Question

煤岩与煤质特征

Answer 1

(一)宏观煤岩特征

为了分析煤储层静态地质因素对煤粉产出的影响,在韩城象山煤矿井下对3号、5号和11号煤层进行了分层、测量、描述和采样。韩城区块主力开发煤层为3号、5号和11号煤,宏观煤岩类型以半暗型煤为主,暗淡型煤次之。3号煤层以半暗型煤为主,半亮型煤次之,厚度较薄,夹有镜煤条带和炭质泥岩夹矸,割理较发育;5号煤层以半暗型煤为主,光泽较暗,密度较大,割理较发育,煤体遭受后期破坏较严重;11号煤层上部以半亮型煤为主,下部以半暗型煤为主,完整性好,硬度较大。

(二)显微煤岩特征

煤岩显微组分是指在显微镜下可辨认观察到的煤的最小有机颗粒。显微煤岩类型是煤的显微组分及矿物的天然组合,不同的显微煤岩类型能够反映煤的不同地质成因、成煤原始物质、煤相和煤的化学工艺性质(韩德馨,1996;李增学等,2005)。煤的显微硬度用显微硬度计测定,在同一煤级中,惰质组的显微硬度最大,次为镜质组,壳质组最小。煤的脆度主要是指煤受外力作用而破碎的性质,表现为抗压强度和抗剪强度,脆度越大越易破碎。同煤级中显微脆度由大到小依次为镜质组、惰质组、壳质组(杨起等,1990;陈家良等,2004)。韩城区块主力开发煤层为3号、5号和11号煤层,从象山煤矿3个煤层分层采得17个样品,其煤岩显微组分定量结果如图3-2所示。结合韩城区块内4口探井煤岩显微组分定量的结果(图3-3)可知,主力开发的三套煤层的煤岩显微组分均以镜质组为主,其平均含量占到70%以上。镜质组具有高显微脆度和低显微硬度的特性(苏现波等,2003;李同林等,2000),割理在镜质组含量高的煤层中相对较发育,富含镜质组分的煤岩容易受力破碎,形成裂缝或者产生煤粉。煤中黏土矿物的含量均占到10%以上,且黏土矿物对骨架颗粒附着力差,矿物晶体之间结合力弱,具有吸水膨胀分散性,在高速流体的剪切应力作用下,黏土矿物集合体容易从骨架颗粒上脱落,形成易于迁移的细粒煤粉。

图3-2 象山煤矿3号、5号和11号煤显微组分平均含量

图3-3 4口探井3号、5号和11号煤显微组分平均含量

(三)工业分析

煤是由大量有机质和少量无机质组成,由C、H、O、N、S等元素组成。有机质是煤的主要组成部分,煤中无机质包括矿物杂质和水分。煤的灰分是指煤中可燃物质完全燃烧,煤中矿物质在一定温度下产生分解、化合等复杂反应后剩下的残渣,主要来自于煤中的矿物质,在一定程度上反映煤中矿物质的含量,而矿物质含量的多少影响煤粉的产生。挥发分与煤岩成分和煤化程度有关,在同一煤层中,镜煤、亮煤的挥发分最高,暗煤次之,丝炭最低。显微组分中,壳质组挥发分最高,次为镜质组,最低是惰质组;相同煤岩成分,煤化程度不同,随煤阶的增高,各煤岩组分的挥发分都在减少,但速度各不相同。

韩城区块主力开发煤层为3号、5号和11号煤,3号煤层镜质体反射率(R_o)一般为1.85%～2.05%,灰分产率为9.78%～38.42%,平均为14.08%,硫分一般小于1.35%,发热量平均为35.39MJ/kg,原煤挥发分为7.58%～23.43%,平均为16.68%,黏结性好,煤质工业牌号以瘦煤、贫煤为主。在下峪口井田浅部尚有少量焦煤及瘦煤。5号煤层镜质体反射率(R_o)一般为1.9%～2.12%,灰分产率为14.04%～38.20%,平均为28.13%,硫分平均为1.43%,发热量平均为35.18MJ/kg,无黏结性,煤质工业牌号主要为贫煤。11号煤镜质体反射率(R_o)一般为1.89%～2.07%,灰分产率为11.95%～36.17%,平均为16.50%,硫分一般为3%～5%,发热量平均为35.18MJ/kg,无黏结性,煤质工业牌号为贫煤。

对象山煤矿3号、5号和11号煤共计16个样品进行工业分析,结果如表3-2所示。3号煤水分为0.93%～1.18%,挥发分为12.25%～12.72%,灰分为5.15%～15.72%,固定碳为70.6%～81.2%;5号煤水分为0.77%～0.86%,挥发分为10.99%～13.35%,灰分为12.76%～26.49%,固定碳为60.67%～73.09%;11号煤水分为1.12%～1.21%,挥发分为11.72%～13.76,灰分为6.83%～11.58,固定碳为74.30%～79.04%。

表3-2 象山煤矿3号、5号和11号煤工业分析数据表　单位：%