内蒙古白音乌拉矿区6#煤层特征及液化性能

贺 军

(中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100041)

白音乌拉矿区位于内蒙古自治区苏尼特左旗满都拉图镇西北35km处，大地构造分区属天山-兴安地槽褶皱系华力西中晚期地槽褶皱带东苏-西乌复向斜白音塔拉坳陷，矿区构造复杂程度属简单类型。矿区面积362.3km2，煤炭资源储量52.2亿t，埋藏深度80～430m；研究区内煤层赋存于白垩系下统巴彦花组中段(K1b2)，该岩段厚度276.80m，主要可采煤层为6#煤层。6#煤层平均厚度超过20m，含煤性好。区内煤质为中灰、中硫、特低磷褐煤。本区煤层总体变化趋势：矿区中心煤层厚度较大，夹层少，煤层结构较简单；沿走向向SW方向煤层急剧变薄尖灭，NE方向煤层分叉，缓慢变薄，煤层夹层增多，结构较为复杂。以下通过对6煤层煤岩煤质资料的分析，研究其煤质特征及其变化规律，并指出其液化性能。

1 物理性质及煤岩特征

研究区6#煤层为褐色或黑褐色，条痕为浅棕色或深棕色，弱沥青光泽，参差状断口，硬度小，块状构造，易风化，见风后有干缩裂纹。煤岩宏观组分多以暗煤为主，半暗-暗淡型煤，平坦状及参差状断口，内生裂隙发育，见有方解石、黄铁矿薄膜，敲击易生成棱角小块。镜煤和丝炭多以较大透镜体和线理状夹在暗煤之中。显微煤岩组分以镜质组最多，大都在50%以上，最高达到82.20%。惰性组次之，壳质组相对较少，矿物组分主要是黏土矿物，含量很低(表1)。

该煤的镜质组最大反射率0.282%～0.308%，随煤层埋深的增加，镜质组最大反射率逐步提高，煤的变质程度逐步加深，符合煤的深成变质规律。煤的变质阶段属于0阶段，相应的煤类为褐煤。

2 煤岩煤质特征

2.1 煤的工业分析

本次研究对白音乌拉矿区6#煤层煤岩煤质资料和部分勘探地质报告等数据资料进行了清洁利用指标分析(表2)。

表1 6#煤岩组分鉴定成果统计表Table 1 Statistics of coal lithotype identification results

表2 煤层主要化学性质Table 2 Main coal chemical properties

2.2 煤质特征

(1)水分(Mad)。6#煤层原煤水分(Mad)含量为6.67%～26.96%，平均13.32%；浮煤水分(Mad)含量为7.03%～26.07%，平均13.28%；由分布图可以看出，原煤、浮煤水分均分布在8.0%～20%，可见洗选对该矿区煤中水分影响不大。依据煤中全水分分级(MT/T850-2000)标准，属中等-中高全水分煤(MM-MHM)(图1)。

图1 白音乌拉矿区6#煤层水分分布Figure 1 Bayan Ula mine area coal No.6 moisture content distribution

(2)灰分(Ad)。6#煤层原煤灰分(Ad)产率为1.76%～55.09%，平均15.89%，浮煤灰分(Ad)灰分产率为4.45%～21.85%，平均10.07%。按GB/T15224.1—2010《煤炭质量分级第一部分：灰分》中煤炭资源评价灰分分级，白音乌拉矿区6#煤层原煤主要为低灰分煤，少量中灰煤。经过洗选之后，灰分有明显的下降，灰分含量主要分布在>10%～20%，平均值降低为10.07%，接近特低灰分煤(图2)。

图2 白音乌拉矿区6#煤层灰分分布Figure 2 Bayan Ula mine area coal No.6 ash content distribution

图3 白音乌拉矿区6#煤层灰分平面分布图Figure 3 Bayan Ula mine area coal No.6 ash content distribution plan

6#煤层灰分在平面上大部分分布在16%～20%，但在矿区南部的芒来露天矿大部以及乌兰备用区的北部出现了灰分的降低，该区域灰分含量主要分布在12%左右(图3)。

(3)挥发分(Vdaf) 6#煤层原煤挥发分(Vdaf)产率为36.69%～78.51%，平均54.41%，按MT/T 849-2000《煤的挥发分产率分级》，矿区内主要为特高挥发分煤。经洗选后，浮煤挥发分(Vdaf)产率洗选前后基本保持不变(图4)。

图4 白音乌拉矿区6#煤层挥发分分布Figure 4 Bayan Ula mine area coal No.6 volatile matter content distribution

在平面图上，白音乌拉矿区6#煤层挥发分在矿区北部的赛汉井田、赛汉塔拉井田以及矿区南部的乌兰备用区煤的挥发分主要分布在50%以下，在矿区中部的芒来露天矿、沙尔井田煤的挥发分以大于50%为主，总体上表现为中部高于南部以及北部(图5)。

图5 白音乌拉矿区6#煤层挥发分平面分布图Figure 5 Bayan Ula mine area coal No.6 volatile matter content distribution plan

(4)氢碳原子比(H/C)。6#煤层原煤氢碳原子比0.53～1.24，主要分布在0.70～0.85，平均值为0.76(N=120)(图6、图7)。

图6 白音乌拉矿区6#煤层H/C分布Figure 6 Bayan Ula mine area coal No.6 H/C distribution

图7 白音乌拉矿区6#煤层H/C分布图Figure 7 Bayan Ula mine area coal No.6 H/C distribution plan

(5)全硫。6#煤层原煤全硫(St.d)硫分含量为0.2%～11.2%，平均为1.92%，按GB/T15224.1—2010《煤炭质量分级第二部分：硫分》中煤炭资源评价硫分分级，巴其北矿区6#煤层主要为中硫煤；洗选后，浮煤全硫(St.d)硫分含量为0.08%～5.44%，平均1.60%，洗选后硫分含量出现了一定程度的下降，但是降幅不大，仍为中硫煤(图8)。

图8 白音乌拉矿区6#煤层硫分分布Figure 8 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur content distribution

从平面图上看，白音乌拉矿区6#煤绝大多数区域硫分大于1%，总体表现为北低南高的趋势， 其中乌兰备用区的硫分主要以大于2%为主(图9)。

图9 白音乌拉矿区6#煤层硫分平面分布图Figure 9 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur content distribution plan

从形态硫分布柱状可以看出，本矿区全硫含量大于1%的煤中，硫的主要成分以黄铁矿硫及有机硫为主，硫酸盐硫含量极低；黄铁矿硫和有机硫的占比随着全硫含量的变化也有一定的变化规律：在全硫含量为1.0%～3.0%的煤中主要以有机硫为主，黄铁矿硫次之，并且随着全硫含量的增加而有机硫减小，黄铁矿硫增大；全硫含量大于3.0%的煤中主要以黄铁矿硫为主，有机硫次之(图10)。

图10 白音乌拉矿区形态硫分布Figure 10 Bayan Ula mine area coal No.6 sulfur in different forms distribution

2.3 元素分析

煤的可燃质由多种碳、氢化合物为主的有机物组成，其主要化学元素为碳、氢、氮、氧。6#煤层中原煤碳(Cdaf)含量在61.40%～86.22%，平均为70.52%；

洗煤在 38.64%～80.34%，平均为 69.47%。氢(Hdaf)含量原煤在 1.46%～7.15%，平均为 4.50%；洗煤在3.38%～6.32%，平均为 4.35%氮(Ndaf)含量原煤在 0.75%～1.64%，平均为 1.15%；洗煤在0.09%～2.08%，平均为 1.12%。氧(Odaf)含量原煤在 5.64%～34.88%， 平均为 22.00%； 洗煤在13.81%～54.30%，平均为 23.44%。

3 液化性能分析

3.1 煤炭直接液化对煤质的要求

煤的直接液化是将煤在高压、高温和催化剂的作用下与氢反应，使之转化为液体燃料的过程。适合液化的煤种类有：长焰煤、褐煤、气煤等。前人的研究表明，液化用煤一般宜采用挥发分较高的煤[1-3]镜质组平均最大反射率(Ro,max)0.3%～0.7%的煤大多适于液化，最佳为Ro,max0.5%左右[4-6]。挥发分越高越易液化，通常选择挥发分大于35%的煤作为直接液化煤种。在总结前人对直接液化用煤指标研究的基础上，笔者在本次研究中同项目组共同提出针对直接液化用煤的具体指标，其煤岩煤质指标见表3。

3.2 指标分析

通过对主要可采煤层6#煤的岩煤质指标分析，发现研究区主要可采煤层中，原煤基本全部适合直接液化，经洗选后部分指标有明显的变化，更适合直接液化。研究区6#煤层煤质与接液化用煤评价指标体系表对比结果见表4。

通过表4对比得出，本次工作研究区内6#煤层各项指标均符合直接液化标准，基本可作为直接液化用煤。

表3 适于直接液化用煤的煤岩煤质指标Table 3 Coal lithotype and coal quality indices propitious to direct liquefaction

注：H/C,以干燥无灰基表示；I为去矿物基

表4 研究区6#煤层煤质与接液化用煤评价指标体系表对比表Table 4 Comparison of coal No.6 from study area and direct liquefaction coal assessment index system table

注：H/C,以干燥无灰基表示；I为去矿物基

4 结论

有机显微组分中镜质组含量为64.11%，惰质组含量为33.98%，含少量壳质组(1.91%)；无机组分以黏土矿物为主。煤为中灰、中-中高硫、高热值褐煤。煤的挥发份高，化学反应性好，有机硫含量一般在1%以上，适合煤的液化，但从煤岩组分来看，惰质组含量较高，对液化不利。

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