內蒙古自治區(qū)東勝煤田新街礦區(qū)煤質特征分析

［摘要］煤層煤質特征的研究對提高煤炭開采利用具有重要意義，通過鉆孔資料和樣品測試數據，對東勝煤田新街礦區(qū)煤的煤巖特征、化學成分及工藝性能進行了測試及分析。分析結果表明，區(qū)內發(fā)育可采煤層8層，其中3-1、3-2、4-1、4-2中、4-2下、6-2中煤層較穩(wěn)定，2-中、5-1煤層不穩(wěn)定；區(qū)內煤級大部分為不粘煤，零星為長焰煤，主要的宏觀煤巖組分為暗煤，宏觀煤巖類型以半暗型—半亮型煤為主；鏡質組是主要的有機顯微組分，無機顯微組分以黏土礦物為主。煤質特征為特低灰、中高揮發(fā)分、特低—低硫、特低—低磷、高發(fā)熱量煤，主要可以用于動力用煤和民用燃料。

［關鍵詞］新街；煤巖類型；工藝性能；煤質特征

煤炭的使用歷史久遠，在當代同樣在我國社會運行體系中占據重要地位，我國“富煤、少氣、貧油”的能源分布決定了在未來很長一段時間內煤炭在我國能源體系中的主體地位不會改變[1-4]，在“碳中和”目標的推動下，煤炭資源的清潔高效利用是我國煤炭工業(yè)綠色發(fā)展的必由之路[5-8]，而煤質特征決定了煤的工藝性能和轉化利用方向，是清潔高效利用的基礎，因此對煤質特征的研究是煤炭的后續(xù)開發(fā)利用的重要基礎[9，10]。

內蒙古自治區(qū)是我國極為重要的產煤地區(qū)，內蒙古自治區(qū)東勝煤田新街礦區(qū)楚魯圖井田位于鄂爾多斯市，距鄂爾多斯市伊金霍洛旗（方位180°）約30 km。礦區(qū)位于毛烏素沙漠的東部，區(qū)內地形起伏不大，地形總體呈東北高、西南低的變化趨勢，含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y），8層可采，主采煤層較穩(wěn)定，正確認識東勝煤田新街礦區(qū)煤的化學性質和工藝性質可以為后續(xù)開發(fā)利用提供重要的理論依據。

1 地質概況

本文所研究的新街礦區(qū)位于東勝煤田中南部，東勝煤田中、新生代地層劃分屬陜甘寧地層區(qū)鄂爾多斯地層分區(qū)，與侏羅紀東勝煤田的地層區(qū)劃同屬華北地層區(qū)鄂爾多斯分區(qū)。區(qū)內地層由老至新發(fā)育有：二疊系上統(tǒng)延長組、侏羅系中下統(tǒng)延安組、侏羅系中統(tǒng)直羅組、侏羅系中統(tǒng)安定組、白堊系下統(tǒng)志丹群、新近系上新統(tǒng)和第四系。區(qū)內含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組。含2、3、4、5、6五個煤組，查明具有對比意義的編號煤層10層，分別為2-2中、3-1、3-2、3-2下、4-1、4-2中、4-2下、5-1、6-1、6-2中。其中2-2中、3-1、3-2、4-1、4-2中、4-2下、5-1、6-2中為可采煤層，其中3-1、4-1、4-2中、4-2下、6-2中煤層為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層，3-2煤層為大部可采的較穩(wěn)定煤層，2-2中、5-1煤層為局部可采的不穩(wěn)定煤層。區(qū)內各可采煤層結構簡單，煤層埋深總體變化趨勢為由東南向西北部逐漸變深。煤層夾矸的巖性主要為泥巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖。

2 煤質特征

2.1 物理特性與煤巖特征

2.1.1 物理特性

本區(qū)煤層為不黏煤及長焰煤，據肉眼觀察，各層煤為黑色，條痕色為黑—褐黑色，光澤多為弱瀝青—瀝青光澤，階梯狀、參差狀、貝殼或平坦狀斷口，性脆，內生裂隙不發(fā)育，局部見有黃鐵礦及方解石薄膜和團塊。煤的結構多以中、細條帶狀結構為主，寬條帶狀次之，線理狀結構少量，見圖1、圖2。煤的硬度一般為3級左右。

2.1.2 宏觀煤巖特征

區(qū)內煤的宏觀煤巖組分主要為暗煤，亮煤次之，鏡煤及絲炭少量，個別絲炭沿層面分布，鏡煤呈條帶狀或透鏡體產出。區(qū)內煤的宏觀煤巖類型以半暗型—半亮型煤為主，次為暗淡型。

2.1.3 微觀煤巖特征

區(qū)內各可采煤層煤巖成果見表1 所示，各煤層去礦物質基以鏡質組為主，含量變化范圍為60.49%～68.72%，次為惰質組，含量變化范圍為30.85%～39.03%，殼質組含量變化范圍為0.17%～0.70%。鏡質組最大反射率（R0max%）變化范圍為0.52%～0.54%，依據《鏡質體反射率的煤化程度分級》（MT/T1158-2011），確定區(qū)內煤炭煤級為中煤級煤Ⅰ級，變質階段基本上為煙煤Ⅰ階段。

各煤層含礦物質基以無機黏土礦物為主，平均含量為0.90%～5.38%，次為氧化硅組及硫化物組，其平均含量為0.00%～0.15%和0.17%～0.98%，以上各項均未達到顯微礦化類型分類標準，故無法確定具體類型。無機總量平均值在1.50%～6.65%范圍內，依據《顯微煤巖類型分類》（GB/T 15589-2013），各可采煤層均為微鏡惰煤。

2.2 化學特征

2.2.1工業(yè)分析

可采煤層工業(yè)分析結果見表2所示。

（1）水分（Mad）

各原煤水分一般在4.10%～7.22%范圍內。

（2）灰分（Ad）

各煤層原煤灰分在6.95%～9.23% 范圍內，依據《煤炭質量分級第一部分：灰分》（GB/T 15224.1-2018），該層以特低灰煤為主。

（3）揮發(fā)分（Vdaf ）

各煤層原煤揮發(fā)分產率為33.28%～35.78%，依據《煤的揮發(fā)分產率分級》（MT/T 849-2000），該區(qū)煤層為中高揮發(fā)分煤。

2.2.2 元素分析

可采煤層元素分析結果見表3所示。

（1）碳（Cdaf）

該區(qū)內各煤層其干燥無灰基碳含量在79.32%～81.36%。

（2）氫（Hdaf ）

區(qū)內各煤層煤的氫含量在4.36%～4.78%。

（3）氧（Odaf ）

區(qū)內煤的氧含量較高，各煤層氧含量在12.48%～14.74%，平面及垂向上無明顯變化規(guī)律。

（4）氮（Ndaf ）

氮含量較低，各煤層氮含量在0.86%～1.11%。

綜上所述：各煤層干燥無灰基的碳、氫、氧、氮四種元素含量穩(wěn)定。

2.2.3有害元素

（1）磷（Pd）

從表4可見，區(qū)內各煤層磷含量在0.007%～0.025%，依據《煤中有害元素含量分級第1部分：磷》（GB/T20475.1-2006），以特低磷煤為主，其次3-2、6-1煤為特低磷煤，其余煤層均為低磷煤。

（2）氯（Cld）

如表4 所示，各煤層氯含量為0.025%～0.037%，依據《煤中有害元素含量分級第2 部分：氯》（GB/T20475.2-2006），屬特低氯煤。

（3）砷（Asd）

各煤層煤的砷含量在2～4 μg/g（表4），依據《煤中有害元素含量分級第3 部分：砷》（GB/T 20475.3-2012），為特低砷煤As是有害元素，特別是釀酒和食品工業(yè)燃燒用煤要求As的含量不得超過8×10-4 %，所以使用前最好進行化驗檢查。

（4）氟（Fd）

各煤層原煤氟含量在78～194 μg/g，6-1煤屬特低氟煤，依據《煤中氟含量分級》（MT/T 966-2005），其余各煤層均為中氟煤。

煤層中有害元素的含量見表4所示。

2.3 工藝性能

2.3.1發(fā)熱量（Qgr，d）

煤作為燃燒用途使用發(fā)熱量是一項重要指標。其與煤中灰分呈正相關系，區(qū)內各煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量為29.25～30.15 MJ/kg（表2），依據《煤炭質量分級第3部分：發(fā)熱量》（GB/T 15224.3-2022），區(qū)內各煤層均屬高發(fā)熱量煤。

區(qū)內原煤干燥基低位發(fā)熱量為28.42～29.27 MJ/kg。

2.3.2 煤灰成分

表5為各煤層灰成分試驗結果匯總表，從表5可見，區(qū)內各煤層煤灰成分平均含量為：SiO2含量38.28%～52.69%；Al2O3含量15.82%～20.64%；Fe2O3含量5.48%～12.68%；CaO含量6.37%～16.04%；MgO含量0.85%～1.69%；TiO2含量0.72%～0.90%；SO3含量5.70%～9.25%，Na2O含量1.15%～2.77%，K2O含量0.80%～2.77%。

可以看出，本區(qū)煤灰成分以二氧化硅為主，其次為三氧化二鋁。

3 結論

新街礦區(qū)內煤級主要為不黏煤，零星為長焰煤，其宏觀煤巖類型主要為半暗型—半亮型煤；有機顯微組分主要為鏡質組；無機顯微組分則以黏土礦物為主；碳含量平均值為80%；煤質特征特低灰、中高揮發(fā)分，特低磷、高熱值；煤灰成分以二氧化硅為主，其次為三氧化二鋁，主要用于動力用煤和民用燃料。

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