贵州三叠系火把冲组煤层及煤质特征分析

田亚江

(贵州省地矿局地球物理地球化学勘查院,贵州贵阳550018)

贵州省三叠系上统火把冲组主要分布于黔西南贞丰县龙头山向斜和六枝郎岱向斜，另在关岭断桥附近向斜轴部有零星出露，但残存不全。系一套以粘土岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质粘土岩为主，含少量灰岩、泥灰岩和煤层（线）的浅海至滨海中原沼泽相的海陆交互相的含煤建造。以龙头山向斜发育最好，含煤40～50层，其中可采煤层1～3层，一般2层（即K2、K3煤层）；有经济价值的煤层仅分布于贞丰龙头山一带，其余地区均不可采，火把冲组厚650～750m，其中可采煤层均分布于火把冲组三段（T3h3）。

1 煤层特征

1.1 含煤性

区内可采煤层均分布于三叠系上统火把冲组三段（T3h3），厚度176～241m，平均厚230m。岩性为石英砂岩、细砂岩、粘土岩、炭质粘土岩、粉砂岩、钙质粉砂岩、泥质粉砂岩及煤层（线）等组成。共含煤(线)5～23层，煤层平均总厚8.3m,含煤系数3.61%；含可采煤层2层,煤层平均总厚2.51m，可采含煤系数1.17%，其中全区可采煤层1层(K2)、大部可采煤层1层（K3），见图1。

1.2 可采煤层

区内煤层情况（钻探揭露）见表1。

（1）K3煤层：位于含煤岩系三叠系上统火把冲组第三段（T3h3）中部，是区内主要可采煤层。煤层全层厚度0.57～2.02m,平均厚1.42m，煤层结构较简单，含夹矸0～2层，厚0～0.66m,岩性为炭质泥岩、泥质粉砂岩泥岩。煤层采用厚度0.57～1.48，平均0.82m，点可采率72%，面可采率88%，向中部厚度有增大趋势。上距离T3e1底104.06～173.1m，平均143.58m。属较稳定的大部可采煤层。

顶板岩性：粉砂岩、粉砂质粘土岩。

底板岩性：以粘土质粉砂岩、砂岩为主，部分粘土岩伪底。

（2）K2煤层：全区发育，位于含煤岩系三叠系上统火把冲组第三段（T3h3）底部，是矿区内主要可采煤层。煤层结构较复杂，夹0～3层夹矸,一般含2层，夹矸厚0～0.29m。煤层全层厚度0.94～1.31m,平均厚1.09m，煤层采用厚度0.74～1.13m，平均厚0.93m，点可采率100%，面可采率100%，平面上表现为龙头山向斜轴部较厚，两翼相对较薄，属较稳定的全区可采煤层。

顶板岩性：顶板为粘土岩、粉砂质粘土岩为主，部分炭质粘土岩伪顶。

底板岩性：底板为粉砂岩、砂岩为主。

表1 可采煤层特征表

1.3 煤层对比

（1）标志层。根据区内含煤地层岩性组合特征及古生物特征、测井曲线特征，建立了主要标志层3个。标志层法是煤层对比的主要方法，现将各标志层特点分述如下：

B1：灰色、灰白色厚层至块状岩屑石英砂岩，夹零星的粘土岩。位于二桥组底部，火把冲组三段顶部，厚度40.77～72.53m，平均55.03m。物性特征为高电阻率、低自然伽马、低伽马伽马反映，全区发育，层位稳定。

B2：位于火把冲组三段中下部，岩性为灰色、灰白色、褐灰色中厚层至厚层状岩屑石英砂岩，长石石英砂岩。厚度19.94～44.81m，平均32.48m。物性特征为高电阻率、低自然伽马、低伽马伽马反映，全区发育，层位稳定。

B3：位于火把冲组三段底部，K2煤之上，为厚度稳定，煤质特征变化较小的煤层，厚度0.32～0.73m，平均0.40m。物性特征为煤层自然伽马曲线为低幅值，伽马伽马曲线均呈高幅值宽峰状、视电阻率曲线呈单双尖峰状，全区发育。

（2）煤层间距。K3煤层～K2煤层：煤层间距53.72～75.01m，平均69.70m。

（3）煤层物性曲线特征。K3煤层：大多为2层构成，中间有一个夹矸，煤层自然伽马曲线为低幅值，伽马伽马曲线均呈高幅值宽峰状、视电阻率曲线呈单双尖峰状。

K2煤层：由几小层构成，中间夹有0～3层夹矸，煤层自然伽马曲线为低幅值，伽马伽马曲线均呈高幅值宽峰状、视电阻率曲线呈明显的单、双、三等尖峰状。

（4）对比可靠程度。K3煤层：为火把冲组三段中下部大部可采煤层，结构简单，大多为2层构成，中间有一个夹矸，上距M8煤层48.04～69.82m，平均54.32m，下距B2标志层16.84～46.73m，平均26.08m。对比标志明显，对比可靠。

K2煤层：位于火把冲组三段底部，含0～3层夹矸，结构较简单，上距B3标志层1.48～2.29m，平均1.73m。对比标志明显，对比可靠。

1.4 煤层稳定性

（1）K3煤层厚度有一定变化，煤层结构较简单，煤质变化中等，属较稳定的大部可采煤层；

（2）K2煤层厚度有一定变化，煤层结构较简单，煤质变化中等，属较稳定的全区可采煤层。

2 煤质特征

2.1 煤的物理性质

区内主要可采煤层煤的颜色为黑色—黑灰色，光泽较强，似金属光泽或玻璃光泽。煤的形状以块状为主，有块柱状、短柱状、碎块状、也见少量碎粒状或粉状。参差状断口也有阶梯状断口，内生裂隙发育，裂隙中含少量黄铁矿硫。线理细至中条带结构，偶见宽条带结构。煤性硬，不易破碎。煤的宏观类型全区各煤层多以亮煤为主，暗煤次之，夹少量镜煤和丝炭透镜体。

各可采煤层煤岩特征如下：

K3煤层：以亮煤为主，次为暗煤，夹镜煤条带。煤岩类型为半亮型，次为半亮—半暗型；

K2煤层：以亮煤为主，少量暗煤，夹镜煤条带。煤岩类型为半暗—半亮型，少量半亮型。

可采煤层真相对密度（TRD）及视相对密度（ARD）见表2。

表2 各煤层煤的真相对密度、视相对密度统计表

2.2 煤岩类型

对区内煤岩鉴定的结果，根据国标GB/T5589-1995《显微煤岩类型分类》和煤岩行业标准MT/T263-1991《烟煤宏观类型的划分与描述》确定，主要可采煤层宏观煤岩类型为半亮型。其它次要煤层煤岩宏观类型半亮—半暗型。

显微煤岩类型以微三合煤为主，其次是微镜煤。

（1）有机组分：从对区内主要可采煤层进行煤岩鉴定的结果可看出，有机组分大致分为镜质组和惰质组2大类。有机总量为82.90%～94.60%，有机总量平均为90.57%。镜质组以基质镜质体（可见胶结碎屑惰质体、丝质体碎片、小孢子体以及大量黄铁矿矿物等）为主；其次为结构镜质体（胞腔呈破碎状、闭合状，少数呈细条带状隐约可见）；少数均质镜质体、团块镜质体、碎屑镜质体。镜质组含量为59.50%～76.20%，平均含量为68.63%。

惰质组：以丝质体、半丝质体（多呈破碎状、碎片状，可见胞壁断裂胞腔破碎呈星状结构，多中空，少见充填碳酸盐）为主；其次是碎屑惰质体；少数粗粒体、微粒体；少见氧化丝质体、菌类体见氧化丝质体、菌类体。惰质组含量为12.60%～22.30%，平均含量为16.87%。

（2）无机组分：区内主要可采煤层煤含矿物成分主要以黄铁矿为主，次为粘土矿物少量方解石和石英。

硫化物组（黄铁矿）：呈黄铁矿，粒状、晶粒状、细粒状、团块状、集合状。含量为微量3.60%～6.80%，平均含量为5.00%。

粘土矿物：多呈粒状、集合状、条带状、团块状，少数充填状、浸染状。含量为0.30%～7.70%，平均含量为0.40%。

碳酸盐组（方解石）：多呈片状、碎片状、充填状。含量为0.30%～1.30%，平均含量为0.77%。

氧化物组（石英）：粒状、碎屑状、棱角状。含量为0.60%～1.30%，平均含量为1.00%。

区内根据可采煤层煤的煤岩鉴定结果中，无机物组分总量为9.43%，显微矿化类型可划分为少数微硫化物质煤。

2.3 煤的变质阶段

煤岩鉴定中主要可采煤层镜煤最大反射率（R°max%）为0.74%～0.83%，平均为0.79%。以上指标确定主要可采煤层煤的变质阶段为Ⅱ-Ⅲ。煤的镜煤最大反射率从上至下逐渐变小。

2.4 煤的化学性质

（1）水分含量（Ma,d）：

K3：原 煤 1.04%～1.81%，平 均 1.28%；浮 煤0.97%～1.54%，平均1.28%。

K2：原 煤 1.02%～1.46%，平 均 1.20%；浮 煤0.80%～1.40%，平均1.13%。

（2）灰分（Aa,d）含量：

K3：原煤7.43%～18.35%，平均10.98%，为低灰煤；浮煤4.33%～8.75%，平均6.22%，为特低灰煤。

K2：原煤 7.50%～26.76%，平均 16.37%；浮煤6.02%～24.55%，平均11.15%，均为低灰煤。

（3）挥发分（Vdaf）：

K3：原煤37.59%～40.13%，平均39.01%；浮煤37.68%～39.56%，平均38.67%。

K2：原煤38.01%～40.97%，平均39.53%；浮煤38.47%～42.25%，平均39.44%。

可采煤层原煤和浮煤干燥无灰基挥发份均为高挥发分煤。

（4）全硫(St,d)：

K3：原 煤 2.33%～4.17%，平 均 3.00%；浮 煤1.66%～2.87%，平均2.26%。

K2：原 煤 2.35%～4.30%，平 均 3.29%；浮 煤2.33%～4.28%，平均2.99%。

区内可采煤层均为高硫煤。

（5）原煤硫成分：原煤硫成分以黄铁矿硫（Sp,d）为主，有机硫（So,d）其次，硫酸盐硫（Ss,d）少量。黄铁矿硫最小2.56%，最大5.45%；有机硫最小0.84%，最大1.03%；硫酸盐硫最小0.07%，最大0.32%。本区范围内煤层中—高硫煤层硫以黄铁矿硫为主，煤层脱硫效果较好。见表3。

表3 煤层各种硫分析结果统计表

（6）有益有害元素：对各可采煤层采取一定数量样品（含收集）做有益有害元素分析，见表4。

①原煤磷（P）：K3、K2煤层为低磷分煤（代号LP）。

②原煤砷（As）：K3煤层为三级含砷煤（代号ⅢAs）K2煤层为四级含砷煤（代号ⅣAs）。

③氟（F）：K3煤层为低氟煤（代号LF），K2煤层为中氟煤（代号MF）。

④氯（Cl）：全区煤层均为特低氯煤（代号SLCl）。

⑤锗（Ge）：全区均为低锗煤（代号LGe）。

⑥镓（Ga）：全区算术平均值为10.86μg/g，变化范围在5.8～11.7μg/g之间。

表4 煤层有益有害元素分析结果统计表

⑦钍（Th）：全区平均值为4.20μg/g，变化范围在1～5.5μg/g之间。

⑧五氧化二钒（V2O5）：全区平均值为203.35pm，变化范围在74～372μg/g之间。

（7）原煤灰成分及其性质：各可采煤层灰成份统计见表5。

原煤灰成分主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，平均含量分别为39.75%、18.60%、29.02%，占灰成分总量的87.36%，其它含量占有的比例不大。

表5 煤层灰成分分析成果统计表

（8）煤的腐植酸：未作腐植酸含量测定，在地表及以下0～5m深度范围内，煤表现为褐黑色粉末状、细颗粒状，呈土状光泽，局部表现为粘土、煤华。见大量褐铁矿膜充填于裂隙或呈浸染状分布。

地表以下5～10m深度范围内,肉眼观察煤呈黑色，硬度变大，裂隙面光泽较暗，新鲜面呈玻璃、似金属光泽，裂隙发育。裂隙面见大量晕彩状氢氧化铁和受溶蚀的方解石膜。褐铁矿细脉沿裂隙充填。

地表以下20m深度后，肉眼观察煤呈黑、灰黑色，具金属，似金属光泽,贝壳状断口，煤中裂隙不明显，见黄铁矿细脉沿煤的裂隙充填，并见黄铁矿小结核。

由此可见，矿区煤层风化带深度一般在0～5m，氧化带深度在5～20m之间，在地表以下20m深度后进入煤的原生带。

2.5 煤类

区内各煤层浮煤干燥无灰基挥发份（Vdaf）最大38.67%～40.41%，平均值为39.50%；区内煤的粘结指数（G）为101～103，平均102；煤的胶质层最大厚度（Y）为30mm。煤的奥压膨胀度(b)为149%～221%，平均174%。根据中国煤炭分类国家标准（GB/T5751-2009）的分类，该矿区各煤层为气肥煤（QF），归属炼焦用煤。

3 结语

区内含煤岩系为三叠系上统火把冲组第三段（T3h3），含可采煤层2层，其中全区可采煤层为K2、大部可采煤层为K3；煤层厚度有一定变化，煤层对比标志特征明显，煤层结构较简单，煤质变化中等，属较稳定煤层；主要可采煤层为条带状结构，半亮型煤为主；煤的变质阶段为Ⅱ-Ⅲ；为低灰、高硫、高挥发份、低磷分、高发热量煤；煤类划分均为气肥煤（QF），属炼焦用煤。