六盘水金佳井田煤岩特征研究.pdf

第3 4 卷第3 期 2 0 1 4 年0 6 月 矿冶 工 程 d 田呵D ●GA N DM 哐T A L L U R G I C A LE N G D m E R D i G V 0 1 ．3 4 №3 J u n e2 0 1 4 ’ ／＼盘水金佳井田煤岩特征研究① 陈玉鲜1 ，张杰2 ’3 ’4 ，叶军建2 ’3 ’4 ，程伟2 ’3 ’4 1 ．六盘水职业技术学院，贵州六盘水5 5 3 0 0 0 ；2 ．贵州大学矿业学院，贵州贵阳5 5 0 0 2 5 ；3 ．贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州贵阳 5 5 0 0 2 5 ；4 ．贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室，贵州贵阳5 5 0 0 2 5 摘要通过显微镜鉴定、x 射线衍射 x R D 、等离子发射光谱 I c P A E s 等方法研究了六盘水煤田金佳井田1 号层和3 号层两个 煤样的宏观和显微煤岩特征、煤质特征、x R D 图谱和微量元素特征。结果表明，1 。煤样属于半暗煤，无机矿物质主要为方解石和石 英；3 ”煤样属于半亮煤，主要无机矿物质为石英。两个煤样的有机显微组分以镜质组为主，3 。煤样的变质程度比1 。煤样大，都属于 低灰、低硫、高热值的烟煤，可作为优质动力煤使用。煤样中微量元素M n 、c d 、B e 、Y 含量高于我国及世界煤的均值，其中B e 和Y 有 一定的综合利用潜能，c d 存在潜在的环境危害，在煤炭加工利用中需要重视。 关键词金佳井田；煤岩学特征；煤质特征；微量元素 中图分类号P 5 7 5文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s 8 n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 14 _ 0 3 ．0 1 7 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 3 0 0 5 7 0 4 风贼 删l 伽C o a lP e t 】r o l o 出a la 删唧眦r i s t i I 啜i I lJ 嫡i aC o a ln d d0 fU u p 瞰曲u i C H E NY u x i a n l ，Z H A N GJ i e 2 3 ⋯，Y EJ u n _ j i 蛐2 ，3 ⋯，C H E N GW e i 2 3 ，4 1 ．￡i 印帆s u i ％c 口f i o M Zo 以死c 危凡记o Zc 0 Z 跆鲈，血印口瑚 u i5 5 3 0 0 0 ，G u 洗o M ，吼i M ；2 ．施n i 凡gc 0 2 如鲈，G u 如加u ‰讹珊渺，G u 咖n g5 5 0 0 2 5 ，G M 洗o u ，现i M ；3 ．K 盯如6 0 m 幻可Q 厂C o 唧r e k 瑚妇e 耽i Z 沈渤n 矿ⅣD n 砌删删聊m 2 R ∞D “r c ∞矿G M 拓胁uP 例i 乃c e ，G u 咖昭5 5 0 0 2 5 ，仇洗o u ，饥i M ；4 ．E 愕i 凡e e 矗增儿6 0 m 幻可矿助 诟m 耽i Z 玩t 面nQ 厂 脚。凡如m m 尺∞o “r I 船矿G u 如D uP M i 舵e ，仇咖昭5 5 0 0 2 5 ，G M 如幻“，劬i 肥 A b s t r a c t C o a lp e t r o l o 百c a la n dq u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c s ，c r y s t a ls t m c t u r ea n dt r a c ee l e m e n t so ft w oc o a ls 砌p l e sf 而m №1 a n d №3c o a ls e a mi nJ i n j i ac o a lf i e l dw e r es t u d i e du s i n gm i c r o s c o p i ce x 锄i n a t i o n ，X - m yD i 伍．a c t i o n X R D a n a l y s i s a n di n d u c t i v e l vc o u p l e dp l a s m a ．a t o m i ce m i s s i o ns p e c t r o m e t r y I C P A E S ．R e s u l t ss h o wt } l a t ，s 啪p l er 牺l i sas e m i d u U c o a lw 汕c a l c i t ea n dq u a r t za sm a j o ri n o 唱a n i cm i n e r a l s ，w h i l es a m p l e №3i sas e m i b r i g h tc o a lw i t hq u a r t z a st h e d o m i n a n ti n o r g a n i cm i n e r a l ．B o t } ls a m p l eI №1a n d №3a r ep r e d o m i n a n t l yv i t r i n i t e i nt h eo 唱a n i cm a c e r a l s ，a l t h o u g h s a m p l eI 哂3h a sah i g h e rm e t a m o r p h i cg m d et h a ns 锄p l eI 蜘1 ．B o t I ls 锄p l e sa l s o ，b e i n go fl o wa s h ，l o ws u l f ．u ra n dh i g h c a l o r i f i cv a l u e 。c a nb eu s e da sh i g h q u a l i t yp o w e rc o a l ．T h ec o n t e n t so ft r a c ee l e m e n t sM n ，C d ，B ea n dYi n b o t l l s a m p l e sa r eh i g h e rt h a nt h en a t i o n a la n dw o r l da v e r a g es t a n d a r d ，枷o n gw h i c hB ea n dYm a yb ep o t e n t i a U yu t i l i z e di na c o m p r e h e n s i v ew a v ．H o w e v e r ，t r a c ee l e m e n to fC dm a yb r i n gh 唧lt ot } l ee n v i r o n m e n t ，w h i c hs h o u l db ep a i dm o r e a t t e n t i o ni nt 1 1 ec o a lp m c e s s i n ga J l du t i l i z a t i o n ． I 【e yw o r d s J i n j i ac o a lf i e l d ；c o a lp e t r o l o g i c a lc h 锄c t e r i s t i c s ；c o a lq u a l i t yp m p e r t i e s ；t r a c ee l e m e n t 贵州省煤炭资源丰富，素有“西南煤海”之称，煤 炭工业既是贵州的主要基础工业，也是支柱产业之 一uJ 。六盘水地区是省内最大的炼焦用煤生产基地。 本文从煤岩学、煤质特征、煤的x R D 图谱和微量元素 特征等方面，对六盘水金佳井田1 号层和3 号层的两 个代表性煤样进行了研究，为该地区煤炭资源合理开 发、综合利用和环境保护提供重要参数。 1 概述 六盘水煤田金佳井田位于盘关向斜东翼中南段， 由金竹坪井田和佳竹箐井田合拼而成，走向长1 5k m ， 倾斜宽2k m ，面积3 0k m 2 旧J 。矿井地质储量5 ．6 亿吨， 工业储量5 ．4 亿吨，可采储量4 ．4 亿吨。含煤地层为二 叠系上统龙潭组，厚2 2 0 3 1 0m ，含煤2 9 ～4 4 层，可采 1 5 层，平均可采煤层总厚2 1 ．8 6m 。属海陆交替相沉 积，以陆相为主，根据沉积特征可将含煤地层划分为 上、中、下三个组。煤层比较稳定至不稳定，一般为薄 煤层至中厚煤层，局部发育厚煤层。本次研究的采样 层为l 号层和3 号层。 1 号煤层为较稳定煤层，基本全井田可采，煤层对 ①收稿日期2 0 1 4 0 卜2 3 作者简介陈玉鲜 1 9 7 0 一 ，女，贵州人，讲师，主要从事煤炭地质方面的教学与科研工作。 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 比可靠，煤层厚度两极值为O ．2 1 1 ．7 3m ，平均厚度 1 ．1 lm 。井田南部1 9 ～2 0 勘探线夹矸层数增多，出现 不可采现象。夹矸1 ～4 层，一般在煤层中下部夹一层 稳定高岭石水云粘土岩，是煤层对比标志。层厚o ．0 5 ～0 ．3 0m ，一般厚度0 ．1 0m 。 3 号煤层为较稳定煤层，全井田可采，煤层对比可 靠，煤层厚度两极值为0 ．8 2 4 ．1 4m ，平均厚度1 ．8 3 m ，有北薄南厚趋势，井田北部一般厚度1 ．5 2 ．0m ，井 田南部一般厚度2 3m ，夹矸0 ～2 层，一般在煤层中 下部夹一层稳定炭质高岭石粘土岩，是煤层对比标志 层，厚度为0 ．0 6 ～0 ．5 1m ，一般厚度0 ．1 6m 。 2 样品采集及试验方法 代表性煤样分别采自1 号层1 1 1 5 外运输巷和3 号层1 1 3 7 运输巷，分别编号为1 4 煤样和3 4 煤样。通 过肉眼观察并描述样品的宏观煤岩特征；将煤磨成薄 片，采用B x 一5 1 P 型偏光显微镜在透射光下观察煤样 的显微煤岩特征；将煤样在马弗炉内5 0 0 ℃低温灰化 2h 后获得煤灰，采用x ’P e r tP R 0 型x 射线衍射仪测 定原煤及其煤灰的x R D 图谱；采用M A c 一2 0 0 0 型全自 动工业分析仪对煤样进行工业分析；采用K T Q 一2 0 0 0 A 碳氢测定仪、c L S 一5 A 型微机库仑测硫仪和等离子发射 光谱仪 I C P A E s 测定煤样的常量和微量元素含量。 3 结果与讨论 3 ．1 宏观煤岩特征 1 8 煤样一般呈黑色，断口较为平整，具条带状结 构，一般宽5 ～8m m ，镜煤条带层中有大量白色、灰白 色片膜状碳酸盐矿物充填，未穿层，也可见白色矿物质 呈浸染状附着，以暗煤为主，间夹亮煤和镜煤，总体光 泽强度较弱，属于半暗煤。 3 ”煤样呈黑色，具有明显层状结构，镜煤条带层厚 约2 5m m ，见眼球状构造，镜煤层具有细网格状收缩 结构，偶见黄褐色膜状矿物质，参差状断口，裂隙较发 育，易破碎，以镜煤、亮煤为主，问夹暗煤和丝炭，总体 光泽强度较强，属半亮煤。 两个煤样的宏观结构都有一定程度的变形，属于 构造煤。1 8 煤样可见木质条带状构造和碎裂结构，3 。 煤样以条带状构造为主，可见碎裂结构和碎粒结构，层 状构造。 3 ．2 显微煤岩特征 3 ．2 ．1 有机显微组分煤样有机显微组分镜下特征 见图1 。由图1 可见，1 4 和3 ”煤样的透光色主要呈黑 色，与矿物质交界处呈少量红色 图1 e 。由于煤 级越高，透光性越差，说明两个煤样总体变质程度较 高，局部变质程度较低。1 。煤样的反光色呈浅灰色，由 于随煤化程度的增高，煤反光色逐渐变浅，也说明1 。 煤样煤化程度较高。 1 ”和3 4 煤样的有机显微组分以镜质组为主，由于变 质程度较高，在显微镜下观察不到植物的细胞结构，镜 质组以无结构镜质体和碎屑镜质体为主。根据形态特 征不同，无结构镜质体主要为均质镜质体、基质镜质体 和残余结构镜质体，均质镜质体在煤中以透镜状或条带 状产出，透射光下为均一结构，正交偏光镜下呈微粒状 及均匀消光现象，轮廓清楚，成分均一 如图1 b ；基 质镜质体呈基质状态，作为其它各种显微组分的胶结物 出现 如图1 c ；残余结构镜质体是指被变质作用破 坏保留的结构镜质体 如图1 b 和图1 c ；碎屑镜质 体是粒度小于3 0 斗m 的镜质体，当它和其它镜质组的组 分在一起时不易区别开，只有被不同的显微组包围时才 可观察到 如图1 a 和图1 d 。1 ”煤样的有机显微 组分多存在碳酸盐化，而3 4 煤样未观察到该现象，说明 1 4 煤样中碳酸盐矿物含量可能较高。1 4 煤样可观察到 惰质组和壳质组，可见少量丝质体 如图1 e ，藻类 体、碎屑壳质体等被煤质包裹，含量极低 如图1 d 。 3 。煤样未观察到惰质组和壳质组。 图1煤样有机显微组分镜下特征 a 1e 14 煤样； f 3 。煤样 3 ．2 ．2 无机显微组分煤样无机显微组分镜下特征 见图2 。由图2 可见，1 。煤样的无机矿物质主要为粘土 万方数据 第3 期 陈玉鲜等六盘水金佳井田煤岩特征研究 矿物 如图2 b 和碳酸盐矿物 如图2 a ，偶而可 见微晶黄铁矿 如图2 c 和石英 如图2 b ，其中 粘土矿物多呈团块状及颗粒状，碳酸盐矿物在镜下呈 高级白，主要为方解石，硅质矿物及黄铁矿均以微细粒 为主。3 4 煤样的无机矿物质含量较少，只见粘土矿物， 混有少量碳酸盐矿物 如图2 d 。另外1 ”煤样主要 见有碳酸盐化 方解石 等，均以微细粒或构成微细脉 状为主。这些无机矿物质与煤紧密共生，有时可用于 鉴别和对比煤层，无机矿物质是煤中灰分的主要来源。 图2 煤样无机显微组分镜下特征 a ～ c 1 ”煤样； d 3 。煤样 3 ．3 煤质特征 煤样的工业分析及元素分析结果分别见表1 和表2 。 表1 煤样工业分析结果 注坂d 为空气干燥基水分；A 鲥为空气干燥基灰分；‰为空气干燥基 挥发分；F c 8 d 为空气干燥基固定碳；n a f 为干燥无灰基挥发分； Q 。。。a d 为空气干燥基低位发热量。 表2 煤样元素分析结果 由表1 和表2 可知，两个煤样的干燥无灰基介于 1 0 ％。2 0 ％之间，灰分小于1 5 ％，计算的低位发热量‘3 1 大 于2 7W k g ，全硫含量小于1 ％，根据G B ／T 5 7 5 1 2 0 0 9 [ 4 1 和G B ／T 1 5 2 2 4 2 0 1 0 ‘53 属于低灰、低硫、高热值 的烟煤，可作为优质动力煤使用。由两个煤样的分析 结果对比可知，1 4 煤样的灰分比3 。煤样高6 ．6 4 个百分 点，固定碳和碳元素含量分别低8 ．7 2 个百分点和8 ．1 3 个百分点，这是由1 。煤样的无机矿物质含量较高导致 的，其它指标如挥发分、水分、发热量以及氢、氧和氮的 含量均相近。 3 ．4 原煤及其煤灰X R D 衍射分析 原煤和煤灰x R D 衍射分析结果见图3 。 2 拶“。1 图3 原煤及其煤灰X R D 衍射分析 a 1 。煤样； b 3 ’煤样； c 1 4 煤灰； d 3 。煤灰 对比图3 a 和3 b 的碳原子面网 0 0 2 衍射峰 可知，3 ’煤样的衍射峰比1 4 煤样高，而且尖锐，说明3 。 煤样的变质程度比1 4 煤样高。这是因为随着煤变质 程度的不断提高，煤的结构转变得越来越接近石墨结 构，因而碳原子之间的距离越来越小，微晶的延展度 工。和堆砌度￡。却不断扩大MJ 。1 4 煤样的矿物组成以 方解石为主，有少量石英，3 。煤样的矿物组成以石英为 主。这与无机显微组分的结果吻合。另外，煤灰的矿 物组成分别与原煤相同。 3 ．5 常量和微量元素特征 煤中常量和微量元素含量见表3 。由表3 可知，1 4 煤样的钙含量是3 ”煤样的2 0 倍，进一步证明了1 。煤 样中方解石含量较高。与我国及世界煤中微量元素的 均值进行比较可知，1 。煤样以具有相对高含量的M n 、 c d 、B e 为特征，B e 含量为1 4 斗g ／g ，与中国煤中均值相 比，富集系数为6 ．6 4 ，煤灰中B e O 含量将富集到2 7 4 斗g ／g ；3 。煤样以具有相对高含量的Y 、C d 为特征，Y 含 量为9 5 斗g ／g ，与中国煤中均值相比，富集系数为5 ．2 ， 煤灰中Y 0 ，含量将富集到32 0 6 g ／g ；1 4 煤样的B e 和3 ’煤样的Y 有一定综合利用潜能；l 。和3 ’煤样的C d 含量均为1 斗g ／g ，与中国煤中均值相比，富集系数为 4 ，煤灰中c d O 含量将分别富集到8 ．0 7 斗∥g 和1 5 ．1 9 斗g ／g ，在煤炭洗选、加工和转化中存在潜在的环境危 害；但1 4 和3 ”煤样中大部分微量元素的含量都处于我 万方数据 6 0 矿冶工程第3 4 卷 星窭兰慧鞭范酡札r 黼帕髓碟普4 结语 遍高于3 ’煤样。 。 ；口旧 表3 煤中常量和微量元素含量 女 含量／ g g ‘1 兀素1 丽雨丽磊■百画寿面F 砑丽面活丌 1 单位为％。 1 4 煤样和3 ”煤样的宏观煤岩类型分别是半暗煤和 半亮煤，都以条带状构造为主，存在碎裂和碎粒结构， 层状构造。镜下透射光光性特征表明两个煤样的变质 程度较高，以镜质组为主，1 ”煤样可观察到丝质体和藻 屑壳质组，而3 4 煤样未观察到惰质组和壳质组，3 4 煤样 的变质程度比1 ”煤样高。结合镜下无机组分特征和 x R D 衍射结果，1 8 煤样无机矿物质含量较高，以方解 石和石英为主，3 。煤样仅有少量的石英矿物。两煤样 都属于低灰、低硫、高热值的烟煤，可作为优质动力煤 使用。两煤样中微量元素M n 、c d 、B e 、Y 含量高于我 国及世界煤中均值，B e 和Y 有一定的综合利用潜能， C d 存在潜在的环境危害，在煤炭洗选、加工和转化中 需要重视。1 。煤样中的微量元素普遍高于3 4 煤样，这 可能与1 8 煤样的无机矿物质含量较高、微量元素主要 赋存于无机矿物质中有关。 参考文献 [ 1 ] 唐显贵．贵州省煤炭资源赋存规律[ J ] 4 0 5 卜5 ． [ 2 ] 胡仕俸．金佳矿井生产能力浅析[ J ] 2 9 “一6 5 ． [ 3 ] 解维伟．煤化学与煤质分析[ M ] ．北京 [ 4 ]G B ／T 5 7 5 卜2 0 0 9 ，中国煤炭分类[ s ] ． [ 5 ] G B ／T 1 5 2 2 4 2 0 1 0 ，煤炭质量分级[ s ] ． 煤田地质与勘探，2 0 1 2 矿业安全与环保，2 0 0 2 冶金工业出版社，2 0 1 2 [ 6 ] 王丽，张蓬洲．煤的x R D 的结构分析[ J ] ．煤炭转化，1 9 9 7 ，2 0 1 5 0 5 3 ． [ 7 ] D a isF ，R e nD Y ，c h o uc L ，e ta 1 ．G e o c h e m i s t r yo f t r a c ee l e m e t s i n C h i n e s ec o a l s ar e v i e wo fa b u n d 锄c e s ， g e n e t i ct y p e s ， i m p a c t so n h u m a I lh e a l t h 卸di n d u s t r i a lu 叫z a t i o n [ J ] ．e m a t i o n a lJ o u m a l0 f C o a lG e o l o g y ，2 0 1 2 ，9 4 3 2 1 ． [ 8 ] K e t r i sMP ，Y u d o v i c hYE ．E s t i m a t i o n so fc l a r k e sf o rc a r b o n a c e o u s b j o l i 山e 8 w o r l da v e r a g ef o rt r a c ee l e m e n 【c o n t e n t si nb l a c ks h a l e sa I l d c o a l s [ J ] ．I n t e m a t i o n a lJ o u m a lo fc o a lG e o l o g y ，2 0 0 9 ，7 8 1 3 5 ～1 4 8 ． ，⋯⋯一V ’’、 ，，r V V V V 、 _ ，，v 、，v v ～～、 ，，v v v ～～～～ ，，v v v 、，v ～、 ，，，_ v v ～～ ，_ - ，v v v ～～ - 一 上接第5 6 页 [ 6 ] 李来顺，刘三军，朱海玲，等．云南某氧化铅锌矿选矿试验研究[ 8 ]孙传尧．当代世界的矿物加工技术与装备第十届选矿年评 [ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 3 6 9 7 3 ． [ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 6 ． [ 7 ]刘军．氧化铅锌矿选矿新技术[ J ] ．矿业快报，2 0 0 6 1 0 2 6 一[ 9 ] 杨玉珠．石柱难选氧化锌矿石选矿工艺研究[ J ] ．有色金属 选矿 2 9 ． 部分 ，2 0 0 9 3 5 9 ． 万方数据