河南省永夏煤炭矿区煤质特征及其分析
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[摘 要]河南省永夏煤炭矿区煤层以无烟煤（WY）为主、贫煤（PM）次之，还有少量的贫瘦煤（PS）以及分布有少量的天然焦（TR），山西组含煤1～4层，下石盒子组含煤3～7层，主要煤层物理化学性质稳定，以低灰分、特低硫、特低磷、低水分、高发热量、低熔灰分、易磨碎、极易选为主要特征。在水平方向上，变质程度从北向南增高，其北为贫煤、贫瘦煤，向南逐渐过渡为无烟煤。在垂直方向上，煤的挥发分随深度增加而降低。无烟煤除可作动力用煤和民用燃料外，块煤可作为化工原料，低灰或洗选降低灰分后，可作为高炉喷吹和烧结用燃料。
中图分类号：D923 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0388-01
1、引言
永夏矿区位于河南省最东部永城市和夏邑县境内，东、南与安徽省淮北矿区接壤。矿区范围以永城复式背斜为中心，西起徐庄断层，东到安徽省界，南起豫、皖省界，往北越过八里庄断层到芒山背斜的西北翼骆集单斜。东西长60km，南北宽50km，面积1366km2。
永夏煤炭矿区属华北晚古生代聚煤区，含煤地层为石炭-二叠系，属华北地台型含煤沉积，为全掩盖型煤田。煤层分布于褶皱两翼及其北倾伏端，其产状变化及埋深受褶皱形态及所处部位构造控制，地层倾角一般10°～20°。褶皱期后形成两组断层，一组为北北东向，一组为北北西向，对含煤地层的埋深和井田划分起重要作用[1]。区内主要可采煤层自下而上为二2、三2、三3、三4煤。其中二2煤平均可采厚度2.67m。为主可采煤层煤层，分布较稳定。
2、煤的物理性质及煤岩特征
2.1 煤的物理性质
主要可采煤层均为黑～灰黑色，比重较小，个别为钢灰色，似金属光泽，均一状～条带状结构，性脆，贝壳状及参差状断口，块状构造，裂隙发育，有些充填有碳酸盐类次生矿物，易碎为粒状及粉末状。煤层呈层状构造，以粉煤和碎屑状煤居多，块状煤较少。二2煤层上部多为块状，中下部多为粉煤，多呈层状构造，细～中条带结构。三煤组各煤层多为粉煤，块状煤较少，具层状结构[2]。
2.2 煤岩特征
（1）宏观煤岩特征：光亮型、半亮型、半暗型煤。其中以半亮型煤占优势。宏观煤岩组分主要由亮煤或镜煤组成。
二煤组主要由亮煤和镜煤组成，暗煤呈透镜状和条带状。呈条带状结构，煤岩类型多为半亮～半暗型。部分煤层原生结构遭破坏，造成煤岩成分紊乱。三煤组各煤层大多数以亮煤为主，暗煤次之，并夹有细条带状及线理状镜煤，呈条带状结构。
（2）显微煤岩特征
以镜质组为主，半镜质组、惰性组次之，在镜质组和半镜质组中以均质镜质体和基质镜质体为主。由于变质程度较高，壳质组难以辨认。镜质组多为均一状，条带状结构。基质镜质体呈条带状胶结其它组分。可见结构较好的丝质体分布于基质中。
无机矿物以粘土类矿物为主，呈分散状、透镜状分布于有机质中，其它硫化物（黄铁矿），碳酸盐等分别以分散状、浸染状充填在丝质体的包腔和裂隙中。
3、煤的主要化学性质
（1）水分（Mad）：各煤层原煤平均分析基水分为：二2煤0.50～2.85%，平均1.14%；三2煤0.50～4.00%，平均1.26%；三3煤0.80～3.00%，平均1.17%；三4煤平均1.13%；三5煤平均1.14%；全区平均1.19%；各煤层原煤水分变化不大，均
（2）灰分（Ad）：各煤层原煤平均干燥基灰分为：二2煤6.15～35.36%，平均15.15%；三2煤13.68～38.90%，平均24.36%；三3煤11.87～39.38%，平均21.92%，三4煤11.46～39.58%，平均24.91%；三5煤17.03～33.64%，平均26.74%，全区平均22.61%。二2煤层以低中灰煤为主，有少量中灰分煤、特低灰煤及中高灰煤。三1煤层以中灰分煤～中高灰煤为主，有少量低中灰煤、低灰煤。三2、三4煤层以中灰分煤为主，有少量中高灰煤和低灰煤。
（3）挥发分（Vdaf）：原煤挥发分其变化与煤中矿物质含量变化密切相关。浮煤挥发分虽与煤岩组分有关，但主要随煤的变质程度加深而减少。二2煤浮煤挥发分3.69～14.83%，平均9.82%；三2煤浮煤挥发分5.34～16.50%，平均11.11%；三3煤浮煤挥发分7.42～12.52%，平均10.63%；三4煤浮煤挥发分5.46～10.90%，平均8.63%；三5煤浮煤挥发分2.88～8.23%，平均5.83%；全区平均9.20%。天然焦浮煤挥发分平均8.5%，随灰分的减少而降低。
（4）全硫（St.d）：各煤层原煤全硫平均含量一般均小于1.0%，多在0.4～0.6%之间。二2煤0.14～2.91%，平均0.50%，属低硫煤；三2煤0.23～2.64%，平均0.60%；三3煤0.29～2.98%，平均0.60%，属低硫煤。三4煤0.33～1.85%，平均0.64%；三5煤0.29～1.36%，平均0.90%，属低硫煤。全区平均0.65%。天然焦0.32～2.28%，平均1.02%，一般是焦化程度较深者，全硫含量很低，若属半焦者反而比煤层有所增高。
据测定各煤层各种硫以有机硫为主，占0.35%；黄铁矿硫占0.06%；硫酸盐硫占0.04%[3]。
4、煤的主要工艺性能
（1）发热量
煤、天然焦的高位发热量（Qgr，d）全区平均分别为33.58MJ/kg和25.60MJ/kg，煤的低位发热量（Qnet，d）全区平均为26.73MJ/kg，均具较高发热量。其中，二煤的低位发热量（Qnet，d）29.30MJ/kg高于三煤（Qnet，d）26.08MJ/kg。
（2）可磨性：应属中等可磨性，其KHG平均值分别为84、94、99。
（3）煤灰熔融性：属低熔灰分。
（4）热稳定性：二2煤无烟煤热稳定性中等～好，二2煤层贫煤热稳定性中等～较高，天然焦的热稳定性为中等～差。
5、煤类及煤质综合评价
据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751―86）评定，本区煤层主要以无烟煤（WY）为主、贫煤（PM）次之，还有少量的贫瘦煤（PS）以及分布有大量的天然焦（TR）。
二2、三2、三4煤均为灰黑色，以粉状为主之，为无烟煤和贫煤，它以低灰分、特低硫、特低磷、低水分、高发热量、熔灰分、易磨碎、极易选为主要特征。
煤类的分布有一定的规律，在水平方向上，变质程度从北向南增高。其北为贫煤，向南逐渐变为为无烟煤；三煤组各煤层北为贫瘦煤，以南渐渐过渡为贫煤至无烟煤。煤类变质程度大致呈东西向带状展布。在垂直方向上，煤的挥发分（Vdaf）随煤层埋藏深度增加而降低，例如三煤组各煤层至其下的二2煤层垂深90m左右，后者较前者Vr减少2～3% ，由此说明，深成变质作用区内反映明显。
本区煤的变质是受区域变质和接触变质作用的结果，其中，区域变质作用是控制全区煤层变质的主导因素，接触变质影响也较大，尤其是当岩浆岩与煤层直接接触时，可使煤变为天然焦[4]。
贫煤以半光亮型为主，块状、粉末状居多，具有特低硫、特低磷，以高、特高热值煤为主，中热值煤次之，低～中灰分，并且难熔，良好的热稳定性等特点。可作动力用煤，民用煤。无烟煤除可作动力用煤和民用燃料外，块煤可作为化工原料，低灰或洗选降低灰分后，可作为高炉喷吹和烧结用燃料。
6、结语
永城煤炭矿区煤炭资源丰富，煤层层位稳定，大部可采，厚煤层―中厚煤层为主，煤层结构属简单，较稳定型。煤类主要为贫煤，含少量焦煤和瘦煤，宏观煤岩类型以光亮型为主，变质阶段属Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ，属低磷分、特低氯、一级含砷煤；焦煤为特低磷分、特低氯、一级含砷煤，天然焦有害元素分级为特低磷分、特低氯、一级含砷。可用于动力用煤或民用燃料，瘦煤除可用于动力用煤外，还可考虑用于炼焦用煤。天然焦一般可作为制造电石的原料，或经预热处理后用于煤气或水煤气发生炉的燃料以及代替冶金焦用于炼铁、烧石灰等。
参考文献
[1] 牛昆山.河南省晚古生界聚煤规律[C]，煤炭地质勘查技术研究会，2006.06：15―20.
[2] 王山东等.河南省东部地区煤质特征及分布规律[J].资源导刊・地球科技版，2013，202（9―10）：36―38.
[3] 王山东等.河南省永夏煤炭矿区资源储量矿区（汇总）报告[R]，河南省地矿局第十一地质队，2012.3：15―23.
[4] 李永高，孙国忠.永夏煤田顺和井田岩浆岩侵入对煤层煤质的影响[J].中国煤炭地质，2008，（B09）：21―22.
作者简介
何新礼（1965.6――），男，河南夏邑人，毕业于商丘师范学院，学士学位，工程师，长期从事煤田地质煤质及化验测试工作。