煤炭地质勘查中煤质评价指标体系建立的现状与展望

秦云虎，王双美，张 静，何建国，吴国强，宁树正

(1.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006； 2.中国煤炭地质总局，北京 100038)

煤炭地质勘查中煤质评价指标体系建立的现状与展望

秦云虎1，王双美1，张 静1，何建国1，吴国强2，宁树正2

(1.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006； 2.中国煤炭地质总局，北京 100038)

“十三五”时期，国家将煤炭清洁高效开发利用作为能源转型发展的立足点和首要任务，煤炭分质分级利用是煤炭企业未来转型发展、实现清洁利用、提高资源经济效益的主要途径。煤炭分级分质利用属于源头控制。从源头对煤炭进行煤质指标评价，确定其利用方向，为煤炭分级分质提供依据，具有重要意义。通过论述煤炭地质勘查中煤质评价体系建设的重要性和研究现状，总结了煤质评价内容和方法，依托“特殊用煤评价指标体系研究”项目，指出煤质评价指标体系建立的意义，分析各个煤质指标对炼焦、直接液化、气化用煤的影响，确定主要的煤质评价指标，建立炼焦、直接液化、气化用煤评价指标体系；对煤炭地质勘查中建立高炉喷吹用煤、煤制清洁燃气技术用煤和高锗煤、高镓煤、高铀煤等一系列煤质指标评价体系进行了展望。

煤质；评价体系；分级分质；清洁利用

0 引言

我国是煤炭大国，煤炭不仅是一种重要的能源，而且还是一种重要的化工原料。在中国传统的能源利用结构中，煤炭的消耗占有较大的比重，就目前中国的发展状况而言，能源利用结构长期以来不会有较大的变化，煤炭将会较长期地占据中国能源消耗的主要地位。但是随着市场经济的快速发展以及工业化进程的不断加快，人们的环保意识也不断提升，煤炭资源利用率的问题已经引起了重视。煤炭资源存在着较大的浪费以及不合理利用现象，而且煤炭资源的低利用率破坏了生态环境，影响了中国经济的发展。“十三五”时期，国家将煤炭清洁高效开发利用作为能源转型发展的立足点和首要任务，为煤炭行业转变发展方式、实现清洁高效发展创造了有利条件。能源结构清洁化、低碳化趋势明显，煤炭分质分级利用可能是煤炭企业未来转型发展、实现清洁利用、提高资源经济效益的主要途径。煤炭分级分质利用属于源头控制。从源头对煤炭进行煤质指标评价，确定其利用方向，为煤炭分级分质提供依据，具有重要意义。

1 煤炭地质勘查中煤质评价指标体系建设的重要性

1.1 为特殊用煤的划分提供依据[1-3]

从工业利用角度，特殊用煤包括炼焦、直接液化、气化用煤，可用于高炉喷吹、活性炭等工业原料用煤的优质无烟煤等，具有十分重要的工业用途，其利用途径具有一定的产业规模，并有不可替代性，对国民经济具有重要价值。

在国家相关政策的大力支持和鼓励下，我国炼焦、直接液化、气化项目发展势头迅猛，担负起了煤炭清洁利用的重任，在煤化工领域中占据着越来越重要的地位。炼焦、直接液化、气化工艺对煤质指标有不同的要求，在煤田地质勘查阶段依据特殊用煤评价指标体系划分出适合炼焦、直接液化、气化的煤炭资源，可以避免因不当利用造成的资源浪费。

煤炭中含有的钒、铀、锗等多种稀有元素是重要的工业原料，煤炭在这方面的价值远超作为能源的价值。在煤田地质勘查阶段过程中通过煤质测试发现稀有元素，第一时间对该资源进行保护，避免资源的浪费。

煤中硫以硫化物(以黄铁矿为主)、有机硫、硫酸盐和元素硫四种形式存在，其中黄铁矿硫和有机硫是最主要的两种形式。煤炭燃烧释放大量的二氧化硫和二氧化碳气体，造成自然环境的破坏，威胁人体的健康。又比如湖北恩施高硒区，由于居民广泛用含硒量极高的煤作燃料，发生人畜中毒现象；贵州部分地区由于高砷煤的使用，造成3 000多例砷中毒事件。如在煤田地质勘查中进行煤质的全面评价，则可以在开采和利用时采取必要的措施来最大限度降低此类危害。

1.2 为煤炭的合理开发利用提供依据

在煤田地质勘查中，对煤质及时进行化验测试，得到水分、灰分、挥发分、硫分、发热量等测试结果，进一步确定煤类，为以后开采煤矿企业了解煤炭的质量、开采条件等提供信息，以确定后续的开发利用手段。

不同的煤类有不同的工业用途，在开采过程中，采用优劣搭配等多种方案，以保障煤炭产品的质量；在选择不同的加工工艺和加工方法时，可合理安排煤炭产品的等级和品种。这样一来，一方面，可做到煤质资源的科学化、合理化利用; 另一方面，也可满足用户的实际需求，为煤炭企业获得更大的经济效益[3-4]。

1.3 为煤矿设计提供依据[4-5]

合理的煤矿设计对于煤炭质量的保障非常重要。煤矿设计要考虑盘区的划分、水平的划分等，最主要的依据就是煤田地质勘探中煤质工作的结果和相关资料。例如在划分井田的过程中，要尽量以煤类变化线、水文地质变化线、自然地质构造线等作为井田的边界，而这些线路的划分与地质构造特点、地质水文变化规律、煤质特点、煤层特点是分不开的，这就需要煤田地质勘查中的煤质工作来提供相关的资料和信息。在对回采工作面进行设计时，工作面走向长度、推进速度、采高和斜长等参数都是以煤田地质勘查中的煤质工作结果为准则的，必须根据煤质工作的相关报道，选择合适的分层、工作面位置和回采工艺，只有这样，煤炭产品的质量才能得到应有的保证。

2 煤质评价的研究现状

煤田地质勘查工作中煤质工作是保障煤炭质量的关键环节，是煤炭地质勘查中必不可少的一个重要环节。长期以来，中国煤田地质勘查工作的重点在煤炭资源勘查方面，对于煤质分析和研究相对薄弱。煤田地质勘查中虽然将煤质列为勘查工作的一项，但只是简单的数据罗列，对于煤层煤质的数据分析比较简单，没有更深入的分析研究。因此，在煤田地质勘查中加强对煤质的全面、系统、深入的分析研究，并在此基础上进行综合评价，建立对应的煤质评价指标体系，为国家工业合理布局和资源的综合利用提供依据，对于有效开发利用煤炭资源有着极为重要的现实指导意义。

我国学者先后发表有关煤质评价方面的文章，如陈亚飞[6]指出煤质评价体系建设的意义；石瑛[1]指出煤田地质勘查中侧重于煤炭资源的勘查，忽视了对煤质的分析；方军[2]等阐述了煤田地质勘探中的煤质研究工作对煤炭资源开发利用的评价等等；杨和彦[7]建立了一套适合于壳牌煤气化工艺的煤质指标体系；聂强等[8]分析了影响动力煤质量的指标，包括灰熔融性软化温度、发热量、挥发分等煤质指标，建立动力煤质量评价指标体系，等等。

中国煤炭地质总局近20年先后开展了中国煤炭资源预测与评价、中国洁净煤地质研究、中国优质环保型煤炭资源调査评价等重要项目，其中的评价都涉及了煤质指标，主要如下：

毛节华、许惠龙等[9]根据地质条件、开采条件和外部条件等24个指标项，将全国尚未占用的煤炭资源的可利用性分为良、可、差三类。其中地质条件中煤质指标有煤类、灰分、硫分和发热量。根据现行国家标准和规范，将24个指标项划分为5个级别，依次定义为好、较好、一般、较差和差，其中10个定量指标采用实际的量值，14个定性指标相应赋值：为好(90～100)、较好(70～90)、一般(50～70)、较差(30～50)和差(<30)，以此确定指标特征取值、赋值标准及其分类界限，并根据指标的重要度(权值)以勘探区为单元来进行综合评价。

袁三畏等[10]从反映煤的岩石组成、化学性质和工艺性能的数十项指标中选出煤类、灰分、硫分、发热量和可选性这5项指标，作为统一的煤质评价指标，并按统一的标准评分。根据5项评价指标的评分结果汇总为综合优度值，按照综合优度值范围划分为3等级，以勘探区或井田为基本评价单元，每个评价单元只定一个级别。

唐书恒等[11]以有害物质种类、有害物质毒性、环境保护标准为主要指标，具体考虑煤的灰分、硫分、微量元素等指标，采用层次分析和模糊评判的组合方法，构建全国煤炭资源洁净潜势评价体系。将中国煤炭资源划分为 I级—洁净潜势好、Ⅱ级—洁净潜势较好、Ⅲ级—洁净潜势中等、 Ⅳ级—洁净潜势较差、V级—洁净潜势差等五个洁净等级。

秦云虎等[12-13]对动力用煤、炼焦用煤建立了评价指标体系，根据标准划分了不同的类型，进行了全国煤炭资源的评价。动力用煤的煤质指标主要考虑发热量、硫分、灰分、挥发分等指标，结合有害微量元素含量，将动力用煤划分为8种类型，根据这8种类型对全国的煤炭资源进行评价；炼焦用煤的煤质指标主要考虑挥发分、灰分、硫分、哈氏可磨性指数等指标，将炼焦用煤划分为4种类型，并根据这4种类型对全国的煤炭资源进行评价。

3 煤质评价内容和方法

3.1 煤质评价内容

煤质评价是指评定煤炭质量在工业上的利用价值，在煤的勘查、开发过程中，煤质评价与各勘查阶段是相关联的，即由初步评价到详细评价煤质的阶段，由预测推断到最后查明煤质分布规律及其变化原因，以及作出工业利用的规划，直至在工业上加以利用的整个过程。煤质评价的内容归纳起来有地质、工艺技术和经济三个方面的评价，虽然不同部门有所侧重，但必须掌握大量的煤质资料，尽量做出正确而全面的评价，为国家或地方合理使用煤炭资源提供依据。

3.2 煤质评价方法

煤质研究和评价是根据煤的工业分析、元素分析和工艺性能测定所得之数据，对煤进行综合性地研究，以确定其种类，并提出合理利用的途径，为国家工业的合理布局和资源应用提供依据。

煤质研究方法主要有宏观研究、煤岩鉴定、煤质化验、新技术分析和综合分析等几个方面。煤质评价方法与煤质研究方法有所不同，常用的有化学的、煤岩的、工艺的和物理的几种方法。在找矿勘查过程中，对所研究的煤田或煤矿区进行煤质评价时，常常采用上述各种方法相互补充，综合分析，才能对煤质作出全面正确的评价。在勘探阶段，煤质评价是通过对煤层的取样和对样品进行测试后，由地质人员经过整理和研究来完成的。

4 煤质评价指标体系

“特殊用煤评价指标体系研究”是中国煤炭地质总局承担的二级项目“特殊用煤资源潜力调査评价”中的主要内容，本项目所述特殊用煤是指炼焦、直接液化及气化用煤，对其指标体系的研究旨在从我国煤炭资源及清洁利用的战略角度出发，制定出一套完整的特殊用煤评价指标体系，用于评价我国现有煤炭资源中可用于炼焦、直接液化及气化三种不同工业用途的优质煤炭资源，实现我国煤炭资源的分质、分级及清洁、高效利用。指标体系的制定主要针对各勘查阶段的煤炭资源和原煤，适用于煤炭资源的评价。

通过分析各个煤质指标对炼焦、直接液化、气化用煤的影响，确定主要的煤质评价指标，并对其进行赋值和分级，建立炼焦、直接液化、气化用煤评价指标体系。

4.1 炼焦用煤

适合炼焦用煤的煤类主要有气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤，其中1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤为主焦煤，气煤、气肥煤为炼焦配煤。通过分析挥发分、黏结指数、灰分、硫分、磷分、水分、可选性等煤质指标对炼焦的影响，确定可选性、灰分、硫分、磷分等4个煤质指标作为炼焦用煤评价指标。

4.2 直接液化用煤

适合煤炭直接液化的煤类有褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤及气煤。通过分析挥发分、镜质体最大反射率、水分、灰分、氢碳原子比、惰质组含量、哈氏可磨性指数等煤质指标对直接液化的影响，确定挥发分、镜质体最大反射率、氢碳原子比、惰质组含量、灰分等5个技术指标作为直接液化用煤评价指标。

4.3 气化用煤

根据气化工艺的不同分为固定床用煤评价指标体系、流化床用煤评价指标体系、气流床(水煤浆气流床、干煤粉气流床)用煤评价指标体系。

4.3.1 固定床气化用煤

适合固定床气化的煤类有褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、瘦煤、贫瘦煤和无烟煤。通过分析灰分、水分、黏结指数、煤灰熔融温度、块煤热稳定性等煤质指标对固定床气化的影响，确定黏结指数、煤灰熔融性温度、热稳定性、灰分等4个技术指标作为固定床气化用煤评价指标。

4.3.2 流化床用煤

适合流化床气化的煤类较多，褐煤及低煤阶烟煤更为合适，也能气化含灰30%～50%的高灰煤。通过分析煤对二氧化碳化学反应性、黏结指数、煤灰熔融性软化温度、灰分、硫分、全水分等煤质指标对流化床气化的影响，确定煤对CO2反应性、煤灰熔融性软化温度、黏结指数等3个煤质指标作为流化床气化用煤评价指标。

4.3.3 气流床用煤

适宜于水煤浆气流床气化用煤通常选用气化反应活性较高的年轻烟煤，烟煤中最适宜的是长焰煤、气煤等。通过分析水分、灰分、硫分、哈氏可磨性、成浆浓度、灰熔融性等煤质指标对水煤浆气流床气化的影响，确定煤灰熔融性、水分、哈氏可磨性指数、灰分等4个煤质指标作为水煤浆气流床气化用煤评价指标。

干煤粉气流床气化由于不受成浆浓度和气化温度高影响，煤类适应性范围较广，可以使用褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、瘦煤、贫瘦煤作为气化用煤。通过分析水分、灰分、挥发分、硫分、哈氏可磨性、煤灰熔融性温度等煤质指标对干煤粉气流床气化的影响，确定煤灰熔融性流动温度、灰分等2个煤质指标作为干煤粉气流床气化用煤评价指标。

5 煤质评价体系的建立展望

煤炭是我国能源结构的主要组成部分，在相当长的一个时期内这种局面不会有大的改变，如何提高和利用煤炭的使用效率就是当前的重中之重，研究煤炭清洁利用技术不仅可以节能减排，也符合我国当前的国情，更能以较低的成本保障经济发展和运行，实现能源、经济和环境的协调一致发展，带动相关企业和产业不断发展和进步。

实现煤炭的清洁高效利用已成为煤炭产业发展的必然要求，而煤炭分级分质利用是提高煤炭清洁高效利用水平的重要途径。煤炭分级分质利用是基于煤炭各组分的不同性质和转化特性，以煤炭同时作为原料和燃料，将煤的热解(干馏)与燃煤发电、煤气化、煤气利用、煤焦油深加工等多个过程有机结合的新型能源利用系统。煤田地质勘查中煤质评价指标体系的建立，对原煤利用方向进行划分，为煤炭分级分质利用提供依据。

(1)建立特殊用煤指标评价体系，不仅包括炼焦、直接液化、气化用煤，还应包括其他如高炉喷吹用煤、煤制清洁燃气技术用煤等；

(2)建立高元素煤指标评价体系，包括高锗煤、高镓煤、高铀煤等；

(3)建立动力用煤指标评价体系，基于目前关于动力用煤的评价指标不统一，应在广泛收集资料基础上，根据动力用煤实际应用建立指标体系。

中国煤炭地质总局作为全国规模最大、业务范围最广、技术力量最强的综合性地质勘查企业集团和煤炭、化工资源勘查行业的管理机构，掌握全国大部分煤炭地质资料，面对新形势下的煤炭产业发展，有责任、有能力建立勘查方面的一系列绿色勘查标准体系，为国家煤炭清洁高效利用提供一定依据。在今后工作中，要加大煤质研究的深度和广度，拓展研究和评价的范围，增强测试手段和力量，为实现从传统能源向低碳、高效的清洁能源的转型打下基石。

[1]石瑛.浅谈煤炭地质勘探中煤质研究和评价的意义[J].中国煤田地质,2007,19(4):87,90.

[2]方军,姜再富.煤田地质勘探中煤质研究和评价的重要性分析[J].能源与节能,2014,(1): 62-63.

[3]李伟.煤田地质勘探中煤质工作的重要性[J].内蒙古煤炭经济,2016,(11):20,26.

[4]胡明岩.煤田地质勘探中煤质工作的重要性[J].中国煤炭,2009，(11),78-80.

[5]王俊祥.煤田地质勘探中煤质研究和评价的意义[J].内蒙古煤炭经济,2014，(9):41-42.

[6]陈亚飞.煤质评价与煤质标准化[J].煤质技术,2006,(1):12-15.

[7]杨和彦.壳牌煤气化煤质指标体系的建立[D].安徽淮南:安徽理工大学,2012.

[8]聂强,祁娇,殷腾飞,等.中国商品动力煤质量评价研究[J].煤炭工程,2015，47(12):146-148.

[9]毛节华,许惠龙.中国煤炭资源预测与评价[M].北京:科学出版社,1999.

[10]袁三畏.中国煤质论评[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

[11]唐书恒.中国洁净煤地质研究[M].北京:地质出版社,2006.

[12]秦云虎,秦勇,李壮福,等.中国优质环保型动力煤类型划分及总体构成[J].能源技术与管理,2006,(6):83-85.

[13]秦云虎,秦勇,李壮福,等.中国优质环保型炼焦煤的评价及资源量等级[J].中国煤田地质,2007，19(6):21-22.

Status Quo and Prospect of Coal Quality Assessment Index System Structuring in Coal Geological Exploration

Qin Yunhu1, Wang Shuangmei1, Zhang Jing1, He Jianguo1, Wu Guoqiang2and Ning Shuzheng2

(1.Jiangsu Geological and Mineral Resources Design and Research Institute, Xuzhou, Jiangsu 221006;2.China National Administration of Coal Geology, Beijing 100038)

During the 13th Five-Year Plan period, the state will take the coal clean and high efficient exploitation and utilization as the foothold and top priority in the energy transformational development. The coal quality based and classified utilization is the principal pathway of coal enterprises future transformational development, realization of clean utilization and improvement of resource economic effect. Coal quality based and classified utilization is a kind of upstream control. Also, from the source to carry out coal quality index assessment, determine the direction of utilization and provide the basis of coal classification and quality partition are of major significance. Through the discussion of coal quality assessment system construction importance and research status quo, have summarized coal quality assessment content and methodology. Relying on the “Study on Special Purposed Coal Assessment Index System” project, pointed out the significance of the index system establishment; analyzed impact from coal quality indices on coals used in coking, direct liquefaction and gasification; determined main coal quality assessment indices; established assessment index system for coking, direct liquefaction and gasification coals. Further looked forward to establish a series of coal quality assessment index systems for blast furnace pulverized coal injection, clean coal gas technological, high germanium, high gallium, and high uranium coals in coal geological exploration.

coal quality; assessment system; quality based and classified; clean utilization

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.07.01

1674-1803(2017)07-0001-04

《特殊用煤资源潜力调查评价》，项目编号：DD20160187

秦云虎(1962—)，男，江苏无锡人，教授级高级工程师，1985年毕业于山东矿业学院煤田地质勘查专业，现主要从事煤炭地质勘查、科研及岩土工程工作。

2017-05-01

责任编辑：宋博辇

文献标识码：A