贵州盘北_水城地区煤资源特性及其意义.pdf

文章编号10012198620080120014205 贵州盘北 水城地区煤资源特性及其意义 易同生 1 ,2 ,黄华州 1 ,桑树勋 1 ,刘长江 1 ,曹志德 1 ,2 ,王子生 3 1. 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 221008 ;2.贵州省煤田地质局, 贵州 贵阳 550006 ;3.山东省煤田地质局,山东 泰安 271000 摘要盘北-水城矿区上二叠统龙潭组和汪家寨组煤资源具有高镜质组、 中高硫、 中高灰、 中低挥发 分、 高灰熔性和相对富氢相对于相同煤级的特性,其煤岩组成、 硫含量、 灰分等主要受聚煤期三角 洲-滨岸沉积体系控制,煤的挥发分产率、 碳氢比等主要受到煤变质作用的影响。区内化工煤资源 丰富主要为焦化煤和气化煤 , 焦化煤资源丰富且集中,而液化煤稀少但相对集中。建议在盘北- 水城矿区规划3个煤化工基地水城煤焦化基地、 水城煤直接液化基地、 盘北煤焦化基地。 关 键 词资源特性;煤;盘北-水城 中图分类号P618. 1104 文献标识码A Characteristics of coal resources and its significance in northern Panjiang and Shuicheng mining district ,Guizhou YI T ong2sheng 1 ,2 ,HUANG Hua2zhou 1 ,SANG Shu2xun 1 ,LIU Chang2jiang 1 ,CAO Zhi2de 1 ,2 ,WANG Zi2sheng 3 1. College of Resources and Earth Science,CUMT,Xuzhou221008 ,China;2.Guizhou Bureau of Coal Geology,Guiyang550006 ,China;3.Shandong Bureau of Coal Geology,Taian271000 ,China AbstractUpper PermianLongtan ation and Wangjiazhai ation coals’resources characteristics and their variation law are summarized through sampled - test alaysis and statistics in northern Panjiang and Shuicheng mining district. The results show that the coal characteristics is of high vitrinite content , medium2high2sulphur , medium2high2ash , high ash melting point , relative rich2 hydrogencomparing with the same coal rank in this area , which is closely related to geologic setting and geologic control , the lithotypes , sulfur content and ash content is mainly controlled by delta2onshore depositional system, the volatile matter content and carbon hydrogen ratio is mainly effected by coal metamorphism; The district is rich in chemical coal resources , the gasified coal and coking coal reserves are the primary typesof the chemical coal resources; The coking coal reserves are concentrated and abun2 dant , the liquefaction coal is rare but relatively concentrated. It is feasible to establish Shuicheng direct coal liquefaction base , Shuicheng coal coking base and North Panjiang coal coking base in the area. Key wordscharacteristics of resources;coal ;northern Panjiang2Shuicheng 贵州省六盘水市煤炭资源丰富,合理开发利用 煤炭资源是经济可持续发展的重要条件,而资源状 况特别是资源品质是合理开发利用的基础。 煤岩、 煤质特征及煤的工艺特性是煤资源特性 的主要内容,煤资源特性制约煤的综合利用方向 [1] 。 由于受到聚煤期沉积、 赋煤构造、 煤变质作用等地质 因素的控制,煤资源特性表现为规律性变化。因此, 查明煤炭资源特性及其赋存分布规律,对于区内煤 炭资源的合理利用和规划,对煤炭产品的有效供给, 以及煤的洁净利用等都具有重要的意义。 1 煤田地质背景 研究区东部和东北部边界为紫云-垭都断裂, 南部边界为盘县-乐民断裂,西部边界为省界和行 政区划边界,北部边界为水城矿区北部边界 [2] 。区 内主要的含煤地层为上二叠统龙潭组及汪家寨组。 研究对象主要是上二叠统龙潭组及汪家寨组所含煤 层。研究区范围、 赋煤构造及上二叠统含煤岩系分 布如图1所示。 1. 1 地质构造 研究区构造位于扬子地台的西南部,成煤期属 华南二叠纪陆表海盆地的一部分。晚二叠世期间, 受紫云-班都、 师宗-贵阳断裂影响,六盘水地区成 为坳陷区,受南部边缘加里东褶皱带的影响,研究区 发育有一系列北东向断槽,这些断槽对煤的富集起 着一定的控制作用 [3] 。褶曲是研究区主要的控煤构 造,区内以阻挡式褶皱为主。研究区主要赋煤构造 包括盘江矿区的盘关向斜、 土城向斜、 照子河向斜和 收稿日期2007204216 作者简介易同生1965 , 男,贵州遵义人,高级工程师,博士研究生,从事煤田地质与勘探工作 1 第36卷 第1期 2008年2月 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY 水城矿区龙潭组含煤性由北西向南东 逐渐变好。 根据岩性、 岩相特征,龙潭组可分为上下两段。 上段 P 21 2 主要由细砂岩、 粉砂岩、 砂质泥岩和泥岩 组成,可采煤层较多且稳定性较好;盘北矿区松河- 古树寨地段含煤性较好,可采煤层多在4～5层;水 城矿区龙潭组上段富煤地带呈北东向展布,向北西 方向含煤性逐渐变差。下段 P 2l 1 以粉砂质泥岩、 泥 质粉砂岩、 粉砂岩为主,其含煤性较上段差,一般可 采层数较少,稳定性亦较差;含可采煤层0～9层,以 薄煤层为主。 1. 2. 2 汪家寨组长兴组 P 2wj 汪家寨组主要由细砂岩、 粉砂岩和泥质粉砂岩 组成;可采煤层主要发育在下段,含煤2～20层,可 采煤层0～11层,区内由北西向南东含煤性逐渐变 差;盘北矿区含煤5～20层,且西薄东厚,水城矿区 含煤2～14层 [2] 。 1. 3 含煤沉积环境 研究区处于陆表海滨岸地带,其沉积环境背景 由冲积平原、 三角洲和碎屑海岸体系构成 [3 - 4] 。总 体上,晚二叠世含煤地层主要为海陆交互相沉积。 研究区在龙潭晚期和长兴汪家寨期处于古三角洲 平原,且是上、 下三角洲平原的过渡地带,聚煤时间 长,因此龙潭组上段和汪家寨组富含煤炭资源。盘 北水城晚二叠世龙潭早期则属于滨海山前冲积型环 境,即辫状河-扇三角洲。 1. 4 煤层 盘北矿区主要可采煤层为6、7、12、14、16、17、 23、27、29、30号煤层;水城矿区主要可采煤层为6、 7、10、12、14、16、17、23、27、30号煤层;其中,16号 煤层赋存于汪家寨组,721号煤层赋存于龙潭组 上段,2237号煤层赋存于龙潭组下段。区内上二 叠统煤炭查明储量68. 8610 8 t ,主要赋存于龙潭组 上段,其储量占区内查明储量的56 ,次之为汪家 寨组,占29 ,龙潭组下段含煤相对较少,仅占查明 储量的15 。 2 煤岩特征 上二叠统煤层基本属腐植煤,腐泥煤仅在水城 大河边10号和7号煤层的个别分层出现。这里介 绍的煤岩特征仅限于腐植煤。 2. 1 宏观煤岩特征 主要煤层中,常见半暗型和半亮型,其次为暗淡 型,光亮型少见。宏观煤岩类型与煤类有一定关系, 低、 中变质烟煤,一般以暗淡型和半暗型为主;中、 高 变质烟煤中,常见半暗和半亮型。宏观煤岩组分主 要为亮煤和暗煤,镜煤次之,少量丝炭。 2. 2 显微煤岩特征 据近50个煤岩鉴定统计结果表 1 显示,镜质 组是最常见的显微组分,其变化范围为30. 16 ～ 51第1期 易同生等贵州盘北-水城地区煤资源特性及其意义 表1 盘北-水城矿区上二叠统煤岩组分统计结果wBΠ Table 2 Statistical results of coal petrologic identification of Upper Permian coal in northern Panjiang and Shuicheng mining district 含煤地层 镜质组壳质组惰质组矿物质 最大最小平均最大最小平均最大最小平均最大最小平均 汪家寨组68.7253.0860.6910.161.045.5538.8821.3231.0731.5010.3017.55 龙潭组上段83.4230.1661.2224.740.1010.7846.683.7427.2123.478.3414.44 龙潭组下段86.6443.2870.4812.9012.9012.9043.822.6718.1639.7914.6123.37 86.64 ,平均62. 74 。显微亚组分中,无结构镜质 体的基质镜质体最为常见。盘关向斜西翼的煤中, 常见均一镜质体与树皮体互层形成完好的条带状显 微结构。结构镜质体多出现于水城、 盘县等地的低 变质烟煤中,常见鳞木皮层镜质体、 裸子木材镜质 体、 叶镜质体、 蕨类枝镜质体等显微组分种类。 煤中惰质组变化范围为2. 67 ～48. 86 ,平均 26. 68 ;惰质组分主要是结构丝质体和结构半丝质 体,此外,还见有粗粒体、 碎屑惰质体、 微粒体和菌类 体等。 壳质组变化范围为0. 10 ～24. 74 ,平均 9. 53 。壳质组多见于中低变质煤中,其主要显微 组分是树皮体和孢子体,其次为角质体和树脂体。 盘关向斜西翼各井田和水城大河边、 小河边井田的 煤中,相对富含壳质组,一般为11. 7 ～15. 8 。 区内煤中矿物质占8. 34 ～37. 79 ,平均 16. 71 ,且以粘土矿物主要是高岭石和石英为 主,其次为黄铁矿和碳酸盐矿物。 2. 3 煤岩组分的垂向变化 在垂向不同含煤地层中,煤的显微组分含量不 同龙潭组下段,煤的镜质组和壳质组含量较高,而 惰质组含量较低;汪家寨组,煤的镜质组和壳质组含 量较低,而惰质组含量较高;龙潭组上段,煤的显微 组分含量介于二者之间,且更接近于汪家寨组 表 1 。 3 煤质特征 区内煤种类较为齐全,主要为气煤、 肥煤、 焦 煤、1Π3焦煤、 瘦煤和贫煤。煤种主要受煤变质程度 控制。在东西方向,靠近紫云-垭都东部边界,煤变 质程度增高;在南北方向,变质程度表现为南北高、 中间低。盘北矿区主要为中挥发分和低挥发分烟 煤,水城矿区主要为高挥发分和中挥发分烟煤 [5 - 7] 。 3. 1 灰分 龙潭组下段煤层灰分为13. 00 ～57. 90 ,平 均25. 47 ,整体上表现为西高东低、 北高南低的变 化规律。在水城矿区,灰分为20 ～30 的中灰煤 最多,其次为灰分 40 的高灰煤和灰分为30 ～ 40 的中高灰煤;在盘北矿区,灰分的变化范围与水 城矿区类似,但低中灰煤和中灰煤的比例相对有所 上升。 龙潭组上段煤层灰分为39. 57 ～8. 50 ,平均 21.68 。大部分煤层的灰分介于20 ～30 之间, 为中灰煤。总体上由北至南灰分略有减小趋势,西 北地区的煤层灰分较高。水城矿区煤层灰分具有显 著的西高东低变化;盘北矿区北高南低的变化较明 显。 汪家寨组煤层灰分在46. 20 ～11. 73 之间, 平均26. 94 。北部以中高灰煤和中灰煤为主,南 部以中低灰煤和中灰煤为主。水城矿区煤层灰分表 现为南高北低,而盘北矿区煤层灰分为中间低四周 高。 垂向上,汪家寨组煤层灰分最高,龙潭组下段煤 层次之,龙潭组上段煤层灰分相对较低表 2 。根 据煤层灰分的时空变化推断,煤层灰分主要来自西 部康滇古陆剥蚀区的地表水搬运;黄铁矿也是区内 煤层重要的灰分物质,属自生或次生矿物,与成煤期 海水作用有关,表现为高硫煤的灰分也较高。 3. 2 硫分 龙潭下段煤层硫分为0. 05 ～10. 80 ,平均 2. 69 。区域内硫分呈北低南高趋势。其中,水城 矿区西北部煤层硫分均小于1 ,到东南部煤层硫 分逐渐增为1 ～2 ;盘北矿区煤层硫分较水城矿 区高,多在1. 5 以上,且区内有多个硫分大于3 的高硫区,这些区域多沿矿区东部边界延伸分布。 龙潭组上段煤层硫分为0. 08 ～11. 17 ,平均 1. 13 ,整体呈现西北低、 东南高的趋势。水城矿区 北部硫分多小于1 ,南部硫分普遍大于2 ;盘北 矿区硫分多在1. 5 ～2 范围内。 汪家寨组煤层硫分为0. 10 ～9. 95 ,平均 1. 87 。区域内硫分呈北高南低的变化趋势。水城 矿区煤层硫分多大于2 ;盘北矿区硫分呈现西低 东高趋势。 垂向上,龙潭组下段煤层硫分最高,汪家寨组煤 61煤田地质与勘探 第36卷 表2 盘北-水城矿区上二叠统煤质分析结果 Table 3 Coal quality statistical results of Upper Permian coal in northern Panjiang and Shuicheng mining district 含煤地层 AdΠSt ,dΠVdafΠCΠH 最大最小平均最大最小平均最大最小平均最大最小平均 汪家寨组28.3723.4626.582.340.831.7929.6826.9328.0817.816.0117.08 龙潭组上段28.5917.9422.472.490.271.4035.5322.1526.1719.5515.7517.73 龙潭组下段37.1321.5125.065.160.162.8538.1510.1223.0322.2714.8719.94 上二叠统37.1317.9424.705.160.162.0138.1510.1225.7622.2714.8718.25 层次之,龙潭组上段煤层硫分相对较低表 2 。硫 分主要受成煤环境的控制。区内成煤作用主要形成 于受海水影响的三角洲平原和间湾潮坪。龙潭组下 段,总体为海侵环境,主要煤层的硫分平均值偏高; 龙潭组上段,总体为海退环境,煤的平均硫分较低; 汪家寨组又以海侵环境为主,故煤的平均硫分也较 高。煤中硫分在同一煤层的不同层位分布并不均 一,且相同煤层的不同地区煤的硫分也有明显变化, 这主要与煤相密切相关。 3. 3 挥发分 龙潭组下段煤层挥发分为1. 29 ～42. 20 ,平 均21. 95 ,其在研究区内呈东北低、 西南高的变化 趋势。水城矿区内煤层挥发分表现出明显的西高东 低趋势;盘北矿区也表现出极明显的西高东低变化。 龙潭组上段煤层挥发分为0. 32 ～41. 28 ,平 均24. 54 ,整体呈现东北低西南高的变化趋势。 水城矿区东部挥发分一般为10 ～20 ,西部多为 20 ～28 ;盘北矿区表现出明显的西高东低的变 化规律。 汪家寨组煤层挥发分为0. 3 ～41. 3 ,平均 24. 6 ,区域内呈现南高北低的变化趋势。 在垂向上,汪家寨组煤层平均挥发分产率最高, 龙潭组上段煤层次之,龙潭组下段煤层挥发分相对 较低表 2 。煤层挥发分产率主要受煤变质程度影 响,下部煤层变质程度相对较高,煤的挥发分随着埋 藏深度的增加而减少。 3. 4 碳氢原子比 龙潭组下段煤层碳氢比为23. 44～14. 87 ,平均 19. 99 ,整体变化趋势为中部高、 南北相对较低。水 城矿区煤层碳氢比呈现出中间低、 南北相对较高的 变化;盘北矿区煤层碳氢比变化规律大致为北低南 高。 龙潭组上段煤层碳氢比为25. 73～14. 59 ,平均 18. 04 ,总体呈南高北低的变化规律。水城矿区煤层 碳氢比北部呈南低北高、 南部呈北低南高的变化;盘 北矿区碳氢比北部呈西高东低、 南部呈南高北低的 变化。 汪家寨组煤层碳氢比值为23. 48～14. 10 ,平均 17. 31。总体来说,煤层碳氢比值由北至南有变大的 趋势。水城矿区的碳氢比值全部在16～20范围之 内;盘北矿区的总体展布规律为自东向西逐渐减小。 龙潭组下段煤层碳氢比值最大,龙潭组上段煤 层次之,汪家寨组煤层的碳氢比值相对较低表2 ; 水城矿区与盘北矿区相比,煤层中氢含量相对较高。 碳氢比值的这种变化规律是煤化程度、 显微组分及 成煤原始物质综合作用的结果。 4 煤的工艺特性 区内煤的灰融点ST处于1 080～1 500℃ 之间, 煤层具有高灰熔性的特性;煤层化学活性为18. 3～ 41.45 ,化学活性较好;煤层的热稳定性指标TS 6为 97 ～99. 2 ,区内煤层的热稳定性好。 5 煤资源特性对资源转化利用的意义 煤炭既是重要的能源,也是具有发展潜力的化 工原料,煤化工将成为煤炭洁净利用的主要途径。 煤化工的不同方向和技术对煤的资源特性有不同的 要求,换言之,煤资源特性制约煤化工的利用方向。 如煤直接液化对煤种、 挥发分、 氢含量、 活性组分和 灰分等煤资源特性有比较具体的要求;冶金焦用煤 则对煤种、 灰分Ad、 全硫St、 全水分Mt和磷含量等 有相应的指标要求 [1 ,8] 。 在前人工作基础上,笔者拟定和建立了化工煤 资源类别指标体系已另文讨论。通过对上述研究 区煤资源特性与化工煤资源类别指标体系的比较分 析,确定出液化煤、 焦化煤、 合成氨煤和气化煤4种 化工煤资源和其他煤种;通过资源利用方向对以往 煤炭查明储量细化,确定出盘北-水城矿区化工煤 资源的类别、 规模、 赋存和分布情况。本区上二叠统 煤炭查明储量共68. 8610 8 t ,其中,化工煤查明储 量42. 7410 8 t。煤炭查明储量中,焦化煤资源占 25.34 ,气化煤资源占34. 79 ,液化煤资源占 1. 9 ,合成氨煤资源占0. 02 ,因此,焦化煤和气 化煤是区内主要的煤化工资源。与贵州省其他评价 71第1期 易同生等贵州盘北-水城地区煤资源特性及其意义 区比较,研究区化工煤资源具有2个突出特点其 一,焦化煤资源最为集中,同时焦化煤资源较为丰 富;其二,虽然液化煤在研究区化工煤资源中所占比 例较少,但研究区是贵州省上二叠统液化煤资源相 对最丰富的分布区。水城矿区的大湾、 立新、 神仙 坡、 土城、 土地垭、 汪家寨、 小河边、 那罗寨和发耳等 勘探区,以及盘县矿区盘关向斜及土城向斜附近的 勘探区,分布有丰富的焦化煤资源,用于焦炭及其副 产品煤焦油、 焦炉气的生产;水城矿区的大河边矿 和老鹰山双巢矿富含贵州省可供直接液化的珍稀 煤种,高压釜实验油品转化率超过60 ,可用于煤 的直接液化。 为了合理、 高效、 清洁地利用煤炭资源,参考贵 州省 “十一五” 煤炭工业规划,以化工煤资源保障为 主要依据,结合煤化工市场需求趋势和当前经济技 术条件,建议在研究区规划3个煤化工基地 水 城煤焦化基地、 水城煤直接液化基地和盘北煤焦化 基地,优先发展煤炭焦化,在国家煤直接液化示范工 程取得经验后,适时启动煤的直接液化工程。 6 结论 a. 研究区煤炭资源具有高镜质组、 中高硫、 中 灰、 中低挥发分、 高灰熔性、 相对富氢相对于相同煤 级的资源特性。 b. 区内煤资源特性的变化规律与煤田地质 背景有关,煤岩组成、 硫含量、 灰分等主要受聚煤期 三角洲-滨岸沉积体系控制,特别与海侵和陆源供 给强度密切相关;煤的挥发分产率、 碳氢比等主要受 煤变质作用的影响,煤变质是在广泛的深成变质作 用的基础上,不同程度地叠加了热液变质和区域热 变质的结果。 c. 区内化工煤查明储量42. 7410 8 t ,占煤炭 查明储量的62 ,其中焦化煤和气化煤是区内主要 的煤化工资源,液化煤、 合成氨煤均不发育。与全省 其他矿区相比,研究区具有焦化煤资源集中且丰富、 液化煤珍稀且相对丰富的特点,以化工煤资源保障 为主要依据,建议在盘北-水城矿区规划3个煤化 工基地水城煤焦化基地、 水城煤直接液化基地和盘 北煤焦化基地。 参考文献 [1] 贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京化学工业出版社, 2003. 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