李岗煤矿区二1煤层煤质特征及沉积环境浅析

李岗煤矿区二1煤层煤质特征及沉积环境浅析
何伟民
【摘要】通过对李岗煤矿区二1煤层煤质特征和沉积环境的分析,得出以下结论:二1煤层的宏观煤岩成分以亮煤和镜煤为主,暗煤次之;显微煤岩组分有机质以镜质组为主,无机质以黏土类为主;灰分产率多在11.00%~15.00%之间,硫质量分数小于0.5%,磷质量分数平均0.059%,原煤干燥基高位发热量平均32.24 MJ/kg;二1煤浮煤干燥无灰基挥发分含量7.00%~10.62%,黏结指数为0,胶质层最大厚度为0,属特低硫、中磷、低灰、特高热值的无烟煤.
【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》
【年(卷),期】2018(000)002
【总页数】4页(P10-13)
【关键词】二1煤层;煤质特征;沉积环境;李岗煤矿区
【作者】何伟民
【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院,河南郑州 451464【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
截止2016年年底，河南已探明的煤炭资源储量达919.71亿t，其中新密市境内煤炭资源总量为288 197.94万t，探明煤炭储量75 423万t，可采储量21 049.52万t。

新密市最大的煤矿有：和成煤矿、大磨岭煤矿、崔岗井田及丰祥煤
矿等，大部分矿井均开采山西组二1煤层，东南部和东北部个别煤矿开采七4煤层。

1 矿区背景
新密煤田属华北地层豫西分区之嵩箕小区，李岗煤矿区位于新密煤田的东部。

地理位置处于郑州市西南约32 km，西距新密市区约15 km。

东西平均长约4.6 km，南北宽约4.9 km，面积约22.54 km2。

在地质单元上位于五指岭—白寨背斜东端的南翼，荟萃山—风后岭背斜的北翼。

区内除二叠系上统上石盒子组（P2s）及上统石千峰组（P2sh）地层局部出露外，其余地层均被新近系地层覆盖。

区内岩浆岩不发育。

区内地形多为低山—丘陵区，总体地势西高东低，标高149～284 m。

2 煤层特征
矿区内含煤岩系地层主要为石炭系上统太原组（C3t），二叠系下统山西组
（P1s）、下石盒子组（P1x）及上统上石盒子组（P2s），含煤地层平均总厚度730.17 m，分为九个煤组，含煤12层。

其中二1煤层为矿区内主要可采煤层，
位于二叠系下统山西组（P1s）下部，二1煤层厚度0.40～16.64 m，平均6.81 m，煤层平均总厚度7.07 m，含煤系数0.97%（表1）。

二1煤层埋深530～1 460 m，展布标高-300～-1 250 m（目前尚为开发），二1煤层的直接顶板多为泥岩及砂质泥岩，底板一般为泥岩和细砂岩。

沉积环境为潮坪相、三角洲相、沼泽相砂泥岩沉积。

二1煤层厚度在矿区内具有一定的分布规律，厚煤带主要分布在七里岗断层以北，煤层厚一般5.00～11.00 m（仅ZK1414、ZK1215两孔较薄，分别为1.33 m和
0.93 m），厚度变化系数70.05%；七里岗断层以南煤层厚0.40～2.17 m，平均
1.80 m，厚度变化系数37.02%。

，均属较稳定煤层。

煤层结构简单，局部见一层夹矸，夹矸厚度 0.03～0.69 m。

表1 煤系地层含煤特征煤系地层煤组煤层厚度/m含煤特征可采煤层厚度/m
最小～最大平均九111.85 上部常夹一层炭质泥岩或煤线，极不稳定。

P2s 八67.19上部常夹一层炭质泥岩或煤线，下部含煤线，不稳定七104.25含煤1～3层，位于煤组中下部。

七4煤层偶见可采点，多为煤线，不稳定七4 0～3.37
0.49六54.42 偶见煤线五119.97 常夹1～2层煤线或炭质泥岩，不稳定。

P1x 四61.78 常夹煤线或炭质泥岩，极不稳定三53.72 常夹煤线或炭质泥岩，极不稳定P1s 二91.51 含煤1～2层，位于煤组中下部，煤层稳定可采
二1 0.40～16.64 6.81 C3t 一16.38 含煤1～5层，夹于各层灰岩之间，均
不可采
3 煤质特征
3.1 煤的物理性质
3.1.1 宏观煤岩特征
二1煤层为灰黑色，条痕呈黑色，金刚及似金属光泽。

煤的原始结构、构造不易
辩认，多呈粉末状及鳞片状，疏松易碎。

宏观煤岩成分主要为亮煤及镜煤，暗煤次之，少量丝炭。

宏观煤岩类型以半亮型为主，亮型及半暗型次之，质轻、污手，块煤呈参差状断口，煤芯呈块状、粉状及颗粒状，粒径0.1～1.0 cm。

二1煤真密度1.44～1.64 t/m3，视密度平均 1.47 t/m3。

3.1.2 显微煤岩特征
二1煤中有机质质量分数80.71%～92.90%，平均88.78%，以镜质组为主，其
次为半镜质组、丝质组和半丝质组。

无机质质量分数1.60%～19.28%（表2），
成分主要为黏土矿物，呈团块状、浸染状充填在镜质组的裂隙中；次为方解石、石英及黄铁矿。

方解石、石英多呈散粒状及脉状。

黄铁矿呈细分散状、脉状或网脉状。

镜质组为基质镜质体和均质镜质体。

干物镜下镜质组具较强的非均质性，具弱多色性。

反射色呈黄白色，油浸物镜下反射色为灰白色。

据测试结果，二1煤油浸物
镜下镜质组平均最大反射率（R°max）为2.52%～2.78%，说明二1煤的变质程
度较高。

表2 二1煤的显微煤岩组分含量有机质质量分数/% 无机质质量分数/%镜质组半镜质组丝质组半丝质组合计黏土类硫化物碳酸盐
氧化硅合计ZK1216曲B-195 50.26 12.08 0.65 29.91 92.90 7.10 - - - 7.10 ZK1416曲B-167 - - - - 90.50 8.90 - 0.60 - 9.50 ZK1416曲-168 - - - - 90.84 1.60 - - - 1.60 ZK1221曲-1
78.00 - 0.50 - 80.71 15.25 0.35 2.00 1.68 19.28 ZK1017-H1
71.82 - 18.98 - 90.80 5.70 0.20 3.10 0.20 9.20 ZK1017-H2
72.16 - 18.04 - 90.20 6.60 0.20 2.60 0.40 9.80 ZK1017-H3
64.47 - 21.03 - 85.50 10.90 1.50 0.40 1.70 14.50样品编号
3.2 煤的化学性质
3.2.1 工业分析
二1煤原煤灰分（Ad）产率一般在11.00%～15.00%之间（见表3），属低灰煤。

局部灰分质量分数小于10%或大于16%，即局部有特低灰煤及中灰煤。

3.2.2 元素组成
二1煤浮煤碳元素含量为91.30%～93.309%，平均为92.19%，氢元素质量分数3.24%～4.03%，平均3.67%（见表4）。

表3 二1煤工业分析结果指标范围原煤/% 浮煤/%Mad Ad Vdaf
Mad Ad Vdaf最小值0.54 9.43 8.47 0.55 4.16 7.00最大值 1.68 23.14 13.17 1.75 12.49 10.62平均值 1.13 13.45 10.43 1.10 7.24 9.02
表4 二1煤元素分析结果统计元素指标质量分数/%最小值最大值平均值原煤Cd 74.09 89.03 83.99 Hd 2.86 3.79 3.31 Nd 1.02 1.39
1.27（O+S）d 1.42 3.08
2.22浮煤Cdaf 91.30 9
3.30 92.19 Hdaf
3.24
4.03 3.67 Ndaf 1.01 1.78 1.42（O+S）daf 1.67 3.30 2.68
3.2.3 煤的有害组分
二1煤层中全硫质量分数均小于0.50%。

硫分组成主要为有机硫，其次为硫化铁硫，一般不含硫酸盐硫；磷质量分数0.03%～0.12%，平均0.059%（见表5）。

按GB/T155224.2—2004国标分级，属特低硫、中磷煤。

表5 二1煤有害组分含量统计元素指标质量分数/%最小值最大值平均值原煤St,d 0.14 0.57 0.29 Pd 0.03 0.117 0.059（As2O3）
ad/μg·g-1 0 2.00 0.86浮煤St,d 0.17 0.44 0.32 Pd 0.0245 0.0850 0.0395（As2O3）ad/μg·g-1 0 1.00 0.70
3.3 工艺性能
3.3.1 发热量
据煤样分析结果：二1煤原煤发热量干燥基高位发热量（Qgr,v,d）一般为
29.60～32.50 MJ/kg，平均32.24 MJ/kg；干燥基低位发热量（Qnet,v,d）为29.74～31.52 MJ/kg，平均 30.49 MJ/kg（表 6）。

二1煤为特高热值煤。

表6 二1煤发热量统计指标发热量/MJ·kg-1最小值最大值平均值原煤Qgr,v,d 29.60 32.50 32.24 Qnet,v,d 29.74 31.52 30.49浮煤
Qgr,v,d 32.67 34.45 33.36 Qnet,v,d 31.75 32.66 32.13
3.3.2 煤灰成分和灰熔融性
二1煤层原煤灰成分均以SiO2、Al2O3、CaO为主，其余为Fe2O3、MgO、
SO3、TiO2等（表7）。

二1煤层的软化温度（ST）最低为1 270 ℃，最高在1 450 ℃以上，属高熔灰分煤。

3.3.3 煤对二氧化碳的反应
通过对二1煤的取样测试，温度在950 ℃时，二氧化碳的还原率在27.2%～75.7%
之间；温度升高至1 100 ℃时，二氧化碳的还原率可提高到83.75%～99.60%。

说明提高温度与可显著提高二氧化碳的活性，二1煤层对二氧化碳的反应性较好，在气化和燃烧过程中反应速度较快，耗氧量、耗碳量均较低。

4 二1煤层的沉积环境
太原组地层具有浅—滨海沉积环境的特点，地层剖面上由砂泥岩、灰岩和薄煤层
组成。

灰岩大部分含有生物碎屑。

结合太原组地层的测井曲线（由钻孔资料曲线为松塔形与倒松塔形的交替组合），揭示浅—滨海地区海浸与海退的变化过程为不
稳定的沉积环境。

在陆缘海、陆表浅海扩张和无障壁海岸的浅海、滨海沉积环境中，地壳不稳定、海水进退时常发生。

海退时，在陆源补给量较大的情况下，形成砂泥质沉积和泥炭堆积；当陆源补给量贫乏时，则发育了碳酸盐岩的沉积。

由于所处为浅水带加之气候适宜，则生物繁盛，化石丰富，以蜓类、珊瑚、腕足类等正常海生物为主。

随着海退的加剧，海岸沙丘背后的沼泽、湖泊地带，也向大海方向推移，在有利聚煤的条件下，煤层分布稳定。

但海滨地带地势低凹，泥炭沼泽极易被海水淹没，因此，煤层经常不稳定，太原组的煤层虽然层多，但煤层的厚度通常不大。

表7 二1煤层原煤灰成分和灰熔融性指标范围煤灰成分/%灰熔融性/℃SiO2
Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 DT ST FT最小值30.83
3.34 2.07 6.13 0.48 2.39 0.75 1 230 1 270 1 310最大值46.88 36.41 33.93 26.94 2.39 6.04 3.15 ＞1 500 ＞1 500 ＞1 500平均值39.75 29.26 5.57 13.07 1.18
4.41 4.80
二叠系山西组含煤岩系具有扇三角洲相三层结构（底积层、前积层和顶积层）。

底积层即三角洲，是下伏浅—滨海沉积环境的太原组。

岩性颗粒较细，视电阻率除
灰岩外，一般为低幅值，自然伽玛强度相对较大；前积层为含二1煤的煤系地层。

测井曲线呈典型的侄松塔形，岩性为逆粒序结构。

反映了分流河道和河口沙坝的沉积环境；顶积层为山西组的上部。

测井曲线呈正松塔形，岩性结构为正粒序，说明
顶积层即冲积扇扇端在三角洲上的延伸，为河流沉积环境。

二1煤层赋存于山西组的下部，聚煤作用是在扇三角洲前缘的湖泊、沼泽以及三角洲间湾等古地理环境中形成。

5 结论
根据对二1煤层煤样和煤岩测试结果：二1煤浮煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）质量分数7.00%～10.62%；粘结指数（GR.I.）所有测点均为0；胶质层最大厚度（Y值）所有测点均为0，干燥无灰基氢质量分数3.24%～14.03%，镜煤最大反射率（R°max）为 2.52%～12.78%。

结合 GB5755—861《中国煤炭分类国家标准》，李岗煤矿区二1煤为特低硫、中磷、低灰、特高热值、高变质程度的无烟煤。

参考文献
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