寧縣勘查區(qū)煤質特征

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鄂爾多斯盆地早、中侏羅世沉積了一套厚約300m的含煤巖系，其下部為富縣組，以含灰白色石英砂巖和紫紅色泥巖為特征，無可采煤層；上部為延安組，以砂、泥巖互層為主，含煤性好。據(jù)前人的分析，可將延安組劃分為五個成因地層單元，自下而上依次為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V¨J。寧縣中部勘查區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部，主要含煤地層為侏羅系延安組，可采煤層有3層，自上而下編號分別為煤2、煤5、煤8。煤2形成于Ⅲ單元地層，煤層厚度0．08～3．66m，平均厚度1．51m；煤5形成于Ⅱ單元地層，煤層總厚0．10～5．79m，平均厚度1．9811；煤8聚煤期構造活動相對較弱，聚煤作用強烈，煤層厚度0．05～l7．70m，平均厚度7．18m，分布較廣，屬于較穩(wěn)定煤層，為本區(qū)的主要計量煤層。各煤層煤類較簡單，根據(jù)中國煤炭分類國家標準(GB／T5751—2009)，主要為弱粘煤。

1煤質特征及成煤環(huán)境

1．1煤質特征

煤巖特征：①宏觀煤巖特征。各煤層均呈黑一暗黑色，條痕呈黑褐色，弱瀝青光澤，少量為弱玻璃光澤，以條帶狀結構為主，線理狀結構次之。煤層內、外生裂隙較發(fā)育，裂隙充填方解石薄膜，偶見少量黃鐵礦薄膜。煤層以暗淡型煤為主，個別點上為半暗型、半亮型煤。煤巖成分大部分以均狀暗煤，含少量條帶狀鏡煤和亮煤；②顯微煤巖組分。對可采煤層的樣品顯微煤巖組分鑒定分析表明(表1)，鏡質組含量為49．07％～53．41％，以基質鏡質組為主，均質鏡質組次之，少量結構鏡質體。惰質組含量為40．37％～45．99％，以絲質體、半絲質體為主，少量粗粒體、碎屑體、微粒體。無機組分主要以碳酸鹽為主，粘土礦物和硫化物次之。根據(jù)上述煤巖鑒定結果，鏡質體和惰質組之和占有機組分的99．0％以上，可采煤層煤的顯微煤巖類型為微鏡惰煤。從表1中可以看出，有機顯微組分鏡質組由下而上減小，而惰質組由下而上增大；鏡質組最大反射率由上向下呈增大的趨勢，說明隨著煤層埋藏深度的加深，變質程度加大，屬于區(qū)域變質類型。

1．2煤質特征與成煤環(huán)境的關系

煤中微量元素富集和分布的因素可分為原生、次生和后生三種因素。原生因素是在泥炭沼澤形成開始到結束過程中，對沼澤中微量元素遷移、富集起控制作用的地質因素，包括成煤環(huán)境。就本區(qū)來說，各煤層煤巖特征所反映出成煤時期是一個封閉的還原的沼澤環(huán)境，各煤層富含鏡質組和惰質組，而且鏡質組由下向上減少，而惰質組由下向上增多。煤8位于延安組下部，與上部的煤5、煤2相比，由于煤8成煤期水動力條件更強，流水攜帶的氧越易破壞硫聚集的還原環(huán)境，所以煤中含硫較低，一般小于1％，表現(xiàn)出淡水沼澤中硫聚集與水介質條件的密切關系。總體來說，本區(qū)可采煤層均形成于淡水環(huán)境，各煤層中硫分的分布變化明顯體現(xiàn)出沼澤微環(huán)境的演化，在近于封閉的局限湖，水介質逐漸咸化，氧化還原電位降低，硫離子濃度增加，由煤8的低硫煤(s=0．67％)變?yōu)槊?的中硫煤(S：1．46％)、煤2中高硫煤(S：l。66％)。

2工業(yè)分析與元素分析

2．1工業(yè)分析

水分、灰分產(chǎn)率：從煤樣工業(yè)分析匯總表表2可以看出，原煤水分為1．10％～8．20％，平均值為2．50％。原煤灰分為7．42％～40．84％，平均值為15．58％，根據(jù)《煤炭質量分級、第1部分：灰分》(GB／T15224．1—2004)標準，區(qū)內煤從特低灰煤一高灰煤都有分布，其中特低灰煤占10．4％，低灰煤占56．9％，中灰煤占28．1％，高灰煤占4．6％。精煤灰分2．86％～11．89％，平均值為5．39％，比原煤灰分下降了約為65％，說明勘查區(qū)煤可選。揮發(fā)分產(chǎn)率：同鏡質組反射率一樣，揮發(fā)分是煤變質程度考察中的另一個重要指標，所不同的是其屬于化學性質指標，許多國家及國際的煤炭煤類方案都是以揮發(fā)分作為第一分類指標的。煤的揮發(fā)分越高，則煤的變質程度越低l_2''''3j。從表2可以看出，本區(qū)煤的揮發(fā)分28．68％～44．57％，平均揮發(fā)分35．17％，主要為中高揮發(fā)分煤和高揮發(fā)分煤，其中中高揮發(fā)分煤占79．6％，高揮發(fā)分煤占20．4％。根據(jù)煤的R一和，之間的關系I6推算出區(qū)內煤的～約為0．85％，較實測值大，究其原因，本區(qū)煤含更多惰質組，使得揮發(fā)分產(chǎn)率偏低所致。煤的干燥無灰基高位發(fā)熱量為27．42～28．52MJ／kg，根據(jù)GB／T15224．3—2004標準，煤層屬于高熱值煤，可以用做動力用煤。煤灰中灰成分：對本區(qū)煤灰成分進行了大量測試(表3)，可以看出，煤灰中含量較高的有si0、A12O、Fe：O3、CaO，其中A12O3與灰熔融性溫度的相關密切程度最高，且成正相關性。本區(qū)煤灰中A1：O，質量分數(shù)較我國平均質量分數(shù)28．2％低，受此影響，煤灰的平均熔化溫度降至1246~C～1284~C，根據(jù)《煤灰流動溫度分級》(MT／T853．2—2000)，區(qū)內煤灰屬較低流動溫度灰一中等流動溫度灰。目前國內較為常用的煤結渣性能最有效預測方法有4類：即單一指數(shù)判別法、綜合指數(shù)判別法、綜合評判法和模糊聚類法，生產(chǎn)中常用綜合指數(shù)法判斷煤的結渣特性(表4)。根據(jù)測試結果與判斷標準指標相比可知，本區(qū)煤的結渣傾向為中等結渣。

2．2元素分析

本區(qū)煤主要為弱粘煤，屬于低變質煤，根據(jù)區(qū)內可采煤層的元素分析(表6)，碳含量83％左右，氫含量在4．8％左右，氮含量平均為1．15％，全硫含量0．67％～1．66％。根據(jù)《煤炭質量分級、第2部分：硫分》(GB／T15224．2—2004)標準，本區(qū)煤從特低硫煤～高硫煤均有，其中特低硫煤25．1％，低硫煤31．2％，中硫煤17．5％，中高硫煤24．0％。從硫分的組成來看，硫鐵礦硫含量最高，有機硫次之。結合煤8層硫分分布圖(圖1)，認為成煤植物類型對硫聚集作用影響較小，含硫量隨著沼澤類型的不同而變化，停滯沼澤利于中高硫煤的形成，而流水沼澤利于特低硫煤和低硫煤的形成。根據(jù)表6數(shù)據(jù)可計算出自由氫含量為3．54％～3．65％，氫碳原子比0．68～0．70，小于0．8，故本區(qū)煤不適于液化。

3結論

(1)本區(qū)延安組含煤地層是在穩(wěn)定的大地構造控制下，聚煤環(huán)境為近于封閉的局限泥炭沼澤條件下形成，隨著泥炭沼澤水介質的逐漸咸化和水動力條件的逐漸減弱，煤巖煤質在垂向上顯示出一定的分帶性。

(2)通過煤質特征分析表明本區(qū)煤變質程度低，屬低一中灰、特低一中高硫、高熱值弱粘煤，結渣性中等，是很好的動力用煤。75m第三次周期來壓以后位移曲線，可見隨著工作面的不斷推進，位移裂隙不斷向頂板縱深發(fā)展。這樣，裂隙帶范圍的不斷增加，就為卸壓后的瓦斯氣體的抽采提供了條件。