貴州省黔西縣高山煤礦煤質(zhì)特征及工業(yè)用途評(píng)價(jià)

孔維敏

（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）

1 概況

黔西縣高山煤礦在大地構(gòu)造單元上屬羌塘—揚(yáng)子—華南板塊（Ⅰ級(jí)）揚(yáng)子陸塊（Ⅱ級(jí)）上揚(yáng)子地塊（Ⅲ級(jí)）黔北隆起區(qū)（Ⅳ）織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)（Ⅴ）東部。行政區(qū)劃屬黔西縣協(xié)和鎮(zhèn)管轄，位于貴州省黔西縣城東部81°方位，距縣城約25km。礦區(qū)平面形狀呈不規(guī)則多邊形，面積7.2554km2，呈北東—南西向展布[1]。

2 含煤地層特征及含煤性

礦區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)長興組和龍?zhí)督M，其中龍?zhí)督M主要含煤地層，厚124.58～134.14m，平均126.31m。屬海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積組合。巖性由粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r及煤層組成，含煤8～16層，一般12層左右，含煤層總厚度8.67～11.86m，平均10.77m，含煤系數(shù)約8.5%。其中可采煤層4層：4、5、9、13號(hào)煤層。

根據(jù)全煤系揭露鉆孔資料，礦區(qū)內(nèi)可采煤層總厚5.35～9.54m，平均7.36m，可采煤層含煤系數(shù)為5.8%；采層總厚5.12～8.32m，平均6.77m，其中，4、9號(hào)煤層全區(qū)可采，5、13號(hào)煤層大部可采，均屬較穩(wěn)定煤層。

3 煤的物理性質(zhì)和煤巖類型

3.1 煤的物理性質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)各可采煤層為黑色、灰黑色，4、5、9號(hào)煤層以粉粒狀為主，少量為碎塊狀，13號(hào)煤層為碎塊狀，結(jié)構(gòu)以細(xì)條帶至線理狀為主，中至細(xì)條帶狀次之，玻璃光澤為主，似金屬光澤次之；貝殼狀、參差狀斷口，內(nèi)生和外生裂隙較發(fā)育，充填薄膜狀、網(wǎng)狀、脈狀方解石；黃鐵礦一般以球粒狀、透鏡狀、瘤狀、結(jié)核狀、似層狀、細(xì)粒狀形態(tài)賦存。

3.2 煤巖特征

3.2.1 宏觀煤巖類型

全區(qū)各煤層多以亮煤、暗煤為主，夾少量鏡煤和絲炭條帶，4號(hào)煤層以亮煤為主，夾少量暗煤條帶和鏡煤線理，為半亮型煤；5號(hào)煤層以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤線理及絲炭，為半暗—半亮型煤；9號(hào)煤層以亮煤為主，夾暗煤條帶，中—細(xì)條帶，半亮型煤。13號(hào)煤層主要以暗煤為主，夾少量亮煤條帶及鏡煤線理，為半暗—暗淡型煤。

3.2.2 微觀煤巖類型

（1）有機(jī)組分。煤的顯微組分分為有機(jī)組分和無機(jī)組分，其中有機(jī)組分又分為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組兩大類，無機(jī)組分分為粘土類、硫化物類、碳酸鹽類及氧化物類。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)可采煤層煤巖鑒定資料，區(qū)內(nèi)煤層鏡質(zhì)組以均勻基質(zhì)體和鏡質(zhì)體為主，少量木質(zhì)鏡質(zhì)體、結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，含量為78.03%（9號(hào)煤層）～89.27%（5號(hào)煤層），平均為84.72%；惰質(zhì)組以木鏡絲質(zhì)體為主，次為碎屑絲質(zhì)體和少許絲質(zhì)體，無穩(wěn)定組分。含量為10.73%（5號(hào)煤層）～21.97%（9號(hào)煤層），平均為15.73%。

（2）無機(jī)組分。無機(jī)組分主要以粘土類礦物為主，含量為6.11%（9號(hào)煤層）～18.04%（4號(hào)煤層），平均為8.67%；氧化物和硫化物次之，含少量碳酸鹽礦物。

4 煤的化學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律

區(qū)內(nèi)各可采煤層煤類均為無煙煤三號(hào)（WY3），主要煤質(zhì)指標(biāo)見可采煤層主要煤質(zhì)特征表（表1）。

4.1 煤的化學(xué)性質(zhì)

（1）水分（Mad）。礦區(qū)內(nèi)原煤空氣干燥基水分為0.52%～2.83%,平均為1.38%。浮煤空氣干燥基水分為0.38%～2.54%，平均為1.02%。

（2）灰分（Ad）。礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤干燥基灰分產(chǎn)率為10.15%～39.34%之間，平均19.92%，變化范圍較小，以中灰煤分布為主，少量低灰、高灰煤分布。其中4號(hào)煤層原煤灰分含量14.59%～39.34%，平均23.55%，屬中灰煤（MA）；5號(hào)煤層原煤灰分含量10.15%～31.59%，平均17.08%，屬低灰煤（LA）；9號(hào)煤層原煤灰分含量10.25%～30.91%，平均18.68%，屬低灰煤（LA）；13號(hào)煤層原煤灰分含量14.26%～25.98%，平均19.53%，屬低灰煤（LA）。

（3）揮發(fā)分（Vdaf）。礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤干燥無灰基揮發(fā)分為7.33%～14.94%，平均為9.33%，浮煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率為6.12%～8.89%，平均為7.20%，均為特低揮發(fā)份煤（SLV）。

（4）硫分（St,d）：礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤干燥基全硫?yàn)?.55%～10.98%，平均2.96%，其中4號(hào)煤層干燥基全硫?yàn)?.09%～10.98%，平均4.14%，屬4號(hào)煤層屬高硫煤（HS）；9號(hào)煤層干燥基全硫?yàn)?.55%～5.64%，平均1.99%，9號(hào)煤層屬中硫煤（MS）；5號(hào)煤層干燥基全硫?yàn)?.19%～4.97%，平均2.95%；13號(hào)煤層干燥基全硫?yàn)?.81%～3.92%，平均2.81%，屬中高硫煤（MHS）。

（5）固定碳（FCd）：礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤干燥基固定碳為34.55%～89.85%，平均78.79%，其中4號(hào)煤層原煤干燥基固定碳為34.55%～85.41%，屬中高固定碳煤（MHFC），5、9、13號(hào)煤層均屬高固定碳煤（HFC）。

4.2 灰分、硫分在平面和垂向上的變化規(guī)律

4.2.1 原煤灰分、硫分在垂向上的變化規(guī)律

礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤灰分隨埋藏深度增加呈“反7”狀變化，4號(hào)煤層最大，5號(hào)煤層最小，再逐漸隨埋藏深度增加而增大的趨勢；原煤硫分隨埋藏深度增加呈“平V”字狀變化，說明原煤硫分隨埋藏深度增加逐漸化較小至9號(hào)層煤最小，再增大至13號(hào)煤層。原煤灰分、硫分在垂向上的變化規(guī)律見可采煤層灰分、硫分垂向變化圖（圖1）。

圖1 可采煤層灰分、硫分垂向變化圖

4.2.2 原煤灰分、硫分在平面上的變化規(guī)律

礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤干燥基灰分產(chǎn)率為10.15%～39.34%之間，平均19.92%，變化范圍較小，以中灰煤分布為主，少量低灰、高灰煤分布；原煤干燥基全硫?yàn)?.55%～10.98%，平均2.96%，主要為中高硫煤分布，其次為高硫煤、中硫煤分布，少量低硫煤分布。

4.3 煤的工藝性能

（1）發(fā)熱量（Qgr,d）。礦區(qū)內(nèi)可采煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr,d）為20.44～32.06MJ/kg，平均27.86MJ/kg。其中4號(hào)煤層均屬中高熱值煤（MHQ），5、9、13號(hào)煤層均屬高熱值煤（HQ）。

（2）煤對二氧化碳化學(xué)反應(yīng)性（α）。根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，煤在950℃和1000℃時(shí)的分解率均小于50%，煤層屬弱還原性煤，即是煤對CO2還原率較低的煤。

（3）熱穩(wěn)定性（TS+6）。區(qū)內(nèi)4、9號(hào)煤層做熱穩(wěn)定性測試，根據(jù)測試結(jié)果，4號(hào)煤層屬較高熱穩(wěn)定性煤（RHTS），9號(hào)煤層屬高熱穩(wěn)定性煤（HTS）。

（4）可磨性（HGI）。經(jīng)對礦區(qū)內(nèi)4、9、13號(hào)煤層采樣測試，可磨性指數(shù)（HGI）為55～111，平均為70。4號(hào)煤層屬易磨煤（EG），9號(hào)煤層屬中等可磨煤（MG），13號(hào)煤層屬較難磨煤（RDG）。

（5）原煤灰成分及性質(zhì)。礦區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤灰成分以含SiO2為主，含量為34.77%～52.93%，平均45.30%；其次為Al2O3和Fe2O3，根據(jù)原煤灰成分含量計(jì)算煤的灰成分參數(shù)進(jìn)行灰成分性質(zhì)的評(píng)價(jià)，可采煤層中，9號(hào)煤層熔渣等級(jí)為中等，4、5、13號(hào)煤層熔渣等級(jí)為中等；4、5、9號(hào)煤層結(jié)污等級(jí)為中等。

（6）煤灰熔融性。各可采煤層中煤灰軟化溫度（ST℃）為1130℃～＞1500℃，全區(qū)均值為1329℃。根據(jù)各煤層煤的熔融性平均測值，4、9號(hào)煤層屬較高軟化溫度灰（RHST），5號(hào)煤層屬中等軟化溫度灰（MST），13號(hào)煤層屬較低軟化溫度灰（RLST）。

（7）結(jié)渣性。礦區(qū)對9號(hào)煤進(jìn)行了煤的結(jié)渣性測試，9號(hào)煤結(jié)渣性分布在弱結(jié)渣區(qū)，屬弱結(jié)渣煤。

5 煤的工業(yè)用途

根據(jù)區(qū)內(nèi)各煤層的工業(yè)分析、發(fā)熱量、熱穩(wěn)定性、可磨性等化學(xué)性質(zhì)和工藝性能的分析，區(qū)內(nèi)各煤層均具有廣泛用途，可用于民用煤、電力用煤、一般工業(yè)用煤等。由于礦區(qū)內(nèi)各可采煤層的硫分含量較高（5、13號(hào)煤層為中高硫、4號(hào)煤層為高硫煤），應(yīng)用時(shí)要經(jīng)過洗選脫硫或動(dòng)力配煤，以降低煤中的硫含量，減少燃燒后所產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴竞蛯﹀仩t、管道的腐蝕。