鸡西盆地永丰勘查区煤的煤质特征

王忠兴， 周玉珠

(黑龙江省煤田地质一○八勘探队， 黑龙江 鸡西 158100)

鸡西盆地永丰勘查区煤的煤质特征

王忠兴， 周玉珠

(黑龙江省煤田地质一○八勘探队， 黑龙江 鸡西 158100)

为合理利用鸡西盆地煤炭资源，基于鸡西盆地的地质概况、煤的物化性质，分析永丰勘查区煤的煤质特征，并确定其工业用途。结果表明：研究区穆棱组和城子河组烟煤以亮煤为主，显微煤岩组分以镜质组为主。可采煤层水分平均为0.60%～0.88%，灰分平均为22.42%～38.43%，挥发分平均为18.57%～36.09%，硫分平均为0.28%～0.72%，属中灰、低硫型煤，煤类主要为长焰煤、不黏煤、1/2中黏煤、气煤及1/3焦煤等，可作为动力用煤或烧焦用煤。该研究为生产矿井合理配采、产品结构优化提供了借鉴。

煤； 物理性质； 化学性质； 工业用途

煤炭资源是我国的主要能源，由于成煤环境和后期改造等因素的影响，不同区域的煤层具有不同的煤质特征，而煤质特征是煤炭资源开发和利用的重要指标[1-6]。黑龙江省鸡西盆地永丰勘查区位于黑龙江省东部鸡西盆地北部坳陷的东北部，平阳—麻山逆冲断裂经本区南部边缘通过。区内中生界白垩系下统鸡西群穆棱组和城子河组含煤地层普遍发育。为预测待开采地区的煤炭质量，优化产品结构，合理利用鸡西盆地煤炭资源，笔者对区内穆棱组和城子河组可采煤层的煤质特征和煤的变质规律进行分析，以确定其工业用途。

1 煤田地质概况

鸡西盆地位于黑龙江省东南部，东西长135 km，南北宽25 km，面积约3 375 km2。盆地中部发育一贯穿东西的逆冲断裂平阳—麻山断裂和恒山古隆起，将盆地分为南北两个坳陷：南部坳陷由西向东有穆棱、平岗、小恒山、二道河子、张新和荣华等矿；北部坳陷由西向东有麻山、滴道、大通沟、西鸡西、城子河、正阳和东海等生产煤矿。

鸡西盆地南北坳陷均为大型复向斜构造，盆地中部受控于平阳—麻山断裂和恒山古隆起，南部边缘受敦化—密山断裂控制，北部为侵蚀边界。

鸡西盆地早白垩纪含煤地层主要为鸡西群的穆棱组(K1m)和城子河组(K1c)。穆棱组地层总厚为600～1 000 m，含煤总层数为10～15层，其中，可采煤层4～6层，属薄煤层。城子河组是鸡西煤田最重要的含煤地层，其厚度为150～700 m，含煤总层数达40余层。其中可采7～20层，具有多个聚煤中心。鸡西国有煤矿大部分开采城子河组煤层。

2 物理性质与煤岩特征

研究区煤以穆棱组、城子河组烟煤为主，煤的颜色及条痕均为黑色，具有玻璃光泽～强玻璃光泽；断口多为阶梯状和参差状，并有少量贝壳状；视密度随着煤层灰分增高和变质程度的加深而增大，一般为1.42～1.54 g/cm3。

煤岩特征包括宏观煤岩特征和显微煤岩特征，具体如下：

(1)宏观煤岩特征

穆棱组和城子河组烟煤以亮煤为主，镜煤和暗煤呈薄层状、不规则条带状、透镜状和线理状夹于亮煤之间，偶尔可见到丝炭。宏观煤岩类型以半亮型为主，其次为光亮型和半暗型。

(2)显微煤岩特征

研究区内穆棱组(4#煤层)和城子河组(19#、28#、31#、33#、34#煤层)烟煤的显微煤岩组分包括有机组分和无机组分，其主要可采煤层显微煤岩组分含量见表1,其中，w1为有机组分质量分数，w2为无机组分质量分数。

表1 穆棱组与城子河组显微煤岩组分质量分数

注：数据表示(最小值～最大值)/平均值(样本数量)。

由表1可知，有机组分包括镜质组、惰质组和壳质组，质量分数为81.70%～91.85%。其中，镜质组质量分数为59.4%～85.4%，惰质组为1.3%～24.2%，壳质组很少，其质量分数为0～4.5%。无机组分包括黏土矿物、碳酸盐矿物、氧化物、硫化物，质量分数为8.15%～18.30%。其中，黏土矿物质量分数为2.6%～18.3%，碳酸盐矿物质量分数为0～4.3%，成分为菱铁矿；氧化物质量分数为0～1.7%，成分为方解石；硫化物质量分数为0～0.7%，成分为硫铁矿。

3 化学分析

3.1工业分析

对研究区穆棱组与城子河组煤进行工业分析，结果如表2所示。

表2 穆棱组与城子河组可采煤层煤质工业分析

注：数据表示(最小值～最大值)/平均值(样本数量)。

分析表2可知，研究区穆棱组(4#煤层)水分(Mad)为0.72%～11.61%，平均值为2.38%。城子河组主要可采煤层(19#、28#、31#、33#、34#煤层)水分为0.60%～0.87%，平均值为0.69%。穆棱组灰分(Ad)平均为33.39%，属中高灰分煤。城子河组主要可采煤层灰分为22.42%～38.43%，平均为30.61%,属中灰-中高灰分煤。穆棱组煤挥发分产率(Vdaf)为30.29%～41.12%，平均为36.09%，属中高挥发分煤。城子河组主要可采煤层煤的挥发分产率为18.57%～33.69%，平均值为26.47%，属低挥发分-中高挥发分煤。黏结指数分数GRI为9.84%～45.48%，平均为85.35%。研究区主要可采煤层视密度值较高，在1.42～1.59之间，平均为1.52。由于研究区煤层灰分较高，煤层视密度也随之增高。

3.2元素分析

穆棱组与城子河组煤的元素分析结果见表3，稀散无素、有害元素分析结果如表4所示。

元素分析成果(表3)中，C质量分数w(Cdaf)为80.15%～88.49%，平均为85.35%；H质量分数w(Hdaf)为4.85%～5.49%，平均为5.22%；N质量分数w(Ndaf)为1.27%～1.62%，平均为1.51%；O和S质量分数w(O+S)daf为5.23%～13.06%，平均为7.95%。穆棱组(4#煤层)全硫质量分数w(St,d)为0.42%～1.54%，平均为0.72%。城子河组主要可采煤层(19#、28#、31#、33#、34#煤层)全硫质量分数w(St,d)为0.28%～0.47%，平均为0.40%，属特低硫-中硫分煤。全硫中以有机硫为主要成分。

由表4可见，穆棱组As的平均含量为8 μg/g(7个点)，其他所有可采煤层(19#、28#、31#、33#、34#煤层)As的平均含量均不超过4 μg/g，没有达到有害程度。两组中，Cl质量分数为0.003%～0.009%，平均为0.007%，属特低氯煤。P质量分数为0.009%～0.052%，平均为0.017%,属特低磷-中磷分煤。稀有元素Ge、Ga的含量都很低，达不到工业品位。

表3 穆棱组与城子河组可采煤层煤的元素分析

注：数据表示(最小值～最大值)/平均值(样本数量)。

表4可采煤层煤中稀散元素与有害元素分析

Table4Scatteredelementsandharmfulelementsanalysisofavailablecoal

煤层w/%ρ/μg·g-1CldPdGeadGaadAsad40．003～0．0240．003～．0410～101～102～710．008/(9)0．013/(9)5/(9)5/(9)18/(9)190～0．0230．001～0．0821～120～100～130．006/(16)0．020/(16)5/(16)4/(16)2/(16)280～0．0090．008～0．0660～60～71～30．007/(7)0．020/(7)3．50/(6)4．83/(6)1．71/(7)310～0．0480．005～0．0610～110～141～150．008/(22)0．013/(22)4/(22)6/(22)2/(22)330～0．0480．004～0．0210～110～121～140．008/(16)0．009/(16)3．56/(16)4．75/(16)9/(16)340～0．0480．004～0．0210～110～121～140．009/(17)0．009/(17)3/(17)5/(17)2/(17)

注：数据表示(最小值～最大值)/平均值(样本数量)。

3.3灰分分析

穆棱组与城子河组可采煤层煤灰分及含量如表5所示。由表5可知，研究区煤灰是以SiO2和Al2O3为主要成分，其中，SiO2质量分数为50.33%～62.11%，平均为56.42%；Al2O3质量分数为21.89%～36.65%，平均为29.37%。两成分之和占总灰成分的85.79%。

4 煤的变质规律与工业用途

4.1煤的变质规律

研究区煤的变质规律主要受区域变质影响，岩浆侵入程度也是影响该区煤质发生变化的主要地质因素[7-10]。叠加岩浆热的变质作用时，煤的变质程度升高，并且岩浆侵入的规模越大，与煤层侵入距离越近，煤的变质程度越高。Vdaf和w(Hdaf)随煤的变质程度加深而逐渐减小，w(Cdaf)则随煤的变质程度加深而逐渐增大(表3)。该区玢岩大面积侵入到煤系地层当中，由于岩浆热的叠加作用，煤由低变质的弱黏煤变质为高变质的贫煤、无烟煤。数据离散大的高变质煤是岩浆侵入作用的结果，尤其是在永宁南山一带煤质变化较为明显。

从剖面上看,煤层煤质变化随着煤层埋藏深度增加，煤的变质程度加深，但煤质变化不十分明显。Vdaf和w(Hdaf)由浅到深逐渐减少，w(Cdaf)和Qnet,d由浅到深逐渐增大，GRI则随煤的变质程度加深而逐渐减小。研究区煤变质规律与鸡西盆地其他矿区煤变质规律基本一致。

4.2煤的工艺性能与用途评价

研究区可采煤层原煤发热量(Qnet,d)为20.30～25.65 MJ/kg，平均为23.38 MJ/kg；黏结指数为6.55～46.83，平均为33.17；胶质层最大厚度(Y)为7～16.0 mm，平均为10.25 mm。

按照GB 5751—86《中国煤炭分类国家标准》划分，穆棱组4#层煤类主要为长焰煤，其次为不黏煤和弱黏煤；城子河组19#、28#、31#、33#、34#煤层煤类较多，主要有弱黏煤、1/2中黏煤、气煤、1/3焦煤、焦煤和贫煤。

表5 穆棱组与城子河组可采煤层煤灰成分及质量分数

注：数据表示(最小值～最大值)/平均值(样本数量)。

研究区穆棱组和城子河组主要可采煤层水分(Mad)平均为0.60%～0.88%，灰分(Ad)平均为22.42%～38.43%，属中灰分-中高灰分煤；挥发分产率(Vdaf)平均为18.57%～36.09%，属低挥发分-中高挥发分煤；全硫(St,d) 质量分数平均为0.28%～0.72%，属特低硫-低硫分煤；磷(P)质量分数平均为0.010%～0.052%，属特低磷-中磷分煤。其发热量(Qnet,d)平均为20.30～25.65 MJ/kg, 属中热值-高热值煤。与邻近东海矿煤的工业用途类比，该区煤的最佳用途：长焰煤、不黏煤、弱黏煤和贫煤可作工业动力用煤及锅炉用煤;1/2中黏煤、气煤、瘦煤经过洗选后可作炼焦配煤，也可作工业动力用煤及锅炉用煤;1/3焦煤、焦煤经过洗选后作炼焦用煤。

5 结 论

(1)鸡西盆地永丰勘查区穆棱组和城子河组烟煤以亮煤为主，显微煤岩组分以镜质组为主。可采煤层水分平均为0.60%～0.88%，灰分平均为22.42%～38.43%，挥发分平均为18.57%～36.09%，硫分平均为0.28%～0.72%，属中灰、低硫型煤。

(2)研究区煤变质程度随煤层埋藏深度增加而加深。煤为中热值-高热值煤，煤类主要为长焰煤、不黏煤、1/2中黏煤、气煤及1/3焦煤等，可用作工业动力用煤、锅炉用煤及炼焦用煤。

[1] 赵福平, 舒万柏. 贵州大方背斜南东翼煤中硫特征及成因分析[J]. 煤田地质与勘探, 2006, 34(5): 9-12.

[2] 张名泉, 朱长生, 赵彩凤, 等. 滇东北镇雄煤田晚二叠世煤中的可选性[J]. 煤田地质与勘探, 2008, 36(4): 5-7.

[3] 杨 起, 吴冲龙, 汤达祯, 等. 中国煤变质作用[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 1996.

[4] 曹代勇, 张守仁, 任德贻. 构造变形对煤化作用进程的影响——以大别造山带北麓地区石炭纪含煤岩系为例[J]. 地质论评, 2002, 48(3): 313-317.

[5] 窦新钊, 姜 波, 秦 勇, 等. 黔西地区晚二叠世煤层变质规律及机理研究[J]. 煤炭学报, 2012, 37(3): 424-429.

[6] 杨仁超, 韩作振, 柳益群. 鄂尔多斯盆地东胜地区侏罗系煤与铀矿的关系[J]. 地球科学与环境学报, 2006, 28(4): 31-37.

[7] 薛金顺. 浅析含煤地层中的侵入体岩性——岩浆岩[J]. 内江科技, 2008， 29(4): 104-105.

[8] 周丽丽. 岩浆岩侵入对煤质的影响[J]. 洁净煤技术, 2014, 20(1): 37-40.

[9] 王宝君, 吴跃刚， 李春先, 等. 鸡西盆地永庆区(一区)辉绿岩的侵入特征[J]. 科技资讯, 2006(17): 84.

[10] 陈少楠. 张新煤矿次辉长玢岩特征及时代的探讨[J]. 煤炭技术, 2004, 23(3): 98-99.

(编校荀海鑫)

LawunderlyingcoalqualityandcoalmetamorphisminYongfengexplorationareainJixiBasin

WangZhongxing,ZhouYuzhu

(The 108th Exploration Team, Heilongjiang Bureau of Coal Geological Exploration, Jixi 158100, China)

This paper deals with the rational use of coal resources in Jixi Basin and describes an analysis of the coal quality characteristics and metamorphism of coal in Yongfeng exploration area, using the geological profile of Jixi Basin and the physical and chemical properties of coal and thereby the determination of its industrial use. The result show that bituminite in Chengzihe and Muling formation in the study area is dominated by bright coal and Micro-coal-rock component is dominated by vitrinite; recoverable coal seams with an average moisture content of 0.60%-0.88%, an average ash content of 22.42%-38.43%, an average volatile from 18.57% to 36.09%, and an average sulfur of 0.28%-0.72% are classified as medium gray and low sulfur briquette and are of these categories: fat coal, no sticky coal, 1/2 sticky coal, gas coal and 1/3 coking coal, all of which can be used as power coal and charred coal. The research may provide for the rational matching of mining production and the optimization of product structures.

coal; physical properties; chemical properties; industry application

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.06.006

TQ533

2095-7262(2017)06-0602-05

A

2017-03-30；

2017-06-06

王忠兴(1965-)，男，山东省莱西人，高级工程师，研究方向：煤田地质与勘查，E-mail：1085277919@qq.com。