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第 35 卷第 3 期煤 质 技 术Vol. 35 No. 3 2020 年 5 月COAL QUALITY TECHNOLOGYMay 2020 移动阅读 杨瑞琴, 唐显贵. 贵州省大方县渣萍煤矿煤质特性分析 [J]. 煤质技术, 2020, 35 3 57-61. YANG Ruiqin, TANG Xiangui.Analysis of coal quality characteristics of Zhaping coal mine in Dafang county of Guizhou province [J]. Coal Quality Technology, 2020, 35 3 57-61. 贵州省大方县渣萍煤矿煤质特性分析 杨瑞琴, 唐显贵 贵州省煤田地质局一七四队, 贵州 贵阳 552100 摘 要 对矿区煤炭资源储量的统计以及对其煤制特性的评价, 可为矿区煤炭的后续加工与利用 提供科学依据和数据支撑。 通过对渣萍煤矿勘探工作取得的现场数据、 采样后的室内检测数据以 及搜集邻矿区可采用资料的基础上进行数据整合、 梳理、 分析, 系统阐述了主要可采煤层的煤质 特性及其变化规律, 并对煤种进行分类以及提出工业用途。 结合矿区概况、 煤岩类型分析可知 渣坪煤矿位于大方县北东方向, 面积 6． 657 km2, 勘查范围内查明矿区内总资源量为 2 019 万 t, 主要可采煤层为 16 号和 34 号; 矿区煤属于中灰、 低-高硫、 中高发热量、 特低挥发分、 高热稳 定性、 较低软化温度灰、 弱还原性、 中等可磨、 弱结渣性、 中等可选煤等, 煤类大部分为无烟煤 三号。 矿区内可采煤层可用于动力用煤、 民用煤、 火力发电、 冶金喷吹燃料等。 关键词 煤质特性; 渣萍煤矿; 可采煤层; 变化规律; 煤种; 工业用途; 煤岩类型 中图分类号 TD94 文献标志码 A 文章编号 1007-7677 2020 03-57-05 收稿日期 2019-11-11 责任编辑 何毅聪 DOI 10． 3969/ j． issn． 1007-7677． 2020． 03． 011 作者简介 杨瑞琴 1984, 女, 河南开封人, 地质工程师, 主要研究方向为煤质研究。 E-mail 854994636 qq． com Analysis of coal quality characteristics of Zhaping coal mine in Dafang county of Guizhou province YANG Ruiqin, TANG Xiangui 174 Team of Guizhou Coalfield Geological Bureau, Guiyang 552100, China Abstract The statistics of coal resource reserves in the mining area and the uation of its coal characteristics can provide scientific basis and data supports for the subsequent processing and utilization of coal in the mining area. Based on the on-site data obtained from the exploration work of Zhaping coal mine, the indoor detection data after sampling, and the data from neighbor mining area that can be used, the data integration, sorting, and analysis were done, the coal quality characteristics and changing law of main workable were systematically demonstrated, the clas- sification of coal type was done, and the industrial path was proposed. Combined with the overview of the mining ar- ea, the type of coal rock, it can be seen that the Zhaping coal mine is located in the northeast direction of Dafang county, with an area of 6． 657 km2, the total resources in the mining area are 2019 ten thousands tonne, the main recoverable coal seams are No． 16 and No． 34; coal in the mining area belongs to medium ash, low-high sulfur, me- dium high calorific value, extra-low volatile matter, high thermal stability, lower softening temperature ash, weak- en reduction, moderate grindability, weak slagging, medium selectable coal. Most of the coal is anthracite No． 3. The mineable coal seam can be used for power coal, civil coal, thermal power generation, metallurgical injection fuel. Key words coal quality characteristics; Zhaping coal mine; recoverable coal seams; change laws; coal types; industrial use; coal rock types 煤 质 技 术 2020 年第 35 卷 0 引 言 国内很多学者针对不同地区煤质相关研究, 得 到各有侧重的研究结论。 权巨涛等提出, 通过分析 硫分、 灰分、 煤岩组分与成煤环境的关系, 得出成 煤环境状况[1-2]; 秦建强等通过煤质特征分析, 得 出无烟煤是良好的动力用煤, 也可作为气化用煤的 结论[3-5]; 贺军等通过分析煤岩、 煤质特征, 初步 评价了该区煤炭液化性能[6-10]; 韩忠勤[11]通过对 煤层煤质特征分析, 提出 3 号无烟煤煤炭适合用作 动力煤和燃料煤; 石瑛[12]指出煤田地质勘探中煤 质研究和评价具有重要的意义; 斐文春[13]阐述野 外进行天然焦与煤质研究的工作方法, 确定其区分 参数特征; 张锋青[14]详细解读通过改变采煤工艺 和掘进工艺以严格控制商品煤中的水分和灰分的具 体研究。 对于某个矿区的研究, 仅统计煤炭资源储 量[15]远远不够, 还需对其煤制特性进行详细评 价, 为煤炭后续加工、 利用提供科学依据和数据支 撑。 在渣萍煤矿煤炭设计、 定钻、 打钻、 取样、 送 样、 化验, 以及利用临矿区资料的基础上对数据进 行整合、 梳理, 取得该煤质的物理性质、 煤岩类 型、 变质程度、 水分、 灰分、 硫分、 挥发分、 发热 量、 煤灰成分、 热稳定性、 煤灰融熔性、 煤的可选 性、 煤的分类等评价结果, 可为煤炭开采、 加工利 用提供技术支持。 1 概 况 渣坪煤矿位于大方县北东方向, 属于黔北小 区。 勘查区行政所在地隶属于大方县凤山彝族蒙古 族乡管辖, 面积 6． 657 km2, 勘查范围查明矿区内 总资源量为 2 019 万 t。 含煤地层主要为晚二叠系上统龙潭组 P3l, 系典型的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积。 平均厚度为 68． 25 m, 含 2 16 层煤, 一般 8 层, 煤的总厚度为 2． 20 m 13． 51 m, 平均7． 02 m, 含 煤系数平均为 10． 28。 整个矿区 16 号和 34 号煤 层为煤可采。 2 煤的物理性质 煤的颜色为深灰色或黑色, 主要呈块状及碎块 状, 似金属光泽, 其次是沥青光泽和油脂光泽; 参 差状断口; 内、 外裂隙发育并填充方解石细脉。 偶 见 透 镜 状 黄 铁 矿 结 核。 煤 体 视 相 对 密 度 为 1． 46 t/ m31． 67 t/ m3, 全区平均为 1． 56 t/ m3。 煤 层质软, 可手工粉化或造粒。 3 煤岩类型 3． 1 宏观煤岩类型 宏观煤岩类型较简单, 以亮煤为主、 暗煤次 之, 夹少量丝炭。 16 号和 34 号煤层均为半暗半 亮型。 3． 2 显微煤岩组分 1 有机组分 有机组分包括镜质组和惰质 组。 有机总量为 79． 30 90． 90, 平均值为 85． 10。 ① 镜质组 常见基质镜质体及透镜状、 细条带状均质镜质体, 少量碎屑镜质体及结构镜质 体, 亦见团块镜质体, 偶见胶质镜质体。 含量在 60． 15 62． 50, 平均值为 61． 33。 ② 惰质 组 多数为氧化丝质体、 半丝质体, 次为碎屑丝质 体, 少量微粒体, 偶见分泌体。 含量在 27． 15 35． 30, 平均值为 31． 23。 2 无机组分 无机组分主要以粘土矿物和 石英为主, 其中粘土类矿物多为细条带状、 浸染状 产出, 部分呈细分散状、 斑点状散布于基质镜质体 中; 石英多呈细粒状、 微细粒状散布于基质镜质体 中, 局部细粒间相聚集; 黄铁矿次之, 呈微粒状、 星点状、 细粒状分布, 结核状产出, 少量充填胞 腔; 部分方解石, 呈细脉状充填于煤层裂隙中。 3． 3 煤的变质程度 渣萍煤矿 16 号和 34 号煤层的煤岩特性详见 表 1。 表 1 渣萍煤矿主要可采煤层煤岩特征 Table 1 Mean value of coal rock characteristics of main coal seam for Zhaping coal mine 煤号 有机组分/ 镜质组惰质组 无机组分/ 黏土类硫化物类碳酸盐类氧化物类 有机总 量/ 无机总 量/ 镜质体最大反 射率Romax / 煤化 程度 变质 阶段 1662． 5027． 151． 502． 2017． 0079． 3020． 703． 16高煤级煤ⅠⅨ 3460． 1535． 301． 003． 304． 800． 0090． 909． 103． 26高煤级煤ⅠⅨ 全区61． 3331． 230． 502． 403． 508． 5085． 1014． 903． 21高煤级煤ⅠⅨ 85 第 3 期杨瑞琴等 贵州省大方县渣萍煤矿煤质特性分析 从表 1 数据可知, 煤层镜质体最大反射率为 3． 16 3． 26, 平均值为 3． 21, 煤的变质阶 段为Ⅸ阶段, 变质程度属于高煤级煤Ⅰ。 4 煤质特征 4． 1 水分 经 30 个煤样测试, 可知原煤空气干燥基水分 为 0． 68 3． 91, 平均值为 1． 70。 井田以 34 号煤 层 最 低, 为 1． 55; 16 号 煤 层 最 高, 为 2． 05。 浮煤空气干燥基水分为 0． 60 2． 60, 平均值为 1． 27。 4． 2 挥发分 挥发分含量随埋藏深度的增加而减少, 此与成 煤条件紧密相关, 即埋藏深度越深、 成煤条件越 好、 煤化程度越高, 挥发分含量越低。 202、 203 和301 钻孔中的34 号煤挥发分含量分别为8． 26、 8． 22和 8． 01, 结果表明 34 号煤层的挥发分与 煤化程度变化趋势一致。 整个矿区挥发分含量为 6． 07 13． 09, 平均值为 9． 30, 为特低挥发 分 SLV 煤。 4． 3 灰分和硫分 1 灰分平面变化特征。 ①16 号煤层 灰分 在横向上的变化比较简单, 除个别点外, 北东方向 上灰分较低, 为 13． 40 18． 19, 属低灰煤。 一般情况下, 同一煤层或同一钻孔中的不同煤层, 其结构复杂且煤层灰分高于单一煤层, 如 303 钻孔 中的 16 号煤层。 厚而稳定的煤层灰分通常较低, 如 101 钻孔中 16 号煤层。 16 号煤层灰分和硫分等 值线图如图 1 所示。 ②34 号煤层 灰分在横向上 的变 化 无 明 显 规 律。 区 内 北 部 灰 分 较 低, 为 14． 19 16． 50, 属低灰煤。 除个别点外, 其余 地区灰分为 20． 63 26． 80, 为中灰煤。 全区 灰分平均值为 22． 82, 为中灰煤。 34 号煤层灰分 和硫分等值线图如图 2 所示。 2 硫分平面变化特征。 ①16 号煤层 煤中 硫分呈不规则带状分布, 总硫含量偏低, 平均值为 0． 51, 为低硫煤。 矿区南西部, 硫分特低, 均小 于 0． 50, 为特低硫煤; 区内北东方向, 硫分变 化范围为 0． 50 1． 00, 特殊点为 1． 01 2． 00。 硫分横向变化特征为 由南西向北东方向 逐渐增大; 该煤层位于下三角洲平原的潮间及沼泽 沉积环境中, 硫分总体偏低。 ②34 号煤层 煤层 中硫分呈不规则带状分布, 总体硫分偏高, 平均值 为 3． 51, 属高硫煤。 该矿区中心部位分布有中 高硫煤及少部分中硫煤; 区内西部和东部地区均分 图 1 16 号煤层灰分和硫分等值线图 Fig． 1 Contour map of ash and sulfur in No． 16 coal seam 图 2 34 号煤层灰分和硫分等值线图 Fig． 2 Contour map of ash and sulfur in No． 34 coal seam 布为高硫煤, 特殊点高达 4． 75。 硫分横向变化 趋势为 硫分由中部分别向四周逐渐增大; 受泻湖 潮坪沼泽沉积环境的影响, 34 号煤层硫分产率 较高。 ③总硫与无机硫呈正相关关系, 相关系数为 0． 79, 其中 原 煤 中 的 无 机 硫 化 铁 硫 占 总 硫 的 77． 63, 硫酸盐硫占总硫产率的 0． 91, 有机硫 占总硫产率的 21． 46。 一般情况下, 全硫高的煤 层, 无机硫也偏高。 由此可见, 煤层中的硫易洗选 和脱除。 4． 4 元素分析 从 9 个浮煤元素分析结果得到, 其浮煤碳含量 为 89． 26 93． 44, 平均值为 92． 27; 氢含量 为 2． 71 3． 83, 平均值为 3． 24; 氮含量为 0． 66 1． 24, 平均值为 0． 94; 氧加硫含量 为 2． 33 7． 18, 平均值为 3． 73。 4． 5 发热量 渣萍煤矿 16 号和 34 号煤层的发热量见表 4。 从表 4 数据可知, 渣萍煤矿原煤干燥基高位发热 量 Qgr,d 为 22． 31 MJ/ kg 30． 78 MJ/ kg, 平均值 95 煤 质 技 术 2020 年第 35 卷 表 4 渣萍煤矿可采煤层发热量统计表 Table 4 Statistical table of calorific value of the coal seam in Zhaping coal mine 煤层1634 原煤/ MJkg -1 Qgr,d27． 0926． 81 Qnet,d 26． 5726． 30 浮煤/ MJkg -1 Qgr,d31． 8532． 11 质量分级 中 高 发 热 量 MHQ 中 高 发 热 量 MHQ 26． 89 MJ/ kg。 原煤干燥基低位发热量 Qnet,d 为 21． 90 MJ/ kg 30． 24 MJ/ kg, 平均值 26． 38 MJ/ kg。 浮煤干燥基高位发热量 Qgr,d 为 31． 37 MJ/ kg 32． 79 MJ/ kg, 平均值 32． 06 MJ/ kg。 矿区内 16 号 和 34 号煤层均为中高发热量煤 MHQ。 4． 6 煤灰成分 煤灰成分中, 含量最高的是 SiO2, 其次是 Al2O3和 Fe2O3, 其它成分较少。 横向上, 煤灰成 分的变化为 由北到南、 SiO2含量由四周到中间 逐渐减小, Fe2O3含量逐渐增加; 随着煤层灰分含 量的增加, SiO2含量比 例 增 高, 而 CaO、 MgO 和 SO3含量相应减少; CaO 和 MgO 含量呈正相关 关系, 随着 CaO 含量的增加, MgO 含量相应增加, 由于普遍存在这种相关关系, 因此估计两者经常存 在于 同 一 种 矿 物 内, 如 白 云 石。 根 据 相 关 分 析, SiO2与 Fe2O3之间有非常明显的负相关, 纵向 上, SiO2 Al2O3 含量以 16 号煤层较高, 平均 值为 80． 92, 34 号煤层平均值为 63． 31。 34 煤 层中 Fe2O3、 CaO 和 MgO 的 总 含 量 较 高, 约 24． 16, 16 号煤层较低, 为 7． 58。 煤灰成分的组成与含量见表 5。 从表 5 数据可 知 煤灰成分中以 SiO2、 Al2O3、 Fe2O3为主, 三 者累计含量占煤灰成分的 70． 77 90． 38; 煤 灰成分中还含有含量很少的 K2O、 Na2O、 MnO2、 TiO2、 SO3等物质。 表 5 渣萍煤矿煤灰成分统计 Table 5 Statistics of coal ash composition in Zhaping Coal Mine 全区 煤灰成分 SiO2Al2O3Fe2O3 CaOMgO SO3TiO2K2ONa2OMnO2 最小值32． 2418． 030． 220． 870． 440． 330． 811． 020． 750． 019 最大值62． 7527． 6215． 4018． 124． 429． 102． 056． 213． 210． 199 平均值44． 8323． 2810． 767． 341． 543． 511． 232． 771． 880． 089 4． 7 煤灰熔融性 全区煤层灰熔融性软化温度为 1 222 ℃, 属于 较低软化温度灰。 总的来看, 由南西向北东、 由中 部向四周煤灰熔融性软化温度有降低趋势。 在纵向 上, 煤灰熔融性软化温度集中在约 1 700 ℃。 个别 点 数 据 稍 高, 如 16号 煤 层 的 302钻 孔, 为 1 340 ℃。 软化温度越高, 煤灰越不容易结渣。 由于锅炉设计不同, 对煤灰熔融性温度要求也不 同; 煤灰熔融性温度高低与煤作为燃料及汽化原料 的性能直接相关。 煤灰熔融性温度低, 则煤灰易结 渣, 会增加排渣难度。 4． 8 热稳定性 16 号煤层 TS 6 为 81． 5, 34 号煤层 TS 6 为 84． 7; 全区 TS 6 为 74． 3 90． 2, 平均值为 83． 1。 均为高热稳定性煤, 煤块在高温下能很好 地保持原来的粒度。 4． 9 煤对二氧化碳反应性 温度在 950 ℃ 时的二氧化碳还原率 α 为 18． 8 31． 3, 平均值 23． 1; 在 1 000 ℃时的 二氧化碳还原率 α 为 22． 4 36． 8, 平均值 28． 7。 均属弱还原性煤, 煤对 CO2还原率较低。 4． 10 可磨性 16 号煤层可磨性指数为 61, 34 号煤层可磨性 指数为 64, 均为中等可磨煤。 4． 11 结渣性 当鼓风强度为 0． 1 m/ s 0． 3 m/ s 时, 可采煤 层均为弱结渣煤层。 5 煤的分类及其工业用途 浮煤 Vdaf含量为 5． 45 7． 52, Hdaf含量为 2． 71 3． 83, 仅 有 个 别 测 量 点 含 量 小 于 3． 00, 大部分测定数据集中在 3． 00 4． 00, 由此可判断, 大部分煤层为无烟煤三号, 个别煤层 为无烟煤二号。 根据 GB/ T 164172011 煤炭可 选性评价方法 规定以及简易可选性评价可知, 矿区 34 号煤层属中等可选煤。 综上分析, 该矿区煤种主要为无烟煤三号。 根 据煤质试验资料, 各可采煤层煤质情况为 中灰、 06 第 3 期杨瑞琴等 贵州省大方县渣萍煤矿煤质特性分析 低 高硫分、 特低挥发分、 中高发热量、 较低软化 温度灰、 中等可选煤。 矿区内各可采煤层可用于动力用煤、 民用煤、 火力发电、 一般工业锅炉用煤、 煤化工用煤等; 亦 可用于冶金喷吹燃料、 小型高炉炼铁、 竖式石灰窑 烧制石灰、 水泥回转窑用煤等; 还能作为制造氮肥 的原料, 某些优质的无烟煤可用于制造碳化硅、 碳 极、 碳纤维 宇航器和火箭的结构性材料、 单晶 石墨和碳粒砂等多种碳素材料, 还用来烧制黄磷和 白磷, 制造电石等。 6 结 论 1 渣坪煤矿位于大方县北东方向, 面积 6．657 km2, 勘查范围查明矿区内总资源量2 019 万 t, 16 号和34 号煤层为矿区主要可采煤层。 2 宏观煤岩类型较简单, 以亮煤为主、 暗 煤次之, 夹少量丝炭, 16 号和 34 号煤层均为半暗 半亮型; 有机组分包括镜质组和惰质组, 有机总 量在 79． 30 90． 90, 平均值为 85． 10, 无机 组分主要以黏土矿物和石英为主, 镜质体最大反射 率为 3． 16 3． 26, 平均值为 3． 21; 煤的变 质阶段为Ⅸ阶段, 变质程度属于高煤级煤Ⅰ。 3 各可采煤层煤质情况为 中灰、 低-高 硫、 中高发热量、 特低挥发分、 高热稳定性、 较低 软化温度灰、 弱还原性、 中等可磨、 弱结渣性、 中 等可选煤等; 煤类大部分为无烟煤三号, 个别点为 无烟煤二号。 4 矿区内各可采煤层可用于动力用煤、 民 用煤、 火力发电, 一般工业锅炉用煤, 煤化工用煤 等; 还可用于冶金喷吹燃料、 小型高炉炼铁、 竖式 石灰窑烧制石灰, 水泥回转窑用煤等。 参考文献 References [1] 唐显贵. 贵州省织纳煤田煤质特性分析 [J]. 煤质 技术, 2010, 25 1 11-14. 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