浅谈无烟煤煤质工作

摘要：本文叙述了无烟煤煤质的工作内容，煤质的评价方法，煤质的采样工作、送验、资料整理，地质报告对煤质部分的编写要求。

关键词：无烟煤煤质、评价方法、采样工作、送验

中图分类号：P618文献标识码： A

1、煤田地质勘探阶段煤质工作的任务及内容

1.1、煤质工作的任务

煤田地质勘探需查明煤炭储量，煤的质量及煤层的开采技术条件。煤质工作的任务是评价煤炭的质量及其在工业利用上的价值。它是通过对煤的煤岩组成、煤的物理、化学性质、煤中有害元素及其变化规律的研究，确定煤类，研究其工艺性能，评价其工业用途。

1.2、工作内容

1.2.1、不同勘探阶段的煤质工作设计

根据对煤质资料的收集、整理、分析的基础上结合不同勘探阶段对煤质工作的要求，在勘探设计编制的同时编制煤质工作设计。设计内容包括：采集样品的种类、样品的数量及采样点的分布，分析化验的项目及要求。

设计的目的是要明确通过那些手段来获取对工作区煤质评价的资料，因此，首先要了解每个测试项目在煤质评价中的作用，才能较好地考虑采样的种类、数量及分布原则。所以首先介绍一下有关煤质测试项目的名称、符号、意义及计算方法。

工业分析：包括煤中水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）的测定和固定碳（FC）的计算。煤的工业分析是了解煤质特征的主要指标，评价煤质的基本依据，根据工业分析的各项测试结果可以初步判定煤的性质、种类及其加工利用效果和工业用途。

水分：是一项重要的煤质指标，它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用。煤中水分随煤的变质程度的加深而呈规律性变化，从无烟煤开始，变质程度加深水分又有所增加。

在煤质分析中，煤的水分是进行不同基的煤质分析结果换算的基础数据。

灰分：是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物，是煤的特性和工业利用上的另一个重要指标，煤的灰分越高有效碳的产率就越低。

挥发分：煤的挥发分是煤在规定的条件下（900±10℃），隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率，它随着煤的变质程度的加深而逐渐降低。在我国煤炭分类方案中都是以挥发分作为第一分类指标。

固定碳：是煤在燃烧中热量的主要来源，在炼焦工业中也可以用它来预计焦炭的产率。固定碳不是实测的，它是计算出来的。计算公式是：FCad=100-（Mad+Aad +Vad）。

发热量（Q）：是供热用煤的一个主要质量指标。

常见的发热量名称有：弹筒发热量（Qb）、高位发热量（Qgr）、低位发热量（Qent）。

在实验室测得的是弹筒发热量，而在工业燃烧设备中所能获得的最大理论热值是低位发热量。测定发热量的目的是在于获得煤在燃煤的工艺装置中完全燃烧时所放出的热量的数据。

元素分析：

煤中除含有部分矿物杂质和水分以外，其余都是可燃的有机物质。煤中的有机物质主要由碳、氢、氧、氮、硫等五种元素组成。其中又以碳、氢、氧为主，占有机质的95%以上。

碳、氢含量对了解煤的变质程度和煤的性质有重要的意义。煤中碳的含量随煤变质程度的加深而增高。而氢则随煤的变质程度加深而降低。在我国煤炭分类方案GB5751-86中，以干燥无灰基氢（Hdaf）作为划分无烟煤的分类指标。

煤中碳、氢与其它特性关系密切，因此可以通过它来推算其它指标，如发热量以及核对其它指标的测试结果。

氮：是煤中唯一完全以有机状态存在的元素。

氧：煤中氧不是测得的，是通过计算得到的。

硫（S）：是一种有害元素，含硫量高的煤作为燃料，气化或炼焦使用时都会带来很大的危害。

硫在煤中的存在状态：通常分为有机硫和无机硫两大类，无机硫又可分为硫酸盐硫和硫化物硫两种。

为了经济有效地利用煤炭资源，国内外对煤的成因、形态、特性、反应性、含硫功能团、脱硫方法及其回收利用途径都进行了广泛的研究。

有害元素：主要指磷（P）、砷（As）、氟（F）、氯（Cl）。

煤的真（相对）密度（TRD）：是指在20℃时煤（不包括煤的孔隙）的质量和同体积水的质量之比。它是体现煤性质和计算煤层平均质量的一项重要指标，也是煤质分析中制备减灰试样（精煤）时确定减灰重液的根据。

视（相对）密度（ARD）：是指在20℃时煤（包括煤的孔隙）的质量与同体积水的质量之比。它是煤的物理特性的一项指标。也是地质勘探部门计算煤炭储量的一个重要参数。

煤灰灰成分分析：分析项目一般有：SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO、CaO、MgO、SO3、K2O和Na2O，有时也分析Mn3O4和P2O5。

煤灰成分是指煤中矿物质经燃烧后生成的各种金属和非金属的氧化物和盐类。根据煤灰成分大致可以推测出煤中的矿物成分，同一煤层的煤灰成分变化往往较小，不同含煤时代的煤（不同煤层）煤灰成分往往变化较大，在地质勘探过程中，可用煤灰成分来作为煤层对比的参数之一。

煤灰熔融性：通常称灰熔点，煤灰是一种由硅、铝、铁、钙和镁等多种元素的氧化物及它们间的化合物构成的复杂混合物，煤灰熔融性是指煤灰在规定条件下得到的随加热温度而变的煤灰（试样）出现变形，软化和流动三个物理状态时的温度。变形温度――DT（T1），软化温度――ST（T2）、流动温度――FT（T3）。煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的一个重要的质量指标。

煤的气化指标：它包括煤的机械强度试验，煤的热稳定性试验，煤对CO2化学反应试验和煤的结渣试验四项内容。

以上介绍的是无烟煤通常测试的煤质指标。

下面介绍全水分和煤的镜质组反射率。

全水分（Mt）：它包括外在水分和内在水分。

煤的镜质组最大反射率：它是不受煤的岩石成分含量影响，但确能反映煤的煤化程度的一个指标。是一个很有前途的煤分类指标，特别是对无烟煤阶段的划分灵敏度大。目前国际上有许多国家采用煤的镜质组反射率作为一种煤炭分类指标。

2、各勘探阶段对煤质工作的要求

2.1、预查阶段：要对各煤层的成因类型、煤类和主要煤质特征作初步了解。要求所有钻孔中的可采煤层及临界厚度煤层点均应采取煤芯煤样。对勘查区内的生产矿井、小煤窑及探硐要采取煤层煤样。

主要测试项目及数量如下：

原煤：工业分析、全硫、发热量全测。元素分析、视密度、灰熔点、灰成分、稀有元素、有害元素，每层煤测1～2个。各种硫在全硫含量大于2.5时测1～2个。

精煤：工业分析、全硫、发热量，每层煤测1～2个点。

2.2、普查阶段：要初步确定各煤层的成因类型、煤类。对煤的各项物理化学指标要进行全面了解。对煤的显微煤岩组分及煤中瓦斯含量作初步了解。

主要测试项目及数量如下：

原煤：工业分析、全硫、发热量、灰成分、灰熔点、有害元素、微量元素全测。各种硫测50%。元素分析、视密度，每层煤测2～3个点。

精煤：工业分析、元素分析全测。全硫、各种硫、发热量测50%。

对主要可采煤层各采一个瓦斯样，进行瓦斯含量及成分分析。

2.3、详查阶段：要对勘探区内主要可采煤层的煤质特征及其变化规律进行全面研究，要对煤的综合利用方向作出评价。

主要测试项目及数量如下：

原煤：工业分析、全硫、发热量全测。各种硫、灰成分、灰熔点、有害元素、微量元素、视密度每层煤增测2～3个点。

精煤：工业分析全测。全硫测50%。各种硫当精煤全硫大于1.0时每层煤增测2～3个点。元素分析中的氢应全测，其它项目每层煤测2～3个点。

2.4、勘探阶段：应在查明勘查区内可采及局部可采煤层的煤质特征及其变化规律的同时，对煤的可选性、工艺性能、可能的用途和综合利用方向进行分析研究作出评价。

主要测试项目及数量如下：

原煤：工业分析、全硫、发热量全测。各种硫、灰成分、灰熔点、有害元素、微量元素、视密度每层煤测3～5个点。

精煤：工业分析全测。元素分析中氢应全测。

3、煤质采样工作

采样工作必须严格按照设计的要求进行，采样方法必须遵照GB482-79煤层煤样采取方法国家标准，采样点及样品必须具有代表性。

各种煤样的采取方法

3.1、煤层煤样：可分为全层煤样、自然分层煤样（分层煤样）、人工分层煤样。

全层煤样：从煤层顶板到底板（包括厚度0.05m以下的夹石层）采取的整个煤层的样品。

分层煤样：煤层中因夹矸而被分割成若干个煤分层，按煤分层分别采取的煤样。

人工分层煤样：当煤层厚度很大时，按照煤层中煤岩类型的变化或开采时的方便，人为的把煤层划分为几个分层，分别采取的煤样。

样品采取方法：

全层煤样：在生产矿井、小煤窑、探硐中选择未遭构造破坏地段，采用掏槽法掏取煤样。

分层煤样：采样方法同全层煤样，但必须自上而下逐个分层分别采取。

3.2、煤芯煤样：从钻孔煤芯中采取的煤样，是了解勘查区内每一层煤的煤质沿走向和倾向变化的最理想的煤样。

样品采取方法：当煤芯提出井口后，对煤层结构及宏观煤岩类型进行记录及描述，然后进行采样。

煤层中厚度小于或等于0.05m的夹矸，应与相邻煤层或煤分层合并采样，但合并后全层的灰分或发热量指标应符合要求。大于0.05m到等于煤层最低可采厚度的夹矸应单独采样。

3.3、煤岩煤样：是在不破坏煤的原始结构的情况下，研究煤的组成、结构、煤相以及某些物理性质。

3.4、可选性试验煤样：包括筛分、浮选试验煤样（俗称大样）和简易可选性煤样。

3.5、抗碎强度试验煤样：在井、窑、探巷中采取，根据煤层结构及煤岩类型，按比例先取块度为0.06～0.10m的块煤。

3.6、瓦斯煤样：从钻孔中采取，煤芯提出孔口后，尽快打开煤芯管，在10分钟内装进密封罐，罐口留出0.01m的空隙，拧紧密封罐。在现场解吸后24小时内送达化验室。

4、送验：无烟煤从采样到送验一般不超过一个月，测试项目要根据煤种及煤的可能利用途径、煤质的研究目的来选择，样品必须派专人送往化验室。会同化验室收样人员共同检查核对验收后方可。

5、煤质的资料整理

这是煤质三边工作的主要内容，及时将各种测试、分析数据进行整理、分析、研究，并标在图上，以便随时掌握煤质变化情况。提出下一步工作方案。煤质变化大的要加密采样点，变化小的可减少采样数量。

“基”是表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的，煤质分析中常用的“基”有：

空气干燥基（ad）：以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。

干燥基（d）：以假想无水状态的煤为基准。

收到基（ar）：以收到状态的煤为基准。

干燥无灰基（daf）：以假想无水、无灰状态的煤为基准。

干燥无矿物质基（dmmf）：以假想无水、无矿物质状态的煤为基准。

煤质符号的写法：分析项目接下去分析小类，基。如St,d称干燥基全硫。“t”代表：“全”的意思。

煤质资料经过整理、分析、研究、取舍后，列成各种表格，绘成各种图件，就可以对煤质进行评价。

6、煤质评价的方法

它主要是从煤的加工利用方向对煤质作出评价。常用的方法有：

6.1、煤化学方法：是指通过煤的工业分析和元素分析结果对煤质进行评价。煤化学方法是煤质评价中最常用的方法。

6.2、煤岩学方法：是采用岩石学的方法在显微镜下对煤的有机组分和无机组分进行分析研究，并进行显微组分的定量统计。是煤化学评价方法是一种重要的补充。

6.3、工艺学方法：通过对煤进行加工工艺研究来确定煤的加工利用方向。

6.4、物理学方法：通过对煤的物理性质，如电性、磁性、密度、孔隙度、裂隙性、硬度、脆度等方面的研究，用作选择勘探手段、计算储量、判断煤的气化能力、瓦斯涌出量等。

对一个矿区的煤质进行评价时，往往需要采用以上各种方法进行综合评价，才能得出比较全面的结论。

7、地质报告中对煤质部分的要求

为了准确地反映矿区内的煤质特征、变化规律及可能利用途径，报告要包括以下几个方面：

7.1、煤样的数量、样品的分布、采样方法及样品的代表性的质量评述、化验质量评述。

7.2、各项主要煤质指标的特征（包括煤岩特征），变化规律的变化原因。

7.3、确定煤类，定煤种必须用Hdaf，当Vdaf>10%时，Hdaf必须用精煤。

7.4、煤中微量元素、有害元素的含量，风、氧化带界线的确定。

7.5、煤中瓦斯的含量、成分及对矿井开采的危害程度。

7.6、煤炭合理利用的建议，分煤层说明工业利用方向、途径。

以上各项可用文字、图、表等多种形式来说明。

8、结论

通过对煤田地质勘探的煤质工作探讨，认为评价煤炭质量及其在工业利用上价值，是通过煤岩组成、煤的物理、化学性质、煤中有害元素及其变化规律的研究来确定煤类，研究其工艺性能，评价其工业用途；论述了煤质评价的几种常用方法及在提交地质报告中煤质部分应说明的问题。

参考文献：

（1）许兴华，1992，福建无烟煤煤质工作。

作者简介：陈荣伟（1964――），男，高级工程师，1986年7月毕业于福建省煤炭工业学校煤田地质与勘探专业。