陕北榆树湾煤矿煤质特征及洁净等级评价

许 婷

(1.陕西省矿产地质调查中心，陕西 西安 710068； 2.陕西省地质调查院，陕西 西安 710054)

我国“富煤、贫油、少气”的能源结构，决定了煤炭在我国能源结构中的主体地位，过去煤炭在推动社会经济发展的同时也给生态环境造成了严重影响[1]。随着生态文明建设对能源发展提出的新要求，煤炭资源的清洁高效利用已成为煤炭工业发展的必由之路[2]。而煤岩、煤质特征是煤炭研究的基础，也是评价其清洁利用潜势及分析其综合利用方式的关键，本文以榆树湾煤矿2-2号煤层为研究对象，根据前期钻孔煤质数据及井下实地采样分析测试结果，分析了其煤岩、煤质特征，并选取评价因子，对其洁净等级进行了评价，旨在为该区煤炭资源的综合开发及洁净高效利用提供依据。

1 概况

榆树湾煤矿位于陕西省榆林市北部，榆神矿区的南部地区[3-5]，地层划属华北鄂尔多斯盆地分区，区内地层由老至新依次有：三叠系上统永坪组(T3y)，侏罗系下统富县组(J1f)，中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)，第三系上新统静乐组(N2j)及第四系中更新统离石组(Q2l)、上更新统萨拉乌素组(Q3s)、全新统风积沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。含煤地层为侏罗系中统延安组，含煤多层，具有对比意义的煤层共10层，主要可采煤层4层，其中2-2、4-3号煤层全区可采，3-1、5-3上号煤层大部可采。本次主要研究的是2-2号煤层，其位于延安组第四段的顶部，为本区最厚的煤层，煤厚为10.77～12.26 m，平均为11.59 m，为特厚煤层，煤层变化缓慢且规律明显，结构较简单，全区可采。

2 煤质特征

2.1 物理性质及煤岩特征

2-2号煤层颜色为黑色，条痕为褐黑色，具有弱沥青—沥青光泽，贝壳状、阶梯状、参差状断口，内生裂隙不甚发育，裂隙被方解石脉或黄铁矿薄膜填充。煤岩成分主要以亮煤、暗煤为主。宏观煤岩类型以半亮煤为主，半暗煤次之，光亮煤和暗淡煤少量。显微煤岩组成中有机显微组分含量较高，平均在97%以上；以镜质组为主，为49.51%～70.29%，平均值为58.71%；惰质组次之，为28.92%～44.81%，平均值为36.20%；壳质组较低，为0.20%～0.53%，平均值为0.28%。无机显微组分含量较低，为0.41%～5.43%，平均值为2.48%；以碳酸盐类为主，为0.70%～3.10%，平均值为1.90%；其次为黏土类，为0.30%～2.60%，平均值为0.87%；硫化物少量，为0.20%～0.80%，平均值为0.50%。鉴定成果见表1。

2-2号煤层镜质组最大反射率为0.52%～0.58%，平均值为0.55%，总体变质程度较低，主要为中煤级煤I变质阶段，即低煤化度烟煤。

2.2 化学性质

(1)水分(Mad)：2-2号煤层原煤水分质量分数为3.98%～8.09%，平均值为5.98%；浮煤水分质量分数为2.68%～7.86%，平均值为4.89%。

(2)灰分(Ad)：2-2号煤层原煤灰分产率为1.64%～11.15%，平均值为6.00%，浮煤灰分产率为1.61%～4.08%，平均值为2.67%，其总体为特低灰分煤。经过洗选，2-2号煤层浮煤灰分产率明显降低。

(3)挥发分(Vdaf)：2-2号煤层原煤挥发分产率为30.03%～40.77%，平均值为37.78%；浮煤挥发分产率为32.95%～40.19%，平均值为37.16%，总体为高挥发分煤。经过洗选，相比原煤，浮煤挥发分产率无明显变化。

(4)硫分(St,d)：2-2号煤层原煤全硫质量分数为0.16%～1.34%，平均值为0.49%，浮煤全硫质量分数为0.15%～0.83%，平均值为0.26%，其总体为特低硫煤。经过洗选，浮煤的全硫含量降低，其主要是硫化铁硫含量降低，而硫酸盐硫和有机硫洗选前后变化不明显。

(5)固定碳(FCd)：2-2号煤层原煤固定碳质量分数为53.31%～59.42%，平均值为55.64%。按照《煤的固定碳分级》(MT/T 561—2008)标准，其总体为中等固定碳煤。

2.3 工艺性能

(1)发热量(Qgr,d)：2-2号煤层原煤干燥基高位发热量为30.71～32.80 MJ/kg，平均值为31.84 MJ/kg，属特高发热量煤。

(2)煤灰熔融性：2-2号煤层的煤灰熔融性软化温度(ST)范围为1 094～1 272 ℃，平均值为1 184 ℃。按照《煤灰熔融性软化温度分级》(MT/T 853.1—2000)标准，其以较低软化温度灰为主，少数低软化温度灰和中等软化温度灰。煤灰熔融性流动温度(FT)为1 120～1 279 ℃，平均值为1 204 ℃。按照《煤灰熔融性流动温度分级》(MT/T 853.2—2000)标准，2-2号煤层为较低流动温度灰。

(3)黏结指数(GRI)：2-2号煤层黏结性指数测定绝大多数为0～5，少部分在5～13之间。按照《烟煤黏结指数分级》(MT/T 596—2008)标准，2-2号煤层以无黏结煤为主，少量微黏结煤。

(4)哈式可磨性指数(HGI)：2-2号煤层哈氏可磨性指数在52～62之间，平均值为57，表明煤的可磨性指数小。按照煤的哈氏可磨性指数煤炭行业标准，属较难磨煤。

(5)热稳定性(TS+6)：2-2号煤层热稳定性指标为88.80%～98.00%，平均值为94.86%。根据《煤的热稳定性分级》(MT/T560—2008)标准，属于高热稳定性煤。

(6)焦油产率(Tar，d)：低温干馏数据分析表明，2-2号煤层原煤的焦油产率普遍大于7%，主要分布在8.90%～12.91%之间，平均值为11.45%。根据《矿产资源工业要求手册(2014修订版)》[6]煤炭焦油产率分级划分标准，2-2号煤层原煤主要为富油煤，部分达高油煤，总体焦油产率较高，具有较大的煤焦油提取前景。

2.4 有害元素

(1)氯(Cld)：2-2号煤层氯质量分数在0.005%～0.069%之间，平均值为0.018%，按照煤中氯的国家标准，其属特低氯煤。

(2)氟(Fd)：2-2号煤层氟含量在54.00～116.00 μg/g之间，平均值为81.44 μg/g，按照煤中氟的国家标准，其属特低氟煤。

(3)砷(Asd)：2-2号煤层砷含量为1.00～5.00 μg/g，平均值为2.13 μg/g，按照煤中砷的国家标准，其属特低砷煤。

(4)磷(Pd)：2-2号煤层磷质量分数在0.001%～0.012%之间，平均值为0.004%，按照煤中磷的国家标准，其属特低磷煤。

3 煤的洁净等级评价

煤炭的洁净等级划分是煤炭质量评价、分级分质及清洁高效利用的重要依据[7-9]。据唐书恒等提出的洁净煤潜势评价方法[10]，结合榆树湾煤矿2-2号煤层煤质特征及清洁高效利用的相关要素，选取评价因子如表2所示。

利用榆树湾煤矿2-2号煤层灰分(Ad)、硫分(St,d)、砷(Asd)、氯(Cld)及氟(Fd)等评价指标，对其洁净等级进行评价，当各指标的洁净等级不一致时，采取“就低不就高”的原则，以综合评价等级中差者为准。如表3所示，榆树湾煤矿2-2号煤层洁净等级划分结果表明，2-2号煤层原煤全硫、砷、氯含量均未超过洁净等级为Ⅰ级的浓度限值，灰分和氟的洁净等级为Ⅱ级，故其综合评价洁净等级为Ⅱ级，属好洁净煤。经过洗选后，灰分和氟含量不同程度下降，浮煤综合评价洁净等级上升为Ⅰ级，属特好洁净煤，洁净程度明显变好。

表3 2-2号煤层洁净等级划分结果

4 结论

(1)榆树湾煤矿2-2号煤层显微煤岩组成中有机显微组分含量高，无机显微组分含量较低，有机显微组分以镜质组为主，均值为58.71%，惰质组次之，均值为36.20%，壳质组含量极低，均值为0.28%。2-2号煤层的变质程度较低，为中煤级煤I变质阶段。

(2)榆树湾煤矿2-2号煤层主要为富油煤，特低灰，高挥发分，特低硫，特高发热量，较低灰熔融性软化温度和流动温度，无黏结性，较难磨，高热稳定性。

(3)根据煤炭清洁利用潜势评价方案，结合榆树湾煤矿2-2号煤层煤岩煤质特征，对其洁净等级进行了划分，其原煤洁净等级为Ⅱ级，属好洁净煤；经洗选后，浮煤洁净等级上升为Ⅰ级，洁净程度变好，属特好洁净煤。