尚海軍　戚樹林（新疆地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目管理中心　烏魯木齊　830002　山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院　濟(jì)南　250014）

新疆昭蘇煤田切特木斯井田主采煤層煤質(zhì)特征分析

尚海軍①戚樹林②
（①新疆地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目管理中心烏魯木齊830002②山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院濟(jì)南250014）

新疆昭蘇煤田切特木斯井田含煤地層為侏羅系西山窯組（J2x），煤系平均總厚約386.48m，全區(qū)查明資源量8 709萬噸。本文通過對(duì)切特木斯井田煤層煤質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)了本區(qū)侏羅系西山窯組（J2x）主采煤層的煤質(zhì)特征及變化規(guī)律，對(duì)其工業(yè)用途進(jìn)行了簡(jiǎn)要評(píng)述，探討了煤炭綜合利用及深加工的思路，為煤炭資源開發(fā)利用提供參考。

切特木斯煤質(zhì)特征工業(yè)用途

1　勘查區(qū)概況

切特木斯井田位于新疆維吾爾自治區(qū)昭蘇縣東北約30km處，行政區(qū)劃隸屬昭蘇縣烏宗布拉克鄉(xiāng)，南距特克斯-昭蘇公路10km，有簡(jiǎn)易公路相通，交通條件便利。井田內(nèi)西北部地表起伏不平，東南部較平坦，多被第四系覆蓋，總體地勢(shì)北高南低，屬低-中山地貌。

井田含煤地層為侏羅系西山窯組（J2x），煤系平均總厚約386.48m。共含煤7層，自上而下編號(hào)為1～7號(hào)煤層，各煤層層位穩(wěn)定，幾乎沒有分岔現(xiàn)象（圖1）。其中3號(hào)、5號(hào)煤層是本區(qū)主要可采煤層，分別占可采煤層總厚的25.2%、15.9%。全井田共查明資源量8 709萬噸，主要可采煤層查明資源量4 342萬噸。

2　煤的物理性質(zhì)及煤巖特征

2.1煤的物理性質(zhì)

本井田各可采煤層的煤粉顏色肉眼觀察多為灰黑、黑褐色等，瀝青光澤，條痕為褐黑色，斷口參差狀、貝殼狀，節(jié)理不發(fā)育，煤的真相對(duì)密度（TRD）在1.51～1.66 t/m3，視相對(duì)密度（ARD）為1.28～1.39 t/m3。

2.2煤巖特征

2.2.1宏觀煤巖特征

圖1　西山窯組煤層編號(hào)示意圖

本區(qū)煤層宏觀煤巖特征：煤巖組分以暗煤為主，絲炭次之，局部夾鏡煤條帶；煤巖類型以半暗煤、暗煤為主；煤巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造為細(xì)中條帶狀結(jié)構(gòu)、均一結(jié)構(gòu)，水平層理，塊狀構(gòu)造。

2.2.2微觀煤巖特征

井田內(nèi)各煤層顯微組分組平均總量很高（表1），為81.40%～88.70%。含礦物基以粘土類為主，次為硫化物和碳酸鹽類。去礦物基中的鏡質(zhì)組含量較高，為5.70%～66.70%，惰質(zhì)組為32.90%～89.20%，殼質(zhì)組為0.30%～0.70%。

表1　各煤層顯微煤巖特征一覽表

3　煤質(zhì)特征

3.1工業(yè)分析

3.1.1水分（Mad）

各煤層煤的原煤分析基水分（Mad）在2.90%～14.36%之間，平均值為6.87%～8.14%。各煤層浮煤水分在4.38%～9.99%之間，平均值為6.23%～7.05%。煤系剖面由下而上，原煤水分有明顯增高的趨勢(shì)。

3.1.2灰分（Ad）

3號(hào)煤層原煤灰分含量為8.57%～38.54%，平均17.84%，屬中灰煤（MA）；平面分布上，3號(hào)煤層在ZK303鉆孔為特低灰煤，由東北往西南灰分逐漸增高，呈現(xiàn)特低灰煤-低灰煤-中灰煤-高灰煤的增長趨勢(shì)。

5號(hào)煤層原煤灰分含量為7.57%～29.41%，平均20.33%，屬中灰煤（MA）；平面分布上，5號(hào)煤層在ZK1601鉆孔為特低灰煤，由東北往西南灰分逐漸增高，呈現(xiàn)特低灰煤-低灰煤-中灰煤-中高灰煤的增長趨勢(shì)。

各煤層原煤經(jīng)1.4密度液洗選后，浮煤灰分大幅度降低，綜合平均值為6.01%～7.20%，脫灰率為31%～50%。

3.1.3揮發(fā)分（Vdaf）

1、2、3、4、5、6號(hào)煤層原煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率平均變化于32.34%～36.88%之間，按《煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T849-2000），屬中高揮發(fā)分煤（MHV）。

3.2元素分析

煤的可燃質(zhì)由多種碳、氫化合物和其它有機(jī)物組成。其主要化學(xué)元素為碳、氫、氧、氮、硫。

碳（Cdaf）：碳是煤中主要的可燃元素。3號(hào)煤層碳浮煤含量在76.14%～81.78%之間，平均79.60%；5號(hào)煤層碳浮煤含量在77.30%～79.79%之間，平均78.13%。

氫（Hdaf）：3號(hào)煤層氫浮煤含量在3.43%～4.39%之間，平均3.78%；5號(hào)煤層氫浮煤含量在4.34%～5.22%之間，平均4.73%。

氮（Ndaf）：3號(hào)煤層氮浮煤含量在0.78%～1.10%之間，平均0.85%；5號(hào)煤層氮浮煤含量在0.78%～1.04%之間，平均0.85%。

氧（Odaf+Sdaf）：3號(hào)煤層氧浮煤含量在13.93%～18.65%之間，平均15.78%；5號(hào)煤層氧浮煤含量在14.82%～17.05%之間，平均16.28%。

3.3煤中有害元素

3.3.1全硫（St，d）和各種形態(tài)硫（Ss，d、Sp，d、So，d）

3號(hào)煤層全硫含量為0.21%～1.46%，平均0.55%，屬低硫煤（LS）。3號(hào)煤層在ZK1202鉆孔硫分最高，ZK601、ZK303鉆孔硫分最小，整體大致呈由西南往東北逐次降低之趨勢(shì)。

5號(hào)煤層全硫含量為0.18%～1.24%，平均0.59%，屬低硫煤（LS）。5號(hào)煤層在ZK001鉆孔硫分最高，ZK601、ZK303鉆孔硫分最小，整體大致呈由東北往西南方向逐次降低之趨勢(shì)。

煤中硫分由硫酸鹽硫（Ss，d）、硫化鐵硫（Sp，d）和有機(jī)硫（So，d）組成，其中以硫化鐵硫和有機(jī)硫?yàn)橹?，綜合平均值分別為0.11%～0.35%和0.24%～0.51%，其次為硫酸鹽硫，綜合平均值為0.003%～0.01%。

3.3.2磷分（Pd）

3號(hào)煤層原煤磷分含量為0.002%～0.028%，平均0.008%，屬特低磷煤（SLP）。5號(hào)煤層原煤磷分含量為0.002%～0.012%，平均0.006%，屬特低磷煤（SLP）。

3.3.3氯（Cld）

3號(hào)煤層原煤氯含量為0.018%～0.074%，平均0.043%，屬特低氯煤（SLC1）。5號(hào)煤層原煤氯含量為0.022%～0.082%，平均 0.045%，屬特低氯煤（SLC1）。作為動(dòng)力及液化用煤不會(huì)腐蝕鍋爐、高壓容器及管道。

3.3.4砷（As，ad）

3號(hào)煤層砷綜合平均值為4.23 μg/g，5號(hào)煤層砷綜合平均值為4.33 μg/g，屬二級(jí)含砷煤（ⅡAs）。符合釀造和食品加工業(yè)要求煤中砷含量不得超過8 μg/g的質(zhì)量要求。

3.3.5氟（Fad）

煤燃燒時(shí)氟幾乎全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物排放到大氣中，然后固定在土壤或流水中，生長在高氟土壤中的植物則會(huì)通過根部吸收氟化物，人或牲畜則會(huì)食用高氟食物或飲用高氟水而中毒。各煤層中的氟平均含量在54～63 μg/g之間，按《煤中氟含量分級(jí)》（MT/T966-2005），屬特低氟煤（SLF）。

各煤層一般煤質(zhì)特征在垂向上的變化見圖2。

4　煤的工藝性能

4.1發(fā)熱量（Qgr，d）

圖2　各煤層主要煤質(zhì)指標(biāo)垂向變化示意圖

3號(hào)煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）變化于17.81～27.49mJ/kg之間，平均24.36mJ/kg，屬中熱值煤（MQ）。

5號(hào)煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）變化于17.02～27.46mJ/kg之間，平均23.72mJ/kg，屬中熱值煤（MQ）。

4.2粘結(jié)性

各煤層煤的粘結(jié)性指數(shù)（GR.I）測(cè)定為0，焦渣特征為2。表明本區(qū)為不粘結(jié)煤。

4.3低溫干餾（Tar，d）

焦油產(chǎn)率（Tar，d）：1號(hào)煤層焦油產(chǎn)率在3.60%～12.00%之間，平均值為7.13%，屬富油煤。2號(hào)煤層、3號(hào)煤層、4號(hào)煤層、5號(hào)煤層、6號(hào)煤層焦油產(chǎn)率在1.00%～14.60%之間，綜合平均值為2.74%～5.99%，屬含油煤。

4.4煤灰成分與煤灰熔融性特征

4.4.1煤灰成分

各煤層煤灰成分特點(diǎn)是碳酸鹽類及粘土類含量高，其次為硫化物類。堿性氧化物Fe2O3+CaO+MgO 為8.56%～51.54%，F(xiàn)e2O3和CaO綜合平均值分別為7.67%～12.34%和4.48%～12.65%。MgO含量綜合平均值為2.20%～5.64%。酸性氧化物SiO2+Al2O3為 41.17%～85.17%，SO3綜合平均值為3.56%～8.90%。酸性氧化物TiO2綜合平均含量為0.72%～0.87%。

4.4.2煤灰熔融性

煤灰熔融性是動(dòng)力用煤的主要指標(biāo)，是固態(tài)排渣爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)，也是判斷灰分結(jié)渣的重要數(shù)據(jù)之一。

3號(hào)煤層煤灰熔融性軟化溫度ST為1180～1360℃，平均1 253℃，屬中等軟化溫度灰（RMST）。5號(hào)煤層煤灰熔融性軟化溫度ST為1 270～1 320℃，平均1295℃，屬中等軟化溫度灰（MST）。

3號(hào)、5號(hào)煤層煤灰熔融性平均流動(dòng)溫度FT為1 307～1 380℃，屬中等流動(dòng)溫度灰（MFT）。

4.5煤的氣化指標(biāo)

4.5.1煤的抗碎強(qiáng)度（SS）

各煤層自由落下大于25mm粒級(jí)：3號(hào)煤層變化于26.30%～67.60%之間，平均為50.80%，屬中強(qiáng)度煤；5號(hào)煤層變化于29.10%～49.90%之間，平均為39.50%，屬低強(qiáng)度煤。

4.5.2煤的熱穩(wěn)定性（TS）

將粒度6～13mm干燥煤樣在850℃電爐中加熱30min，取出冷卻后測(cè)得大于6mm殘焦占各級(jí)殘焦重量（TS+6）3號(hào)煤層為30.8%～52.4%，平均43.07%，屬較低熱穩(wěn)定性煤（RLTS）；5號(hào)煤層為26.3%～50.5%，平均38.80%，屬低熱穩(wěn)定性煤（LTS）。

4.5.3煤灰結(jié)渣性（Clin）

本次工作采取2號(hào)煤層煤灰結(jié)渣性試驗(yàn)樣1個(gè)，3號(hào)煤層煤灰結(jié)渣性試驗(yàn)樣2個(gè)，5號(hào)煤層煤灰結(jié)渣性試驗(yàn)樣2個(gè)，6號(hào)煤層煤灰結(jié)渣性試驗(yàn)樣1個(gè)（表2）。根據(jù)測(cè)試成果表明，各煤層結(jié)渣率（Clin）大多小于5%，屬難結(jié)渣煤。

表2　煤灰結(jié)渣性試驗(yàn)成果表

4.6煤的可磨性（HGI）

煤的哈氏可磨性指數(shù)是評(píng)價(jià)粉煤鍋爐用煤成粉難易程度的重要參數(shù)。該指標(biāo)與煤的細(xì)度、水分和粒度等相關(guān)。1、2、4、5、6號(hào)煤層哈氏可磨性指數(shù)綜合平均值在87.67～97.0之間，按《煤的哈氏可磨性指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T852-2000），屬易磨煤（EG）。3號(hào)煤層哈氏可磨性指數(shù)綜合平均值為108，屬極易磨煤（UEG）。

4.7腐植酸（HA，d）

2號(hào)煤層腐植酸含量為11.2%，3、5號(hào)煤層腐植酸含量為7.2%～37.5%，平均9.10%～18.03%，屬低腐植酸煤。

4.8透光率（PM）

透光率（PM）為確定煙煤或褐煤的分類指標(biāo)。測(cè)試表明，本區(qū)各煤層透光率在90%～100%之間，透光率高，為煙煤類。

5　煤炭分類

按《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》（GB5751-86）劃分，以表示煤化程度的干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf%）產(chǎn)率和粘結(jié)指數(shù)（GR.I）為主要分類指標(biāo)，膠質(zhì)層厚度（Ymm）、透光率（PM）為輔助指標(biāo)，本區(qū)煤類劃分結(jié)果為：各煤層均以不粘煤（31BN）為主。另有少量鉆孔為長焰煤（CY41）及不粘煤（21BN），多呈孤立點(diǎn)分布。

3號(hào)煤層以不粘煤（31BN）為主。ZK1601鉆孔、TC4探槽為長焰煤（CY41），均呈孤立點(diǎn)分布。

5號(hào)煤層以不粘煤（31BN）為主。ZK003、ZK601、ZK603、ZK801、ZK1201鉆孔及TC4槽探為長焰煤（CY41），呈孤立點(diǎn)分布。

6　結(jié)論

通過以上分析，本區(qū)各煤層水分含量較低，屬低灰-中灰、中高-高揮發(fā)分、特低-低硫、中-高熱值、中等軟化溫度灰、易磨-極易磨、含油-富油煤，本區(qū)各煤層的揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰分、硫分、水分、煤灰熔融性軟化溫度、煤的哈氏可磨性等指標(biāo)均符合火力發(fā)電廠固態(tài)排渣煤粉鍋爐用煤質(zhì)量（GB/T7562-1998）要求。各煤層灰分、揮發(fā)分、硫分和發(fā)熱量均符合水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量（GB/T7563-2000）要求。本區(qū)煤炭為良好的動(dòng)力燃料用煤、氣化用煤和制備煤漿用煤等。

［1］溫廷中，顏玉坤，高艷.袁店井田煤質(zhì)特征及工業(yè)用途評(píng)述［J］.煤質(zhì)技術(shù)，2008，（3）：22-24.

收稿：2016-03-15

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.019