张 峰

(霍州煤电集团有限责任公司 煤质加工部，山西 霍州 031400)

1 地质概况

霍州矿区紫晟煤业井田位于地处霍山西麓与汾河谷地之间的低山丘陵区,沟谷纵横,地貌类型以侵蚀黄土梁、峁为主，大小冲沟遍布其间。总体地势东高西低，最高点位于井田东北部的山脊，标高664.80 m；最低点位于井田西南部沟谷中，标高530.00 m，相对高差134.80 m。该区属黄河流域汾河水系，无大的河流和地表积水，井田内沟谷纵横、冲沟发育，各大小沟谷平时无水，只在雨季时才汇集洪水沿沟排泄，所汇集洪水向西汇入汾河。

矿井水文地质类型为中等[1]，奥灰岩溶水是煤系地层下伏的主要含水层，井田内奥灰岩溶水位标高522.7 m～524.1 m，2号煤层底板标高0～230 m，2号煤层底板至奥灰顶界面厚度为119.18 m，为带压开采[2]。2号煤层以上各含水层富水性弱，在生产开采过程中，井下2号煤达产时正常涌水量127 m3/h，最大涌水量170 m3/h。

2 煤炭资源及含煤地层

随着霍州矿区丰峪煤业2018年关停，受郭庄泉域保护区影响团柏矿停产，目前矿区高硫肥煤资源紧缺因而依赖外购原煤进行补充。干河矿由于部分资源在郭庄泉域保护区而导致产量减少，紫晟煤业2019年恢复生产后增加了优质2号原煤以补充辛置入洗资源。采矿证批复开采煤层为1号、2号煤层，其中全井田2号煤层稳定可采、结构简单，平均厚度3.22 m，属中厚煤层。井田面积5.500 5 km2，井田内2号煤层现保有地质资源/储量22 650 kt，矿井工业资源/储量22 417 kt，矿井设计资源/储量14 875.25 kt。生产规模90万t/a，服务年限8.3 a[3]。含煤地层包括上石炭系太原组及二叠系下统山西组[4]，太原组含主要可采煤层9、10、11号、局部可采6号煤层和零星可采5号煤层，山西组含主要可采煤层2号。

3 紫晟煤质特征

3.1 煤岩类型及显微组分

紫晟煤业井田2号煤层外观为黑色，条痕为褐黑色，沥青-玻璃光泽。断口呈贝壳状或参差状，有一定的韧性，硬度一般为2～3，内生裂隙较发育。2号煤层平均视密度为1.40 t/m3。

2号煤层的宏观煤岩组分以亮煤为主，次为镜煤、暗煤，局部见有丝炭[5]。宏观煤岩类型主要为光亮型和半光亮型，少量为半暗型[6]。煤层主要为线理状、条带状结构，层状构造，有时也可见均一状结构、块状构造。

2号煤层显微煤岩组分以有机组分为主，无机组分次之。其中有机组分中又以镜质组和惰质组为主，壳质组很少；无机组分中主要为黏土类，同时含有少量硫化物、氧化硅类和碳酸盐类矿物[7]。

3.2 煤质特征

紫晟煤业井田2号煤层的煤质特征如下:水分(Mad):原煤0.74%～1.70%，平均1.13%；浮煤0.33%～0.93%，平均0.68%。灰分(Ad):原煤4.67%～34.50%，平均19.40%；浮煤3.99%～9.95%，平均7.58%。挥发分(Vdaf):原煤30.60%～34.49%，平均32.75%；浮煤29.30%～33.78%，平均31.59%。全硫(St，d):原煤0.34%～1.89%，平均 0.58%；浮煤0.28%～0.71%，平均 0.42%。磷(Pd):原煤0.003%～0.129%，平均0.038%，属特低磷-高磷煤；浮煤Pd0.022%～0.044%，平均0.033%。碳(Cdaf):82.20%～88.49%，平均86.76%；氢(Hdaf):5.16%～6.36%，平均5.40%；氧(Odaf):4.22%～8.92%，平均5.91%；氮(Ndaf):1.39%～1.59%，平均1.51%；氟(Fd):原煤(91～311) μg/g，平均162 μg/g，属低氟-高氟煤；砷(Asd):原煤≤1 μg/g，属一级含砷煤。氯(Cld):原煤0.019%～0.093%，平均0.058%，属特低氯-低氯煤[8]。

根据煤炭质量分级(GB/T 15224.1—2018、GB/T 15224.2—2010)，2号煤层属低灰、低硫煤，其煤质特征见表1。

表1 2号煤层煤质特征

分析煤类工业分析/%MadAdVdaf全硫(St,d)/%磷(Pd)/%黏结指数(GR.I)Y/mm发热量(Qgr,d)/(MJ·kg-1)原煤0.74～1.701.134.67～34.50 19.4030.60～34.49 32.750.34～1.89 0.580.003～0.129 0.03820.10～34.1627.79浮煤0.33～0.93 0.683.99～9.957.5829.30～33.78 31.590.28～0.710.420.022～0.044 0.03370～928116.0～24.0 19.7

3.3 煤层煤的工艺性能

发热量(Qgr，d):原煤Qgr，d在20.10 MJ/kg～34.16 MJ/kg，平均27.79 MJ/kg；灰熔融温度(ST):1 380 ℃～>1 500 ℃，属较高软化温度灰-高软化温度灰[9]。黏结指数(GR.I):浮煤70～92，平均81；胶质层最大厚度(Y):浮煤16.0mm～24.0mm，平均19.7 mm。

根据煤炭质量分级(GB/T 15224.3—2010)[10]和烟煤黏结指数分级(MT/T 596—1996)，该煤层煤属高发热量、强黏结性煤。

4 辛置与紫晟煤质分析比对

霍煤辛置选煤厂近年生产、销售及入洗情况见表2。由于受国家宏观去产能政策影响，2017—2018年辛置厂生产、销售精煤量较2016年明显下降，2018年比2017年有略有回升；从近年辛置入洗原煤结构来看，团柏、干河矿入洗量下降，丰峪、外购原煤增加，2018年紫晟入洗近20万t，2019年辛置初步计划生产精煤124万t。入洗结构为辛置煤180万t、紫晟煤95万t、干河煤7万t，外购煤22万t，合计304万t。

为加强煤质管理[11,12]及继续保持辛置肥精煤品牌优势，基于紫晟入洗量加大，2019年1-2月对辛置2号与紫晟2号采样并进行工分、胶质层、黏结、反射率、小焦炉试验检测等，结合2018年第三方检测进行煤质特性研究，详见表3、表4。

表2 霍煤辛置选煤厂近3年生产、销售及入洗情况汇总

年度/年生产精煤/万t销售精煤/万t入洗原煤量/万t辛置丰裕团柏李雅庄干河回坡底庞庞塔外购紫晟2016165.78162.16 234.26 7.72 22.70 128.99 0.11 2.98 2017137.28137.20 197.65 24.08 6.21 2.56 128.98 2018145.06147.43 211.46 37.04 2.36 88.84 2.95 13.66 19.89

表3 第三方检测数据(2018年11月)

煤样名称Ad/%原煤浮煤St,d/%原煤浮煤Vdaf/%原煤浮煤CRC原煤浮煤辛置2号35.849.760.460.3735.2332.7857紫晟2号37.237.220.390.3734.3332.3956煤样名称浮煤X/mmY/mm曲线型GR.I黏结指数CSN坩膨a/%收缩度b/%膨胀度辛置2号35.0 27.0 之山92535190紫晟2号38.0 23.0 883(1/2)34148

表4 集团公司煤质化验室检测数据(2019年1-2月)

煤层常规分析灰分/%挥发分/%硫分/%黏结指数胶质层指数/mm奥阿膨胀度b/mm镜质体最大反射率/%RmaxS辛置2号9.7432.270.359326330.91.120.07紫晟2号9.70 32.360.329023146.61.060.08煤层坩膨CSN吉氏流动度MF/ddpm焦炭机械强度/%抗碎强度耐磨强度焦炭热性质/%反应性反应后强度备注辛置2号560 00085.46.429.346.2浮煤 紫晟2号411 40087.28.531.645.7浮煤

从表3、表4相关检测数据分析可知，紫晟2号与辛置2号煤质指标比较接近，硫分、挥发分变化不大，由于煤层赋存条件等影响，紫晟2号胶质层指数、黏结指数比辛置2号略偏低。

根据2个原煤的反射率岩相分析检测及镜质体平均最大反射率与煤分类之间关系[13]分析可知，紫晟2号反射率为1.06%，标准偏差为0.080，如图1所示，无凹口。

图1 霍煤紫晟2号原煤浮煤镜质体反射率分布图

经由其反射率直方图、峰图形状、凹口位置分布情况并经反射率间隔为0.1%的频率分布判定，其属单一煤种煤，即其可能煤种为肥煤、1/3焦煤。辛置2号反射率为1.12%，标准偏差为0.070，如图2所示，无凹口。

图2 霍煤辛置2号原煤浮煤镜质体反射率分布图

经由其反射率直方图、峰图形状、凹口位置分布情况[14]并经反射率间隔为0.1%的频率分布判定，其属单一煤种煤图，可能为肥煤、1/3焦煤、焦煤。

辛置2号较紫晟2号的煤化程度略深，偏肥，从小焦炉试验及焦化特性等检测数据分析，两煤层较为接近，紫晟2号、辛置2号在一定意义上可互相取代，按同一煤种、同一煤层考虑配洗。

5 煤类及工业用途

根据GB/T 5751—2009《中国煤炭分类》划分煤类，分类指标有浮煤挥发分(Vdaf)、黏结指数(G)、胶质层最大厚度(Y)。2号煤层浮煤挥发分(Vdaf)为29.30～33.78%，煤的黏结指数为70～92，胶质层最大厚度为16.0 mm～24.0 mm，则该煤层属1/3焦煤。2号煤层煤为低灰、低硫、高发热量、强黏结的1/3焦煤，为优质炼焦用煤。