影響山西潞安集團漳村煤礦煤質的控制因素

(1.成都理工大學地球科學學院　四川　成都　610059) (2.山西潞安礦業(yè)集團漳村煤礦　山西　長治　046000)

一、前言

太原組早期，海平面開始下降，氣候溫暖潮濕，植物生長茂盛，由于陸源碎屑物質大量輸入，導致潟湖逐漸充填淤淺、廢棄，逐漸沼澤化最終形成泥炭沼澤[1]，形成了15#煤。太原組中期，海侵海退頻繁，在一次海侵結束之后，形成了泥坪，并在泥坪的基礎上發(fā)育泥炭沼澤，隨后形成12-1#煤層。太原組的晚期，隨著北側大陸板塊邊緣的活動性逐漸的增強，于是在這一時期便開始了盆地范圍的海退，障壁——潟湖沉積體系開始向河控三角洲體系發(fā)展，8-2#煤層形成于下三角洲平原的分流間灣的基礎上。

15#煤既受到海水影響，也受陸源碎屑物質的影響；12-1#煤層受海水影響較大；8-2#煤層受陸源碎屑物質的影響較大。

通過對研究區(qū)太原組垂向上15-3#、15-2#、15-1#、14#、12-1#、8-2#煤層煤質的變化規(guī)律進行分析之后，結合沉積環(huán)境的不同得到結論：

二、煤層煤質規(guī)律

(一)太原組各煤層煤質存在不同的規(guī)律

12-1#煤層中的硫酸鹽硫、有機硫、鈾、五氧化二釩、鎵、釷含量明顯低于15#煤與8-2#煤層，全硫分、硫化物硫、揮發(fā)分、磷分含量明顯高于15#煤與8-2#煤層，灰分高于14#煤層與8-2#煤層而略低于15-3#、15-2#、15-1#煤層；而8-2#煤層的各元素含量則大致接近于15#煤；研究區(qū)碳含量在90%左右，氫在4.5%左右，氮在0.5%左右，鍺在1g/t-2g/t之間，各煤層均為特低全水分煤，含量變化較小，分布較為穩(wěn)定。

(二)研究區(qū)太原組15-3#煤層煤質變化具有如下規(guī)律

研究區(qū)中部區(qū)域的鍺和硫化物硫含量最高，五氧化二釩最低，并向四周各個方向呈規(guī)律性遞減或遞增趨勢，水分從中部向北西、北東方向呈增大趨勢，全硫分由中部的兩個中高硫煤區(qū)域向西北部接近礦井邊界的一個特低硫煤區(qū)域和東南方向降低；碳、氫、磷從東南部向北西方向遞增的趨勢，氮和硫酸鹽硫、有機硫均是由東南部向北西方向呈遞減趨勢；鎵整體呈“U”字型分布，由西北部向南西、南東、北東方向呈遞增趨勢，灰分由西南部及中部的一個北西-北東方向“V”字形分布的中灰分煤區(qū)域向北東、北西、南東三個方向呈遞減的趨勢；釷總體由一個帶型區(qū)域和漳-82孔及其附近區(qū)域分別向兩側呈遞減趨勢，揮發(fā)分由西向東增高，鈾總體是由南部、西南部、北部的三個鈾元素含量較高區(qū)域共同向中部的較低區(qū)域呈遞減趨勢。

三、沉積環(huán)境對煤質的影響

(一)沉積環(huán)境對有機硫、硫酸鹽硫、鈾、五氧化二釩、釷、鎵的影響

太原早期第一次大規(guī)模海侵的發(fā)生，終止了15#煤層泥炭的堆積，此次海侵延續(xù)時間很長。泥炭沼澤遭受海水覆蓋，海水中富含硫酸鹽，海水為泥炭沼澤中硫酸鹽的輸入提供了物質保證，海水還造成了低Eh和高pH的還原環(huán)境。富硫酸鹽的海水在還原條件下對下伏煤層的淋濾使15#煤層硫酸鹽硫含量較高。而有機硫含量高則是由于成煤過程中，硫酸鹽與植物分解產(chǎn)物作用而成。

鎵在與15-3#、15-2#、15-1#、14#、8-2#煤層中含量基本一致，只有在12-1#煤層中較低，可能受陸源碎屑物質的影響很大，才使得鎵在15-3#、15-2#、15-1#、14#、8-2#煤層中較高，且含量較穩(wěn)定。鈾的含量變化與15#煤層中鎵元素大致一樣，所以可能是陸源碎屑中同樣富含這種元素，使得15#煤層中鈾含量同樣很高。

(二)沉積環(huán)境對硫化物硫、全硫分、揮發(fā)分的影響

12-1#煤層是在潮坪之后泥潭沼澤的基礎上形成的，成煤原始植物中含有大量的海生藻類物質，加之當時的煤炭沉積的沼澤覆水程度較好，有利于凝膠化作用的進行，凝膠化組分會使得硫化物聚集，同時使得煤巖組分中的鏡質組含量較高，惰質組含量較少，植物原始結構破壞更徹底，而煤巖組分中鏡質組的揮發(fā)分僅次與殼質組的揮發(fā)分，所以研究區(qū)太原組12-1#煤層中硫化物硫、揮發(fā)分略高；研究區(qū)全硫分主要為硫化物硫，所以受硫化物硫影響的全硫分含量也較高。

(三)沉積環(huán)境對灰分、磷分的影響

富氧的溢岸水流與酸性的沼澤水中和會促進泥炭的生物降解作用，形成泥炭中的無機組分，促使煤層中的灰分增高，所以，12-1#煤層中灰分含量較高；形成時研究區(qū)地勢較低，地下水位有時高于泥炭沼澤表面，致使沉積較多無機組分，所以15-3#、15-2#、15-1#煤層中的灰分含量較高；

磷分只存在于15-3#、15-2#、15-1#、12-1#煤層，這4個煤層都是受到海水的影響，而在14#、8-2#煤層基本不含磷分，說明煤層中的磷分在沉積時主要受到海水的影響，而陸源物質對煤中的磷分影響很小或者無影響。

(四)沉積環(huán)境對15-3#煤層煤質的影響

15#煤成煤時的海侵是由南東向北西方向[2]，而煤質在沉積時受海水影響最大的是硫酸鹽硫和有機硫，從15-3#煤層的硫酸鹽硫和有機硫等的鉆孔數(shù)據(jù)可以看出，15-3#煤層中的硫酸鹽硫和有機硫的展布規(guī)律由東南部向北西方向呈遞減趨勢，明顯受到了海水影響。

四、頂?shù)装鍘r性對煤質的影響

泥巖與細粒砂巖相比，泥巖一般作為隔水層，細粒砂巖作為含水層。在成巖作用中或者成巖之后，頂板長期與煤巖接觸，可能在擴散作用和水流的滲透影響下，頂板中的物質運移到煤巖中，使得頂板為細粒砂巖的煤巖中水分、灰分、揮發(fā)分、釷富集，全硫分、硫化物硫含量相對較低；鍺屬于煤中的可溶組分，可能由循環(huán)水將其從煤層中帶出，所以頂板為細粒砂巖的煤巖中鍺含量較低。

五、結束語

針對我國煤炭利用方式粗放、能效低的問題，研究煤炭的沉積環(huán)境，可以有效預測煤層煤質，從而有選擇性的開采高價值煤層，做到環(huán)境保護與資源開放的齊頭并進。