宿南矿区深部煤质特征及预测

马正徐 童柳华

摘 要：通过分析宿南矿区浅部煤层的煤质特征，并分析了影响煤质的主控因素;运用线性回归分析方法，预测了32煤、10煤层深部煤质变化特征。结果表明：在西寺坡东部以QM为主，在西寺坡西部以1/3JM为主;10煤层在西寺坡东部以PM、PS、WY为主，在西寺坡西部以QM和QF为主。本研究成果主要是为指导深部煤质预测、合理利用深部煤炭资源提供了有益参考。

关键词：分布规律;煤质;深部煤质预测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.072

0 引言

煤炭作为我国的主要能源，在我国的能源结构中处于绝对重要的地位 [1]。随着多年来对于浅部煤炭资源的大量开采，导致浅部煤炭资源骤减，逐渐转向开采深部的煤炭资源。但是深部的地质条件更加复杂，煤层赋存条件、煤类分布与煤质发育特征都与浅部不同[2]，因此研究、预测深部煤层的煤质发育特征对于保证合理开发利用深部煤炭资源具有十分重要的意义。国内诸多学者对于深部煤质的预测都做了大量卓有成效的研究[3-5]，考虑到回归分析方法在目前的煤质预测中得到了广泛应用，并能取得较好的预测效果，本文在分析宿南矿区浅部煤质特征及影响煤质的各主控因素的基础上，运用回归分析方法，分析、预测了宿南矿区深部的煤质变化特征。

1 地质背景

宿南矿区位于安徽宿州的东南地区，整体处于向斜构造上。褶皱轴线总体走向趋势为近南北向或者是北北东方向，极少为北西向，大部分背斜、向斜平行相间协调分布[6]。断层大多数基本走向为北东以及北北东方向，个别走向为近南北或北西向。主要可采煤层是32煤层及10煤层，32煤层在整个区域相对稳定，位于上石盒子组的下部，上距23煤层约100m，下距K3砂岩40～50m。32煤层厚度约为2.5m左右，属于中厚煤层，含有多层夹矸。煤层顶板可常见泥岩，粉砂岩或炭质泥岩。10煤层是山西组中部重要的可采煤层，向上与9煤层相距约七八十米，煤层厚度约为0～9.27m之间，局部可见一层泥岩夹矸。

2 矿区浅部煤质特征

32煤的条痕为棕黑色，为沥青～玻璃光泽，层状构造，条带状结构，阶梯状断口，内生裂隙比较发育;宏观煤岩成分为亮煤和暗煤，夹镜煤透镜体，宏观煤岩类型属于半亮至半暗煤;有机组分的镜质组分含量为62.98%，壳质组分的含量为9.31%，惰质组分的含量为19.97%，无机组分粘土类的含量为11.35%。

10煤的条痕为黑色，为玻璃光泽，层状构造，条带状结构，性脆，阶梯状断口，内生裂隙较发育;宏观煤岩成分主要为亮煤，其次为暗煤，宏观煤岩类型属于半亮至半暗型;有机组分的镜质组分含量为53.39%，壳质组分的含量为7.37%，惰质组分的含量为27.61%，无机组分粘土类的含量为4.8%。

3 煤的化学特征

3.1 灰分

据资料统计，宿南矿区各煤矿32煤、10煤的灰分值如表1所示，由表可知，32煤层在祁南矿区中灰分最小（均值为22.28%），北部的祁南（延深）次之，东北部的龙北矿区灰分最高（均值为35.66%）;在10煤层中，同样在祁南矿区灰分较小（均值为14.62%），在东北部地区的龙南矿灰分最高（均值为20.62%）。从纵深方向来看，32煤层各矿区的灰分较高（均值为27.6%），10煤層在宿南矿区中灰分最小（均值为19.07%），自上而下灰分呈现逐渐递减的规律。

3.2 挥发分

32原煤干燥无灰基挥发分产率平均是28.86%至34.13%。根据分级标准（MT/T 849-2000），32煤属于中低挥发分煤;在不同底板深度下比较32煤对应的挥发分值数据，可知随着埋藏深度的增加，挥发分值随之下降，根据线性回归分析，需要对误差统计计算，以得到回归分析的可信度，如图1所示。由图1可知，QM的Vdaf（%）>37，QM埋深一般小于1000m，依照线性方程推算，在1000m以下，煤阶变高，出现QF、FM以及1/3JM等更高煤阶的煤类。根据线性回归分析结果，可在整体趋势的基础上作出预测，随着埋藏深度不断增加，挥发分不断下降，32煤层在西寺坡预测区东部以QM为主，在西寺坡西部以1/3JM为主。

10煤原煤干燥无灰基挥发分产率平均为28.63%。根据分级标准（MT/T 849-2000），10煤属于中、低挥发分煤。在不同底板深度下比较10煤对应的挥发分值数据，可知随着煤层埋藏深度不断增加，挥发分表现为随之下降的趋势。根据线性回归分析，需要对误差统计计算，以得到回归分析的可信度，如图2所示。根据线性回归分析结果，10煤中主要分布1/3JM、FM和QM，10煤在西寺坡预测区东部以PM、PS、WY为主，在西寺坡西部以QM和QF为主。由于整个10煤西南部岩浆岩普遍发育，其变质程度相对较高，同时东部区域靠近西寺坡大断裂，在受岩浆区域热变质作用的影响下，宿南矿区东部区域煤的变质程度略高于西部区域。

4 煤质分布规律

32煤层煤类分布图如图3-a所示，由图可知，32煤层大部分以QM为主，在向斜核部存在1/3JM，而在宿南向斜轴部地段，煤质由于变质程度增加继而从QM到1/3JM发生改变，有少量的煤具有较高的煤质。10煤层煤类分布图如图3-b所示，由图可知，10煤层从QM到1/3JM、PS、QM发生改变，而向斜核部分布的是1/3JM和FM。随着埋藏深度的增加，煤质愈发变好。在宿南向斜西南部，岩浆岩普遍发育，WY、PS较高煤类出现，而在转折端及轴部区域出现了少量的1/2ZN。

5 宿南矿区影响煤质的主要因素分析

5.1 深成变质作用对煤质的影响

深成变质作用是煤层在地热与地壳岩石静压力的作用下发生沉降的现象，继而埋藏于地下深处的一种作用。变质作用的增加与埋藏深度的增加直接相关。32煤在1000m以下，出现煤阶更高的煤。10煤随着埋藏深度不断的增加，煤质更高。

5.2 区域岩浆热力变质作用对煤质的影响

在一般状态下，煤层由于岩浆岩的入侵或者靠近煤层，矿区的地热场发生了巨大的变化，从而使煤层产生变质。32煤在岩浆岩侵入过程中受到的影响比较小。10煤层在宿南向斜的西部和南部大量岩浆岩侵入，导致煤层稳定性及煤层连续性受到破坏，煤质发生改变，可采性变差。

6 结论

（1）在平面上，整体呈现出低煤质向高煤质变化的特征，在复式向斜800米范围内为QM等煤质较低的煤类，在向斜核部区域以及岩浆岩大量发育地区出现煤质略高的煤，主要是1/3JM和PM以及少量WY;在垂向上，通过对32煤、10煤挥发分分析，伴随着埋藏深度逐渐增加，煤质从以QM为主逐渐发育成1/3JM为主，煤质等级逐渐增高。

（2）运用线性回归分析方法，预测了32煤层在西寺坡预测区东部以QM为主，而在西部主要以1/3JM为主;10煤层在西寺坡预测区东部以PM、PS、WY为主，而在西部以QM和QF为主。

参考文献：

[1]左治兴，朱必勇，易斌等.煤矿灾害及安全管理综合评价[J].工业安全与环保，2006（08）：52-54.

[2]敖卫华.淮南煤田深部煤层煤级与煤体结构特征及煤变质作用[D].中国地质大学（北京），2013.

[3]左蔚然，何亚群，贺靖峰等.峰峰煤田煤质预测管理信息系统的设计与实现[J].煤炭科学技术，2007（05）：65-68.

[4]邵徇，张凝凝.神经网络在煤质预测中的应用[J].煤质技术，2017（01）：1-4.

[5]张代波.丁集矿煤质变化特征[D].安徽理工大学，2015.

[6]英成娟.安徽宿南矿区72煤层开采地质条件综合评价[D].安徽理工大学，2016.

作者简介：马正徐（1994-），女，安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向：煤地质与工程地质方向。