夏威威，付 蒙

(新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊，新疆 烏魯木齊 830009)

0 引言

煤質(zhì)分析是指對煤的基本性質(zhì)開展的分析，而現(xiàn)代煤質(zhì)分析更注重對無機有害雜質(zhì)的分析，如灰分、硫分及無機元素的載體礦物質(zhì)分析與研究[1-3]。相關(guān)學(xué)者總結(jié)了我國煤中灰分、硫分和發(fā)熱量等煤質(zhì)特征，我國煤中硫、磷與砷分布賦存特征及我國動力煤發(fā)熱量的分布規(guī)律[4-6]。

托克遜縣及鄯善縣均位于新疆吐哈盆地，屬吐哈煤田，目前開展了較多的地質(zhì)勘查工作。基于兩地煤田地質(zhì)勘查的相關(guān)測試成果，對研究區(qū)西山窯組主要煤層的煤巖、煤質(zhì)特征進行系統(tǒng)的分析總結(jié)，查明其變化規(guī)律，對兩地煤炭資源的開發(fā)和利用有著指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況及煤巖特征

1.1 地質(zhì)概況

托克遜礦區(qū)：托克遜礦區(qū)位于北天山分區(qū)吐魯番小區(qū)的西北緣。發(fā)育的地層有古生代的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層，這些地層組成本區(qū)山間凹陷基底[7-8]。在此基底之上沉積中生代三疊紀(jì)，侏羅紀(jì)地層和第四紀(jì)地層。主要含煤地層為侏羅系下統(tǒng)八道灣組，鉆探控制地層厚度250～460 m，平均307 m。含編號煤層4層，煤層總厚30 m，含煤系數(shù)9.8%，主要可采煤層為3-3號。

鄯善礦區(qū)：鄯善礦區(qū)位于覺羅塔格山北部的吐魯番盆地西邊緣艾丁湖南坡地帶，區(qū)內(nèi)均為第四系覆蓋。石炭系為一套陸相碳酸巖、碎屑巖組成，構(gòu)成了中生界、新生界的基底。主要含煤地層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組，鉆探控制地層厚度270～340 m，平均300 m。含編號煤層2層，平均總厚6 m，含煤系數(shù)2%。主要可采煤層為6號。

1.2 煤巖特征

在明確研究區(qū)地質(zhì)概況的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對煤巖及煤質(zhì)等特征分析[9-15]。

宏觀煤巖特征：①托克遜礦區(qū)各煤層煤巖組成均以亮煤為主，暗煤及絲炭次之，亮煤多呈條帶狀分布，暗煤及絲炭呈線理狀透鏡狀分布，宏觀煤巖類型以光亮型煤為主，半亮型煤次之，暗淡型煤少量。顏色均呈黑-褐黑色，條痕色為棕色、棕黑色。煤層具條帶狀-均一狀結(jié)構(gòu)，瀝青光澤-油脂光澤，貝殼狀、參差狀斷口，裂隙較發(fā)育。煤層中含少量黃鐵礦薄膜及鮞粒狀黃鐵礦結(jié)核；②鄯善礦區(qū)煤層顏色呈褐黑色，深棕色條痕，暗淡的瀝青光澤，煤巖組成以暗煤為主，宏觀煤巖類型以暗淡型煤為主，半暗型煤少量。斷口不規(guī)則，多呈平坦?fàn)?、參差狀，偶見黃鐵礦結(jié)核，植物碎屑較為豐富，呈木質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。硬度小，污手，易風(fēng)化開裂為片狀。

顯微煤巖特征：①托克遜礦區(qū)3-3號煤層樣品顯微煤巖組分測試分析，成果見表1。煤巖有機顯微組分中以無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，基質(zhì)鏡質(zhì)體次之，油浸反射色為深灰色，碎屑鏡質(zhì)體大多呈粒狀分布；惰質(zhì)組分以絲質(zhì)體中的氧化絲質(zhì)體為主，可見少量碎屑惰質(zhì)體，結(jié)構(gòu)保存較完整；殼質(zhì)組分主要為孢粉體中的小孢子體，多呈蠕蟲狀分布；半鏡質(zhì)組分含量均為零或少量。3-3號煤層顯微煤巖類型屬微亮煤，變質(zhì)階段為中煤級煤Ⅰ；②通過對鄯善礦區(qū)6號煤層8個樣品顯微煤巖組分測試分析，成果見表2。區(qū)內(nèi)有機組分的特點表明，成煤時期植物遺體凝膠化程度較高。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡體為主，少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組以絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體為主，碎屑惰質(zhì)體、粗粒體次之，少數(shù)微粒體。殼質(zhì)組以小孢子體、薄壁角質(zhì)體居多；少數(shù)木栓質(zhì)體、瀝青質(zhì)體、碎屑?xì)べ|(zhì)體。無機組分主要為粘土礦物，呈浸染狀或薄層狀分布于鏡質(zhì)體間隙；少量碳酸鹽類及硫化物類礦物。區(qū)內(nèi)6號煤層的顯微煤巖類型為微鏡惰煤和微三合煤。

表1 托克遜縣煤層顯微組分 單位：%

表2 鄯善縣煤層顯微組分 單位：%

2 煤質(zhì)特征

2.1 灰分及揮發(fā)分產(chǎn)率

灰分產(chǎn)率：①3-3號煤原煤灰分產(chǎn)率在3.43%～15.09%之間，平均為7.10%，以特低、低灰為主，走向上含量總體變化呈西低東高之勢，具體見表3；②6號煤原煤灰分產(chǎn)率在11.81%～38.57%之間，平均為23.06%，以低灰、中灰為主，局部可見中高灰煤點，原因是采樣時混入雜質(zhì)導(dǎo)致的，傾向上，煤層由淺至深，灰分呈逐漸減小的趨勢，具體見表4。

表4 6號煤層灰分、揮發(fā)分特征

表3 3-3號煤層灰分、揮發(fā)分特征

揮發(fā)分產(chǎn)率：①3-3號煤浮煤揮發(fā)分在38.04%～47.26%之間，平均為41.23%。以高揮發(fā)分、特高揮發(fā)分為主，總體由西向東，浮煤揮發(fā)分有逐漸增大的趨勢；②6號煤浮煤揮發(fā)分在40.36%～55.84%之間，平均為49.23%。以高揮發(fā)分為主，總體走向上含量總體變化呈西高東低之勢。

2.2 全硫及元素分析

全硫：①3-3號煤原煤全硫在0.31%～0.74%之間，屬特低硫-低硫，總體變化呈西高東低之勢；②6號煤原煤全硫在0.23%～5.57%之間，平均為1.32%，各采樣點原煤全硫以低硫煤、中硫煤為主，由淺至深呈逐漸減小趨勢。

元素分析：①3-3號煤樣品元素含量分析，其碳含量(Cdaf)在70.64%～82.84%之間，氫含量(Hdaf)在3.78%～6.41%之間，氮含量(Ndaf)在0.64%～2.24%之間，氧+硫含量(Odaf+Sdaf)在10.20%～18.15%之間；②6號煤樣品元素含量分析，其碳含量(Cdaf)在61.71%～75.58%之間，氫含量(Hdaf)在4.60%～5.86%之間，氮含量(Ndaf)在0.79%～1.54%之間，氧+硫含量(Odaf+Sdaf)在17.10%～31.33%之間。碳、氧含量相對較高。二者同一元素的含量都較接近，且都在我國相同煤的變化范圍之內(nèi)，3-3號煤層賦存于6號煤層之下，表明了煤層在垂向上變質(zhì)程度略高。

3 工藝性質(zhì)及煤類的確定

煤的化學(xué)工藝性質(zhì)是指煤在加工利用過程中表現(xiàn)出的化學(xué)工藝特性，煤的化學(xué)工藝性質(zhì)決定煤的綜合利用價值和方向。

3.1 發(fā)熱量及煤類確定

發(fā)熱量：①3-3號煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr.d)在26.10～29.87 MJ/kg之間，屬高熱值煤。3-3號煤層各采樣點測試黏結(jié)指數(shù)為0～33，不具黏結(jié)性或黏結(jié)性差，焦油產(chǎn)率在7.01%～14.50%之間，屬含油-高油煤；②6號煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr.d)在16.81～25.67 MJ/kg之間，屬中發(fā)熱量煤，零星分布中高發(fā)熱量、中低發(fā)熱量煤點，總體區(qū)內(nèi)發(fā)熱量變化不明顯。6號煤層各采樣點測試黏結(jié)指數(shù)為0，不具黏結(jié)性，焦油產(chǎn)率在5.3%～12.2%之間，屬含油-富油煤。

煤類的確定：①3-3號煤層變質(zhì)程度低，浮煤揮發(fā)分(Vdaf)在38.04%～47.26%之間，黏結(jié)指數(shù)(GR.I)在0～33之間；②6號煤層變質(zhì)程度相對更低，浮煤揮發(fā)分(Vdaf)在40.36%～55.84%之間，黏結(jié)指數(shù)(GR.I)均為0。按照《GB/T 5751—2009 中國煤炭分類》標(biāo)準(zhǔn)，主要以浮煤揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)，輔以透光率(PM)及恒濕無灰基高位發(fā)熱量(Qgr，maf)為指標(biāo)來確定煤類。根據(jù)各采樣點測試結(jié)果顯示：3-3號煤層煤類屬41號長焰煤；6號煤層煤類屬41號長焰煤、褐煤。

3.2 腐植酸和苯萃取物產(chǎn)率

3-3號煤層：通過對研究區(qū)煤層樣品化驗，3-3號煤層腐植酸(HAt.ad)含量為3.12%，屬低腐植酸煤。苯萃取物質(zhì)基(EB.ad)含量為0.11%，屬低等苯萃取物質(zhì)基煤，見表5。

表5 腐植酸及苯萃取物產(chǎn)率含量

6號煤層：6號煤層的腐植酸(HAt.ad)含量為25.5%，屬中腐植酸煤。苯萃取物質(zhì)基(EB.ad)含量為0.61%，屬低等苯萃取物質(zhì)基煤。

4 結(jié)論

(1)托克遜縣及鄯善縣煤礦區(qū)含煤時代屬侏羅紀(jì)聚煤期，廣泛發(fā)育侏羅系含煤地層，主要含煤組為下侏羅統(tǒng)八道灣組和中侏羅統(tǒng)西山窯組，二者煤的變質(zhì)作用以區(qū)域深成變質(zhì)為主，地質(zhì)演化過程中一直未有巖漿活動，區(qū)域內(nèi)地?zé)崽荻绕停畛勺冑|(zhì)很難使煤達(dá)到一個較高的變質(zhì)程度。煤的變質(zhì)程度一般隨著埋藏深度的增加而增高，煤層多為低階煙煤(長焰煤、褐煤)。

(2)托克遜縣及鄯善縣礦區(qū)內(nèi)煤層煤類屬褐煤、長焰煤。其煤質(zhì)特征表現(xiàn)為低-中灰、高-特高揮發(fā)分、低-中硫、特低-低磷、中-高熱值、無黏結(jié)、高堿、富油。

(3)褐煤具有易風(fēng)化成碎塊及粉末的特點，不能遠(yuǎn)距離運輸，不能長時間存放，適用于距離礦區(qū)較近的火力發(fā)電廠和化工廠，主要用于發(fā)電燃料、氣化制造燃料氣和合成氣、提取褐煤蠟的原料、液化、有機化肥等用煤。長焰煤的燃點低、純煤熱值也不高，多用來作電廠、機車燃料、工業(yè)爐窯燃料、氣化及民用煤。