鄧 雷，楊龍峰，靖劍中

(貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院國家煤炭清潔轉(zhuǎn)化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，貴州 六盤水 553000)

0 引言

隨著我國對“雙碳”目標(biāo)的提出[1-2]，煤炭資源的清潔高效利用成為研究重點(diǎn)。煤炭的分級分質(zhì)利用是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的有效途徑[3]，只有做到各類原煤投放到相應(yīng)的生產(chǎn)中、稀缺煤炭保護(hù)性開采，才能讓煤炭附加值利益最大化[4-5]，資源浪費(fèi)和環(huán)境污染最小化，從而遏制只關(guān)注發(fā)熱量用來發(fā)電造成的資源浪費(fèi)。這就使我們對煤炭的加工、利用和洗選提出更高的要求，更加關(guān)注對煤炭“源頭”的分析和利用[6-7]。煤巖煤質(zhì)特征分析是實(shí)現(xiàn)這一路徑的有效方法，通過分析預(yù)測，結(jié)合煤礦分布能有效的指導(dǎo)煤化工企業(yè)建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效的利用。

1 礦區(qū)概況

六盤水市煤炭產(chǎn)出層位有下二迭統(tǒng)梁山組，上二迭統(tǒng)龍?zhí)督M、上三迭統(tǒng)火把沖組、三選系與宋羅系“過渡層”以龍?zhí)督M中的煤炭資源分布廣泛，蘊(yùn)藏量豐富，煤種齊全，煤質(zhì)頗佳，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其中盤州礦區(qū)屬于下二迭統(tǒng)梁山組過渡相區(qū)及新第三系翁哨組，以碎屑巖沉積為主，偶夾泥灰?guī)r和透鏡狀菱鐵巖[8-9]。一般含煤40-50余層，可采10余層，多分布于煤組中上部，厚5.16～32米。目前累計(jì)探明儲(chǔ)量89.16億噸，保有儲(chǔ)量87.75億噸，原煤年產(chǎn)量4476萬噸；煤層賦有條件好，煤質(zhì)優(yōu)良、易開采、煤種(焦煤、氣煤、肥煤、瘦煤、貧煤、無煙煤)齊全，工業(yè)利用值高。然而現(xiàn)有煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，產(chǎn)業(yè)鏈短，抗市場風(fēng)險(xiǎn)能力低，以粗放型為主，未將資源優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

圖1 盤州礦區(qū)向斜分布圖Fig.1 Distribution of synclines in Panzhou mining area

2 采樣與檢測

本次研究針對現(xiàn)生產(chǎn)煤層，涉及7個(gè)向斜(背斜)、55口礦井、138個(gè)煤層，參照《煤層煤樣采取方法》(GB/T 482-2008)采集138批次分析樣品。樣品的制作與分析參照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，主要為巖相分析、工業(yè)分析、有毒有害元素分析、工藝性能分析和煤灰成分分析，共涉及28項(xiàng)檢測參數(shù)。由于該礦區(qū)分布范圍較廣，地質(zhì)較為復(fù)雜，煤巖煤質(zhì)特征有較大的區(qū)別，所以此次分析主要以向斜(背斜)為單位，這樣便于煤碳資源的整合開采與利用。

2.1 土城向斜

該向斜主要以焦煤為主，其次為肥煤、氣煤和瘦煤，資源儲(chǔ)量19.73億噸。該區(qū)域目前在開采的有14口礦井，涉及煤層28個(gè)，共檢測28批次樣品，部分主要檢測參數(shù)如表1所示。從表中可以看出，以低灰-較低軟化溫度-特低硫-中高粘結(jié)-特低有害元素-較低流動(dòng)溫度-中等可磨為主，參照煤化工用煤技術(shù)條件[10-14]，可直接用于煤粉氣流床原料，經(jīng)過洗選后是冶金焦和鑄造焦較好的原料用煤。

表1 土城向斜照子河向斜部分檢測結(jié)果Tab.1 Test results in Tucheng syncline and Zhaozihe syncline

2.2 照子河向斜

照子河向斜煤巖鏡質(zhì)體最大反射率為0.90%～1.21%，以氣煤、肥煤為主，其次為焦煤和瘦煤，資源儲(chǔ)量豐富，目前已探明的1.78億噸。本次研究共采集7批次樣品，部分主要參數(shù)檢測結(jié)果如表1所示，該區(qū)域呈現(xiàn)出：中灰-低硫-特低磷-微黏結(jié)的特點(diǎn)。根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合煤化工用煤技術(shù)條件[10-14]，該向斜利用方向?yàn)椋褐饕獮榱骰矚饣迷厦海C合評價(jià)Ⅲ級。

2.3 盤關(guān)向斜

盤關(guān)向斜主要分為東翼和西翼，煤巖鏡質(zhì)體最大反射率介于0.60%～2.44%之間，煤種豐富。盤關(guān)向斜東翼以貧煤、瘦煤為主，其次為焦煤、無煙煤，資源儲(chǔ)量 9.13億噸。盤關(guān)向斜西翼以肥煤、氣煤為主，其次為焦煤、貧煤、瘦煤，資源儲(chǔ)量 12.64億噸。煤品分布為：自北往南煤化程度逐漸加深，紅果偏北及以北主要以焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣煤為主，紅果偏南及以南地區(qū)大多為貧瘦煤、貧煤和無煙煤。本次研究共采集樣品68批次，平均煤層厚度2.0米、1.5米，可開采量約1983.37萬噸。根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，盤關(guān)向斜東翼主要為低灰-特低硫-中等流動(dòng)溫度-易磨煤-中等流動(dòng)溫度-中等軟化溫度為主(表2)，是較好的常壓固定床氣化用煤、流化床氣化用原料煤及干煤粉氣流床用煤；盤關(guān)向斜西翼主要以低灰-特低硫-特低磷-中粘結(jié)-較高流動(dòng)溫度-中等軟化溫度為主(表2)，經(jīng)過洗選后是冶金焦和鑄造焦較好的原料用煤。

表2 盤關(guān)向斜部分主要檢測參數(shù)結(jié)果Tab.2 Test results in Panguan syncline

2.4 水塘向斜

水塘向斜煤巖鏡質(zhì)體最大反射率介于0.71%～1.29%之間，以焦煤為主，其次為貧煤、瘦煤，資源儲(chǔ)量1.30億噸，該區(qū)域煤質(zhì)特質(zhì)表現(xiàn)為：特低灰-特低硫-高流動(dòng)溫度-特低磷-強(qiáng)粘結(jié)(詳見表3)，是優(yōu)質(zhì)的冶金焦和鑄造焦用原料。

表3 水塘向斜和盤南向斜部分主要參數(shù)檢測結(jié)果Tab.3 Test results in Shuitang syncline and Pannan syncline

2.5 盤南背斜

盤南背斜最大反射率介于0.66%～1.67%之間，以貧煤、瘦煤為主，其次為焦煤、無煙煤，本次試驗(yàn)涉及3家礦井6個(gè)煤層(銀逢煤礦19#、17-2#；舊物基井區(qū)5#、19#；小河邊煤礦M3、M5-2)，最大煤層厚度3.6米，最小的煤層厚度是1.4米，資源儲(chǔ)量 41.40億噸，可開采量6389.73萬噸。煤質(zhì)特征為：低灰-特低硫-中等流動(dòng)溫度-易磨煤-較高軟化溫度-較高流動(dòng)溫度-弱粘結(jié)性-低磷煤(表3)，是較好的常壓固定床氣化、流化床氣化和干煤粉氣流床用煤，對于部分中灰煤應(yīng)與特低灰煤混合使用。

2.6 舊普安向斜

本次實(shí)驗(yàn)涉及1家礦井2個(gè)煤層(平迆煤礦K2、K3煤層)，煤層厚度分別為1.4米，最小煤層厚度1.15米，資源儲(chǔ)量3.02 億噸，可開采量5216萬噸。最大反射率介于1.56～1.60之間，主要以無煙煤為主，煤質(zhì)特征表現(xiàn)：低灰-特低硫-特低磷-無粘結(jié)-較高軟化溫度-較高流動(dòng)溫度(表4)，屬于較好的常壓固定床氣化和流化床氣化用原料煤，對于部分中灰煤應(yīng)與特低灰煤混合使用；同時(shí)因其具有易磨的特點(diǎn)，通過與低流動(dòng)溫度煤進(jìn)行一定比例混合后可作為干煤粉氣流床用煤。

3 清潔利用方向討論

1)稀缺資源的保護(hù)與利用

通過數(shù)據(jù)分析表明， 盤州礦區(qū)存在大量的冶金焦和鑄造焦用煤，且屬于優(yōu)質(zhì)的煉焦煤；根據(jù)相關(guān)資料顯示[15]，我國的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源僅占探明儲(chǔ)量的9%左右，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)煉焦煤的資源缺陷性凸顯，主要表現(xiàn)為儲(chǔ)量少、使用量大，優(yōu)質(zhì)焦煤是國內(nèi)最稀缺煤種[16]，有研究顯示[17]，我國的優(yōu)質(zhì)煉焦煤將在50年后會(huì)枯竭，焦煤或許會(huì)成為下一個(gè)稀土，對于該礦區(qū)的優(yōu)質(zhì)煉焦煤應(yīng)加以保護(hù)性開采。

表4 舊普安向斜部分主要參數(shù)檢測結(jié)果Tab.4 Test results in Jiupuan syncline

2)對煤炭資源進(jìn)行分級分質(zhì)利用

通過此次研究顯示，該礦區(qū)煤巖煤質(zhì)特征具有不同的特性，很難將該片區(qū)的煤炭資源進(jìn)行粗放式的清潔利用，應(yīng)對煤炭進(jìn)行分質(zhì)分級，通過洗選提質(zhì)，提高該區(qū)煤碳資源的利用附加值；同時(shí)對于部分低質(zhì)煤應(yīng)進(jìn)行混配使用，強(qiáng)化配煤技術(shù)研究或引入先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合燃煤設(shè)備的特性，能夠針對每種煤最大化地?fù)P長避短，建設(shè)潔凈煤技術(shù)示范以提高燃燒效率、減少酸雨源(減少 SO2、NOx排放)開發(fā)引進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)、煤制潔凈燃料和CO2捕集為主要示范目標(biāo)。

3)由燃料向原料的轉(zhuǎn)變

通過研究表明：該礦區(qū)具有特低有害物質(zhì)的特性，是間接液化的絕佳選擇[18]，該項(xiàng)技術(shù)對煤質(zhì)要求不高，可以生產(chǎn)清潔的油氣產(chǎn)品、 大宗化工新材料和精細(xì)化學(xué)品，同時(shí)推動(dòng)煤炭轉(zhuǎn)化與可再生能源聯(lián)合制氫、制材料和化學(xué)品等。應(yīng)引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)該礦區(qū)煤液化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)應(yīng)加快自主技術(shù)的研發(fā)，利用煤炭資源優(yōu)勢的契機(jī)，形成強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)工業(yè)示范基地，最終依靠引進(jìn)與自主研發(fā)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)該礦區(qū)煤炭資源清潔高效、高附加值、低污染排放的利用。

4)煤灰跨產(chǎn)業(yè)耦合利用

通過此次研究顯示：該礦區(qū)煤炭燃燒后的煤灰特性為SiO2、Al2O3偏高，全鐵(TFe2O3)含量偏低 ；結(jié)合六盤水玄武巖的弱勢特性：SiO2、Al2O3偏低，全鐵(TFe2O3)含量偏高，這就制約了玄武纖維的發(fā)展，無法產(chǎn)業(yè)原料本土化；結(jié)合此次煤灰成分的研究與玄武巖的形成過程，均屬于經(jīng)過高溫形成的產(chǎn)物，具有低有害元素的特性，所以可以進(jìn)行這方面技術(shù)的研究，最終徹底能提高煤灰利用與玄武巖原料本土化的技術(shù)難題。

圖2 盤州礦區(qū)煤炭清潔高效利用架構(gòu)圖Fig.2 Clean and efficient utilization of coal in Panzhou mining area

4 結(jié)論

1)該礦區(qū)表現(xiàn)為煤炭資源儲(chǔ)量大，煤種豐富，以焦煤、肥煤、氣煤為主，除具有低有害元素共性以外，其他煤質(zhì)特征很難形成統(tǒng)一的使用方向，應(yīng)根據(jù)各向斜煤巖煤質(zhì)特征進(jìn)行分質(zhì)分級利用。

2)該礦區(qū)煤炭主要適用于煉焦用煤、常壓固定床用煤和氣化床用原料，對于一些低質(zhì)煤用于常規(guī)發(fā)電，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浔取?/p>

3)煤灰成分表現(xiàn)為低有害元素、高鋁高硅低鐵的特性，利用這一特性，可以強(qiáng)化煤灰應(yīng)用的研究，以達(dá)到煤及煤灰高效清潔利用的目的。