī)定：簡易可選性樣可在坑道中專門采取或從煤層煤樣中縮取，煤樣質(zhì)量不少于40 kg；其也可從鉆孔中采取，煤樣質(zhì)量根據(jù)煤層薄厚而定，其中薄煤層煤樣質(zhì)量不少于5 kg，當(dāng)薄煤層煤樣質(zhì)量不足時(shí)，可在相鄰兩孔或多孔的同一煤層中合并采樣。

2 合并方法

在研究過程中，煤炭篩分資料、浮沉資料分別合并時(shí)采用算術(shù)平均法，該方法分為簡單算術(shù)平均法和加權(quán)算術(shù)平均法兩種。簡單算術(shù)平均法主要用于處理未分組的原始數(shù)據(jù)，加權(quán)算術(shù)平均法主要用于處理經(jīng)過分組整理的數(shù)據(jù)[9]，兩種方法的具體表達(dá)式為：

(1)

(2)

式中：A為簡單算術(shù)平均數(shù)；M為加權(quán)算術(shù)平均數(shù)；a1、a2、a3…an為各組數(shù)據(jù)；n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；N為變量值；f為次數(shù)。

2.1 篩分資料的合并

2.1.1 合并方法

在獲取簡易篩分試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用如下方法合并相關(guān)煤質(zhì)指標(biāo)：煤樣質(zhì)量、損失量、不同粒級(jí)質(zhì)量、總樣化驗(yàn)結(jié)果(Mad、Ad、St,d)采用簡單算術(shù)平均法計(jì)算；不同粒級(jí)的Mad、Ad、St,d采用加權(quán)算術(shù)平均法計(jì)算。另外，篩分誤差為煤樣質(zhì)量與損失量之比，灰分誤差(絕對)為總樣化驗(yàn)灰分與篩分煤樣灰分之差的絕對值。

2.1.2 合并過程與結(jié)果分析

根據(jù)煤樣采制化的相關(guān)要求，在清鎮(zhèn)市明錦煤礦10號(hào)煤層采取兩組煤樣，分別命名為樣1和樣2。樣1的質(zhì)量為8 515 g，損失量為15 g，篩分誤差為0.18 %，灰分誤差為0.46 %，Mad為2.34%，Ad為28.98 %，St,d為0.34 %；樣2的質(zhì)量為11 965 g，損失量為5 g，篩分誤差為0.04 %，灰分誤差為0.44 %，Mad為2.70%，Ad為25.96 %，St,d為0.45 %。兩組煤樣的簡易篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 兩組煤樣的簡易篩分試驗(yàn)結(jié)果

合并樣1和樣2的篩分資料后可得：合并煤樣的總質(zhì)量為10 240 g，損失量為10 g，篩分誤差為0.10 %，灰分誤差為0.01%，Mad為2.52%，Ad為27.47 %，St,d為0.40 %。合并煤樣的簡易篩分試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 合并煤樣的簡易篩分試驗(yàn)成果

由表1、表2可知：合并后的煤樣篩分資料能反映出合并前的基本信息，在篩分資料合并前后，13～6 mm粒級(jí)產(chǎn)率都最高，其次是3～0.5 mm粒級(jí)和6～3 mm粒級(jí)，<0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)率最低；各粒級(jí)均為特低硫煤，6～3 mm粒級(jí)和3～0.5 mm粒級(jí)為中灰煤，13～6 mm粒級(jí)以中灰煤為主，<0.5 mm粒級(jí)以中高灰煤為主。由此可見，篩分資料合并前后，煤樣的煤質(zhì)指標(biāo)基本一致。

2.2 浮沉資料的合并

2.2.1 合并方法

對于13～0.5 mm粒級(jí)煤炭的簡易浮沉試驗(yàn)結(jié)果，采用如下方法合并相關(guān)指標(biāo)：不同密度級(jí)的產(chǎn)率和δ±0.1含量的產(chǎn)率采用簡單算術(shù)平均法計(jì)算，不同密度級(jí)的灰分采用加權(quán)算術(shù)平均法計(jì)算。

2.2.2 合并過程與結(jié)果分析

依據(jù)煤樣采制化的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在該煤礦10號(hào)煤層采取兩組煤樣，分別命名為樣3和樣4，然后對其進(jìn)行化驗(yàn)，兩組煤樣的13～0.5 mm粒級(jí)簡易浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表3，合并煤樣的簡易浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 兩組煤樣的13～0.5 mm粒級(jí)簡易浮沉試驗(yàn)結(jié)果

表4 煤層煤樣的13～0.5 mm粒級(jí)簡易浮沉試驗(yàn)結(jié)果

由表3、表4可知：合并后的浮沉資料也能反映出合并前的基本信息，合并前后1.40～1.50 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率都最高，其次是1.50～1.70 g/cm3密度級(jí)，1.70～2.00 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率較低，<1.40 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率最低；煤樣灰分隨密度的增大而增高，<1.50 g/cm3為特低灰煤，1.50～1.60 g/cm3為低中灰煤，1.60～1.70 g/cm3為中高灰煤，1.70～1.80 g/cm3為中高/高灰煤，>1.80 g/cm3的灰分在50%以上，幾乎全部為石煤；浮物累計(jì)產(chǎn)率和灰分隨密度的增大而增高，沉物累計(jì)產(chǎn)率和灰分隨密度的增大而降低，δ±0.1含量的產(chǎn)率隨密度的增大而降低。

3 煤炭的可選性評價(jià)

根據(jù)GB/T 16417—2011《煤炭可選性評定方法》[10]對10號(hào)煤層煤炭的簡易可選性進(jìn)行評價(jià)，該煤層煤炭的簡易可選性曲線如圖1所示。

由圖1可知：當(dāng)要求灰分為10.00%時(shí)，精煤理論分選密度為1.51 g/cm3，扣除沉矸后的δ±0.1含量為69.00%，說明其為極難選煤。當(dāng)要求灰分為13.00%時(shí)，精煤理論分選密度為1.59 g/cm3，扣除沉矸后的δ±0.1含量為43.90%，說明其也為極難選煤。

圖1 10號(hào)煤層煤炭的簡易可選性曲線

4 結(jié)論

(1)合并后的煤樣篩分資料和浮沉資料均能反映出合并前的基本信息，兩種資料分別合并前后，煤樣的煤質(zhì)指標(biāo)基本一致。

(2)在要求精煤灰分為10.00%、13.00%時(shí)，扣除沉矸后的δ±0.1含量在40%以上，說明10號(hào)煤層煤炭的簡易可選性等級(jí)為極難選。

(3)對于同一煤層采取的多組篩分煤樣和浮沉煤樣，采用算術(shù)平均法對不同資料分別合并，進(jìn)而分析評價(jià)該煤層煤炭在不同精煤灰分時(shí)的可選性等級(jí)，這對勘查區(qū)煤炭的可選性評價(jià)有一定的指導(dǎo)意義。

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[10] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì).煤炭可選性評定方法:GB/T 16417—2011[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.