南灣勘查區延安組可采煤層煤質特征分析與研究

劉 爭

（寧夏回族自治區煤炭地質局，寧夏 銀川 750001）

南灣勘查區位于寧南煤田王洼礦區南部,西距固原市原州區80km，南距彭陽縣45km，隸屬固原市彭陽縣王洼鎮管轄。其地層單元劃分屬華北—柴達木地層大區（Ⅲ）、華北地層區（Ⅲ4）、鄂爾多斯西緣地層分區（Ⅲ41）、桌子山—青龍山地層小區（Ⅲ41-2），大地構造單元位于柴達木—華北板塊（Ⅲ）、華北陸塊（Ⅲ5）、鄂爾多斯地塊（Ⅲ51）、鄂爾多斯西緣中元古—早古生代裂陷帶（Ⅲ51-1）、陶樂—彭陽沖斷帶（Ⅲ51-1-3）南端的車道—彭陽褶斷帶[1]。

勘查區內地表大部分被第四系黃土覆蓋，基本無基巖出露。根據鉆孔揭露地層由老至新依次有：三疊系上田組、侏羅系延安組、直羅組、安定組、白堊系保安群、新近系和第四系。含煤地層為侏羅系中統延安組，為一套河流—湖泊三角洲沉積，鉆孔揭露最大厚度230.69m，含煤地層平均厚度124.28m。共含編號煤層5層，分別為一、四、五、八、九煤，平均總厚25.47m，含煤系數20.21%?？刹擅簩? 層，分別為一、五、八、九煤，可采平均總厚度24.9m，可采含煤系數19.8%?？刹擅簩訉游环€定，厚度較大，結構以簡單—較簡單為主[2]。

1 煤的物理性質和煤巖特征

1.1 煤的物理性質

勘查區煤的顏色均為黑色，條痕褐黑色，瀝青—弱瀝青光澤，參差狀、貝殼狀斷口，條帶狀結構，層狀構造，半堅硬，內外生裂隙發育，裂隙多被方解石和黃鐵礦充填，煤中常見結核狀、星散狀黃鐵礦。一煤真密度平均1.54t/m3，視密度平均1.39t/m3；五煤真密度平均1.50t/m3，視密度平均1.36t/m3；八煤真密度平均1.54t/m3，視密度平均1.38t/m3；九煤真密度平均1.62t/m3，視密度平均1.40t/m3。

1.2 煤巖特征

各可采煤層的宏觀煤巖組分以暗煤為主，亮煤次之，夾鏡煤條帶和少量絲炭薄層，鏡煤和亮煤成分含量20%～50%，各煤層的宏觀煤巖類型均屬半暗煤。

顯微組分中鏡質組含量較高，礦物中粘土類、碳酸鹽類較高。去礦物基鏡質組含量平均為66.1%～72.8%，依據《煤的鏡質組含量分級》（MT/T 1160-2011）標準，均屬中高鏡質組煤。殼質組含量平均為2.2%～4.0%，依據《煤的殼質組含量分級》（MT/T 1161-2011）標準，均屬中低殼質組煤。各煤層鏡質組和惰質組之和均占顯微組分的95%以上（表1），依據《顯微煤巖類型分類》（GB/T 15589-2013）標準，顯微煤巖類型均屬微鏡惰煤。

表1 各可采煤層顯微煤巖特征（平均值）一覽表

鏡質組以基質鏡質體為主，團塊鏡質體、碎屑鏡質體及均質鏡質體次之，結構鏡質體很少見；惰質組以氧化絲質體及火焚絲質體為主，粗粒體及碎屑絲質體次之，少量半絲質體；殼質組以小孢子為主，少量大孢子、偶見樹脂體；粘土類呈細分散狀、團塊及顆粒狀；硫化物類黃鐵礦以脈狀為主，部分為星狀、團塊狀及顆粒狀；碳酸鹽類多為方解石，少量菱鐵礦，方解石以脈狀為主、裂隙充填狀次之，菱鐵礦為團塊狀；氧化硅類的石英呈粒狀。

1.3 煤的變質類型

各可采煤層鏡質體最大反射率為0.46%～0.59%，平均0.53%～0.55%（表1），依據《鏡質體反射率的煤化程度分級》（MT/T 1158-2011）標準，各煤層煤化程度分級屬中煤級煤Ⅰ。測試結果表明各煤層鏡質體最大反射率變化較小，同一煤層沿傾向隨埋藏加深鏡質體最大反射率呈現增大趨勢，表明本區的煤隨埋藏深度的加深，變質程度略有增高，屬區域變質類型。

2 煤的化學性質

2.1 工業分析

（1）水分。各可采煤層原煤空氣干燥基水分為0.77%～11.26%，平均5.72%～6.86%；浮煤空氣干燥基水分0.40%～12.09%，平均5.49-5.95%。自上而下各可采煤層水分變化較小，大部分區域水分為6.00%～8.00%，局部小于6.00%，零星分布8.00%～12.00%水分。

（2）灰分。各可采煤層原煤灰分產率7.74%～36.68%，平均12.60%-25.09%；浮煤（1.4 密度液浮選）灰分產率3.90%～13.44%，平均4.91%-8.45%（表2）。九煤灰分最高，平均25.09%，五煤灰分最低，平均12.60%。以低灰煤為主，中灰煤次之，零星分布特低灰煤和高灰煤[3]。

表2 各可采煤層灰分特征統計表

一煤：原煤灰分產率10.94%～23.78%，平均17.33%；浮煤灰分產率3.90%～8.24%，平均5.63%。以低灰煤為主，局部為中灰煤。

五煤：原煤灰分產率7.74%～22.39%，平均12.60%；浮煤灰分產率3.57%～5.87%，平均4.91%。以低灰煤為主，局部為特低灰煤和中灰煤，零星分布高灰煤。

八煤：原煤灰分產率6.63%～24.55%，平均14.99%；浮煤灰分產率3.95%～6.97%，平均5.62%。以低灰煤為主，局部為特低灰煤和中灰煤。

九煤：原煤灰分產率12.49%～36.68%，平均25.09%；浮煤灰分產率4.72%～13.44%，平均8.45%。以中灰煤為主，局部為低灰煤和高灰煤。

（3）揮發分。各可采煤層原煤干燥無灰基揮發分產率30.82%～45.83%，平均37.27%～41.62%。浮煤干燥無灰基揮發分產率31.30%～41.99%，平均34.11%～37.98%（表3），依據《煤的揮發分產率分級》（MT/T 849-2000）標準，一煤屬高揮發分煤，揮發分產率以大于37%為主，小于37%次之。五、八、九煤屬中高揮發分煤，八煤揮發分產率均小于37%，五、九煤揮發分產率以小于37%為主，大于37%次之。

表3 可采煤層揮發分特征統計表

（4）固定碳。各可采煤層原煤固定碳34.29%～62.58%，平均44.28%～54.89%。浮煤固定碳53.96%～64.89%，平均58.65%～62.20%（表4），根據《煤的固定碳分級》（MT/T 561-2008）標準，均屬中等固定碳煤。

表4 各可采煤層煤的固定碳及分級表

2.2 元素分析

各煤層原煤碳含量68.94%～81.36%，平均74.79%～76.87%；氫含量2.41%～5.78%，平均3.43%～4.30%；氮含量0.53%～1.22%，平均0.88%～1.07%；氧含量12.12%～26.66%，平均16.34%～18.77%。各煤層浮煤碳含量74.65%～80.09%，平均76.98%～78.25%；氫含量2.82%～5.25%，平均3.92%～4.48%；氮含量0.87%～1.28%，平均1.01%～1.13%；氧含量13.37%～20.69%，平均15.64%～16.30%。

2.3 有害元素

（1）全硫。各可采煤層原煤全硫0.43%～4.25%，平均0.98%～2.19%；浮煤全硫0.31%～3.02%，平均0.65%～1.56%（表5）。以中硫煤為主，局部為低硫煤或中高硫煤，零星分布高硫煤。垂向上，自上向下各可采煤層原煤全硫隨深度增加而逐漸降低。

表5 可采煤層硫分特征統計表

一煤：原煤全硫0.89%～3.37%，平均2.19%；浮煤全硫0.71%～3.02%，平均1.56%。以中高硫煤為主，局部為中硫煤，零星分布低硫煤和高硫煤。

五煤：原煤全硫0.84%～4.25%，平均1.90%；浮煤全硫0.39%～2.13%，平均1.01%。以中硫煤為主，東西兩側有中高硫煤，零星分布低硫煤和高硫煤。

八煤：原煤全硫0.78%～2.21%，平均1.45%；浮煤全硫0.31%～2.01%，平均0.73%。以中硫煤為主，西南部為低硫煤，東西兩側零星有中高硫煤。

九煤：原煤全硫0.43%～1.76%，平均0.98%；浮煤全硫0.38%～0.97%，平均0.65%。以低硫煤為主，中硫煤次之，少量特低硫。

（2）磷。各可采煤層原煤磷為0.003%～0.126%，平均0.012%～0.045%，根據《煤中有害元素含量分級第1部分：磷》（GB/T 20475.1-2006）標準，均屬低磷煤。浮煤磷為0.002%～0.079%，平均0.011%～0.027%，經浮選后，磷含量降低?？傮w自上向下磷含量逐漸增高，一煤最低，平均0.012%，九煤最高，平均0.045%。

（3）氯。各可采煤層原煤氯含量0.007%～0.057%，平均0.022%～0.027%；浮煤氯為0.009%～0.036%，平均0.017%～0.026%。根據《煤中有害元素含量分級第2部分：氯》（GB/T 20475.2-2006）標準，均屬特低氯煤。

（4）砷。各可采煤層原煤砷含量1～16μg/g，平均3～6μg/g；浮煤砷含量1～14μg/g，平均1～4μg/g。根據《煤中有害元素含量分級第3部分：砷》（GB/T 20475.3-2012）標準，一、五、八煤為特低砷煤，九煤為低砷煤。

2.4 微量元素

（1）鍺。各可采煤層原煤鍺含量1～9μg/g，平均1～2μg/g，根據《煤中有價元素含量分級及應用導則》（GB/T 41042-2021）標準，均屬低鍺煤，含量低于用作提取鍺的煤要求的可采品位（＞30μg/g）。

（2）鎵。各可采煤層原煤鎵含量1～9μg/g，平均3～6μg/g，根據《煤中有價元素含量分級及應用導則》（GB/T 41042-2021）標準，均屬低鎵煤，含量低于用作提取鎵的煤要求的可采品位（＞20μg/g）。

3 煤的工藝性能

3.1 發熱量

各可采煤層原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為16.44～30.08MJ/kg，平均21.83～26.44MJ/kg，根據《煤炭質量分級第3 部分：發熱量》（GB/T 15224.3-2022）標準，一、五、八煤屬中高發熱量煤，九煤屬中發熱量煤[4]；原煤干燥基低位發熱量（Qnet,d）為16.08～29.53MJ/kg，平均21.15～25.66MJ/kg（表6）。各可采煤層浮煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為26.04～30.66MJ/kg，平均27.97～29.47MJ/kg；浮煤干燥基低位發熱量（Qnet,d）為25.21～29.76MJ/kg，平均27.11～28.55MJ/kg（表6）。

表6 可采煤層發熱量統計表

一煤：原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為22.21～27.38MJ/kg，平均24.72MJ/kg，屬中高發熱量煤。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為21.51～26.47MJ/kg，平均23.93MJ/kg。大部分區域為中高發熱量煤，局部分布中發熱量煤和高發熱量煤。浮煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為28.42～29.69MJ/kg，平均29.16MJ/kg。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為27.48～28.74MJ/kg，平均28.21MJ/kg。

五煤：原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為23.07～28.87MJ/kg，平均26.44MJ/kg，屬中高發熱量煤。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為22.60～27.93MJ/kg，平均25.66MJ/kg。大部分為中高發熱量煤，局部分布中發熱量煤和高發熱量煤，西南部有少量中低發熱量煤（圖1）。浮煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為28.54～30.56MJ/kg，平均29.47MJ/kg。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為27.60～29.63MJ/kg，平均28.55MJ/kg。

圖1 五煤發熱量等值線圖

八煤：原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為20.80～30.08MJ/kg，平均25.72MJ/kg，屬中高發熱量煤。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為20.16～29.53MJ/kg，平均25.05MJ/kg。大部分區域為中高發熱量煤，局部分布中發熱量煤和高發熱量煤。浮煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為28.04～30.66MJ/kg，平均29.14MJ/kg。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為27.13～29.76MJ/kg，平均28.31MJ/kg。

九煤：原煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為16.44～27.36MJ/kg，平均21.83MJ/kg，屬中發熱量煤。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為16.08～26.83MJ/kg，平均21.15MJ/kg。以中發熱量煤為主，中高發熱量煤次之，西側分布少量中低發熱量煤和低發熱量煤。浮煤干燥基高位發熱量（Qgr,d）為26.04～29.57MJ/kg，平均27.97MJ/kg。干燥基低位發熱量（Qnet,d）為25.21～28.56MJ/kg，平均27.11MJ/kg。

3.2 粘結性

各可采煤層焦渣特征均為2，粘結指數均為0，表明勘查區煤層均為無粘結煤。

3.3 哈氏可磨性指數

勘查區一煤屬較難磨煤，五煤屬中等可磨煤，八煤屬中等可磨煤，九煤屬中等可磨煤。

3.4 熱穩定性

各可采煤層原煤熱穩定性測試結果表明，大于6mm 殘焦（TS+6）值平均56.15%～58.91%，6～3mm 殘焦（TS6-3）值平均32.05%～36.14%，小于3mm殘焦（TS-3）值平均7.64%～10.86%，根據《煤的熱穩定分級》（MT/T 560-2008）標準，均屬低熱穩定性煤（TS+6≤60%）。

4 煤類特征

根據《中國煤炭分類》（GB/T 5751-2009）標準，以浮煤干燥無灰基揮發分產率、粘結指數、透光率為依據，對勘查區煤層的煤類進行分類。一煤浮煤揮發分產率35.51%～41.99%，平均37.98%，粘結指數0，透光率平均65%，煤類以長焰煤為主，不粘煤次之；五煤浮煤揮發分產率31.30%～40.12%，平均35.04%，粘結指數0，透光率平均79%，煤類以不粘煤為主，長焰煤次之；八煤浮煤揮發分產率32.32%～36.80%，平均34.11%，粘結指數0，透光率平均80%，煤類為不粘煤；九煤浮煤揮發分產率32.46%～40.61%，平均35.79%，粘結指數0，透光率平均76%，煤類以不粘煤為主，長焰煤次之。

5 結論

根據上述煤質測試成果分析研究可知，勘查區內各可采煤層水分含量較低，屬低灰—中灰、中高—高揮發分、中等固定碳、低硫—中高硫、低磷、中—中高發熱量、無粘結性、中等—較難磨、低熱穩定性煤，煤類以不粘煤為主，長焰煤次之，是良好的動力、氣化、間接液化、煤化工等用煤。

勘查區煤炭資源較為豐富，開發前景良好，在今后的煤炭資源開發過程中要加強煤質分析與研究工作，對煤炭資源的合理開發與科學利用具有重要的指導意義，更好地促進當地經濟和社會的發展。