龙里落掌煤矿4号煤层煤质特征分析

申爱军

(贵州省煤田地质局地质勘察研究院，贵州 贵阳 550008)

1 地层含煤性

落掌煤矿位于扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区北部洗马河向斜。含煤地层为二叠系上统吴家坪组(P3w)及长兴组(P3c)，吴家坪组在该区发育1～2层煤线，长兴组为该区的主要含煤地层。长兴组为一套浅海相碳酸盐岩、硅质岩夹碎屑岩沉积，厚度46.24～46.94 m，平均厚度46.59 m。组成含煤地层的岩石主要由灰色至深灰色薄层至中厚层灰岩、黏土岩、炭质泥岩和煤层组成。含煤1～3层，含煤层平均总厚1.55 m，含煤系数3.33%。可采煤层1层(4煤层)，可采煤层平均厚度1.36 m，可采煤层含煤系数2.92%，为全区可采煤层。

2 煤质特征

2.1 煤的物理性质

矿区4号煤层颜色为黑色，块状及碎块状，参差状或阶梯状断口，细条带状结构，沥青光泽。煤层裂隙发育，充填方解石薄膜或黄铁矿结核。可采煤层4号煤层视密度1.45～1.68 g/cm3，平均为1.54 g/cm3，真密度1.54～1.72 g/cm3，平均为1.64 g/cm3。

2.2 煤岩特征

宏观煤岩类型为半暗煤(SDC)，微观煤岩类型为微镜惰煤。煤岩显微组分定量分析特征见表1。

表1 煤岩鉴定成果表

2.3 煤的化学性质

2.3.1 水分(Mad)

4号煤层原煤空气干燥基水分为0.43%～2.27%，平均为1.14%。4号煤层浮煤空气干燥基水分为0.24%～0.87%，平均为0.51%。

2.3.2 灰分(Ad)

4号煤层原煤干燥基灰分产率为18.83%～47.59%，平均为35.98%。根据煤炭灰分国家标准，4号煤层为中高灰煤(MA)。4号煤层浮煤干燥基灰分产率为5.86%～31.61%，平均为17.68%。

2.3.3 全硫(St,d)

原煤干燥基全硫为3.27%～8.36%，平均为6.70%。根据煤炭硫分国家标准，4号煤层为高硫煤(HS)。浮煤干燥基全硫为3.57%～10.71%，平均为8.57%。

根据4号煤层各种形态硫化验结果：原煤全硫含量为7.27%，硫化铁硫(Sp,d)含量为1.03%，硫酸盐硫含量为0.04%，有机硫(So,d)含量为6.20%。这表明原煤中的硫主要是以有机硫为主，硫化铁硫次之，硫酸盐硫含量较少。

2.3.4 挥发分(Vdaf)

原煤干燥无灰基挥发分产率为26.11%～49.56%，平均34.31%。根据煤的挥发分产率煤炭行业标准规定，4号煤层为高挥发分煤(HV)。浮煤干燥无灰基挥发分含量为21.41%～37.59%,平均为31.22%。

2.3.5 固定碳(FCd)

原煤干燥基固定碳含量为26.20%～66.77%，平均为42.30%。根据煤的固定碳煤炭行业标准规定，4号煤层为低固定碳煤(LFC)。

2.3.6 元素分析

浮煤干燥无灰基碳(Cdaf)含量为59.26%～82.36%，平均为79.81%；浮煤干燥无灰基氢(Hdaf)含量为4.31%～5.37%，平均为4.92%； 浮煤干燥无灰基氮(Ndaf)含量为0.46%～1.00%，平均为0.60%；浮煤干燥无灰基氧加硫[(O+S)daf]含量为11.66%～34.86%，平均为14.67%。

2.3.7 有害元素

原煤磷(P)含量为0.002%～0.017%，平均为0.008%。根据煤中磷国家标准规定，4号煤层为特低磷煤(P-1)。

原煤氯(Cl)含量为0.009%～0.014%，平均为0.012%。根据煤中氯国家标准规定，4号煤层为特低氯煤(Cl-1)。

原煤砷(As)含量为(2～5)×10-6，平均为4×10-6。根据煤中砷国家标准规定，4号煤为特低砷煤(As-1)。

原煤氟(F)含量为(1 302～2 289)×10-6，平均为1 862×10-6。根据煤中氟煤炭行业标准规定，4号煤层为高氟煤(HF)。

3 煤的工艺性能

3.1 煤的发热量

原煤干燥基高位发热量(Qgr.d)为18.11～28.67 MJ/kg，平均为21.91 MJ/kg。浮煤干燥基高位发热量(Qgr.d)为31.05～36.54 MJ/Kg，平均为34.75 MJ/Kg。根据煤炭发热量国家标准，4号煤层为中发热量煤(MQ)。

3.2 煤灰熔融性

煤灰熔融性软化温度(ST)：煤灰软化温度介于1 160～1 380 ℃之间，平均为1 258 ℃。根据煤灰软化温度煤炭行业标准规定，4号煤层为中等软化温度灰(MST)。

煤灰熔融性流动温度(FT)：煤灰熔融性流动温度为1 270～1 470 ℃，平均为1 353 ℃。根据煤灰流动温度煤炭行业标准规定，4号煤层为中等流动温度灰(MFT)。

3.3 煤对二氧化碳的化学反应性

煤对二氧化碳的反应性是在规定条件下还原二氧化碳为一氧化碳的能力。根据试验结果显示(表2)，区内煤层二氧化碳转化率(950 ℃)平均为15.6%，对CO2的还原性低，为弱还原性煤。

表2 煤对CO2反应性一览表

3.4 可磨性指数(HGI)

4号煤层可磨性指数为57。根据煤的哈氏可磨性指数煤炭行业标准规定，4号煤层为较难磨煤(RDG)。

3.5 热稳定性

4号煤层热稳定性值为70.9%～85.4%，平均值为78.0%。根据煤的热稳定性煤炭行业标准规定，4号煤层为中高热稳定性煤(MHTS)。

3.6 煤的结渣性

根据对4号煤层所作结渣性试验，当鼓风强度为0.1～0.3 m/s时，煤层的结渣率和结渣性强度均分布在弱结渣区。

3.7 胶质层

原煤胶质层厚度一般为13～32 mm，平均为21 mm。

3.8 黏结性(GRI)

黏结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互黏结成块的性能。经煤样测试报告，精煤黏结性(GRI)为76～95。

4 煤类及工业用途

煤层浮煤干燥无灰基挥发分(Vdaf)含量为21.41%～42.34%，平均为31.78%；黏结指数GRI为76～95，平均为90；胶质层厚度为13～32 mm，平均为22 mm。根据《中国煤炭分类国家标准》(GB 5751—2009)规定，以干燥无灰基挥发分(Vdaf)、黏结指数、胶质层厚度作为标准来划分煤类，区内4号煤层煤类为1/3焦煤(1/3JM)，见零星肥煤(ZK18孔、ZK19孔)和焦煤(J401孔)。

根据煤类和煤质特征，该煤层可作动力用煤。因本区为高硫、高氟煤，在煤炭利用时应达到环保对SO2和F的排放要求。

5 结论

综上所述，本区煤类主要为1/3焦煤(1/3JM)，见零星肥煤和焦煤。该煤层属中高灰、高硫、高挥发分、中发热量煤；特低磷、特低氯、特低砷、高氟；中等结渣、较难磨、中等软化温度灰、中等流动温度灰、CO2弱还原性。基于该煤层煤类和煤质特征，该煤层可作动力用煤，但在煤炭利用时应达到环保对SO2和F的排放要求。