贵州盘县上纸厂煤矿煤质特征分析

金黎黎

摘要：根据上纸厂煤矿地质资料论述含煤地层的含煤性，结合煤岩层特征对煤矿的煤质特征进行讨论，分析其煤层煤质特征和变化规律。对煤中水分和挥发分含量与埋藏深度的关系进行分析，对沉积环境与灰成分的关系进行探讨。指出区内煤炭的工业用途。本次研究工作，为进一步开发盘县煤炭资源提供了可靠的地质依据。

关键词：上纸厂煤矿；主采煤层；煤岩类型；化学性质；工艺性能；煤质特质；变化规律

1.引言

煤质特征研究是确定煤的工业用途和评价开采利用过程中对环境影响的基础性研究，而且提供了成煤环境、古气候、母岩性质等重要地质信息，对恢复含煤盆地形成演化具有重要意义[1]。本次研究，基于近年来上纸厂煤矿最新勘查成果，对区内可采煤层的煤质特征进行分析研究。

2.井田地质概况

上纸厂煤矿位于盘县煤田盘关向斜（亦称资孔向斜）西翼中段。盘关向斜在区域构造上，属黔西南涡轮构造盘县弧形褶断带之主干褶皱，是一向西突出的北东向三角形向斜。其西翼松弛，东翼紧直，形似一倒置的牛角。井田构造为一倾向南东的急倾斜单斜构造，走向北东30°～35°，倾向南东，倾角60°～55°。井田西部边缘（单斜谷底纵向冲沟以西），大致层位18号煤层至峨眉山玄武岩顶部，地层近直立或倒转。见图1。

井田内共发现断层8条，断层走向以北东向为主；井田含煤地层为二叠系上统龙潭组，地层厚度173.55m～299.26m，平均厚度236.41m。一般含煤28～49层，煤层总厚度约24.72m～ 42.04m，平均含煤总厚33.63m，含煤系数12.8%～17.2%，平均含煤系数15%。含全区可采、大部可采煤层共15层，可采煤层平均总厚33.63m，可采含煤系数11%。

3.取样和测试

测试各类煤样品依据《煤样的制备方法》GB/T474—2008进行制样工作，本次分析样品来自贵州省盘县煤田盘江矿区松沙井田15个钻孔，采集样品113件。煤的工业分析测定按照国家标准（GB/T 212-2008）进行。煤的发热量测定按照国家标准（GB/T 213-2008）进行。煤中全硫测定按照国家标准（GB/T 214-2007）进行。煤中各种形态硫测定按照国家标准（GB/T 215-2003）进行。煤的真相对密度测定按照国家标准（GB/T 217-2008）进行。煤的视相对密度测定按照国家标准（GB/T 6949-2010）进行。煤灰成分分析测试按照国家标准（GB/T 1574-2007）进行。煤灰熔融性的测定按照国家标准（GB/T 219-2008）进行。

4.煤质特征

4.1物理性质

各煤层均为黑色，沥青光泽，树脂光泽和玻璃光泽，线理状、条带状结构，层状、似层状构造，阶梯状、参差状断口。裂隙较发育，被方解石呈薄膜状充填，含星点状、分散状、细粒状黄铁矿，部分呈结核状集合体。区内煤层镜煤反射率为1.01%～1.11%，煤的变质阶段：各煤层均为中煤级煤Ⅲ。

4.2煤岩类型

宏观煤岩类型：宏观煤岩组分由镜煤+亮煤+暗煤组成，总体光泽强度较弱，属半暗型煤。显微煤岩类型：显微煤岩组分有机总量镜质组+壳质组+惰质为100%大于95%，显微煤巖类型为微三合煤；1、3、6、18、20-2、22、24号煤层粘土矿物含量27.3%～36.3%，显微矿化类型为微泥质煤，其他煤层无机矿物总量（含硫化物）为10.3%～20.2%，为微复矿质煤。

4.3工业分析

（1）水分（Mad）

原煤水分：各煤层原煤空气干燥基水分变化于0.84%～ 4.08%之间，平均为1.66%。浮煤水分：各煤层浮煤空气干燥基水分变化于0.65%～2.79%之间，平均为1.55%。井田内煤中水分含量随埋藏深度具有一定的负相关关系（见图2），指示随埋藏深度的增加，煤中水分含量有逐渐降低的趋势，这是由于水分在压实和成岩过程中逐渐迁移和排除。

（2）灰分（Ad）

原煤灰分：各煤层原煤干燥基灰分产率为10.01%～ 59.85%，平均为24.85%。浮煤灰分：各煤层浮煤干燥基灰分为6.28%～15.20%。平均为10.09%。

（3）硫分（St，d）

原煤硫分：各煤层原煤干燥基全硫为0.07%～7.48%。平均为0.76%。浮煤干燥基全硫为0.11%～2.60%。平均为0.62%。

（4）灰分、硫分变化规律

原煤、浮煤的灰分、硫分在垂向上的变化如图4、图5所示。分析如下：

灰分：原煤灰分在垂向上随着深度的增加，变化的规律性不明显。而浮煤灰分在垂向上变化的规律性也不明显，变化趋势大致与原煤一致，但其值比原煤灰分明显减小。

硫分：原煤硫分在垂向上随深度的增加，变化趋势亦不明显，其中24、25号煤层硫分大于3.00%，为高硫煤，18、23号煤煤层硫分介于1.00%-2.00%之间，为中硫煤，8、22号煤煤层硫分介于0.51%-1.00%之间，为低硫煤，1、3、4、6、12、14、15-1、15-3、16-2、16-3、20-1号煤层煤煤层硫分小于0.50%，为特低硫煤。而浮煤硫分在垂向上变化的规律性不明显，变化趋势大致与原煤一致。

灰分、硫分在平面上的变化：自西向东呈逐渐升高的趋势，变化规律不明显，呈不规则带状分布。

（5）挥发分（Vdaf）

原煤干燥无灰基挥发分产率为13.71%～41.52%。平均为33.10%。

井田内煤中挥发分产率随埋藏深度具有一定的正相关关系（见图3），指示随埋藏深度的增加，煤中挥发分产率有逐渐增高的趋势，这是由于挥发性物质在压实和成岩过程中逐渐迁移和排除。

（6）固定碳（FCd）：

原煤干基固定碳（FCd）为26.89%～70.26%，平均为51.43%。

4.4元素分析

浮煤干燥无灰基碳（Cdaf）含量为84.98%～89.63%。平均为87.45%；

浮煤干燥无灰基氢（Hdaf）含量为5.31%～6.14%。平均为5.59%；

浮煤干燥无灰基氮（Ndaf）含量为1.51%～1.90%，平均为1.72%；

干燥无灰基氧加硫[（O+S）daf]含量为3.24%～7.77%，平均为5.30%。

（1）伴生元素

核实区内微量元素均未达到对其矿床进行地质勘查的最低工业品位，其中煤中伴生元素含量如下述：原煤锗（Ge，d）：井田可采煤层中干燥基锗含量为1-5×10-6，平均为2.5×10-6。根据MT/T967-2005《煤中锗含量分级》标准，本井田可采煤层1、3、4、6、8、12、15-2、23、24号煤层均属低锗煤（LGe）。原煤镓（Ga，d）：井田可采煤层中干燥基镓的含量为6-14×10-6，平均为7.83×10-6。

（2）有害元素

煤中存在的对人体和生态有害的元素主要为硫、磷、氯、砷、氟等元素，这些元素随煤层的开采和利用对人体和生态以及工农业生产都有不同程度的影响。

①磷（P）：可采煤层中原煤干燥基磷的含量为0.0014%～ 0.0416%，平均为0.0095%，根据《煤中有害元素分级第一部分：磷》（GB/T20475.1-2006）标准，可采煤层1、6、8、12、14、15-1、15-3、16-3、20-1、24、25号煤层为特低磷煤（P-1），3、4、18号煤层属低磷煤（P-2）。

②砷（As，d）：可采煤层中原煤干燥基砷的含量为1-12.5×10-6，平均为2.82×10-6。根据《煤中有害物质第3部分：砷》（GB/T20475.3-2012）标准，井田可采煤层中1、3、4、6、8、15-1、15-3、16-3、18、20-1、22、23号煤层属于特低砷煤（As-1），12、24号煤层属于低砷煤（As-2）。

4.5工艺性能

（1）煤灰成分

井田内1、3、8、12、15-1、15-3、20-1、22、23、24煤层作煤灰成分分析，见表1，结果显示：煤灰成分以SiO2为主，平均含量为56.17%；其次是Al2O3和Fe2O3，平均含量为17.64%和9.70%；再次是CaO、TiO2、MgO和SO3，其平均含量分别为4.80%、1.87%、1.60%和1.22%。

煤的灰成分可以推测煤中矿物种类，还可以恢复沉积环境和预测母岩性质。灰成分也常用以判断沉积环境。灰成分指数（Fe2O3+CaO+MgO）/（Al2O3+SiO2）介于0.03～0.22指示弱还原，0.23～1.23为强还原环境。井田内煤中灰成分指数介于0.04～0.16，平均为0.07，指示弱还原的沼泽环境。为进一步验证聚煤环境，煤灰成分Al2O3+SiO2代表碎屑物质的输入，CaO+ MgO代表弱氧化—弱还原环境，Fe2O3+SO3指示相对闭塞的局限沼泽环境，井田内煤中Al2O3+SiO2介于69%～89%，平均为74%，指示水体相对较浅的成煤环境，与弱还原沼泽环境相一致。

（2）发热量

可采煤层原煤干燥基高位发热量在21.52MJ/kg～ 31.14MJ/kg之间，平均为27.79MJ/kg。原煤干燥基低位发热量在20.76MJ/kg～30.37 MJ/kg之间，平均值为27.03 MJ/kg。根据《煤炭质量分级第3部分：发热量》GB/T15224.3—2010的规定，可采煤层1号煤层为中低发热量煤（MLQ），18号煤层为中发热量煤（MQ），22、23、24号号煤层为中高发热量（MHQ），3、4、6、8、12、14、15-1、15-3、16-1、20-1号煤层为高发热量（HQ）。

（3）煤灰熔融性

可采煤层煤灰熔融软化温度（ST）在1120℃～1340℃之间，平均为1228℃。根据《煤灰软化温度分级标准》（MT/ T853.1-2000），1、8、12、18、23、24号煤层为较低软化温度灰（RLST），3、15-1、20-1号煤层为中等软化温度灰（MST）。

（4）煤的可选性

井田内可采煤层浮煤回收率为1-85%，平均为37.60%，1、3、4、6、8、12、14、15-1、15-3、16-3、18、20-1、22、23、24号煤层浮煤回收率均为低等。其中，1号煤层可选性等级为中等可选；其余煤层可选性等级均为极难选。

5.结语

（1）根据对上纸厂煤矿采样化验结果分析表明，区内煤类为气肥煤（QF）、1/3焦煤（1/3JM）、肥煤（FM），煤质特征为低—中高灰、中高挥发分、特低—高硫、中低—高发热量、低—中等固定碳、特低—低砷、特低—低磷煤。

（2）通过对区内煤层煤质特征分析，指出区内沉积环境为弱还原沼泽环境。

参考文獻：

[1]程伟，杨瑞东，崔玉朝，等.贵州毕节地区晚二叠世煤质特征及其成煤环境意义[J].地质学报， 2013， 87（11）：1763-1777.

[2]贵州盘县盘南煤业投资有限公司盘县红果镇上纸厂煤矿（兼并重组）资源储量核实报告[R].贵州省煤田地质局地质勘察研究院， 2020.