托克逊县及鄯善县矿区煤质特征分析

夏威威，付 蒙

(新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，新疆 乌鲁木齐 830009)

0 引言

煤质分析是指对煤的基本性质开展的分析，而现代煤质分析更注重对无机有害杂质的分析，如灰分、硫分及无机元素的载体矿物质分析与研究[1-3]。相关学者总结了我国煤中灰分、硫分和发热量等煤质特征，我国煤中硫、磷与砷分布赋存特征及我国动力煤发热量的分布规律[4-6]。

托克逊县及鄯善县均位于新疆吐哈盆地，属吐哈煤田，目前开展了较多的地质勘查工作。基于两地煤田地质勘查的相关测试成果，对研究区西山窑组主要煤层的煤岩、煤质特征进行系统的分析总结，查明其变化规律，对两地煤炭资源的开发和利用有着指导意义。

1 地质概况及煤岩特征

1.1 地质概况

托克逊矿区：托克逊矿区位于北天山分区吐鲁番小区的西北缘。发育的地层有古生代的石炭纪和二叠纪地层，这些地层组成本区山间凹陷基底[7-8]。在此基底之上沉积中生代三叠纪，侏罗纪地层和第四纪地层。主要含煤地层为侏罗系下统八道湾组，钻探控制地层厚度250～460 m，平均307 m。含编号煤层4层，煤层总厚30 m，含煤系数9.8%，主要可采煤层为3-3号。

鄯善矿区：鄯善矿区位于觉罗塔格山北部的吐鲁番盆地西边缘艾丁湖南坡地带，区内均为第四系覆盖。石炭系为一套陆相碳酸岩、碎屑岩组成，构成了中生界、新生界的基底。主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组，钻探控制地层厚度270～340 m，平均300 m。含编号煤层2层，平均总厚6 m，含煤系数2%。主要可采煤层为6号。

1.2 煤岩特征

在明确研究区地质概况的基础上，按照相关标准对煤岩及煤质等特征分析[9-15]。

宏观煤岩特征：①托克逊矿区各煤层煤岩组成均以亮煤为主，暗煤及丝炭次之，亮煤多呈条带状分布，暗煤及丝炭呈线理状透镜状分布，宏观煤岩类型以光亮型煤为主，半亮型煤次之，暗淡型煤少量。颜色均呈黑-褐黑色，条痕色为棕色、棕黑色。煤层具条带状-均一状结构，沥青光泽-油脂光泽，贝壳状、参差状断口，裂隙较发育。煤层中含少量黄铁矿薄膜及鲕粒状黄铁矿结核；②鄯善矿区煤层颜色呈褐黑色，深棕色条痕，暗淡的沥青光泽，煤岩组成以暗煤为主，宏观煤岩类型以暗淡型煤为主，半暗型煤少量。断口不规则，多呈平坦状、参差状，偶见黄铁矿结核，植物碎屑较为丰富，呈木质结构，层状构造。硬度小，污手，易风化开裂为片状。

显微煤岩特征：①托克逊矿区3-3号煤层样品显微煤岩组分测试分析，成果见表1。煤岩有机显微组分中以无结构镜质体为主，基质镜质体次之，油浸反射色为深灰色，碎屑镜质体大多呈粒状分布；惰质组分以丝质体中的氧化丝质体为主，可见少量碎屑惰质体，结构保存较完整；壳质组分主要为孢粉体中的小孢子体，多呈蠕虫状分布；半镜质组分含量均为零或少量。3-3号煤层显微煤岩类型属微亮煤，变质阶段为中煤级煤Ⅰ；②通过对鄯善矿区6号煤层8个样品显微煤岩组分测试分析，成果见表2。区内有机组分的特点表明，成煤时期植物遗体凝胶化程度较高。镜质组以基质镜体为主，少量结构镜质体。惰质组以丝质体、半丝质体为主，碎屑惰质体、粗粒体次之，少数微粒体。壳质组以小孢子体、薄壁角质体居多；少数木栓质体、沥青质体、碎屑壳质体。无机组分主要为粘土矿物，呈浸染状或薄层状分布于镜质体间隙；少量碳酸盐类及硫化物类矿物。区内6号煤层的显微煤岩类型为微镜惰煤和微三合煤。

表1 托克逊县煤层显微组分 单位：%

表2 鄯善县煤层显微组分 单位：%

2 煤质特征

2.1 灰分及挥发分产率

灰分产率：①3-3号煤原煤灰分产率在3.43%～15.09%之间，平均为7.10%，以特低、低灰为主，走向上含量总体变化呈西低东高之势，具体见表3；②6号煤原煤灰分产率在11.81%～38.57%之间，平均为23.06%，以低灰、中灰为主，局部可见中高灰煤点，原因是采样时混入杂质导致的，倾向上，煤层由浅至深，灰分呈逐渐减小的趋势，具体见表4。

表4 6号煤层灰分、挥发分特征

表3 3-3号煤层灰分、挥发分特征

挥发分产率：①3-3号煤浮煤挥发分在38.04%～47.26%之间，平均为41.23%。以高挥发分、特高挥发分为主，总体由西向东，浮煤挥发分有逐渐增大的趋势；②6号煤浮煤挥发分在40.36%～55.84%之间，平均为49.23%。以高挥发分为主，总体走向上含量总体变化呈西高东低之势。

2.2 全硫及元素分析

全硫：①3-3号煤原煤全硫在0.31%～0.74%之间，属特低硫-低硫，总体变化呈西高东低之势；②6号煤原煤全硫在0.23%～5.57%之间，平均为1.32%，各采样点原煤全硫以低硫煤、中硫煤为主，由浅至深呈逐渐减小趋势。

元素分析：①3-3号煤样品元素含量分析，其碳含量(Cdaf)在70.64%～82.84%之间，氢含量(Hdaf)在3.78%～6.41%之间，氮含量(Ndaf)在0.64%～2.24%之间，氧+硫含量(Odaf+Sdaf)在10.20%～18.15%之间；②6号煤样品元素含量分析，其碳含量(Cdaf)在61.71%～75.58%之间，氢含量(Hdaf)在4.60%～5.86%之间，氮含量(Ndaf)在0.79%～1.54%之间，氧+硫含量(Odaf+Sdaf)在17.10%～31.33%之间。碳、氧含量相对较高。二者同一元素的含量都较接近，且都在我国相同煤的变化范围之内，3-3号煤层赋存于6号煤层之下，表明了煤层在垂向上变质程度略高。

3 工艺性质及煤类的确定

煤的化学工艺性质是指煤在加工利用过程中表现出的化学工艺特性，煤的化学工艺性质决定煤的综合利用价值和方向。

3.1 发热量及煤类确定

发热量：①3-3号煤层原煤干燥基高位发热量(Qgr.d)在26.10～29.87 MJ/kg之间，属高热值煤。3-3号煤层各采样点测试黏结指数为0～33，不具黏结性或黏结性差，焦油产率在7.01%～14.50%之间，属含油-高油煤；②6号煤层原煤干燥基高位发热量(Qgr.d)在16.81～25.67 MJ/kg之间，属中发热量煤，零星分布中高发热量、中低发热量煤点，总体区内发热量变化不明显。6号煤层各采样点测试黏结指数为0，不具黏结性，焦油产率在5.3%～12.2%之间，属含油-富油煤。

煤类的确定：①3-3号煤层变质程度低，浮煤挥发分(Vdaf)在38.04%～47.26%之间，黏结指数(GR.I)在0～33之间；②6号煤层变质程度相对更低，浮煤挥发分(Vdaf)在40.36%～55.84%之间，黏结指数(GR.I)均为0。按照《GB/T 5751—2009 中国煤炭分类》标准，主要以浮煤挥发分和黏结指数，辅以透光率(PM)及恒湿无灰基高位发热量(Qgr，maf)为指标来确定煤类。根据各采样点测试结果显示：3-3号煤层煤类属41号长焰煤；6号煤层煤类属41号长焰煤、褐煤。

3.2 腐植酸和苯萃取物产率

3-3号煤层：通过对研究区煤层样品化验，3-3号煤层腐植酸(HAt.ad)含量为3.12%，属低腐植酸煤。苯萃取物质基(EB.ad)含量为0.11%，属低等苯萃取物质基煤，见表5。

表5 腐植酸及苯萃取物产率含量

6号煤层：6号煤层的腐植酸(HAt.ad)含量为25.5%，属中腐植酸煤。苯萃取物质基(EB.ad)含量为0.61%，属低等苯萃取物质基煤。

4 结论

(1)托克逊县及鄯善县煤矿区含煤时代属侏罗纪聚煤期，广泛发育侏罗系含煤地层，主要含煤组为下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组，二者煤的变质作用以区域深成变质为主，地质演化过程中一直未有岩浆活动，区域内地热梯度偏低，深成变质很难使煤达到一个较高的变质程度。煤的变质程度一般随着埋藏深度的增加而增高，煤层多为低阶烟煤(长焰煤、褐煤)。

(2)托克逊县及鄯善县矿区内煤层煤类属褐煤、长焰煤。其煤质特征表现为低-中灰、高-特高挥发分、低-中硫、特低-低磷、中-高热值、无黏结、高碱、富油。

(3)褐煤具有易风化成碎块及粉末的特点，不能远距离运输，不能长时间存放，适用于距离矿区较近的火力发电厂和化工厂，主要用于发电燃料、气化制造燃料气和合成气、提取褐煤蜡的原料、液化、有机化肥等用煤。长焰煤的燃点低、纯煤热值也不高，多用来作电厂、机车燃料、工业炉窑燃料、气化及民用煤。