泸州狐狸坡独层子煤层一、二分层煤类差异原因

魏文金

（四川省煤田地质局，成都 610072）

泸州狐狸坡独层子煤层一、二分层煤类差异原因

魏文金

（四川省煤田地质局，成都 610072）

狐狸坡煤矿独层子煤层一、二分层间平均仅0.16m，但二者煤类不同。一分层属1/2中黏煤，二分层属1/3焦煤，变质程度相近，均属中变质的烟煤，而表征煤粘结性能的指标粘结指数（GR.I）则差别很大，致使二者煤类归属不同。研究认为造成该一、二分层煤类不同的主要原因，是两分层煤的粘结性能差别。究其原因，成煤作用后期环境不同导致煤岩组分差别，进而导致粘结性能差别。

煤类；煤化程度；粘结指数；狐狸坡

泸州市狐狸坡煤矿位于四川省泸州市泸县境内。该矿目前开采的主要煤层为三叠系下统须家河组第五段的独层子煤层（俗名），该煤层厚0.58~2.48m，平均1.72m，为一复杂结构煤层，一般有四个煤分层，从上至下俗名称为天炭、腰炭、黄壳炭和厚叶炭。由于黄壳炭、厚叶炭煤层厚度薄、稳定性差，因此矿井实际开采的仅为上部的两个分层（即一、二分层，俗称天炭和腰炭），该煤层的变质程度属中变质的烟煤阶段。

根据该矿以往地质勘查工作中在钻孔及矿井坑道中所采取煤样的分析测试成果，研究发现一、二分层所确定的煤类别不同，一分层主要为1/2中黏煤，次为气煤和弱粘煤，二分层均为1/3焦煤，造成两者间差异的原因是什么呢？

1 矿区地质背景

狐狸坡煤矿位于川南-黔北赋煤带上的隆泸矿区，构造部位上处于古佛山背斜南东翼之北段。古佛山背斜为一轴线呈北东－南西向展布的两翼不对称背斜，背斜东翼地层倾角10°～30°，西翼地层倾角12°～80°，轴部被断层切割破坏，出露地层为三叠系嘉陵江组，两翼依次为三叠系须家河组、侏罗系珍珠冲组、自流井组、新田沟组及沙溪庙组。矿区总体上为一呈北东～南西向展布的单斜构造。

含煤地层为三叠系上统须家河组，区内可分为六个岩性段，其中一、三、五段为含煤段，二、四、六段为砂岩段。含煤性尤以五段为最好，该段为一套陆相含煤地层，岩性以泥质岩为主，次为碎屑岩和煤层，含煤8～11层，但全区可采或大部可采煤层仅2层，即6号和8号煤层，本文的研究对象独层子煤层（6号）即为该含煤段的主要可采煤层。6号煤层位于含煤段中部，煤层结构复杂，含矸2～4层，一般包含4个煤分层，但具有工业价值的仅为上部两个煤分层（即一、二分层，俗称天炭和腰炭），一、二分层煤厚0.40~0.96m，平均0.62m。一、二分层之间夹矸厚0.02～0.50m，平均0.16m。

2 独层子煤层一、二分层煤分类参数指标与煤类划分

2.1煤炭分类参数及分类方法

根据国家标准《中国煤炭分类》（GB/T 5751—2009）规定，煤炭分类参数由两类组成，一类是用于表征煤化程度的参数：干燥无灰基挥发分（Vdaf）、干燥无灰基氢含量（Hdaf）、恒湿无灰基高位发热量（Qgr，maf）和低煤阶煤透光率（PM）；另一类是表征煤工艺性能的参数：烟煤的粘结指数（G）、胶质层最大厚度（Y）和奥阿膨胀度（b）。

煤类的划分首先是采用煤化程度参数（主要是干燥无灰基挥发分）将煤炭划分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。无烟煤亚类划分采用干燥无灰基挥发分和干燥无灰基氢含量作为指标。烟煤类别的划分则应同时考虑烟煤的煤化程度和工艺性能（主要是粘结性），煤化程度参数采用干燥无灰基挥发分作为指标，粘结性的参数则以粘结指数作为主要指标，并以胶质层最大厚度（或奥阿膨胀度）作为辅助指标。褐煤亚类的划分采用透光率作为指标。

表1　独层子煤层一、二分层Vdaf、G、Y值统计表

2.2独层子煤层一、二分层煤质指标及煤类

独层子煤层一、二分层煤的分类参数指标见表1。

煤化程度参数：一分层煤干燥无灰基挥发分产率一般为26.0%～29.79%，平均28.53%；二分层煤干燥无灰基挥发分产率一般值34.27%～37.98%，平均36.54%，两煤分层煤化程度指标（Vdaf）差别不大，但二分层煤总体煤化程度较一分层略高；

煤工艺性能参数： 一分层煤粘结指数（G）一般为25～65，平均为38；二分层煤粘结指数（G）一般为85～94，平均为89，二分层煤的粘结性能大大好于一分层煤。

依据《中国煤炭分类》（GB/T 5751-2009）标准划分，独层子煤层一分层煤炭挥发分（Vdaf）平均28.53%，粘结指数（G）为38，属1/2中黏煤，二分层煤炭挥发分（Vdaf）平均36.54%，粘结指数（G）为89，属1/3焦煤，详见表2。

3 独层子煤层一、二分层煤类差异的成因探析

3.1一、二分层煤类差异的原因分析

从表1可见，一、二分层挥发分产率（Vdaf）分别为28.53%、36.54%，均位于1/2中黏煤（33）、气煤、1/3焦煤煤炭分类指标（Vdaf）>28.0%～37.0%阈值范围内，胶质层厚度变化不大，均小于25.0（属同一类别）。粘结指数则差别较大，一分层G值为38，位于1/2中黏煤分类指标G >30～50的阈值范围内，而二分层G指标值为89，跨入了1/3焦煤G >65的阈值范围，根据《中国煤炭分类（GB/T 5751-2009）表3 烟煤的分类》标准划分，独层子煤层一分层煤炭属1/2中黏煤，二分层煤炭属1/3焦煤（见表2）。由此可见，造成独层子煤层一、二分层煤炭分类归属不同类别的原因主要是由于煤的粘结性（粘结指数G）差别所致。

3.2影响煤粘结指数的因素分析

煤粘结指数的大小取决于煤层本身的粘结性，粘结性愈好，粘结指数值就愈大，反之，粘结指数值就小。而煤层的粘结性又与煤的变质程度、煤岩组分、矿物质含量、成煤原始物质、成煤环境及是否遭受风、氧化作用等因素有关。该矿独层子煤层一、二分层煤的变质程度、宏观沉积环境、矿物质含量及风、氧化作用等因素条件相似（一、二分层均属中变质程度的烟煤阶段、灰分产率分别为25.76%和29.96%）。因此，研究认为煤岩组分差异是影响煤粘结性的主要因素。

表3　独层子煤层一、二分层煤岩显微组分含量表

狐狸坡煤矿独层子煤层一、二分层煤的显微组分含量相差很大，一分层煤镜质组含量较低（45.2），而惰质组含量高（50.5），二分层煤则相反，镜质组含量高（85.6），惰质组含量低（11.3），壳质组含量两分层接近，均较低（表3）。

一般认为，镜质组组分（V）粘结性最好，壳质组分（E）具有一定粘结性，而惰质组分（I）不具粘结性。二分层煤的镜质组含量较一分层高，而惰质组比一分层低，因此二分层的粘结性比一分层好。

表2　烟煤的分类指标划分

由粘结性组分含量近似计算值也可以看出，两分层煤粘结性组分含量差别较大，一分层煤的粘结性组分含量为36%、二分层为61%，两者相差25%，这也说明二分层煤的粘结性远比一分层好。

粘结性组分含量的近似计算公式：Q＝[100-（Mad+Ad）]*（V+E）/100式中：Q—粘结性组分含量；V—镜质组含量；E—壳质组含量；Mad—水分（一、二分层分别为1.73%和1.76%）；Ad—灰分产率（一、二分层分别为25.76%和29.96%）

此外，惰性物的含量也是影响煤粘结性的关键因素，惰性物不具粘结性，惰性物含量越高，煤的粘结性就越低。煤中的惰性物主要是指煤有机质组分惰质组中的丝质体、半丝质体，以及无机矿物（俗称灰分）。狐狸坡煤矿独层子煤层一、二分层煤的灰分产率相近，而惰质组含量则差别很大，一分层惰质组含量一般46.5%～58.3%，平均50.5%，二分层惰质组含量一般7.2%～14.5%，平均11.3%。一分层煤惰质组含量远大于二分层，且惰质组成分以半丝质体为主，由此，造成二分层煤的粘结性远好于一分层，粘结指数也大大高于一分层煤。

3.3煤岩组分差异的成因探讨

从独层子煤层一、二分层煤的宏观煤岩类型和显微煤岩组分分析成果看，两煤分层宏观聚积环境、无机组分含量、成煤后遭受的风、氧化作用及以及变质作用等条件相似，造成煤岩组分含量差异较大的原因除成煤原始物质的因素外，主要是由于成煤后期环境变化差异所致。成煤物质沉积后，即开始泥炭化作用的过程，泥炭化作用一般可分为腐殖化作用和生物化学凝胶化作用（包括丝炭化作用）两个阶段。植物经历腐殖化作用后形成腐殖物质，随后开始了凝胶化作用进程，在这一过程中植物的细胞壁吸水膨胀，细胞腔逐渐缩小以至消失，形成了凝胶化物质，此时，若成煤环境条件改变，积水条件趋于干燥，进行凝胶化作用的环境被丝炭化作用的环境所替代，就会使已形成的凝胶化物质（镜质组分）再进行丝炭化作用，形成具有经过凝胶化作用特点的各种丝炭化组分，导致成煤后煤岩组分的改变。

独层子煤层一、二分层煤的显微组分中惰质组成分均以具有木煤结构的半丝质体为主，但含量差别很大，一分层煤的惰质组含量远大于二分层煤。这也从侧面说明二分层煤在泥炭化作用后期阶段是以凝胶化作用为主，泥炭化作用是在积水较深、气流闭塞的弱氧化到还原环境下进行；一分层煤的泥炭化作用的过程则较为复杂，在经历了强覆水缺氧的弱氧化到还原环境的凝胶化作用后，可能又再次经历丝炭化作用的环境，即多氧干燥的氧化条件，之后又再转入弱氧化至还原环境完成泥炭化作用的过程。

4 结论

1）狐狸坡煤矿独层子煤层一、二分层煤表征煤变质程度的指标干燥无灰基挥发分产率（Vdaf）差别不大，两分层均属中等变质程度的烟煤阶段，而表征煤工艺性能的指标粘结指数（G）则相差很大，因此造成一、二分层煤类不同的原因主要是由于粘结性差异所致。

2）独层子煤层一、二分层煤粘结指数差异的原因主要是由于两分层煤的煤岩组分含量差异所致，一分层煤镜质组含量低，惰质组含量高，而二分层则相反，煤镜质组含量高，惰质组含量低，因此二分层煤的粘结性大大好于一分层，分类指标粘结指数（G）也大大高于一分层煤。

3）造成两煤分层煤岩组分差异的原因除有成煤原始物质的因素影响外，更主要的是由于成煤后期环境变化差异所致，一分层煤的泥炭化作用的过程较为复杂，经历从弱氧化至还原环境→多氧干燥的氧化环境→弱氧化至还原环境；二分层煤的成煤作用则是在弱氧化→还原环境下进行。

[1] 四川省煤田地质局135队. 四川省泸州市狐狸坡煤矿勘探（延深）地质报告》[R]. 泸州

[2] 杨起，李思田，陈钟惠，等.煤田地质学[M]. 地质出版社，1981.

[3] 魏文金，梁万林，等.四川煤炭资源赋煤区带划分及主要煤田赋煤特征[J]. 四川地质学报，2014，34（1）.

[4] 徐锡惠，陈忠恕，梁万林，等.四川省煤炭赋存规律与资源预测[M]. 北京;科学出版社，2015年.

[5] 韩德馨，任德贻，王延斌，等.北京：中国煤岩学[M]. 中国矿业大学出版社，1996.

Cause of Differences between No.1 and No.2 Layers of the Ducengzi Coal Seam in the Hulipo Coal Mine, Luzhou

WEI Wen-jin
(Sichuan Bureau of Coal Geology, Chengdu 610072)

The Ducengzi coal seam in the Hulipo coal mine is the major minable one which is divided into two layers. The distance between the first and second layers is very small, average of about 0.16 m. The Metamorphic grade of two layers is similar, both belong to medium metamorphic bituminous coal, however, their GR.Iis quite different. Moreover, the two layers are different in coal type. The first layer is 1/2 medium coking coal, while the second layer is 1/3 coking coal. This paper believes that their difference in coal type results from behavior differences which are originated from sedimentary environment.

coal type; degree of coalification; coking index; Hulipo

P618.11

A

1006-0995（2016）02-0272-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.022

2016-03-01

魏文金（1964—），男，四川叙永县人，高级工程师，长期从事矿产勘查及技术管理工作