孙臣林,张 伟,黄 超,陈邦学
(1.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐830047;2.新疆煤田地质局综合地质调查队,新疆乌鲁木齐830009)
新疆尼勒克煤田西山窑组煤岩和煤质特征分析
孙臣林*1,张 伟2,黄 超1,陈邦学1
(1.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐830047;2.新疆煤田地质局综合地质调查队,新疆乌鲁木齐830009)
简述侏罗系中统西山窑组为新疆尼勒克煤田主要含煤地层,湖相、沼泽相沉积。研究表明,区内宏观煤岩类型为暗型煤、光亮型煤、半暗型—半亮型煤;显微有机组分以惰质组为主,镜质组次之;煤质为特低水分、特低灰—低灰分、中挥发分—高挥发分、特低硫、特低氯、特低磷、中发热值—高发热值;低变质,以不粘煤为主,是很好的民用煤和动力用煤。
西山窑组;含煤地层;煤岩类型;煤质
尼勒克煤田位于位于尼勒克山间凹陷,总体呈东西走向,分布于喀什河河床及其两侧,成狭长状;是我国中生代西北聚煤域,地层属中天山地层分区伊宁小区,与博罗霍洛山地层小区为邻。区内古生界、中生界、新生界均有分布。石炭系构成了尼勒克山间凹陷的主要基底,中、新生界构成凹陷的盖层。中生界以侏罗系含煤岩系较发育。
侏罗系中统西山窑组(J1x)为区内主要含煤地层,湖相、沼泽相沉积,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩、粗砂岩及煤层为主,底部为一套巨厚层状砂砾岩。煤系地层厚270~410m,平均厚为330m,含煤11层,煤层平均总厚45.43m,含煤系数13.7%。煤层结构简单至复杂,主要可采煤层赋存于煤田的中部,煤层厚度由中部向东西方向逐渐变薄。
尼勒克煤田内上表查明的资源储量约12.25×108t,保有资源储量12.06×108t;已利用资源储量3.75×108t,尚未利用资源储量8.31×108t[1]。
2.1 物理特征及宏观煤岩组分
西山窑组煤层颜色多呈黑色,条痕为褐黑色,沥青光泽,参差状断口,可见黄铁矿薄膜,煤裂隙中有钙质充填物,有时钙质矿物呈脉状分布。以暗煤及亮煤为主,含少量镜煤和丝炭,条带状结构,丝炭多呈线理透镜状分布,宏观煤岩类型为暗型煤、光亮型煤、半暗型—半亮型煤。
2.2 显微宏观组分
2.2.1 有机组分
西山窑组煤层含有机质组分69.8%~97.1%,无机质组分2.9%~30.2%。煤层中有机质组分以惰质组为主,镜质组次之,壳质组少量(表1)。
表1 尼勒克煤田西山窑组煤层显微宏观组分含量表
惰质组主要以丝质体和半丝质体为主,可见碎屑惰质体,丝炭化物质均匀地分布在透明基质体中,油浸反射色为深灰色,突起较高。镜质组分主要以无结构镜质体中的基质镜质体和碎屑镜质体为主,基质镜质体油浸反射色为深灰色,不完全显示细胞结构,为无固定状表面纯净且结构残缺,不显突起。壳质组主要为孢粉体中的小孢子体,偶见有大孢子,多呈蠕虫状分布。
惰质组含量较高,元素分析中氢元素含量均较低,说明成煤植物以植物茎、根等木质纤维组成,因此各煤组煤层的成因类型为腐殖煤类。镜煤反射率是确定各种煤变质程度的重要指标,西山窑组镜煤反射率0.32%~0.70%,变质阶段多在0-I阶段,属低变质煤。
2.2.2 无机组分
西山窑组煤层无机质组分多为粘土矿物,碳酸盐矿物和硫化物次之(表1)。
粘土矿物呈浸染状、团块状、薄层状分布;碳酸盐矿物呈充填状、片状、脉状分布;硫化物类为呈生物结构状分布的黄铁矿。
西山窑组显微煤岩类型多为微惰煤、微镜惰煤[2]。
3.1 水分(Mad)
西山窑组原煤空气干燥基水分(Mad)0.61%~12.34%,平均5.30%,根据国家煤炭行业标准MT/ T850-2000划分,属于特低水分煤。
3.2 灰分(Ad)
西山窑组原煤干燥基灰分产率(Ad)2.16%~34.76%,平均14.07%,浮煤干燥基灰分产率2.00%~16.55%,平均4.65%,属于低灰煤[3]。由西山窑组煤层灰分等值线图可知,煤灰分值中西部为特低灰分,东部为中灰分,北部小范围为低—中灰分(图1)。
图1 尼勒克煤田西山窑组煤层灰分等值线图
3.3 挥发分(Vdaf)
西山窑组原煤干燥无灰基挥发分产率(Vdaf)22.74%~49.88%,平均35.41%,属于中—高挥发分煤;经洗选后,西山窑组浮煤挥发分产率23.44%~50.98%,平均34.72%,仍以中高挥发分煤为主。
3.4 煤的灰成分
西山窑组煤灰成分主要以酸性的SiO2为主,SiO2含量7.30%~61.10%,平均含量为37.19%;Fe2O3含量0.5%~45.2%,平均8.24%;Al2O3含量2.90%~25.30%,平均含量为14.23%;CaO含量0.83%~38.70%,平均12.68%;其他成分少量。
煤中除含有部分矿物杂质和水分以外,其余都是可燃的有机物质。煤中的有机质是煤的主要化学组成,煤中有机质主要由碳、氢、氮、氧等元素组成。西山窑组干燥无灰基碳元素(Cdaf)含量74.61%~81.48%,平均78.13%,属于中—高固定碳煤[4];干燥无灰基氧+硫元素(Odaf+Sdaf)含量14.11%~20.79%,平均17.28%;氢元素(Hdaf)含量3.41%~4.91%,平均为3.98%;氮(Ndaf)元素少量,含量0.50%~0.94%,平均为0.78%。
4.1 有害元素
4.1.1 硫
原煤全硫(St,d)含量0.07%~0.94%,平均为0.32%,属特低硫煤。经浮洗后,浮煤全硫(St,d)含量0.09%~0.62%,平均为0.23%,属特低硫煤[5]。由硫分等值线图可知西山窑组煤硫分普遍为特低硫分,局部地区为低硫分(图2)。
图2 新疆尼勒克煤田西山窑组煤层硫分等值线图
4.1.2 其他有害元素
原煤磷(P)含量0%~0.30%,平均0.006%,属特低磷分煤。原煤氯(Cl)含量0.011%~0.247%,平均0.047%,属特低氯煤。原煤砷(As)含量0~6μg/g,平均2μg/g,属一级含砷煤。
4.2 微量元素
根据对区内西山窑组煤层的微量元素测试,微量元素含量大多未达工业品位。
5.1 发热量(Qgr·d)
西山窑组原煤高位发热量(Qgr,d)20.39~33.30MJ/kg,属中热值—高热值煤[6],由发热量等值线图可知,西山窑组煤普遍为高热值煤,在局部地域为中热值煤。
5.2 其他工艺性质
(1)灰熔融性。经测试,西山窑组层灰熔融性软化温度(ST℃)583℃~1400℃,平均1260℃,属中等软化温度灰为主的煤层,灰熔融性流动温度(FT℃)593℃~1400℃,平均1320℃,属中等流动温度灰为主煤层。
(2)粘结性。测试样点粘结指数(GRI)均为0,尼勒克煤田西山窑组煤为不粘结煤[7]。
(3)低温干馏。西山窑组半焦产率(CRad)65.71%~80.56%;焦油产率(Tar.ad)9.58%~11.70%,依据《矿产资源工业要求手册》中煤的焦油产率分级,属富油煤。
(4)浮煤回收率。西山窑组浮煤回收率4.10%~94.70%,平均51.50%,属于良等级别。
(5)焦渣特征。西山窑组焦渣特征在2~3之间,粘结性差。
尼勒克煤田西山窑组煤层属低变质,变质阶段为0-I阶;煤质特征为特地水分、特低灰—低灰、中挥发分—高挥发分、特低硫、特低磷、特低氯、中发热值—高发热值、粘结性差、产油率高、浮煤回收率良等;以不粘煤(31BN)为主。可作动力用煤和民用煤,火力发电,一般工业锅炉用煤;气化用煤,可作冶金喷吹燃料、小型高炉炼铁、竖式石灰窑烧制石灰,水泥回转窑用煤,经洗选后可制碳素材料或制造电石及深加工,煤矸石可考虑作水泥、低温烧制地板砖、生产有机复合肥料和微生物肥料等。
合理利用资源,可避免对资源的浪费,并减少煤燃烧后所产生的二氧化硫对大气的污染和对锅炉、管道的腐蚀。以全硫含量及强度作为主要指标对煤炭产品进行分级,以满足不同的市场需求。
[1] 王俊民.新疆尼勒克煤田煤炭详查报告[R].新疆煤田地质局一五六队,2010.
[2] 杨永宽.中国煤岩学图鉴[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.
[3] GB/T 15224.1-2004动力煤的灰分级[S].
[4]MT/T 561-2008煤的固定碳分级[S].
[5] GB/T 15224.2-2004煤炭硫分分级[S].
[6]GB/T 15224.3-2004煤炭发热量分级[S].
[7]MT/T 596-2008煤炭粘结指数分级[S].
P618
A
1004-5716(2015)02-0140-03
2014-03-18
孙臣林(1987-),男(汉族),四川巴中人,新疆大学地质与矿业工程学院在读硕士研究生,研究方向:固体矿产成矿。