新疆昭苏煤田切特木斯井田主采煤层煤质特征分析

尚海军　戚树林（新疆地质勘查基金项目管理中心　乌鲁木齐　830002　山东省第一地质矿产勘查院　济南　250014）

新疆昭苏煤田切特木斯井田主采煤层煤质特征分析

尚海军①戚树林②
（①新疆地质勘查基金项目管理中心乌鲁木齐830002②山东省第一地质矿产勘查院济南250014）

新疆昭苏煤田切特木斯井田含煤地层为侏罗系西山窑组（J2x），煤系平均总厚约386.48m，全区查明资源量8 709万吨。本文通过对切特木斯井田煤层煤质数据的分析，总结了本区侏罗系西山窑组（J2x）主采煤层的煤质特征及变化规律，对其工业用途进行了简要评述，探讨了煤炭综合利用及深加工的思路，为煤炭资源开发利用提供参考。

切特木斯煤质特征工业用途

1　勘查区概况

切特木斯井田位于新疆维吾尔自治区昭苏县东北约30km处，行政区划隶属昭苏县乌宗布拉克乡，南距特克斯-昭苏公路10km，有简易公路相通，交通条件便利。井田内西北部地表起伏不平，东南部较平坦，多被第四系覆盖，总体地势北高南低，属低-中山地貌。

井田含煤地层为侏罗系西山窑组（J2x），煤系平均总厚约386.48m。共含煤7层，自上而下编号为1～7号煤层，各煤层层位稳定，几乎没有分岔现象（图1）。其中3号、5号煤层是本区主要可采煤层，分别占可采煤层总厚的25.2%、15.9%。全井田共查明资源量8 709万吨，主要可采煤层查明资源量4 342万吨。

2　煤的物理性质及煤岩特征

2.1煤的物理性质

本井田各可采煤层的煤粉颜色肉眼观察多为灰黑、黑褐色等，沥青光泽，条痕为褐黑色，断口参差状、贝壳状，节理不发育，煤的真相对密度（TRD）在1.51～1.66 t/m3，视相对密度（ARD）为1.28～1.39 t/m3。

2.2煤岩特征

2.2.1宏观煤岩特征

图1　西山窑组煤层编号示意图

本区煤层宏观煤岩特征：煤岩组分以暗煤为主，丝炭次之，局部夹镜煤条带；煤岩类型以半暗煤、暗煤为主；煤岩结构构造为细中条带状结构、均一结构，水平层理，块状构造。

2.2.2微观煤岩特征

井田内各煤层显微组分组平均总量很高（表1），为81.40%～88.70%。含矿物基以粘土类为主，次为硫化物和碳酸盐类。去矿物基中的镜质组含量较高，为5.70%～66.70%，惰质组为32.90%～89.20%，壳质组为0.30%～0.70%。

表1　各煤层显微煤岩特征一览表

3　煤质特征

3.1工业分析

3.1.1水分（Mad）

各煤层煤的原煤分析基水分（Mad）在2.90%～14.36%之间，平均值为6.87%～8.14%。各煤层浮煤水分在4.38%～9.99%之间，平均值为6.23%～7.05%。煤系剖面由下而上，原煤水分有明显增高的趋势。

3.1.2灰分（Ad）

3号煤层原煤灰分含量为8.57%～38.54%，平均17.84%，属中灰煤（MA）；平面分布上，3号煤层在ZK303钻孔为特低灰煤，由东北往西南灰分逐渐增高，呈现特低灰煤-低灰煤-中灰煤-高灰煤的增长趋势。

5号煤层原煤灰分含量为7.57%～29.41%，平均20.33%，属中灰煤（MA）；平面分布上，5号煤层在ZK1601钻孔为特低灰煤，由东北往西南灰分逐渐增高，呈现特低灰煤-低灰煤-中灰煤-中高灰煤的增长趋势。

各煤层原煤经1.4密度液洗选后，浮煤灰分大幅度降低，综合平均值为6.01%～7.20%，脱灰率为31%～50%。

3.1.3挥发分（Vdaf）

1、2、3、4、5、6号煤层原煤干燥无灰基挥发分产率平均变化于32.34%～36.88%之间，按《煤的挥发分产率分级标准》（MT/T849-2000），属中高挥发分煤（MHV）。

3.2元素分析

煤的可燃质由多种碳、氢化合物和其它有机物组成。其主要化学元素为碳、氢、氧、氮、硫。

碳（Cdaf）：碳是煤中主要的可燃元素。3号煤层碳浮煤含量在76.14%～81.78%之间，平均79.60%；5号煤层碳浮煤含量在77.30%～79.79%之间，平均78.13%。

氢（Hdaf）：3号煤层氢浮煤含量在3.43%～4.39%之间，平均3.78%；5号煤层氢浮煤含量在4.34%～5.22%之间，平均4.73%。

氮（Ndaf）：3号煤层氮浮煤含量在0.78%～1.10%之间，平均0.85%；5号煤层氮浮煤含量在0.78%～1.04%之间，平均0.85%。

氧（Odaf+Sdaf）：3号煤层氧浮煤含量在13.93%～18.65%之间，平均15.78%；5号煤层氧浮煤含量在14.82%～17.05%之间，平均16.28%。

3.3煤中有害元素

3.3.1全硫（St，d）和各种形态硫（Ss，d、Sp，d、So，d）

3号煤层全硫含量为0.21%～1.46%，平均0.55%，属低硫煤（LS）。3号煤层在ZK1202钻孔硫分最高，ZK601、ZK303钻孔硫分最小，整体大致呈由西南往东北逐次降低之趋势。

5号煤层全硫含量为0.18%～1.24%，平均0.59%，属低硫煤（LS）。5号煤层在ZK001钻孔硫分最高，ZK601、ZK303钻孔硫分最小，整体大致呈由东北往西南方向逐次降低之趋势。

煤中硫分由硫酸盐硫（Ss，d）、硫化铁硫（Sp，d）和有机硫（So，d）组成，其中以硫化铁硫和有机硫为主，综合平均值分别为0.11%～0.35%和0.24%～0.51%，其次为硫酸盐硫，综合平均值为0.003%～0.01%。

3.3.2磷分（Pd）

3号煤层原煤磷分含量为0.002%～0.028%，平均0.008%，属特低磷煤（SLP）。5号煤层原煤磷分含量为0.002%～0.012%，平均0.006%，属特低磷煤（SLP）。

3.3.3氯（Cld）

3号煤层原煤氯含量为0.018%～0.074%，平均0.043%，属特低氯煤（SLC1）。5号煤层原煤氯含量为0.022%～0.082%，平均 0.045%，属特低氯煤（SLC1）。作为动力及液化用煤不会腐蚀锅炉、高压容器及管道。

3.3.4砷（As，ad）

3号煤层砷综合平均值为4.23 μg/g，5号煤层砷综合平均值为4.33 μg/g，属二级含砷煤（ⅡAs）。符合酿造和食品加工业要求煤中砷含量不得超过8 μg/g的质量要求。

3.3.5氟（Fad）

煤燃烧时氟几乎全部转化为挥发性化合物排放到大气中，然后固定在土壤或流水中，生长在高氟土壤中的植物则会通过根部吸收氟化物，人或牲畜则会食用高氟食物或饮用高氟水而中毒。各煤层中的氟平均含量在54～63 μg/g之间，按《煤中氟含量分级》（MT/T966-2005），属特低氟煤（SLF）。

各煤层一般煤质特征在垂向上的变化见图2。

4　煤的工艺性能

4.1发热量（Qgr，d）

图2　各煤层主要煤质指标垂向变化示意图

3号煤层原煤干燥基高位发热量（Qgr，d）变化于17.81～27.49mJ/kg之间，平均24.36mJ/kg，属中热值煤（MQ）。

5号煤层原煤干燥基高位发热量（Qgr，d）变化于17.02～27.46mJ/kg之间，平均23.72mJ/kg，属中热值煤（MQ）。

4.2粘结性

各煤层煤的粘结性指数（GR.I）测定为0，焦渣特征为2。表明本区为不粘结煤。

4.3低温干馏（Tar，d）

焦油产率（Tar，d）：1号煤层焦油产率在3.60%～12.00%之间，平均值为7.13%，属富油煤。2号煤层、3号煤层、4号煤层、5号煤层、6号煤层焦油产率在1.00%～14.60%之间，综合平均值为2.74%～5.99%，属含油煤。

4.4煤灰成分与煤灰熔融性特征

4.4.1煤灰成分

各煤层煤灰成分特点是碳酸盐类及粘土类含量高，其次为硫化物类。碱性氧化物Fe2O3+CaO+MgO 为8.56%～51.54%，Fe2O3和CaO综合平均值分别为7.67%～12.34%和4.48%～12.65%。MgO含量综合平均值为2.20%～5.64%。酸性氧化物SiO2+Al2O3为 41.17%～85.17%，SO3综合平均值为3.56%～8.90%。酸性氧化物TiO2综合平均含量为0.72%～0.87%。

4.4.2煤灰熔融性

煤灰熔融性是动力用煤的主要指标，是固态排渣炉主要设计参数，也是判断灰分结渣的重要数据之一。

3号煤层煤灰熔融性软化温度ST为1180～1360℃，平均1 253℃，属中等软化温度灰（RMST）。5号煤层煤灰熔融性软化温度ST为1 270～1 320℃，平均1295℃，属中等软化温度灰（MST）。

3号、5号煤层煤灰熔融性平均流动温度FT为1 307～1 380℃，属中等流动温度灰（MFT）。

4.5煤的气化指标

4.5.1煤的抗碎强度（SS）

各煤层自由落下大于25mm粒级：3号煤层变化于26.30%～67.60%之间，平均为50.80%，属中强度煤；5号煤层变化于29.10%～49.90%之间，平均为39.50%，属低强度煤。

4.5.2煤的热稳定性（TS）

将粒度6～13mm干燥煤样在850℃电炉中加热30min，取出冷却后测得大于6mm残焦占各级残焦重量（TS+6）3号煤层为30.8%～52.4%，平均43.07%，属较低热稳定性煤（RLTS）；5号煤层为26.3%～50.5%，平均38.80%，属低热稳定性煤（LTS）。

4.5.3煤灰结渣性（Clin）

本次工作采取2号煤层煤灰结渣性试验样1个，3号煤层煤灰结渣性试验样2个，5号煤层煤灰结渣性试验样2个，6号煤层煤灰结渣性试验样1个（表2）。根据测试成果表明，各煤层结渣率（Clin）大多小于5%，属难结渣煤。

表2　煤灰结渣性试验成果表

4.6煤的可磨性（HGI）

煤的哈氏可磨性指数是评价粉煤锅炉用煤成粉难易程度的重要参数。该指标与煤的细度、水分和粒度等相关。1、2、4、5、6号煤层哈氏可磨性指数综合平均值在87.67～97.0之间，按《煤的哈氏可磨性指数分级标准》（MT/T852-2000），属易磨煤（EG）。3号煤层哈氏可磨性指数综合平均值为108，属极易磨煤（UEG）。

4.7腐植酸（HA，d）

2号煤层腐植酸含量为11.2%，3、5号煤层腐植酸含量为7.2%～37.5%，平均9.10%～18.03%，属低腐植酸煤。

4.8透光率（PM）

透光率（PM）为确定烟煤或褐煤的分类指标。测试表明，本区各煤层透光率在90%～100%之间，透光率高，为烟煤类。

5　煤炭分类

按《中国煤炭分类国家标准》（GB5751-86）划分，以表示煤化程度的干燥无灰基挥发分（Vdaf%）产率和粘结指数（GR.I）为主要分类指标，胶质层厚度（Ymm）、透光率（PM）为辅助指标，本区煤类划分结果为：各煤层均以不粘煤（31BN）为主。另有少量钻孔为长焰煤（CY41）及不粘煤（21BN），多呈孤立点分布。

3号煤层以不粘煤（31BN）为主。ZK1601钻孔、TC4探槽为长焰煤（CY41），均呈孤立点分布。

5号煤层以不粘煤（31BN）为主。ZK003、ZK601、ZK603、ZK801、ZK1201钻孔及TC4槽探为长焰煤（CY41），呈孤立点分布。

6　结论

通过以上分析，本区各煤层水分含量较低，属低灰-中灰、中高-高挥发分、特低-低硫、中-高热值、中等软化温度灰、易磨-极易磨、含油-富油煤，本区各煤层的挥发分、发热量、灰分、硫分、水分、煤灰熔融性软化温度、煤的哈氏可磨性等指标均符合火力发电厂固态排渣煤粉锅炉用煤质量（GB/T7562-1998）要求。各煤层灰分、挥发分、硫分和发热量均符合水泥回转窑用煤质量（GB/T7563-2000）要求。本区煤炭为良好的动力燃料用煤、气化用煤和制备煤浆用煤等。

［1］温廷中，颜玉坤，高艳.袁店井田煤质特征及工业用途评述［J］.煤质技术，2008，（3）：22-24.

收稿：2016-03-15

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