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        神府東勝礦區(qū)煤的基本結(jié)構(gòu)特征及變質(zhì)規(guī)律

        2021-07-21 14:28:42侯家琪康宇鵬
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年14期
        關(guān)鍵詞:鏡質(zhì)東勝煤巖

        侯家琪,黃 婉,馬 穎,康宇鵬

        (陜西省煤田地質(zhì)化驗(yàn)測(cè)試有限公司,陜西 西安 7 100054)

        神府東勝礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)伊金霍洛旗南部和準(zhǔn)格爾旗的西南部至陜西榆林市、神木市境內(nèi),南北長(zhǎng)79.96Km,東西寬14.93~55.32Km,面積2757.28Km2,探明資源量301.69 億噸。煤類為長(zhǎng)焰煤和不粘煤,少部分褐煤(圖1)。

        圖1 神府--東勝礦區(qū)勘探劃分圖

        1 礦區(qū)地質(zhì)概況

        礦區(qū)位于鄂爾多斯臺(tái)向斜的東翼——陜北斜坡上,地層向西傾斜,傾角1°左右。

        礦區(qū)內(nèi)地層由老至新為三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y),侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、中統(tǒng)直羅組(J2z)、安定組(J2a)、白堊系下統(tǒng)洛河組(K1L),新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)、第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙(Q4eol)和沖積層(Q4al)。

        延安組為礦區(qū)含煤地層,含煤8~19 層,多達(dá)31 層,對(duì)比意義15 層,第Ⅴ段含1-2上、1-2、1-2下煤;第Ⅳ段含2-2上、2-2煤;第Ⅲ段含3-1、3-2、3-3煤;第Ⅱ段含4-2、4-3、4-4煤;第Ⅰ段含5-1、5-2、5-3煤,主要可采煤層為1-2、2-2、3-1、4-2、5-2煤。

        補(bǔ)連區(qū)和新廟區(qū)的1-2、2-2、3-1煤層大面積富集,新民區(qū)的4-2、5-2煤層有大面積分布,煤層在其它區(qū)域兼而有之。

        2 煤的煤巖特征

        東勝、神木、大保當(dāng)26 個(gè)煤礦和33 個(gè)鉆孔,147 個(gè)煤巖樣的鑒定及128 個(gè)煤巖類型光片,56 個(gè)宏觀類型薄光片,83 個(gè)全層煤樣煤反光、熒光的煤巖組分分析,定量,鏡質(zhì)組反射率及電子探針分析工作等,煤的煤巖具有以下特征。

        2.1 宏觀煤巖組分和宏觀類型

        2-2、3-1、4-2煤層由煤層頂部至底部依次為亮煤、暗煤、絲炭、鏡煤。1-2、5-2煤巖為暗煤、亮煤、絲炭、鏡煤。絲炭含量高,厚度1mm~5mm。2-2、3-1煤層的中下部及底部鏡煤厚度可達(dá)15cm左右,基本由無結(jié)構(gòu)基質(zhì)鏡質(zhì)體及薄片角質(zhì)體組成。1-2煤層以半暗煤為主,部分暗淡煤,2-2、3-1、4-2煤層以半亮煤為主,次為半暗煤,5-2煤層暗淡煤占優(yōu),部分半暗煤。

        東勝北的唐公溝至高頭窯區(qū)以暗淡煤為主,部分半暗煤。內(nèi)生裂隙不發(fā)育,空氣中煤失去水呈龜裂狀形態(tài),具褐煤特征。神木北部主要以半暗煤、暗淡煤為主,次為半亮煤;神木、大保當(dāng)區(qū)為半暗煤和半亮煤。

        2.2 顯微煤巖組分和顯微類型

        表1 顯微組分定量表明,1-2、5-2煤層鏡質(zhì)組一般小于50%,2-2、3-1、4-2煤層鏡質(zhì)組+半鏡質(zhì)組均大于60%;惰質(zhì)組多大于40%,1-2、5-2煤層大于60%;無機(jī)礦物一般3%左右。說明2-2、3-1煤層活性組分較高,灰分低,1-2和5-2煤層活性組分低,灰分稍高,鏡質(zhì)組相對(duì)比較低,4-2煤層居中。

        表1 主要可采煤層顯微組分定量表

        顯微類型組分定量表明,以微鏡煤、微惰煤為主,微亮煤、微暗煤低,雙組分類型以微鏡惰煤為主,少量微粘土礦化煤和三組分微三合煤等。

        顯微類型組合較單一,1-2、5-2煤層微鏡煤低,微惰煤高,微粘土礦化煤+微黃鐵礦化煤3%左右;2-2、3-1煤層微鏡煤高,微惰煤則低,表明2-2、3-1煤層煤質(zhì)優(yōu)良。

        3 煤的基本結(jié)構(gòu)及紅外光普研究

        3.1 煤的基本結(jié)構(gòu)研究

        為了研究煤的基本結(jié)構(gòu),找到煤中水分高的因素,選取了唐公溝、喇嘛寺、活雞兔煤巖單一組分樣品,在電子探針1200~8600 倍數(shù)下,煤的表面結(jié)構(gòu)及空隙形態(tài)有下列特征。

        唐公溝煤的絲炭呈薄片透鏡狀,孔隙間的排列比較規(guī)整,多孔而園狀,部分孔受擠壓呈花瓣?duì)睢?讖酱髷?shù)量多。在惰質(zhì)組的半絲質(zhì)體中孔隙、孔徑和數(shù)量相應(yīng)減小。凝膠化基質(zhì)基本呈碎片狀,其間有小孔和微孔賦存。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體中細(xì)胞腔存在較多,腔與腔之間有微細(xì)的通道相連?;铍u兔煤的空隙和孔徑則有不同,絲炭中的孔隙相比唐公溝煤要少很多,并且孔徑要小得多。而喇嘛寺煤的絲炭中的孔隙被壓碎的細(xì)胞腔碎片所填充。喇嘛寺和活雞兔煤的鏡質(zhì)組中有相當(dāng)?shù)某⒖祝ㄆ胀ü鈱W(xué)顯微鏡的無法看到的孔),孔具孤立狀、互不相通。

        研究分析表明,活雞兔及喇嘛寺煤的變質(zhì)程度明顯高于唐公溝煤。而且煤的結(jié)構(gòu)——空隙大量的存在,是神府東勝礦區(qū)煤中水份偏高的主要因素。

        3.2 煤的紅外光譜研究

        詳細(xì)研究了煤的結(jié)構(gòu)組成和變質(zhì)程度。從圖2 清楚地看到煤樣有下列光譜吸收特征。

        圖2 煤的紅外光譜圖

        (1)具有甲基次甲基吸收,是煤的重要化學(xué)結(jié)構(gòu)組成特征,吸收的光密度值與煤的變質(zhì)程度有緊密的相關(guān)性。

        (2)1700cm-1羰基吸收,是煤中固有的含氧官能團(tuán),顯示明顯。

        (3)1610cm-1為芳烴C=C 吸收,是煤的基本結(jié)構(gòu)吸收。

        (4)700~900cm-1芳烴CH 彎曲處振動(dòng)吸收,此吸收明顯不明顯,說明礦區(qū)煤的煤化程度甚低。

        變質(zhì)程度不同對(duì)煤的光譜吸收峰值的不同規(guī)律表明,煤中有機(jī)質(zhì)的變質(zhì)過程具有階段發(fā)展的特性,從褐煤到氣煤、肥煤階段,主要發(fā)生芳核上含氧取代基(主要為OH 基)的減少和消失。

        紅外光譜分析表明:礦區(qū)屬于典型的腐植煤,從700~900cm-1的吸收看,煤核較小,甲基~次甲基鍵短,吸收比較弱。故東勝煤吸收弱,榆神煤吸收相對(duì)較強(qiáng),神北、新民煤吸收居中,表明礦區(qū)煤的變質(zhì)程度低。

        4 煤的變質(zhì)程度及煤類

        4.1 煤的變質(zhì)程度

        煤質(zhì)指標(biāo)鏡質(zhì)組最大反射率在0.410~0.679 之間;揮發(fā)份(Vdaf)32%~41%;灰分(A 的)5%~12%,一般7%左右;水分(Mad)6%~22%;碳(Cdaf)含量70%~83%;氧(Odaf)含量9%~23%;燃料比1.47~2.33。東勝北的唐公溝周邊區(qū)域鏡質(zhì)組反射率小于0.5,透光率(Pm)為46%(Pm 大于為50%為長(zhǎng)煙煤類),發(fā)熱量(Qgr,maf)23.82MJ/kg(長(zhǎng)焰煤大于24.0 MJ/kg),指標(biāo)顯示出褐煤特征,但是發(fā)熱量(Qgr,maf)和透光率(Pm)又臨近長(zhǎng)焰煤的邊界(透光率大于50%屬長(zhǎng)焰煤類),并在鏡下觀察到較多干縮裂紋及大量空隙等,為褐煤至長(zhǎng)焰煤的過度階段。東勝南部的新廟區(qū),反射率為0.410~0.520,透光率(Pm)為66%~70%,雖在長(zhǎng)焰煤變質(zhì)范圍內(nèi),但程度卻很低,屬長(zhǎng)焰煤低變質(zhì)階段。神北及新民區(qū)均屬長(zhǎng)焰煤階段,神木南部的大保當(dāng)區(qū)煤的透光率(Pm)大于82%~92%,元素碳(Cdaf)含量達(dá)78~84%,氫、氮含量顯著增高,說明沉積過程中還原程度相對(duì)增強(qiáng)。煤的碳/氫比表明,沉積區(qū)內(nèi)有機(jī)地化特征及植被質(zhì)料比較一致。

        4.2 煤類

        神木北至東勝南主要為長(zhǎng)焰煤,當(dāng)顯微組分中惰質(zhì)組含量高時(shí)則為不粘煤;東勝以北,有少量褐煤~長(zhǎng)焰煤的過渡類型煤;東勝至神木南主要是長(zhǎng)焰煤及不粘煤。

        5 結(jié)論

        神府東勝礦區(qū)煤的基本結(jié)構(gòu)特征和變質(zhì)程度規(guī)律:①紅外光譜研究表明,東勝煤吸收弱,榆神煤吸收較強(qiáng),神北、新民煤居于其中,表明煤的變質(zhì)程度低;②活雞兔及喇嘛寺煤的變質(zhì)程度明顯高于唐公溝煤。煤的空隙大量存在,是礦區(qū)煤中水份偏高的主要因素;③礦區(qū)煤類主要為長(zhǎng)焰煤,煤中惰質(zhì)組含量高時(shí)多為不粘煤;東勝以北有少量褐煤;東勝至神木以南主要是長(zhǎng)焰煤及不粘煤。

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