神府东胜矿区煤的基本结构特征及变质规律

侯家琪，黄 婉，马 颖，康宇鹏

（陕西省煤田地质化验测试有限公司，陕西 西安 7 100054）

神府东胜矿区位于内蒙古自治区伊金霍洛旗南部和准格尔旗的西南部至陕西榆林市、神木市境内，南北长79.96Km，东西宽14.93～55.32Km，面积2757.28Km2，探明资源量301.69 亿吨。煤类为长焰煤和不粘煤，少部分褐煤（图1）。

图1 神府--东胜矿区勘探划分图

1 矿区地质概况

矿区位于鄂尔多斯台向斜的东翼——陕北斜坡上，地层向西倾斜，倾角1°左右。

矿区内地层由老至新为三叠系上统永坪组（T3y），侏罗系下统富县组（J1f）、侏罗系中统延安组（J2y）、中统直罗组（J2z）、安定组（J2a）、白垩系下统洛河组（K1L），新近系上新统保德组（N2b）、第四系全新统风积沙(Q4eol)和冲积层(Q4al)。

延安组为矿区含煤地层，含煤8～19 层，多达31 层，对比意义15 层，第Ⅴ段含1-2上、1-2、1-2下煤；第Ⅳ段含2-2上、2-2煤；第Ⅲ段含3-1、3-2、3-3煤；第Ⅱ段含4-2、4-3、4-4煤；第Ⅰ段含5-1、5-2、5-3煤，主要可采煤层为1-2、2-2、3-1、4-2、5-2煤。

补连区和新庙区的1-2、2-2、3-1煤层大面积富集，新民区的4-2、5-2煤层有大面积分布，煤层在其它区域兼而有之。

2 煤的煤岩特征

东胜、神木、大保当26 个煤矿和33 个钻孔，147 个煤岩样的鉴定及128 个煤岩类型光片，56 个宏观类型薄光片，83 个全层煤样煤反光、荧光的煤岩组分分析，定量，镜质组反射率及电子探针分析工作等，煤的煤岩具有以下特征。

2.1 宏观煤岩组分和宏观类型

2-2、3-1、4-2煤层由煤层顶部至底部依次为亮煤、暗煤、丝炭、镜煤。1-2、5-2煤岩为暗煤、亮煤、丝炭、镜煤。丝炭含量高，厚度1mm～5mm。2-2、3-1煤层的中下部及底部镜煤厚度可达15cm左右，基本由无结构基质镜质体及薄片角质体组成。1-2煤层以半暗煤为主，部分暗淡煤，2-2、3-1、4-2煤层以半亮煤为主，次为半暗煤，5-2煤层暗淡煤占优，部分半暗煤。

东胜北的唐公沟至高头窑区以暗淡煤为主，部分半暗煤。内生裂隙不发育，空气中煤失去水呈龟裂状形态，具褐煤特征。神木北部主要以半暗煤、暗淡煤为主，次为半亮煤；神木、大保当区为半暗煤和半亮煤。

2.2 显微煤岩组分和显微类型

表1 显微组分定量表明，1-2、5-2煤层镜质组一般小于50%，2-2、3-1、4-2煤层镜质组+半镜质组均大于60%；惰质组多大于40%，1-2、5-2煤层大于60%；无机矿物一般3%左右。说明2-2、3-1煤层活性组分较高，灰分低，1-2和5-2煤层活性组分低，灰分稍高，镜质组相对比较低，4-2煤层居中。

表1 主要可采煤层显微组分定量表

显微类型组分定量表明，以微镜煤、微惰煤为主，微亮煤、微暗煤低，双组分类型以微镜惰煤为主，少量微粘土矿化煤和三组分微三合煤等。

显微类型组合较单一，1-2、5-2煤层微镜煤低，微惰煤高，微粘土矿化煤+微黄铁矿化煤3%左右；2-2、3-1煤层微镜煤高，微惰煤则低，表明2-2、3-1煤层煤质优良。

3 煤的基本结构及红外光普研究

3.1 煤的基本结构研究

为了研究煤的基本结构，找到煤中水分高的因素，选取了唐公沟、喇嘛寺、活鸡兔煤岩单一组分样品，在电子探针1200～8600 倍数下，煤的表面结构及空隙形态有下列特征。

唐公沟煤的丝炭呈薄片透镜状，孔隙间的排列比较规整，多孔而园状，部分孔受挤压呈花瓣状。孔径大数量多。在惰质组的半丝质体中孔隙、孔径和数量相应减小。凝胶化基质基本呈碎片状，其间有小孔和微孔赋存。结构镜质体中细胞腔存在较多，腔与腔之间有微细的通道相连。活鸡兔煤的空隙和孔径则有不同，丝炭中的孔隙相比唐公沟煤要少很多，并且孔径要小得多。而喇嘛寺煤的丝炭中的孔隙被压碎的细胞腔碎片所填充。喇嘛寺和活鸡兔煤的镜质组中有相当的超微孔（普通光学显微镜的无法看到的孔），孔具孤立状、互不相通。

研究分析表明，活鸡兔及喇嘛寺煤的变质程度明显高于唐公沟煤。而且煤的结构——空隙大量的存在，是神府东胜矿区煤中水份偏高的主要因素。

3.2 煤的红外光谱研究

详细研究了煤的结构组成和变质程度。从图2 清楚地看到煤样有下列光谱吸收特征。

图2 煤的红外光谱图

（1）具有甲基次甲基吸收，是煤的重要化学结构组成特征，吸收的光密度值与煤的变质程度有紧密的相关性。

（2）1700cm-1羰基吸收，是煤中固有的含氧官能团，显示明显。

（3）1610cm-1为芳烃C=C 吸收，是煤的基本结构吸收。

（4）700～900cm-1芳烃CH 弯曲处振动吸收，此吸收明显不明显，说明矿区煤的煤化程度甚低。

变质程度不同对煤的光谱吸收峰值的不同规律表明，煤中有机质的变质过程具有阶段发展的特性，从褐煤到气煤、肥煤阶段，主要发生芳核上含氧取代基（主要为OH 基）的减少和消失。

红外光谱分析表明：矿区属于典型的腐植煤，从700～900cm-1的吸收看，煤核较小，甲基～次甲基键短，吸收比较弱。故东胜煤吸收弱，榆神煤吸收相对较强，神北、新民煤吸收居中，表明矿区煤的变质程度低。

4 煤的变质程度及煤类

4.1 煤的变质程度

煤质指标镜质组最大反射率在0.410～0.679 之间；挥发份（Vdaf）32%～41%；灰分（A 的）5%～12%，一般7%左右；水分（Mad）6%～22%；碳(Cdaf)含量70%～83%；氧（Odaf）含量9%～23%；燃料比1.47～2.33。东胜北的唐公沟周边区域镜质组反射率小于0.5，透光率（Pm)为46%（Pm 大于为50%为长烟煤类），发热量（Qgr,maf)23.82MJ/kg（长焰煤大于24.0 MJ/kg），指标显示出褐煤特征，但是发热量（Qgr,maf)和透光率（Pm)又临近长焰煤的边界(透光率大于50%属长焰煤类），并在镜下观察到较多干缩裂纹及大量空隙等，为褐煤至长焰煤的过度阶段。东胜南部的新庙区，反射率为0.410～0.520，透光率（Pm）为66%～70%，虽在长焰煤变质范围内，但程度却很低，属长焰煤低变质阶段。神北及新民区均属长焰煤阶段，神木南部的大保当区煤的透光率（Pm)大于82%～92%，元素碳（Cdaf)含量达78～84%，氢、氮含量显著增高，说明沉积过程中还原程度相对增强。煤的碳/氢比表明，沉积区内有机地化特征及植被质料比较一致。

4.2 煤类

神木北至东胜南主要为长焰煤，当显微组分中惰质组含量高时则为不粘煤；东胜以北，有少量褐煤～长焰煤的过渡类型煤；东胜至神木南主要是长焰煤及不粘煤。

5 结论

神府东胜矿区煤的基本结构特征和变质程度规律：①红外光谱研究表明，东胜煤吸收弱，榆神煤吸收较强，神北、新民煤居于其中，表明煤的变质程度低；②活鸡兔及喇嘛寺煤的变质程度明显高于唐公沟煤。煤的空隙大量存在，是矿区煤中水份偏高的主要因素；③矿区煤类主要为长焰煤，煤中惰质组含量高时多为不粘煤；东胜以北有少量褐煤；东胜至神木以南主要是长焰煤及不粘煤。