第６期 ０、０ 、、 ｊ 、煤质技术 、 ｒ ２０１６年１１月 一、螺囊讲究寄谭价， 、＿： Ｉ，文≯ ■ ＇ｌ ．０ ０ 、准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系研究 张宇宏１，２，白向飞 ，丁 华 ，王越 （１．煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京，１０００１３； ２．煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 １０００１３） 摘 要：采取了准东煤田部分生产井田煤样，研究了准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关 系，认为准东煤显微组分以惰质组为主，惰质组（去矿物基）含量为８０ 左右，惰质组分以半丝 质体和丝质体为主，镜质组分为以基质镜质体为主。煤中的壳质体含量较低，主要以孢粉体、角质 体和木栓质体为主，而矿物以黏土矿物为主。准东煤镜质组含量与煤的挥发分产率成正比，与哈氏 可磨性指数成反比。准东煤高惰质组含量是准东煤高发热量的有利条件，其焦油产率较低与准东煤 中的高惰质组含量有关。准东煤惰质组含量高并以丝质体、半丝质体为主的特点导致准东煤孔隙结 构发育，其孔隙结构发育是准东煤高全水分含量、高反应活性的主要成因因素。 关键词：准东煤；煤岩特征；煤质；工艺性能；显微组分；惰质组含量；丝质体 中图分类号：ＴＱ５３１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—７６７７（２０１６）０６－０００１—０６ Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｚｈｕｎｄｏｎｇ ｃｏａｌ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ—ｈｏｎｇ 一，ＢＡＩ Ｘｉａｎｇ—ｆｅｉ 一，ＤＩＮＧ Ｈｕａ ．．．ＷＡＮＧ Ｙｕｅ ， （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３，Ｃｈｉｎａ 一～一～一～～一～一一～一～～一～一 一～一～－ｕ ～一２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３，Ｃｈｉｎａ） ０前 言 的不利因素 ］。 准东煤显微组分以惰质组为主，镜质组含量较 低。准东煤田的煤岩特征，特别是煤的主要显微组 分含量及其赋存状态，直接影响了准东煤的煤质及 其工艺指标。以下采取准东煤田部分生产井田煤 样，研究准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的 关系，通过研究两者的关系，能更深入地认识新疆 准东煤田煤的性质，最大程度地实现煤炭分质转 新疆准东煤田位于准噶尔盆地东部北缘，煤炭 资源丰富，是新疆煤炭基地最重要的组成部分。含 煤地层主要是中侏罗统西山窑组含煤组（Ｂ煤组）。 准东煤的变质程度较低，均为不黏煤，具有低灰、 低硫、中高发热量、高可磨性指数、高化学反应活 性等优点，但煤中钠含量较高，是加工利用过程中 基金项目：国家科技支撑计划项目（２０１５ＢＡＡ０４Ｂ０３） ｔ 化、梯级利用，为优化新疆煤的利用途径提供决策 和技术支撑。 第６期 １ 实验部分 １．１ 样品采集 煤质技术 ２０１６年１１月 表３新疆准东煤田全煤层煤岩组分组测试 结果汇总表（均值） 采取准东煤田部分代表性井田的全层煤样、分 层煤样、宏观煤岩类型煤样及商品煤样，总计２１ 个煤样，煤样来源见表１。 表１样品来源 准东煤的宏观煤岩类型为半暗型 暗淡型煤。 显微煤岩类型以微镜惰煤为主，局部有少量微惰 煤。 准东煤的有机显微组分中惰质组占绝对优势， 含量普遍大于７０％（去矿物基，下同），在部分井 １．２试验 田及部分分层中惰质组含量可达９０ 以上；镜质 对采集的各种样品，按照相关标准进行了煤的 工业分析、元素分析、全硫含量、发热量、煤岩分 析、哈氏可磨性、碱金属钠含量、格一金干馏、二 组和壳质组含量较低。煤中的矿物质以黏土矿物和 黄铁矿为主，其他种类矿物含量较低。 ２．１．１ 镜质组 氧化碳反应性等项目测试。各项分析所采用的标准 或方法见表２。 表２样品测试试验方法 准东煤中的镜质组以均质镜质体和基质镜质体 为主，其它镜质体含量较低。相对于基质镜质体， 准东煤中的均质镜质体含量较低，如 １所示。 ａ）基质镜质体，夫井矿区南 矿ｌ３ ｝ ｂ）基顷镜质体．：晰军 壁２ ｆ｝ｒＢ ：： ｃ）结构镜质体 ．五彩湾 ｛≮３号辨， ｑ Ｂｍ’啉ｆ－ － ｄ）均赝镜质体．大 ｛’ １臼露 ： Ｂ ★ 图１ 准东煤田镜质组分（反光．单偏光．ｊ由浸．５００×） 煤中的基质镜质体含量相对较高，主要呈条带 状产出。煤中的基质镜质体主要胶结丝质体、半丝 质体等惰质组分，也见与碎屑惰质体紧密共生。基 ２结果与讨论 ２．１ 准东煤田煤岩特征 质镜质体中也见少量的孢粉体、角质体、木栓质体 等壳质组。基质镜质体中微粒体出现的频率较高， 微粒体主要富集成薄层状或以细分散状与基质镜质 体共生。 由于在成煤过程中经历较弱的生物化学凝胶化 准东煤田含煤组主要赋存于中侏罗统西山窑组 Ｂ煤组，煤种为不黏煤。煤的镜质体反射率Ｒ 为０．４０ ～０．５０ ，其中将军戈壁二号露天矿镜 质组平均最大反射率较低（０．４０％），其它井田测 值均大于０．４５％，其汇总结果见表３。 ２ 作用，植物的细胞结构保存较好，形成结构镜质 体。准东煤中的结构镜质体的细胞腔普遍被压扁呈 第６期 煤质技术 线形，压缩后胞腔戏痕 行 线．胞腔多被微粒 体、黏土矿物等填充，也 胞 为空 煤中的团块镜顷体含 较低，主要以胞腔填充 物的形式出现，也ｆ｛ｌ５ 策介状 现 煤中碎屑镜嘎体含蕈较低，ｊ｜要与碎屑惰质体 紧密结合 ， ２．１．２ 惰质组 惰质组是准东煤【ＩＪ的优势绀分，主要以细胞结 构保存较好的丝质体、、 质体为 ，也见较多的 氧化半丝质体、 粒体卡¨微粒体，分泌体和碎屑惰 质体含量较低． ｌ刳２、 ３所示 一 ３ 堆东 噪田 ｌ＿寸（Ｒ 。．・‘｝ ：岛’０油浸，５００×） 准东煤ｌ｛Ｊ的丝质体、、 丝质体中植物细胞结构 保存较好，呈筛 状结构，也 破碎成星散状和弧 状结构；有些丝质体・卜细胞『ＨＪ隙也能清晰可见。 煤Ｌ｛｜的粗粒体主要以单ｊ虫或肯多个排列的浑圆 状颗粒出现， Ｊ 能是微生物代谢作用产物受到强烈 氧化和干燥作用形成的；煤 ｌＩ 也见少量以无定形基 质状存在的粗粒体，与氧化半丝质体较难区分。 煤中的微粒体含量相对较高，主要充填结构 镜质体体胞腔以及富集成薄层状或者以细分散状 与基质镜质体共生 山ｒ成煤环境为弱还原程 度，细菌、真菌等微生物活动较弱，煤中的菌类 体含量极低。此外煤Ｌ｝Ｊ可 少量具有短平直裂纹 的氧化树脂体 煤中的碎眉惰质体含量较低，主要与碎眉镜 质体紧密结合并分布在基匝镜质体 ＋Ｊ 由于煤中 ａ ｂ Ｃ ｄ 丝质体、半丝质体板易破碎．也见丝质体、半丝 孵做 质体碎 ，与碎 惰质体不太容易完全区分 ．行 牝 顷 ！ 怍体 ２．１．３ 壳质组 准东煤出的壳质组分女ｌ ．．， ｌ ４所示。煤中的壳质 体含量较低，主要以孢粉体、角质体和木栓质体为 仆沙 ＂ 火 矿 区 南 主 煤 ｝纠 毓北 川 ｜的孢粉体主要以线条状、蠕虫状或扁环状 ． — 分布在基质镜质体 ｆｌ褥 尺 此次研究Ｌ｝Ｊ在将军戈壁２号 尺将 觚 露天矿以及红沙泉ｌＫ ８ｍ砭 Ｂ Ｂ ０一Ｂ 露天矿中有较多发现。煤中 ．蹀 的角质体主要以细长条带 结构镜质体、均质镜质 ”口 层 ； 媒煤 蓐 体共生，含量较低 煤ｌｌＩ的木栓质体含量相对较 天 高，主要以叠瓦状或不规州块体出现，胞腔中充填 Ｂ 团块状镜质体 煤 蓐 － ａ）ｆ １分ｆ４ ，』乏 ， 父） ， ｌｊ ｊ， ，５｛）｛｝，．’ ｒ７ ｜之“ ２ ｊ 、Ｂ５Ｉ：疑 ： ｈ¨融粉ｆｔ．Ｊ ．ｆ ，， ． ｓ（）（）．、 托！ ＊天 Ｂ５煤 ： （－｝舶ｈｊ ．．】阻 ｝ｆ小．ｊ ， ， 泛 ． 【 ．５００×， 巧 ５ １ ２Ｉ 火 Ｂ５谋 ；； ｄ｝肺 ｊ ，ｍｌ ｛ ，Ｊ乏） 【＿ 僻ｉ， ｉｌｌｌ￣ ：，５０１）× 潞ｉ‘ ： ｊ ＊尺相Ｂ５垛 图ｄ 准东’ 田壳质组分 ２．１．４ 矿物 准东煤的矿物中以黏土类矿物占绝对优势，如 图５所示。部分样品有黄铁矿多颗粒状或连续状填 充于半丝质体或镜质体的粗大缝隙中 、碳酸盐类主 要为方解石。 ，１） ㈠ ｝ Ｊ ） ‘，ｆ 啪 ５００ ，ｌｌ ｌＪ渤谴，红沙泉 ；霸灭矿Ｂ２ｌｌｉ椠 ： ｂ） 【Ｉ ｉ“’ ｝勺，『 ｌ协｛ ．ｉ ４ Ｊ１ ． Ｊ ， ｛ｌ ；ｉ 天珊Ｂ１ ； ｃ）翦铁 ，』乏） （ ， ¨ｌ涵ｊ ｜＿ｆ ， … ．５｛）（）×．欠 研『《ｌ萄薅７ Ｂ 煤 ： ｄｊ方锕ｆ ．Ｊ迂） ０， ４ 圯．汕 ．５Ｏ０＜ ｊ 泉北峨 Ｂ２ 』Ｚ 图５ 准东 田矿物 ２．２准东煤的煤质特征及工艺性能 准东煤田煤样的基础煤质测试结果详见表４， 其工艺性能指标（格一金、煤对二氧化碳的反应 性）详见表５。 ３ 第６期 煤质技术 ２０１６年１１月 表５样品工艺性能测试结果 准东煤的灰分较低，灰分（Ａ ）平均低于 ｌＯ％，为特低灰煤。煤的挥发分产率（Ｖ ）相对 较低，平均在３４％左右。煤中的全硫含量整体上 ４ 较低，为特低硫煤。准东煤的发热量较高，为中高 发热量煤～高发热量煤。准东煤的哈氏可磨性指数 （ＨＧＩ）平均为９６，以易磨（ＵＧ）～极易磨煤 第６期 煤质技术 ｌ２０ ２０１６年１１月 （ＵＥＧ）为主；其低温干馏焦油产率较低，Ｔａｒａ在 ４ 左右；其反应活性较高，二氧化碳的转化率在 １ ０００ Ｃ或者１ ０５０℃时甚至达到１００ ，显示出极 覃｛船 鼬５０ ４０ ３０ 高的气化反应活性。 总体上，准东煤具有低灰、低硫、中高发热量、 较高可磨性指数、高化学反应活性等优点，但煤中钠 含量较高也带来加工利用不利影响ｎ］。 ２．３煤岩组成与挥发分产率的关系 图７准东煤的镜质组含量与ＨＧＩ的关系 其中，ＨＧＩ为煤的哈氏可磨性指数；Ｖ为煤 煤的挥发分产率是燃烧过程中的一个重要煤质 特性，反映了煤的燃烧性能或煤的反应性。挥发分 产率还关系到燃煤锅炉的设计和运行。煤岩显微组 分的挥发分产率和元素组成随变质程度呈现规律性 的变化＿２］。对特定变质程度煤，挥发分产率最高的 是壳质组，其次是镜质组，最低的是惰质组。准东 煤的挥发分产率与煤岩组分含量关系密切。准东煤 的镜质组含量与挥发分的关系如图６所示。 嚣 ２８ 图６准东煤的镜质组含量与挥发分的关系 准东煤镜质组含量与挥发分产率的关系为： Ｖｄ ｆ＝＝＝０．１３５ ６Ｖ＋３０．０６６，ｒ 一０．８６５ ６ 其中，Ｖ 为干燥无灰基挥发分， ；Ｖ为煤 的镜质组含量（体积比）， 。 准东煤镜质组含量增加７．４ ，挥发分产率升 高１ 。准东煤与其它不黏煤比较，挥发分产率较 低，究其原因应与准东煤的惰质组含量极高有关。 ２．４煤岩组成与可磨性的关系 煤的粒度大小及其分布对煤的燃烧特性和燃烧 效率影响很大，因此煤的可磨性是电厂用煤重要的 分类指标之一＿３］。准东煤变质程度相近，其空干基 水分接近，煤中矿物以黏土类矿物为主，且灰分含 量总体偏低，因而哈氏可磨性指数主要受煤岩组分 含量的影响。此次研究采集样品的可磨性指数与镜 质组含量关系如图７所示，可见准东煤的可磨性指 数较高，为易磨煤（ＥＧ）到极易磨煤（ＵＥＧ）， 与准东煤惰质组多为孔隙结构发育的半丝质体和丝 质体以及碎屑惰质体有关。 准东煤镜质组含量与哈氏可磨性指数的关系为： ＨＧＩ一一０．７９０９Ｖ＋１Ｏ７．８４．ｒ 一０．８４５ ９ 的镜质组含量， 。 准东煤的可磨性指数与镜质组含量成反比关 系，煤的镜质组含量越高哈氏可磨性指数越小，两 者相关系数为０．９１９ ７。 ２．５煤岩组成与其它工艺指标的关系 （１）准东煤的发热量高。准东煤的发热量较 高，为中高发热量煤～高发热量煤。发热量较高主 要与准东煤中较低的灰分含量有关，也与较高的惰 质组含量有关。 （２）准东煤的全水分含量高。由于准东煤的变 质程度低，煤岩组成以惰质组中的半丝质体和丝质 体为主，导致准东煤的孔隙结构发育。。］，因此准东 煤的全水分含量高，一般介于２５ ～３０ 之问， 为高全水分煤；煤的空干基水分（Ｍ ａ）介于 ８．５ ～１３ 之间。 （３）准东煤中碱金属含量高。由于准东煤煤岩 组成以惰质组中的半丝质体和丝质体为主，准东煤 的孔隙结构发育，准东煤田地下水中的钠等碱金属 极易吸附、富集于其发育的孔隙结构中。逐级化学 提取实验和淋滤实验也表明准东煤中的钠是以水溶 态为主…。萃取液中主要阳离子和阴离子种类与准 东煤田地下水化学成分相一致 ］，因而可以初步判 定准东煤中的水溶钠主要是由准东煤田的地下水带 入的。准东煤灰中氧化钠均值含量为４．３５ ，煤 中均值钠含量为０．２７５ 。 （４）准东煤焦油产率较低。准东煤的低温干馏 焦油产率Ｔａｒ 平均为４ 左右，其热解提质的经 济性较差，与准东煤中的惰质组含量较高，镜质组 和壳质组含量较低有关。 （５）准东煤的反应活性较高。准东煤的二氧化 碳转化率在１ ０００℃或１ ０５０℃时甚至可达１００ ， 显示出极高的气化反应活性。准东煤的反应活性 高，究其原因，应与煤的变质程度低、煤中惰质组 含量高 以及煤中的碱金属含量高有着密切的相 关关系。 ５ 第６期 ３ 结 论 煤质技术 ２０１６年１１月 以丝质体、半丝质体为主的特点导致准东煤孔隙结 构发育，其煤孔隙结构发育是准东煤高全水分含 量、高反应活性的主要成因因素。 参考文献： ［１］ 白向飞，王 越，丁 华，等．准东煤中钠的赋存 状态［Ｊ］．煤炭学报，２０１５，４０（１２）：２９０９— ２９１５． （１）准东煤的煤岩显微组分中惰质组占绝对优 势，含量（去矿物基）普遍大于７０％，在部分井 田及部分分层中含量可达９０ ９／６以上；镜质组和壳 质组含量较低。煤中的矿物质以黏土矿物为主，有 少量黄铁矿，其他种类矿物含量较低。 （２）准东煤具有低灰、低硫、中高发热量、高 可磨性指数、高化学反应活性等优点［１］，但煤中钠 ［２］ 张磊．开滦煤显微组分分离及其富集物的特性研 究Ｉ－Ｄ］．北京：中国矿业大学（北京），２０１５：８— 含量较高，对准东煤的加工利用带来不利影响。 １７． （３）准东煤挥发分产率与镜质组含量成正比关 系，两者相关系数为０．９３０ ４。准东煤与其它不黏 ［３］ 陈 鹏．中国煤炭性质、分类和利用［Ｍ］．徐州： 中国矿业大学出版社，１９８９：１６２—１６９；３５８—３６０． 煤比较，挥发分产率较低，与准东煤的惰质组含量 ［４］ 朱 川，曲思建，张 景，等．准东煤层中钠的分 极高有关。 布与浸出行为［Ｊ］．煤炭学报，２０１６，４１（６）： （４）准东煤的可磨性指数与镜质组含量成反比 １５５４—１５５９． 关系，两者相关系数为０．９１９ ７，一般惰质组含量 越高哈氏可磨性指数越大。 作者简介：张宇宏（１９７０一），男，内蒙古牙克石人。副研究 （５）准东煤高惰质组含量是准东煤高发热量的 员，目前在煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院从事煤质与煤 岩研究工作。 有利条件。准东煤的低温干馏焦油产率较低与准东 煤中的高惰质组含量有关。准东煤惰质组含量高并 （收稿日期：２０１６－１１－１１） 第四届中国国际煤炭清洁能源产业博览会正式开幕 “推动煤炭清洁高效利用’’成主题 ２０１６年１Ｏ月２６日，由中国煤炭工业协会主办、中国煤炭加工利用协会承办、中国煤炭工业协会选煤 分会和世信朗普国际展览（北京）有限公司协办的“２０１６第四届中国国际煤炭清洁能源产业博览会”在北 京全国农业展览馆隆重开幕。 本届博览会以“创新发展，打造煤炭清洁能源产业交流新平台”为主题，贯彻落实国家“十三五”规划 和《煤炭清洁高效利用行动计划（２０１５～２０２０年）》精神，坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理 念，努力推动“一带一路”建设，推进能源供给侧结构性改革、煤炭清洁高效利用、行业转型升级发展和矿 区生态文明创建。 本届博览会展示面积近１５ ０００平米，展出内容包括煤炭洗选提质加工、现代煤化工、燃煤超低排放发 电、民用散煤清洁化、先进工业锅炉、炉窑烟气净化、先进节能装备、余热利用、太阳能光伏技术装备，煤 焦化产业绿色发展、煤矿“三废”治理和综合利用、矿区土地复垦、碳减排与碳循环利用，煤层气和煤系伴 生资源综合利用技术装备等煤炭清洁高效利用全产业链的相关科技成果。 以神华集团、兖矿集团等大型煤炭能源企业，航天长征、科林斯达等煤炭清洁技术企业，以及煤炭洗选 加工、超低排放发电技术等企业为代表的近２００家企业参展。部分国外企业及国内煤炭、化工、电力、新能 源等相关行业的企事业单位和山东、山西、陕西等地方政府及一些涉煤工业园区的代表、参展商共计８００余 人参加了开幕式活动。 按日程安排，博览会同期还举办“２０１６中国煤炭清洁高效利用大会”，下设４个专业论坛，数十位院 士、专家将就我国煤炭清洁高效利用领域进行研讨交流。
