瀘州狐貍坡獨(dú)層子煤層一、二分層煤類差異原因

魏文金

（四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072）

瀘州狐貍坡獨(dú)層子煤層一、二分層煤類差異原因

魏文金

（四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072）

狐貍坡煤礦獨(dú)層子煤層一、二分層間平均僅0.16m，但二者煤類不同。一分層屬1/2中黏煤，二分層屬1/3焦煤，變質(zhì)程度相近，均屬中變質(zhì)的煙煤，而表征煤粘結(jié)性能的指標(biāo)粘結(jié)指數(shù)（GR.I）則差別很大，致使二者煤類歸屬不同。研究認(rèn)為造成該一、二分層煤類不同的主要原因，是兩分層煤的粘結(jié)性能差別。究其原因，成煤作用后期環(huán)境不同導(dǎo)致煤巖組分差別，進(jìn)而導(dǎo)致粘結(jié)性能差別。

煤類；煤化程度；粘結(jié)指數(shù)；狐貍坡

瀘州市狐貍坡煤礦位于四川省瀘州市瀘縣境內(nèi)。該礦目前開采的主要煤層為三疊系下統(tǒng)須家河組第五段的獨(dú)層子煤層（俗名），該煤層厚0.58~2.48m，平均1.72m，為一復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，一般有四個煤分層，從上至下俗名稱為天炭、腰炭、黃殼炭和厚葉炭。由于黃殼炭、厚葉炭煤層厚度薄、穩(wěn)定性差，因此礦井實(shí)際開采的僅為上部的兩個分層（即一、二分層，俗稱天炭和腰炭），該煤層的變質(zhì)程度屬中變質(zhì)的煙煤階段。

根據(jù)該礦以往地質(zhì)勘查工作中在鉆孔及礦井坑道中所采取煤樣的分析測試成果，研究發(fā)現(xiàn)一、二分層所確定的煤類別不同，一分層主要為1/2中黏煤，次為氣煤和弱粘煤，二分層均為1/3焦煤，造成兩者間差異的原因是什么呢？

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

狐貍坡煤礦位于川南-黔北賦煤帶上的隆瀘礦區(qū)，構(gòu)造部位上處于古佛山背斜南東翼之北段。古佛山背斜為一軸線呈北東－南西向展布的兩翼不對稱背斜，背斜東翼地層傾角10°～30°，西翼地層傾角12°～80°，軸部被斷層切割破壞，出露地層為三疊系嘉陵江組，兩翼依次為三疊系須家河組、侏羅系珍珠沖組、自流井組、新田溝組及沙溪廟組。礦區(qū)總體上為一呈北東～南西向展布的單斜構(gòu)造。

含煤地層為三疊系上統(tǒng)須家河組，區(qū)內(nèi)可分為六個巖性段，其中一、三、五段為含煤段，二、四、六段為砂巖段。含煤性尤以五段為最好，該段為一套陸相含煤地層，巖性以泥質(zhì)巖為主，次為碎屑巖和煤層，含煤8～11層，但全區(qū)可采或大部可采煤層僅2層，即6號和8號煤層，本文的研究對象獨(dú)層子煤層（6號）即為該含煤段的主要可采煤層。6號煤層位于含煤段中部，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含矸2～4層，一般包含4個煤分層，但具有工業(yè)價值的僅為上部兩個煤分層（即一、二分層，俗稱天炭和腰炭），一、二分層煤厚0.40~0.96m，平均0.62m。一、二分層之間夾矸厚0.02～0.50m，平均0.16m。

2 獨(dú)層子煤層一、二分層煤分類參數(shù)指標(biāo)與煤類劃分

2.1煤炭分類參數(shù)及分類方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《中國煤炭分類》（GB/T 5751—2009）規(guī)定，煤炭分類參數(shù)由兩類組成，一類是用于表征煤化程度的參數(shù)：干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）、干燥無灰基氫含量（Hdaf）、恒濕無灰基高位發(fā)熱量（Qgr，maf）和低煤階煤透光率（PM）；另一類是表征煤工藝性能的參數(shù)：煙煤的粘結(jié)指數(shù)（G）、膠質(zhì)層最大厚度（Y）和奧阿膨脹度（b）。

煤類的劃分首先是采用煤化程度參數(shù)（主要是干燥無灰基揮發(fā)分）將煤炭劃分為無煙煤、煙煤和褐煤三大類。無煙煤亞類劃分采用干燥無灰基揮發(fā)分和干燥無灰基氫含量作為指標(biāo)。煙煤類別的劃分則應(yīng)同時考慮煙煤的煤化程度和工藝性能（主要是粘結(jié)性），煤化程度參數(shù)采用干燥無灰基揮發(fā)分作為指標(biāo)，粘結(jié)性的參數(shù)則以粘結(jié)指數(shù)作為主要指標(biāo)，并以膠質(zhì)層最大厚度（或奧阿膨脹度）作為輔助指標(biāo)。褐煤亞類的劃分采用透光率作為指標(biāo)。

表1　獨(dú)層子煤層一、二分層Vdaf、G、Y值統(tǒng)計(jì)表

2.2獨(dú)層子煤層一、二分層煤質(zhì)指標(biāo)及煤類

獨(dú)層子煤層一、二分層煤的分類參數(shù)指標(biāo)見表1。

煤化程度參數(shù)：一分層煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率一般為26.0%～29.79%，平均28.53%；二分層煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率一般值34.27%～37.98%，平均36.54%，兩煤分層煤化程度指標(biāo)（Vdaf）差別不大，但二分層煤總體煤化程度較一分層略高；

煤工藝性能參數(shù)： 一分層煤粘結(jié)指數(shù)（G）一般為25～65，平均為38；二分層煤粘結(jié)指數(shù)（G）一般為85～94，平均為89，二分層煤的粘結(jié)性能大大好于一分層煤。

依據(jù)《中國煤炭分類》（GB/T 5751-2009）標(biāo)準(zhǔn)劃分，獨(dú)層子煤層一分層煤炭揮發(fā)分（Vdaf）平均28.53%，粘結(jié)指數(shù)（G）為38，屬1/2中黏煤，二分層煤炭揮發(fā)分（Vdaf）平均36.54%，粘結(jié)指數(shù)（G）為89，屬1/3焦煤，詳見表2。

3 獨(dú)層子煤層一、二分層煤類差異的成因探析

3.1一、二分層煤類差異的原因分析

從表1可見，一、二分層揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）分別為28.53%、36.54%，均位于1/2中黏煤（33）、氣煤、1/3焦煤煤炭分類指標(biāo)（Vdaf）>28.0%～37.0%閾值范圍內(nèi)，膠質(zhì)層厚度變化不大，均小于25.0（屬同一類別）。粘結(jié)指數(shù)則差別較大，一分層G值為38，位于1/2中黏煤分類指標(biāo)G >30～50的閾值范圍內(nèi)，而二分層G指標(biāo)值為89，跨入了1/3焦煤G >65的閾值范圍，根據(jù)《中國煤炭分類（GB/T 5751-2009）表3 煙煤的分類》標(biāo)準(zhǔn)劃分，獨(dú)層子煤層一分層煤炭屬1/2中黏煤，二分層煤炭屬1/3焦煤（見表2）。由此可見，造成獨(dú)層子煤層一、二分層煤炭分類歸屬不同類別的原因主要是由于煤的粘結(jié)性（粘結(jié)指數(shù)G）差別所致。

3.2影響煤粘結(jié)指數(shù)的因素分析

煤粘結(jié)指數(shù)的大小取決于煤層本身的粘結(jié)性，粘結(jié)性愈好，粘結(jié)指數(shù)值就愈大，反之，粘結(jié)指數(shù)值就小。而煤層的粘結(jié)性又與煤的變質(zhì)程度、煤巖組分、礦物質(zhì)含量、成煤原始物質(zhì)、成煤環(huán)境及是否遭受風(fēng)、氧化作用等因素有關(guān)。該礦獨(dú)層子煤層一、二分層煤的變質(zhì)程度、宏觀沉積環(huán)境、礦物質(zhì)含量及風(fēng)、氧化作用等因素條件相似（一、二分層均屬中變質(zhì)程度的煙煤階段、灰分產(chǎn)率分別為25.76%和29.96%）。因此，研究認(rèn)為煤巖組分差異是影響煤粘結(jié)性的主要因素。

表3　獨(dú)層子煤層一、二分層煤巖顯微組分含量表

狐貍坡煤礦獨(dú)層子煤層一、二分層煤的顯微組分含量相差很大，一分層煤鏡質(zhì)組含量較低（45.2），而惰質(zhì)組含量高（50.5），二分層煤則相反，鏡質(zhì)組含量高（85.6），惰質(zhì)組含量低（11.3），殼質(zhì)組含量兩分層接近，均較低（表3）。

一般認(rèn)為，鏡質(zhì)組組分（V）粘結(jié)性最好，殼質(zhì)組分（E）具有一定粘結(jié)性，而惰質(zhì)組分（I）不具粘結(jié)性。二分層煤的鏡質(zhì)組含量較一分層高，而惰質(zhì)組比一分層低，因此二分層的粘結(jié)性比一分層好。

表2　煙煤的分類指標(biāo)劃分

由粘結(jié)性組分含量近似計(jì)算值也可以看出，兩分層煤粘結(jié)性組分含量差別較大，一分層煤的粘結(jié)性組分含量為36%、二分層為61%，兩者相差25%，這也說明二分層煤的粘結(jié)性遠(yuǎn)比一分層好。

粘結(jié)性組分含量的近似計(jì)算公式：Q＝[100-（Mad+Ad）]*（V+E）/100式中：Q—粘結(jié)性組分含量；V—鏡質(zhì)組含量；E—?dú)べ|(zhì)組含量；Mad—水分（一、二分層分別為1.73%和1.76%）；Ad—灰分產(chǎn)率（一、二分層分別為25.76%和29.96%）

此外，惰性物的含量也是影響煤粘結(jié)性的關(guān)鍵因素，惰性物不具粘結(jié)性，惰性物含量越高，煤的粘結(jié)性就越低。煤中的惰性物主要是指煤有機(jī)質(zhì)組分惰質(zhì)組中的絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體，以及無機(jī)礦物（俗稱灰分）。狐貍坡煤礦獨(dú)層子煤層一、二分層煤的灰分產(chǎn)率相近，而惰質(zhì)組含量則差別很大，一分層惰質(zhì)組含量一般46.5%～58.3%，平均50.5%，二分層惰質(zhì)組含量一般7.2%～14.5%，平均11.3%。一分層煤惰質(zhì)組含量遠(yuǎn)大于二分層，且惰質(zhì)組成分以半絲質(zhì)體為主，由此，造成二分層煤的粘結(jié)性遠(yuǎn)好于一分層，粘結(jié)指數(shù)也大大高于一分層煤。

3.3煤巖組分差異的成因探討

從獨(dú)層子煤層一、二分層煤的宏觀煤巖類型和顯微煤巖組分分析成果看，兩煤分層宏觀聚積環(huán)境、無機(jī)組分含量、成煤后遭受的風(fēng)、氧化作用及以及變質(zhì)作用等條件相似，造成煤巖組分含量差異較大的原因除成煤原始物質(zhì)的因素外，主要是由于成煤后期環(huán)境變化差異所致。成煤物質(zhì)沉積后，即開始泥炭化作用的過程，泥炭化作用一般可分為腐殖化作用和生物化學(xué)凝膠化作用（包括絲炭化作用）兩個階段。植物經(jīng)歷腐殖化作用后形成腐殖物質(zhì)，隨后開始了凝膠化作用進(jìn)程，在這一過程中植物的細(xì)胞壁吸水膨脹，細(xì)胞腔逐漸縮小以至消失，形成了凝膠化物質(zhì)，此時，若成煤環(huán)境條件改變，積水條件趨于干燥，進(jìn)行凝膠化作用的環(huán)境被絲炭化作用的環(huán)境所替代，就會使已形成的凝膠化物質(zhì)（鏡質(zhì)組分）再進(jìn)行絲炭化作用，形成具有經(jīng)過凝膠化作用特點(diǎn)的各種絲炭化組分，導(dǎo)致成煤后煤巖組分的改變。

獨(dú)層子煤層一、二分層煤的顯微組分中惰質(zhì)組成分均以具有木煤結(jié)構(gòu)的半絲質(zhì)體為主，但含量差別很大，一分層煤的惰質(zhì)組含量遠(yuǎn)大于二分層煤。這也從側(cè)面說明二分層煤在泥炭化作用后期階段是以凝膠化作用為主，泥炭化作用是在積水較深、氣流閉塞的弱氧化到還原環(huán)境下進(jìn)行；一分層煤的泥炭化作用的過程則較為復(fù)雜，在經(jīng)歷了強(qiáng)覆水缺氧的弱氧化到還原環(huán)境的凝膠化作用后，可能又再次經(jīng)歷絲炭化作用的環(huán)境，即多氧干燥的氧化條件，之后又再轉(zhuǎn)入弱氧化至還原環(huán)境完成泥炭化作用的過程。

4 結(jié)論

1）狐貍坡煤礦獨(dú)層子煤層一、二分層煤表征煤變質(zhì)程度的指標(biāo)干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）差別不大，兩分層均屬中等變質(zhì)程度的煙煤階段，而表征煤工藝性能的指標(biāo)粘結(jié)指數(shù)（G）則相差很大，因此造成一、二分層煤類不同的原因主要是由于粘結(jié)性差異所致。

2）獨(dú)層子煤層一、二分層煤粘結(jié)指數(shù)差異的原因主要是由于兩分層煤的煤巖組分含量差異所致，一分層煤鏡質(zhì)組含量低，惰質(zhì)組含量高，而二分層則相反，煤鏡質(zhì)組含量高，惰質(zhì)組含量低，因此二分層煤的粘結(jié)性大大好于一分層，分類指標(biāo)粘結(jié)指數(shù)（G）也大大高于一分層煤。

3）造成兩煤分層煤巖組分差異的原因除有成煤原始物質(zhì)的因素影響外，更主要的是由于成煤后期環(huán)境變化差異所致，一分層煤的泥炭化作用的過程較為復(fù)雜，經(jīng)歷從弱氧化至還原環(huán)境→多氧干燥的氧化環(huán)境→弱氧化至還原環(huán)境；二分層煤的成煤作用則是在弱氧化→還原環(huán)境下進(jìn)行。

[1] 四川省煤田地質(zhì)局135隊(duì). 四川省瀘州市狐貍坡煤礦勘探（延深）地質(zhì)報(bào)告》[R]. 瀘州

[2] 楊起，李思田，陳鐘惠，等.煤田地質(zhì)學(xué)[M]. 地質(zhì)出版社，1981.

[3] 魏文金，梁萬林，等.四川煤炭資源賦煤區(qū)帶劃分及主要煤田賦煤特征[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，34（1）.

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[5] 韓德馨，任德貽，王延斌，等.北京：中國煤巖學(xué)[M]. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

Cause of Differences between No.1 and No.2 Layers of the Ducengzi Coal Seam in the Hulipo Coal Mine, Luzhou

WEI Wen-jin
(Sichuan Bureau of Coal Geology, Chengdu 610072)

The Ducengzi coal seam in the Hulipo coal mine is the major minable one which is divided into two layers. The distance between the first and second layers is very small, average of about 0.16 m. The Metamorphic grade of two layers is similar, both belong to medium metamorphic bituminous coal, however, their GR.Iis quite different. Moreover, the two layers are different in coal type. The first layer is 1/2 medium coking coal, while the second layer is 1/3 coking coal. This paper believes that their difference in coal type results from behavior differences which are originated from sedimentary environment.

coal type; degree of coalification; coking index; Hulipo

P618.11

A

1006-0995（2016）02-0272-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.022

2016-03-01

魏文金（1964—），男，四川敘永縣人，高級工程師，長期從事礦產(chǎn)勘查及技術(shù)管理工作