煤质特征对煤炭资源开发和利用起着决定性作用，成煤环境和后期改造等因素使得各区域煤层的形成具有不同的煤质特征。由于成煤物质基本相似，沉积环境变化不大，且变质程度相近，尔林兔三号井田各煤层无论在煤岩特征还是在工艺性质上差异都较小。因此，本文通过大量钻孔资料和样品测试数据，对3#煤层灰分和硫分等重要煤质指标的分析来探讨该井田的煤岩和煤质特征，为煤炭资源的合理开发利用提供重要的指导参考。

1 地质概况

尔林兔三号井田位于陕北侏罗纪煤田榆神矿区尔林兔勘查区西部，构造单元处于鄂尔多斯台向斜宽缓的东翼—陕北斜坡上，地层总体为走向北东、倾向北西、倾角小于1°的单斜构造。井田内煤炭资源丰富，煤质优良，开采技术条件优越，具有良好的勘探条件和开发前景。本区含煤地层为侏罗系中统延安组，按沉积旋回和岩煤组合特征，延安组自上而下划分为1～5#5个煤岩组，其中3#煤组为单一煤层(3-1煤)。根据钻孔揭露，井田内共含可采煤层9层，其中1-2、2-2、3-1、4-3、5-2、5-3为主要的可采煤层。

3#煤位于延安组第三段顶部，资源量可采厚度为2.25(R9-1孔)～4.44 m(R5-1孔)，平均厚度为3.84 m。煤层厚度变化不大，除R9-1孔厚度为2.25 m外，其他见煤点煤层厚度均大于3.50 m，属厚煤层。该煤层可采面积107.53 km2，面积可采系数100%，资源总量达5.3亿t，为全区可采的稳定型煤层，煤层结构简单，大部分不含夹矸，个别钻孔含1层夹矸，仅SK14-2钻孔含2层夹矸，顶、底板均以粉砂岩为主。3#煤分布范围及厚度等值线如图1所示。

2 样品采集与测试

本次研究利用的煤岩煤质数据为区内勘查钻孔3#煤层样品的检测结果，样品由陕西省煤田地质局综合试验室进行检测，所有样品的分析测试都遵循现行国家标准，煤的镜质体反射率依据《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》(GB/T 6948-2008)、显微组分定量依据《煤的显微组分组和矿物测定方法》(GB/T 8899-2013)、煤的工业分析依据《煤的工业分析方法》(GB/T 212-2008)、全硫依据《煤中全硫的测定方法》(GB/T 214-2007)、各种硫依据《煤中各种形态硫的测定方法》(GB/T 215-2003)、煤灰成分依据《煤灰成分分析方法》(GB/T1574-2007)、煤灰熔融性依据《煤灰熔融性的测定方法》(GB/T 219-1996)。

3 煤岩特征

3.1 宏观煤岩特征

3#煤层以黑色为主，多为强、弱不同的玻璃光泽，可见金刚光泽；条痕多为黑色、灰黑色；以参差状断口为主，次为棱角状、阶梯状断口；结构以中、细条带状为主，次为线理状结构、宽条带状结构，层状构造；煤块度较差，受力易成为碎块状和粉末状。内生裂隙常见于镜煤和亮煤中，外生裂隙以各种角度与煤层层理面相交且间距较宽，内、外生裂隙常被方解石充填，煤中含黄铁矿结核。根据样品测试结果，3#煤的视密度在1.27～1.33 t/m3之间，平均视密度为1.30 t/m3。

宏观煤岩组分由镜煤、亮煤、暗煤和丝炭组成，且以亮煤和暗煤为主。宏观煤岩类型以半亮型和半暗型煤为主，可见镜煤透镜体及丝炭细条带，偶尔还可见到黄铁矿薄膜和结核。

3.2 显微煤岩特征

3#煤层有机显微组分总量在95.7%～98.7%之间，以镜质组为主，惰质组次之，壳质组占比例最少。镜质组分以基质镜质体为主，均质镜质体次之，含少量结构镜质体及碎屑镜质体；惰质组以丝质体、半丝质体及它们的碎片体为主，含少量碎屑惰质体、微粒体及粗粒体；壳质组分以小孢子体为主，树皮体次之，含少量树脂体和角质体。

无机显微组分含量较低，平均值为2.8%，以碳酸盐矿物为主，其次为粘土类和硫化物。碳酸盐类的方解石呈脉状充填裂隙、块状体形态、充填细胞胞腔；粘土矿物主要呈团块状、充填细胞胞腔、微粒聚合体形态，可见微层状粘土矿物；硫化物类的黄铁矿主要呈脉状充填裂隙，也可见充填细胞胞腔黄铁矿和星点状黄铁矿。3#煤层煤岩显微组分成果表见表1。

注：文中平均值后括号里的数字表示样品个数，下同

煤岩样测试表明，本区3#煤层镜质组最大反射率平均值为0.598%，煤化程度属Ⅰ阶段，即低变质程度烟煤。

4 煤的化学性质

4.1 工业分析

3#煤层工业分析成果见表2。

由表2可以看出，原煤水分在3.87%～8.57%之间，平均值为6.52%；浮煤水分在3.18%～8.52%之间，平均值为5.73%，基本反映了低变质阶段烟煤水分变化的规律。原煤灰分在2.92%～16.72%之间，平均值为7.15%，属特低灰煤，其中特低灰分样点占总样点的81.1%，低灰煤占18.9%，3#煤层原煤灰分分级如图2所示。原煤干燥无灰基挥发分在31.62%～41.34%之间，平均值为36.39%；浮煤干燥无灰基挥发分在31.76%～40.12%之间，平均值为35.31%，均属中高挥发分煤。

4.2 元素分析

3#煤层元素分析成果见表3。

表3 3#煤层元素分析成果表%

由表3可以看出，3#煤层中碳元素含量占主导地位且较为稳定，次为氧和氢元素，氮元素含量则相对较少，原煤和浮煤中各元素含量相差不大。

4.3 有害元素分析

硫、磷、砷、氟、氯是煤中的有害元素，在煤炭开采、储运、洗选、加工和燃烧过程中都可能与水接触，而使煤中有害元素发生淋溶，并运移至水体、土壤和大气中，对环境造成危害。3#煤层硫分及有害元素含量测试成果见表4。

由表4可以看出，3#煤层原煤硫分在0.23%～1.30%之间，平均值为0.48%，属特低硫煤(SLS)，其中特低硫样点占总样点的64.8%，低硫煤占35.2%，3#煤层原煤硫分分级如图3所示。原煤硫化物成分以硫化铁硫为主，有机硫次之，少量硫酸盐硫。原煤磷含量在0.001%～0.040%之间，平均值为0.014%，属低磷煤；原煤砷含量在0～6 μg/g之间，平均值为1 μg/g，为一级含砷煤；原煤氯含量在0.001%～0.070%之间，平均值为0.030%，属特低氯煤；原煤氟含量在38～102 μg/g之间，平均值为81 μg/g，属低氟煤。

4.4 其他伴生元素

对3#煤层样品中的锗、镓及放射性元素测试结果显示，原煤锗含量为1～3 μg/g，平均含量为2 μg/g；原煤镓含量为1～14 μg/g，平均含量为5 μg/g；原煤铀含量为2～14 μg/g，平均含量为6 μg/g；原煤钍含量为5～13 μg/g，平均含量为8 μg/g；原煤钒含量为4～35 μg/g，平均含量为20 μg/g。根据矿产勘查相关评判标准，煤层中伴生元素的平均含量均达不到工业最低品位的要求，故均无开采利用价值。

5 煤的工艺性能

5.1 发热量

3#煤层原煤发热量Qgr,d在26.84～33.16 MJ/kg之间，平均为30.50 MJ/kg；浮煤发热量Qgr,d在30.76～33.96 MJ/kg之间，平均为32.56 MJ/kg，均属高发热量煤。

5.2 黏结性和结渣性

3#煤层浮煤黏结指数仅在钻孔ZK11-5为6，其它46个样品值在0～5之间，依据《烟煤黏结指数分级标准》(MT/T596-2008)，该煤层不具黏结能力。结渣性测试结果显示，各样品在不同鼓风强度下结渣率均在40%以下，且大部分都小于20%，属弱结渣煤。

5.3 热稳定性和低温干馏

3#煤层热稳定性测试值在81.6%～92.0%之间，平均为88.2%，属高热稳定性煤。原煤焦油产率为8.0%～12.5%，平均为10.1%，属于中含油煤；半焦产率综合平均值在70.4%～73.9%之间。

5.4 对CO2反应性

测试结果表明，当温度为950℃时，煤对CO2还原率值在24.03%～49.50%，平均为33.56%，3#煤层属于弱还原性煤，即化学反应性较差的煤。

5.5 煤灰成分以及灰熔融性

3#煤层煤灰成分以SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3为主，MgO、SO3含量较少，TiO2、K2O、Na2O平均含量均小于1%，属“高硅铝型”煤灰，3#煤层煤灰成分测定成果见表5。

测试结果显示，3#煤层煤灰的软化温度(ST)在1080℃～1320℃之间，平均为1207℃，属较低软化温度灰；流动温度(FT)在1100℃～1360℃之间，平均为1242℃，属于较低流动温度灰。此外，灰熔融性与煤灰成分密切相关，通常用施特诺系数K来表示灰分的熔融性，可以看出Al2O3和SiO2含量越高灰熔融性越高，而Fe2O3、CaO、MgO含量越高灰熔融性则越低。经计算3#煤层的平均K值为2.07(注：K<1为易熔融性灰，K>5为难熔融性灰)，表明灰熔融性较低。

表5 3#煤层煤灰成分测定成果表%

6 煤的可选性

根据3#煤层浮沉试验数据，按照《煤炭可选性评定方法》(GB/T 16417-2011)，结合其特低灰分的特征，拟定浮煤灰分为4.00%，采用“分选密度±0.1含量法”评价煤炭的可选性。试验结果表明，该煤层可选性等级为易选。

泥化试验是研究煤和矸石在水浸扰下形成煤泥和泥浆的程度，研究煤粉和岩粉的浑浊对浮煤产率和质量的影响，为选煤厂设计处理煤泥水工艺提供可靠资料，本次采取矸石泥化试验样5个，经测试泥化比在0.74%～1.32%之间，属低～中泥化程度，3#煤层泥化试验成果见表6。

7 煤类及工业用途评价

根据《中国煤炭分类》(GB5751-2009)以浮煤干燥无灰基挥发分产率和浮煤粘结指数进行分类，尔林兔三号井田3#煤层以不粘煤为主、含有少量的长焰煤。

煤的宏观煤岩类型以半亮型和半暗型煤为主，煤岩组分以亮煤和暗煤为主，有机显微组分以镜质组为主，惰质组次之，无机显微组分含量较低，以碳酸盐矿物为主。煤的化学性质以特低灰、特低硫、中高挥发分、低磷、低氟、特低氯为特征，具有高发热量、无黏结性、弱结渣性、高热稳定性、中含油、化学反应性较差和易洗选等工艺性能。煤灰以SiO2和Al2O3为主，以较低软化温度灰和较低流动温度灰为特征。

因此，该类煤是很好的化工用煤和动力用煤，可制作活性炭、水煤浆等，广泛应用于冶金，是高耗能工业(电石、碳化硅、铁合金等产品)的理想原料，同时也是炼钢工业高炉喷吹的理想原料。

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Analysis on coal quality characteristics of No.3 coal seam in No.3 minefield of Erlintu

Chen Xiaojun1,2, Hui Peng1,2, Li Pengfei1,2, Zhang Lin1,2, Liu Haitao1,2, Zhang Rongrong1,2

(1. Branch Company of Geological Research Institute, Shaanxi Coalbed Methane Development and Utilization Co., Ltd., Xi'an, Shaanxi 710065, China;2.Shaanxi Engineering Research Center of Coalbed Methane, Xi'an, Shaanxi 710065, China)

Abstract According to drilling and sample test data, the authors analyzed coal petrology characteristics, chemical and technological properties, and evaluated the industrial use of No.3 coal seam in No.3 minefield of Erlintu. The research showed that the macroscopic coal types of No.3 coal seam in No.3 minefield of Erlintu were mainly semi-bright and semi-dark coal, the coal petrology components were mainly bright coal and dark coal, the organic microscopic components were mainly vitrinite, the inorganic microscopic components were mainly carbonate minerals, coal in this coalfield were ultra-low ash, ultra-low sulfur, medium-high volatility, low phosphorus, low fluorine and ultra-low chlorine which had high calorific power, non-cohesive property, weak clinkering property, high thermal stability, medium oil content, poor chemical reactivity and easy washability of process performance, and the coal ash was silicon-aluminum type and had low fusibility. Based on the research, the coal of No.3 coal seam in No.3 minefield of Erlintu is great chemical coal and power coal, can produce activated carbon, coal water slurry and be widely used in metallurgy which is ideal material for high energy consumption and injection of blast furnace for steel industry.

Key words characteristics of coal petrology, characteristics of coal quality, washability, industrial use

中图分类号 TQ533

文献标识码 A

引用格式：陈小军，惠鹏，李鹏飞等. 尔林兔三号井田3#煤层煤质特征分析[J].中国煤炭，2019，45(5)：85-89.

Chen Xiaojun, Hui Peng, Li Pengfei,et al. Analysis on coal quality characteristics of No.3 coal seam in No.3 minefield of Erlintu[J]. China Coal, 2019, 45(5)：85-89.

作者简介：陈小军(1983-)，男，陕西宝鸡人，硕士研究生，工程师，主要从事煤炭及煤层气地质勘探和开发的研究工作。E-mail:super_cxj@126.com。

(责任编辑 王雅琴)