許 婷

(1.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068； 2.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054)

我國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)，決定了煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主體地位，過去煤炭在推動社會經(jīng)濟發(fā)展的同時也給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響[1]。隨著生態(tài)文明建設(shè)對能源發(fā)展提出的新要求，煤炭資源的清潔高效利用已成為煤炭工業(yè)發(fā)展的必由之路[2]。而煤巖、煤質(zhì)特征是煤炭研究的基礎(chǔ)，也是評價其清潔利用潛勢及分析其綜合利用方式的關(guān)鍵，本文以榆樹灣煤礦2-2號煤層為研究對象，根據(jù)前期鉆孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)及井下實地采樣分析測試結(jié)果，分析了其煤巖、煤質(zhì)特征，并選取評價因子，對其潔凈等級進行了評價，旨在為該區(qū)煤炭資源的綜合開發(fā)及潔凈高效利用提供依據(jù)。

1 概況

榆樹灣煤礦位于陜西省榆林市北部，榆神礦區(qū)的南部地區(qū)[3-5]，地層劃屬華北鄂爾多斯盆地分區(qū)，區(qū)內(nèi)地層由老至新依次有：三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)，侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)，中統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)，第三系上新統(tǒng)靜樂組(N2j)及第四系中更新統(tǒng)離石組(Q2l)、上更新統(tǒng)薩拉烏素組(Q3s)、全新統(tǒng)風(fēng)積沙(Q4eol)及沖積層(Q4al)。含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，含煤多層，具有對比意義的煤層共10層，主要可采煤層4層，其中2-2、4-3號煤層全區(qū)可采，3-1、5-3上號煤層大部可采。本次主要研究的是2-2號煤層，其位于延安組第四段的頂部，為本區(qū)最厚的煤層，煤厚為10.77～12.26 m，平均為11.59 m，為特厚煤層，煤層變化緩慢且規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)較簡單，全區(qū)可采。

2 煤質(zhì)特征

2.1 物理性質(zhì)及煤巖特征

2-2號煤層顏色為黑色，條痕為褐黑色，具有弱瀝青—瀝青光澤，貝殼狀、階梯狀、參差狀斷口，內(nèi)生裂隙不甚發(fā)育，裂隙被方解石脈或黃鐵礦薄膜填充。煤巖成分主要以亮煤、暗煤為主。宏觀煤巖類型以半亮煤為主，半暗煤次之，光亮煤和暗淡煤少量。顯微煤巖組成中有機顯微組分含量較高，平均在97%以上；以鏡質(zhì)組為主，為49.51%～70.29%，平均值為58.71%；惰質(zhì)組次之，為28.92%～44.81%，平均值為36.20%；殼質(zhì)組較低，為0.20%～0.53%，平均值為0.28%。無機顯微組分含量較低，為0.41%～5.43%，平均值為2.48%；以碳酸鹽類為主，為0.70%～3.10%，平均值為1.90%；其次為黏土類，為0.30%～2.60%，平均值為0.87%；硫化物少量，為0.20%～0.80%，平均值為0.50%。鑒定成果見表1。

2-2號煤層鏡質(zhì)組最大反射率為0.52%～0.58%，平均值為0.55%，總體變質(zhì)程度較低，主要為中煤級煤I變質(zhì)階段，即低煤化度煙煤。

2.2 化學(xué)性質(zhì)

(1)水分(Mad)：2-2號煤層原煤水分質(zhì)量分數(shù)為3.98%～8.09%，平均值為5.98%；浮煤水分質(zhì)量分數(shù)為2.68%～7.86%，平均值為4.89%。

(2)灰分(Ad)：2-2號煤層原煤灰分產(chǎn)率為1.64%～11.15%，平均值為6.00%，浮煤灰分產(chǎn)率為1.61%～4.08%，平均值為2.67%，其總體為特低灰分煤。經(jīng)過洗選，2-2號煤層浮煤灰分產(chǎn)率明顯降低。

(3)揮發(fā)分(Vdaf)：2-2號煤層原煤揮發(fā)分產(chǎn)率為30.03%～40.77%，平均值為37.78%；浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率為32.95%～40.19%，平均值為37.16%，總體為高揮發(fā)分煤。經(jīng)過洗選，相比原煤，浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率無明顯變化。

(4)硫分(St,d)：2-2號煤層原煤全硫質(zhì)量分數(shù)為0.16%～1.34%，平均值為0.49%，浮煤全硫質(zhì)量分數(shù)為0.15%～0.83%，平均值為0.26%，其總體為特低硫煤。經(jīng)過洗選，浮煤的全硫含量降低，其主要是硫化鐵硫含量降低，而硫酸鹽硫和有機硫洗選前后變化不明顯。

(5)固定碳(FCd)：2-2號煤層原煤固定碳質(zhì)量分數(shù)為53.31%～59.42%，平均值為55.64%。按照《煤的固定碳分級》(MT/T 561—2008)標準，其總體為中等固定碳煤。

2.3 工藝性能

(1)發(fā)熱量(Qgr,d)：2-2號煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量為30.71～32.80 MJ/kg，平均值為31.84 MJ/kg，屬特高發(fā)熱量煤。

(2)煤灰熔融性：2-2號煤層的煤灰熔融性軟化溫度(ST)范圍為1 094～1 272 ℃，平均值為1 184 ℃。按照《煤灰熔融性軟化溫度分級》(MT/T 853.1—2000)標準，其以較低軟化溫度灰為主，少數(shù)低軟化溫度灰和中等軟化溫度灰。煤灰熔融性流動溫度(FT)為1 120～1 279 ℃，平均值為1 204 ℃。按照《煤灰熔融性流動溫度分級》(MT/T 853.2—2000)標準，2-2號煤層為較低流動溫度灰。

(3)黏結(jié)指數(shù)(GRI)：2-2號煤層黏結(jié)性指數(shù)測定絕大多數(shù)為0～5，少部分在5～13之間。按照《煙煤黏結(jié)指數(shù)分級》(MT/T 596—2008)標準，2-2號煤層以無黏結(jié)煤為主，少量微黏結(jié)煤。

(4)哈式可磨性指數(shù)(HGI)：2-2號煤層哈氏可磨性指數(shù)在52～62之間，平均值為57，表明煤的可磨性指數(shù)小。按照煤的哈氏可磨性指數(shù)煤炭行業(yè)標準，屬較難磨煤。

(5)熱穩(wěn)定性(TS+6)：2-2號煤層熱穩(wěn)定性指標為88.80%～98.00%，平均值為94.86%。根據(jù)《煤的熱穩(wěn)定性分級》(MT/T560—2008)標準，屬于高熱穩(wěn)定性煤。

(6)焦油產(chǎn)率(Tar，d)：低溫干餾數(shù)據(jù)分析表明，2-2號煤層原煤的焦油產(chǎn)率普遍大于7%，主要分布在8.90%～12.91%之間，平均值為11.45%。根據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(2014修訂版)》[6]煤炭焦油產(chǎn)率分級劃分標準，2-2號煤層原煤主要為富油煤，部分達高油煤，總體焦油產(chǎn)率較高，具有較大的煤焦油提取前景。

2.4 有害元素

(1)氯(Cld)：2-2號煤層氯質(zhì)量分數(shù)在0.005%～0.069%之間，平均值為0.018%，按照煤中氯的國家標準，其屬特低氯煤。

(2)氟(Fd)：2-2號煤層氟含量在54.00～116.00 μg/g之間，平均值為81.44 μg/g，按照煤中氟的國家標準，其屬特低氟煤。

(3)砷(Asd)：2-2號煤層砷含量為1.00～5.00 μg/g，平均值為2.13 μg/g，按照煤中砷的國家標準，其屬特低砷煤。

(4)磷(Pd)：2-2號煤層磷質(zhì)量分數(shù)在0.001%～0.012%之間，平均值為0.004%，按照煤中磷的國家標準，其屬特低磷煤。

3 煤的潔凈等級評價

煤炭的潔凈等級劃分是煤炭質(zhì)量評價、分級分質(zhì)及清潔高效利用的重要依據(jù)[7-9]。據(jù)唐書恒等提出的潔凈煤潛勢評價方法[10]，結(jié)合榆樹灣煤礦2-2號煤層煤質(zhì)特征及清潔高效利用的相關(guān)要素，選取評價因子如表2所示。

利用榆樹灣煤礦2-2號煤層灰分(Ad)、硫分(St,d)、砷(Asd)、氯(Cld)及氟(Fd)等評價指標，對其潔凈等級進行評價，當各指標的潔凈等級不一致時，采取“就低不就高”的原則，以綜合評價等級中差者為準。如表3所示，榆樹灣煤礦2-2號煤層潔凈等級劃分結(jié)果表明，2-2號煤層原煤全硫、砷、氯含量均未超過潔凈等級為Ⅰ級的濃度限值，灰分和氟的潔凈等級為Ⅱ級，故其綜合評價潔凈等級為Ⅱ級，屬好潔凈煤。經(jīng)過洗選后，灰分和氟含量不同程度下降，浮煤綜合評價潔凈等級上升為Ⅰ級，屬特好潔凈煤，潔凈程度明顯變好。

表3 2-2號煤層潔凈等級劃分結(jié)果

4 結(jié)論

(1)榆樹灣煤礦2-2號煤層顯微煤巖組成中有機顯微組分含量高，無機顯微組分含量較低，有機顯微組分以鏡質(zhì)組為主，均值為58.71%，惰質(zhì)組次之，均值為36.20%，殼質(zhì)組含量極低，均值為0.28%。2-2號煤層的變質(zhì)程度較低，為中煤級煤I變質(zhì)階段。

(2)榆樹灣煤礦2-2號煤層主要為富油煤，特低灰，高揮發(fā)分，特低硫，特高發(fā)熱量，較低灰熔融性軟化溫度和流動溫度，無黏結(jié)性，較難磨，高熱穩(wěn)定性。

(3)根據(jù)煤炭清潔利用潛勢評價方案，結(jié)合榆樹灣煤礦2-2號煤層煤巖煤質(zhì)特征，對其潔凈等級進行了劃分，其原煤潔凈等級為Ⅱ級，屬好潔凈煤；經(jīng)洗選后，浮煤潔凈等級上升為Ⅰ級，潔凈程度變好，屬特好潔凈煤。