煤炭煤质成果

『壹』 选煤效果与煤质有什么关系

你看看下面 就明白了
无烟煤
无烟煤是高变质煤，具有坚硬、 光泽强等特点。燃烧时间长，火力旺 。无烟煤主要用于化肥、化工生产。 阳泉无烟煤因具有可磨好的特点，是 理想的高炉喷吹用燃料。晋城、阳城 一带的无烟煤被称为兰花炭闻名中外 。山西的无烟煤资源储量大，质量好 ，居全国首位。
长焰煤
长焰煤是最低级的烟煤。粘结性极弱，挥发分和焦油产率高。主要用于发电、机车、造气和一般锅燃料。亦可加氢液化制石油、低温干镏和民用。主要产地大同、河曲、偏关。
弱粘煤

煤级从低到中等。粘结性较弱，虽可炼焦，但所炼焦炭多数质次粉多。主要为气化和动力用煤。亦可在炼焦中适当配入代替气、焦和瘦煤。大同、左云的低灰、低硫高发热量的弱粘煤是闻名中外的优质动力煤，大同马武等矿山弱粘煤是较好的炼焦配煤。

瘦煤

单煤类炼焦耐磨性差。是炼焦配煤中焦、肥煤不可替代的瘦化剂。瘦煤发热量甚高，不仅是重要的炼焦配煤，而且是上乘的动力用煤。西山、清徐、离石、交城、东山、长治、襄垣、临汾、洪洞、沁源、古县、盂县、乡宁、襄汾、武乡、翼城和屯留等地均有产出

气煤
气煤，低煤级，较高挥发分，粘结性中等偏强。单煤炼焦强度较差，但作配煤气孔率高，反应性好? 主要用于配焦。另外气煤是最理想的水浆用煤，亦可用于气化、低温干馏、动力和民用。大同、左云、霍县、右玉、平鲁、朔县、怀仁、河曲、偏关、原平、宁武、浑源、兴县、娄烦和 岚县大量产出。
肥煤
肥煤是炼焦用煤的一种，用肥煤炼出的焦炭 横裂纹 多，焦根部蜂焦多，易碎，但肥煤的粘结 力很强，能与粘结力较弱的煤搭配后炼出优质煤称肥煤为配焦煤之母。因该肥煤品种稀少，只占全国 探明煤炭资源的5%而山西探明肥煤的储量约占全国 的50%，主要分部在霍县矿区、三交矿区和古交矿区
焦煤
焦煤是炼焦用煤中之主焦煤，变质程度中， 结焦性和粘结性最佳。山西之焦煤所产焦炭度大 、裂纹少、抗碎强度大、抗磨性好，为炼用煤之珍品。利用焦煤，可得到焦炭、焦油、炉气。焦 炭除供给冶炼外，还可造气和电石。焦油和焦炉 气可作为燃料，还能提炼数十种化产品。
山西河东煤田中、南部的离石、柳林和乡矿 区属低硫、低灰主焦煤。所产焦炭为特优焦，列为全国之重点。
1/2中粘煤
1/2中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分煤。虽可炼焦，但焦炭质次粉多。主要作气化、动力用煤，亦可在炼焦中适量配入，代替气、焦和瘦煤。在大同、左云、右玉、怀仁、平鲁、朔县、保德和 兴县有零星产出。
不粘煤
因成煤时受相当程度氧化而形成极微弱的粘结性，煤级由低至中等。水分大于一般烟煤，含氧常在10%以上，丝炭含量高。主要用于发电、机车、造气烧制水泥、烧锅炉和民用。主要产地大同和左云。
气肥煤
原分类中挥发分大于37%的肥煤。胶质体虽多，但稀薄，炼焦时能产生大量煤气和液态化学产品。该类煤最适宜制造城市煤气和配焦。原平、五台、宁武、怀仁、临县、方山、岚县、保德、静乐、兴县、汾西、霍县、灵石、蒲县、交口、静乐和古交均有产出。
贫瘦煤
贫瘦煤是一种具有弱粘性的炼焦用煤，在配煤炼焦中能起瘦煤的瘦化作用。另外发热量较高，因此，它既是配煤炼焦用煤，又是良好的动力煤和民用煤。西山、古交、清徐、东山、交城、文水、平遥、沁源、古县、襄垣、长治、屯留、武乡、左权、盂县和寿阳均有产出。
贫煤
贫煤是煤级最高的烟煤，不粘结或微粘结，发热量较高耐烧，除作一般锅炉用煤外，还可发电和民用。太原东西山、交城、文水、清徐、汾阳、平遥、沁源、长治、临汾、寿阳、阳泉、平定、昔阳、襄垣、长子、榆次、曲沃、屯留、高平、襄汾、翼城和左权等地均有所产。
什么是水煤浆
水煤浆是煤炭深加工后的液态燃料，具有易燃、稳定、流动性强的特性。在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉上，它能代替油、气、煤燃烧。其燃烧效率高，产生烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物相对较低，是当今世界洁净能源的一个重要品种。
褐煤
褐煤是煤级最低的煤。特点是水分和挥发分高，燃点低，不粘结，易风化变质，含原生腐植酸，含氧高，化学反应性强，热稳定性差。主要用于坑口发电、气化、加氧液化制造石油、提取褐煤蜡，制取有机化肥和活性炭，主要产地繁峙县。

一、矿物原料特点
(一) 煤的物理性质
煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1.颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05～1.2，烟煤为1.2～1.4，无烟煤变化范围较大，可由1.35～1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约2～2.5；无烟煤的硬度最大，接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。
7.断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。
8.导电性
是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好牡嫉缧浴?/p>
(二) 煤的化学组成
煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。 煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外，还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时，氮不产生热量，常以游离状态析出，但在高温条件下，一部分氮转变成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金属设备，与空气中的水反应形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大部分转入焦炭中，冶炼时又转入钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时，各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料，砷含量过高，会增加产品毒性，危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用时，就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来许多困难。为此，在评价煤的工业用途时，必须分析灰成分，测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。
4.固定碳
测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。
(三)煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性
粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。胶质层越厚，粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。
2.发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性
又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性
又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深，透光率逐渐加大。因此，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
6.机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。因此，气化用煤必须具备较高的机械强度。
7.可选性
是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法，详见第四节。
二、用途与技术经济指标
(一) 煤的工业分类
1958年，国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案，为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件，但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上，为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点，达到更加合理地利用煤炭资源的目的，1986年，国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类，其中，褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1)。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。
表 2.2.1中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)
(1) 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分(%)；Hr为干燥无灰基氢含量(%)；GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数；Y为烟煤的胶质层最大厚度；PM为煤样的透光率(%)；b为烟煤的奥亚膨胀度(%)；Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。
(2) 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示。10位表示煤的挥发分，个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度，在烟煤表示结粘性。
(二) 各煤类的主要特征和用途
1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。
2.长焰煤
它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。
3.不粘煤
它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。
4.弱粘煤
水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。
6.气煤
挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
7.气肥煤
它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，形成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。
10.焦煤
具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。
11.瘦煤
具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。
12.贫瘦煤
挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。
13.贫煤
具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。
14.无烟煤
它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。
(三) 工业用煤的质量要求
煤的工业用途非常广泛，归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时，在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。简要介绍如下：
1.炼焦用煤
炼焦是将煤放在干馏炉中加热，随着温度的升高(最终达到1 000℃左右)，煤中有机质逐渐分解，其中，挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，成为煤气和煤焦油，残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石，提供热能和支撑炉料，保持炉料透气性能良好的作用。因此，炼焦用煤的质量要求，是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。国家对冶金焦用煤有专门的质量标准，见表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤质量标准 (GB397-65)见上图
2气化用煤
煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质，经过热化学处理过程，把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种：①固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料，制造合成氨原料气。要求作为原料煤的固定碳＞80%，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)≤2%，要求粒度要均匀，25～75mm,或19～50mm,或13～25mm，机械强度＞65%，热稳定性S+13＞60%，灰熔点(T2)＞1 250℃，挥发分不高于9%，化学反应性愈强愈好。②沸腾层气化法。对原料煤的质量要求是：化学反应性要大于60%，不粘结或弱粘结，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)＜2%，水分(WQ)＜10%，灰熔点(T2)＞1 200℃，粒度＜10mm，主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等。
3.炼油用煤
一般以褐煤、长焰煤为主，弱粘煤和气煤也可以使用，其要求取决于炼油方法。①低温干馏法，是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏，以制取低温焦油，同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤。对原料煤的质量要求是：焦油产率(Tf)＞7%，胶质层厚度＜9mm，热稳定性S+13＞40%，粒度6～13mm,最好为20～80mm 。②加氢液化法，是将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化成低分子液态或气态产物，进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化(C/H)＜16，挥发分＞35%，灰分(Ag)＜5%，煤岩的丝炭含量＜2%。
4.燃料用煤
任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。蒸汽机车用煤要求较高，国家规定是：挥发分(Vr)≥20%，灰分(Ag)≤24%，灰熔点(T2)≥1 200℃，硫分(SgQ)长隧道及隧道群区段≤1%，低位发热量2.09312×107～2.51174×107J/kg以上。发电厂一般应尽量用灰分(Ag)＞30%的劣质煤，少数大型锅炉可用灰分(Ag)20%左右的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业，近年来，我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展，不少发热量仅有8 372.5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂，有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。
煤的其他用途还很多。如，褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料；从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用；用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料；用煤沥青制成的碳素纤维，其抗拉强度比钢材大千倍，且重量轻、耐高温，是发展太空技术的重要材料；用煤沥青还可以制成针状焦，生产新型的电炉电极，可提高电炉炼钢的生产效率等等。总之，随着现代科学技术的不断进步，煤炭的综合利用技术也在迅速发展，煤炭的综合利用领域必将继续扩大。

『贰』 煤炭的成分和特性

构成煤炭有机质的元素
主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素

特性
煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。 煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。挥发分也是主要的煤质指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤，挥发分较多。如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备

『叁』 煤炭的成分

煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95％以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50％～60％，褐煤为60％～70％，烟煤为74％～92％，无烟煤为
90％～98％。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。煤中硫的含量可分为
5
级：高硫煤，大于4％；富硫煤，为2.5％～4％；中硫煤，为1.5％～2.5％；低硫煤，为1.0％～1.5％；特低硫煤
，小于或等于1％。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。
煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。①燃烧。煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。②炼焦。把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。③气化。气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。④低温干馏。把煤或油页岩置于
550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。⑤加氢液化。将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。

『肆』 煤质化验中，Mt、Mad、Aad、Vad各代表什么意思

Mt代表全水份、Mad代表空气干燥基水份、Aad代表灰分、Vad代表挥发分。

煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。

煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。

灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。

测定

准确称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样 (1±0.1)g（称准到0.0002g）, 放入烧杯(3.3.4)中，加入（0.5～1）mL乙醇（3.2.7）润湿，然后加入50mL盐酸溶液（3.2.1），盖上表面皿（3.3.5），摇匀，在电热板上加热，微沸30min。

向滤液中加入(2~3)滴甲基橙指示剂（3.2.8），用氨水（3.2.2）中和至微碱性（溶液呈黄色），再加盐酸调至溶液成微酸性（溶液呈红色），再过量2mL，加热到沸腾，在不断搅拌下滴加10%氯化钡溶液（3.2.3）10 mL，放在电热板上或沙浴上微沸2h或放置过夜，最后保持溶液的体积在200mL左右。

以上内容参考：网络-煤质化验

『伍』 煤级和煤质的影响

关于岩浆侵入对煤级和煤质的影响，国内外虽然已进行了大量的研究（杨起等，1987；赵海舟，1994；赵民等，2000；Barkeret al.，1998），然而却并没有针对各种岩浆侵入类型进行分别探讨。本文从岩浆侵入对煤层气影响的角度出发，以五个典型矿区的实际观测结果及样品测试分析结果为依据，系统研究了岩浆侵入对煤级、煤中的水分、灰分和挥发分等的影响。

岩浆侵入煤层，使煤发生热化学分解，改变了煤的物理和化学性质，甚至与煤层发生物质交换，使接触带及其附近的煤质发生一系列变化。一般认为岩浆侵入煤层使煤级增高，水分、灰分增高，挥发分则大幅降低（赵民等，2000；Barkeret al.，1998）。在研究的五个典型矿区内，不同的侵入类型有不同的煤变质和煤质变化规律。

红菱矿以辉绿岩脉侵入为主（图3.1），靠近岩体的G1样品为焦化煤样品，镜质组反射率为2.49％，而离G1样品约3m的G2样品的反射率略有升高，为2.7％，再远处两个样品的反射率与G2相比几乎没有变化（表3.1）。这个规律似乎与靠近岩浆处煤级较高的规律相悖。作者认为G1样品仅比其他样品高0.2％，可能是由于对天然焦化煤样的反射率测试误差造成的，不能代表实际的变化规律。从四个样品的煤质分析数据看（图3.1）：一方面，靠近岩浆处煤的灰分明显要高许多；另一方面，四个样品的其他三个组分含量的变化具有很强的规律性，且G3和G4两个样品的各项煤质参数均较一致，这说明岩浆对煤质的影响仅局限在G3样品处，即离开岩体约5m（近似为该处岩浆侵入体的宽度）的距离范围内。

孟庄矿为层内花岗岩体侵入类型（图3.2），在三个样品中，靠近岩浆处煤的挥发分相对较低，而水分和灰分与相应煤级的正常煤相比都偏高（图3.7），说明岩浆侵入的热量和外来物质改变了煤的物理化学性质及成分。煤的碳含量变化规律不明显，而氢含量表现为离岩体越远含量越高的趋势。向岩浆岩方向煤的煤级有增高的趋势，但是在紧靠岩浆岩处（B1样）煤的反射率反而迅速下降。值得指出的是，美国学者Cooper等（2007）在研究拉顿盆地煤的岩浆接触变质规律时也发现了类似的情况。造成这种现象的原因主要有三个。①由于岩体侵入时的热传导或对流向上方向强而向下方向弱，造成岩体对底部煤层的煤级和煤质的影响规律本身较弱。据采样观察，该处岩体之下直接与煤层接触，而并未发现天然焦带和焦化煤带，也说明岩体对之下煤层的线性影响规律不明显。②采样点地质条件复杂，构造应力非常强，构造煤十分发育（四个样品均为鳞片状和糜棱状样品）。说明该区在岩浆侵入前或侵入后煤层经受了强烈构造热活动，因此在该区小规模的区域热变质作用可能造成三个样品的煤级相近、均较正常煤高且变化规律不明显的现象。③煤的镜质组反射率测试对部分焦化煤可能实用性较差，特别是靠近岩体约半个侵入宽度之内的煤。

图3.7 孟庄矿样品随距岩体远近的煤质变化规律

朱庄矿为典型的底板侵入型（图3.3）。该处除A1号的天然焦样品外，其他五个样品均在靠近岩浆处呈现灰分和水分含量高，挥发分含量低，且线性变化规律很明显的特点。分析其原因主要是，煤层底板由天然焦和砂质泥岩组成的“焦岩混合带”组成，因此靠近岩浆处煤中大量的灰分主要来自于其直接底板的岩石中。与孟庄矿类似，该区五个样品也呈现碳含量和煤的反射率的变化区间较小，且规律不明显（图3.3）的特点。造成这种的现象的原因可能有三个。一是可能与该区由闪长岩和砂质泥岩构成的“焦岩混合带”的复杂的底板形态以及复杂的岩性组合对岩浆热传导的影响有关；二是可能与该区煤层中存在的薄层夹矸造成的层内非均质性并进而引起岩浆的热传导不均有关；三是该区存在多期次的岩浆侵入，侵入后的连续岩浆流，会造成冷却时，反应不敏感，因此岩体控制规律不明显。

郭二庄矿为典型的顶板侵入型（图3.4），该处岩浆侵入并吞蚀9＃煤层顶部，同时部分吞蚀离顶约1m处的一层炭质泥岩夹矸。采集的四个样品中E1和E2均靠近岩浆，而E1样品位于粉砂岩和炭质泥岩构成的约1m厚的夹矸之上，E2样品位于未被岩浆侵入的粉砂岩之下（图3.4），这些差异造成两个样品虽距离岩体距离相当，却在煤岩组成和煤级上具有显著的差别。其中E1号煤的反射率、灰分和水分均比E2高，而挥发分却比E2低，说明与E2样邻近的粉砂岩提供了良好的热传导性能，使得E2样煤级升高，同时夹矸中的灰分大量带入到E2样中，使得该样的灰分非常高。同样原理，E3和E4样较E2样离岩浆远，因此煤级和灰分相应适当降低（图3.8）。此外，E2、E3和E4三个样品的煤级变化规律并不呈线性衰减，可能与该区的热传导和对流方式有关。据Barker等（1998）的研究，当煤变质周围水文地质活动较强时，岩浆热液中大量的水蒸汽会影响煤的热传导和对流方式，进而影响煤的热变质剖面。郭二庄矿9^＃煤层与底板的奥陶系灰岩相隔仅几米，整个矿区内受奥陶系灰岩水的影响显著，采样点处矿井充水现象也十分显著，因此推断该区的水文地质条件也对岩浆热接触变质作用产生了一定的影响。

图3.8 郭二庄矿样品的煤级和煤质随距离岩体远近的变化规律

陶一矿是该区典型的混合侵入，且规律非常明显。该区顶底板均受到岩浆侵入，侵入体厚度在1m左右，而在上下岩浆岩体的中间部分存在一层约20cm的炭质泥岩夹矸（图3.5）。受这种地质条件所控制，该处的靠近顶板岩浆和底板岩浆的两个样品均为异常高变质煤，四个样的反射率均在5.5％以上，而在中部炭质泥岩附近的样品的反射率已回归正常值（反射率为1.87％）。同时，靠近岩浆处的四个样品的水分含量均较高而挥发分含量均较低，且规律明显。灰分含量在顶底板岩浆的不同处存在差别，在底板岩浆处样品的灰分含量较高。由该区接触变质特点可总结出如下规律：①岩浆接触变质的影响范围一般都在约1.5个岩体宽度的范围内；②煤层中的夹矸可起到良好的隔热作用，如果岩浆岩体与煤层之间存在夹矸，则岩浆对煤层的各种指标的影响将显著减弱。③该处样品中靠近两个岩体的D5和D2样品的反射率均比D4和D1略低，而D5和D4均在离岩体约半个岩体宽度的范围内，这进一步证明了在离岩体约半个岩体距离内的煤（或焦化煤）的反射率测试可能失真的情况。

总结以上典型的五种类型可以得出如下结论：①无论是那种类型岩浆侵入均可引起接触带煤的煤级增高，挥发分降低，灰分和水分含量增高。但不同的侵入类型影响的程度不同，其中底板岩床的影响最大，而顶板岩床和岩脉的影响稍小。②岩浆侵入对煤的物理化学性质的影响受煤层的结构和非均质性的影响比较严重，如果岩浆岩体和煤层之间存在一层热传导较差的泥岩则可能减小岩浆的影响程度，但若存在一层传导性较好的砂岩则可能增强岩浆的影响程度。③无论是岩脉还是岩床，岩浆热对煤的物理化学性质的影响范围或距离均有限。岩床对上部煤层的影响距离较宽，约为1.5个岩体宽度，而对岩床之下影响的范围稍窄。岩脉对煤的影响范围一般在岩体周边1个岩体宽度内。④岩浆对煤的影响的变化规律还受到区域内的其他构造热事件、水文地质事件，以及其他热液事件所控制。如果在岩体周围存在流动的热液，则可能形成小范围的区域变质事件，从而形成不同的煤变质分带。⑤在离岩体非常近，一般在半个岩体宽度内，由于受天然焦化的影响，可能造成煤的反射率测试值失真并偏小的现象（孟庄矿和陶一矿）。这可能是由于靠近岩体周围煤的芳香碳官能团排列混乱或被破坏造成的。

总结岩浆侵入对煤的变质程度和煤质的影响可知，主要受以下几个因素控制：①岩体的规模及侵入产状；②离岩体的距离：距离越远，影响越小；③侵入部位：如侵入煤层顶板、底板以及层内均产生不同的影响，单层和多层侵入的影响不同等；④煤层中的夹矸的岩性：岩体与煤层之间的夹矸的岩性为泥岩，则由于其岩石致密，透气性差，热导率低，成为热的自然屏障；若为砂岩，则由于其透气性好，热导率高，可使岩浆热影响到更大的范围。

『陆』 郑庄-樊庄高阶煤煤层气评价成果与认识

孟庆春 张永平 郭希波

（华北油田公司勘探开发研究院，河北 062552）

基金项目：国家重大专项“山西沁水盆地煤层气水平井开发示范工程”（2011ZX05061）

作者简介：孟庆春，男，高级工程师，从事油田开发及煤层气开发研究。E-mail：yjy＿mqc＠petrochina.com.cn。

摘 要：本文详细介绍了中国山西沁水盆地煤层气的勘探开发历程、基本地质特征、主要成果和认识以 及煤层气的勘探开发新进展，特别是通过对“十五” 以来沁水盆地南部已探明郑庄-樊庄千亿立方米煤层气 田的评价工作的系统认识和总结，将有效指导煤层气的高效评价和开发。

关键词：沁水盆地；高阶煤；煤层气；评价；成效与认识

The Effect ＆ Knowledge on the Evaluation of the High Rank Coal CBM of Fanzhuang-Zhengzhuang

Meng Qingchun，Zhang Yongping，Guo Xibo

（Exploration and Development Institute of Huabei Oilfield Company，Hebei 062552，China）

Abstract：The paper detailedly introces the history，the essential geologic feature、the main resuls ＆ knowledge and the new progresses on the exploratory ＆ development of the CBM，in Qinshui Basin，Shanxi Province，China.Especially，the systemic knowledges and conclusions we have gained ring the evaluation work about the coalbed methane field in Fanzhuang and Zhengzhuang Block in the South of Qinshui Basin，where we have explored hundreds of billion cubic meter gas ring the ＂10th Five-Year Plan＂，will guide us to evaluate and exploit the CBM efficiently.

Key words：Qinshui Basin；high rank coal；coalbed methane；evaluation；effect ＆ knowledge

沁水盆地位于山西省中南部，北临五台山隆起、南坻中条山隆起、东依太行山隆起、西靠霍山凸起 与吕梁山隆起相望，盆地整体上呈北北东向展布，是我国第一个大型、整装、高丰度、高阶煤煤层气 田。沁水盆地面积2.7×10⁴km²，煤层气总资源量3.97×1012m3，占全国总量的10.8％。其中1000m 以浅的资源量为1.9×10¹²m³。沁水盆地共登记煤层气矿权20块，总面积14619.386km²。其中中国石 油7块，面积5169.076km²，中国石化1块，面积1057.29km²，中联煤9块，面积7910.25km²，地方 企业3块，面积482.78km²。

根据国际能源署的统计资料，全球煤层气资源量约（91～260）×10¹²m³，其中约90％分布在10个 主要产煤国（中国、美国、印度、澳大利亚、南非、俄罗斯、印度尼西亚、波兰、哈萨克斯坦和哥伦 比亚）。我国煤层气资源量非常丰富，煤层埋深2000米以浅煤层气资源总量为36.81×10¹²m³（与陆上 常规天然气资源量38×10¹²m³基本相当），可采资源量11×10¹²m³。煤层气资源量居世界第三（前两 位是俄罗斯、加拿大，煤层气资源量分别为113×10¹²m³、76×10¹²m³）。

沁水煤层气田一直是煤层气勘探开发的热点地区，从20世纪60年代开始勘探至今认为，该盆地是 目前是我国煤层气勘探开发最有潜力的盆地，也是我国煤层气勘探开发投入较大、研究程度较高、产量 最高的地区。截止2010年底，该区已有各类井1139口，上交煤层气探明储量超过1000×10⁸m³，沁水 煤层气田郑庄樊庄区块位于盆地南部，总矿权面积771.249km²，其中目前有采矿权面积193.1km²，截 止2010年底，已探明煤层气地质储量1152.54×10⁸m³。

通过对该区典型区块——郑庄-樊庄区块煤层气评价成效与认识的研究，对指导沁水盆地其它区块 下部煤层气资源的开发利用具有重要意义。

1 概况

1.1 勘探开发简况

1.1.1 煤层气勘探评价突破阶段

1997～1999年，中联煤层气有限公司在矿权区内钻探煤层气参数井和试验井4口，TL-004、TL- 006、TL-007、TL-010；1997年10月，中国石油天然气总公司新区事业部煤层气勘探项目部在樊庄 区块完成了晋试1井钻探，1998年，在樊庄区块晋试1井附近钻探晋1-1、晋1-2、晋1-3、晋1- 4、晋1 -5等5口井和晋试2、3、4三口评价井，1999年进行井组排水采气试验，除晋1-5井外，其 余5口井均获工业气流，单井日产气2839 ～3394m³，最高日产气量晋1 -2井达9780m³。1999年在郑 庄区块钻探了晋试5和晋试6井，分别获得了日产2736m³和1455m³的工业气流，最高日产气分别达到 3085m³、2721m³。2004年在郑庄区块补充钻探了晋试10井，2006年中国石油廊坊分院又钻探了6口 探井（晋试7、晋试8、晋试9、晋试11、晋试12和晋试13井），对煤层段进行了系统取心测试，获得 了大量的资料，并对3＃煤层进行了压裂试气，目前部分井的产量已经达到2000m³以上，产量还在稳步 上升。

1.1.2 资源评价、上交探明储量，规模开发阶段

2001年以来，中石油在樊庄区块上交煤层气探明储量上交煤层气探明含气面积247.69km²，探明储 量352.26×10⁸m³。2007年以来，在前期研究的基础上，华北油田通过大量深入的研究和大量现场评价 工作量的投入，完成二维地震185条1865.5km，测网密度达到0.5km×0.5km～2km×4km，完成三维 地震94.75km²，按照掌控资源、优选有利建产区，整体评价探明储量的原则，2008～2009年共钻探评 价井88口，上交探明含气面积408.05km²，上交探明储量693.06 × 10⁸m³，累积上交探明储量 1152.54×10⁸m³。

2005年12月15日，以樊庄区块煤层气羽状水平井晋平2井组的开钻为标志，拉开了煤层气田大规 模开发建设的序幕。中国石油华北油田分公司在樊庄区块开展水平井先导试验，钻探晋平2水平井井 组；截止到2010年底该区已有完钻井1139口，其中探井、评价井95口，羽状水平井66口，产能井（直井）978口，已经建成生产能力8×10⁸m³，并建成国内第一个数字化、规模化煤层气田，实现了商 业化运营。

1.2 主要地质特征

本区含煤地层主要是上石炭系太原组和下二叠系山西组。本溪组、下石盒子组均只含薄煤层或煤 线，未发现具经济价值的可采煤层。其中，主要可采煤层为二叠系山西组3＃和石炭系太原组15＃煤，平 面上分布较为稳定。

（1）构造特征。郑庄-樊庄3＃煤层顶面形态基本为西北倾的斜坡。区内断层走向主要为NE向，一般延伸较短。寺头、后城腰断层断距较大，达到100～350m，对构造起到控制作用，其中寺头断层延 伸贯穿全区。

（2）储层特征。煤储层物性特征表明孔隙度、渗透率低，樊庄区块孔隙度3.08％ ～10.9％，平 均6.41％。

郑庄区块孔隙度0.65％～10.5％，平均5.2％；压裂前煤层渗透率一般为（0.02～0.51）×10^-3μm²，平均0.12×10_-3μm²。

该区煤岩类型主要为光亮煤，有少量半亮煤及半暗煤。为碎裂结构煤、原生结构煤。

3＃煤多发育两组裂隙，近垂直层理。主裂隙长度一般为0.5～6.0cm，密度11～25条/5cm，高度 0.5～6cm；次裂隙与主裂隙近直交，长度受主裂隙控制，一般为0.5cm，密度7～8条/5cm。裂隙中充 填有少量矿物薄膜，裂隙连通性中等-好。

孔隙见气孔、组织孔、变形的组织孔、铸模孔、残留的变形胞腔孔、裂隙、缩聚裂隙、裂隙孔等。部分见充填矿物质条带的裂隙。可见裂隙垂直或斜交于层理现象。

煤岩显微组分以镜质组为主，根据山西组3＃煤层煤岩显微组分、煤质组分分析分析，显微组分以 镜质组为主，镜质组含量65.9％～83.4％，平均76.9％；惰质组含量16.6％～34.1％，平均23.0％。

煤岩煤质组分为中-低灰煤，煤岩灰分含量9.23％～20.37％，平均13.0％，属中-低灰煤；水分 含量0.7％～1.7％，平均1.2％；挥发分含量5.9％～7.8％，平均6.9％。

根据煤岩分析，本区煤岩热演化程度高，3＃煤镜质体反射率为（Ro）2.79％～3.98％，煤化程度 为三号无烟煤。

（3）煤层分布。樊庄总体上东南部较厚，往北西减薄，再至北西又增厚之变化趋势。区域上3^＃煤 厚度4.06～7.19m，一般4.0～6.0m，最厚固10-9＃厚度达13.65m，最薄为华固40-11井煤层厚度仅 为0.5m。郑庄北部煤层厚度＞6.0m，其余地区煤层厚度介于5.0～6.0m之间。

（4）煤层埋深。郑庄一樊庄区块整体上呈现东浅西深、南浅北深的变化趋势，樊庄埋深为300～ 750m；郑庄埋深为500～1337m。区块内大于1000m的部分主要位于郑庄的北部靠近马必的区域，其中 郑试60井最深为1337m。

（5）煤层含气性。根据煤含气量测试资料统计，樊庄区块3^＃含气量在17.1～25.29m³/t，15^＃含气 量在12.7～23.64m³/t；郑庄区块3^＃含气量在8.06～30.04m³/t，15^＃含气量在18.9～24.76m³/t。平均 含气量在20m³/t以上。煤层气吸附性：3＃煤吸附能力强，根据3^＃煤层煤岩等温吸附试验结果：煤层空 气干燥基最大吸附气量为31.51～41.44m³/t，兰氏压力3＃煤为2.09～3.38MPa。表明3^＃煤吸附能力强（图1）。

图1 郑庄3^＃等温吸附试验图

2 煤层气评价工作主要做法

主要包括以下几个方面：

一是重视早期普查和勘探研究工作，优选有利区带进行地质深入研究和评价井的部署钻探。该阶段 我们吸取一些经验教训，充分利用地震等勘探技术手段，进一步落实构造和储层展布特征，对于水平井 部署区域，更要开展三维地震，来提高对煤层的精细认识。

二是加强对产能的评价，提交优质可动用资源。除了开展单井点煤层气井排采以外，更加重视煤层 气井组的排采来提高认识，如晋试1井组的钻探和排采，为首次上交探明储量提供了充分依据。

三是重视对开发可行性的评价，在资源评价的基础上，我们更重视今后规模投入开发的可行性研 究，为提高产能建设的到位率做好技术支持。

四是通过对已开发区开发经验的总结，来优化我们的评价程序，指导下一步评价工作，目前基本形 成以少数资料经钻探—井组试采—提交探明储量—先导试验区—规模开发这样一个环节，各环节互相补 充，实现资源的有效评价和开发。

3 煤层气主要评价成效

3.1 累计探明千亿方大型、整装、高丰度大气田，为开发建设提供资源基础

郑庄-樊庄区块，以寺头断层为界划分为两个区块，断层以西为郑庄区块，以东为樊庄区块。截止 2010年底已上报探明含气面积729.88km²，探明储量1152.53×10⁸m³。其中，3＃煤探明含气面积 664.41km²，地质储量1088.21×10⁸m³；15^＃煤探明含气面积65.47km²，地质储量64.32×10⁸m³。探明 千亿方整装大气田（储量＞300×10⁸m³为大气田）。

郑庄区块山西组3号煤煤层气储量探明三个井区（晋试7、东大、里必），探明含气面积 482.19km²，煤层气地质储量800.27×10⁸m³；资源丰度达1.66×108m3/km2。其中晋试7井区含气面 积74.14km²，煤层气地质储量107.21×10⁸m³。东大井区3号煤层煤层气探明含气面积228.79km²，煤 层气地质储量384.57×10⁸m³。里必井区3号煤层煤层气探明含气面积179.26km²，煤层气地质储量 308.49×10⁸m³。

樊庄区块探明煤层气地质储量352.26×10⁸m³；资源丰度达1.58×10⁸m³/km²。其中山西组3号煤 层煤层气含气面积182.22km²，煤层气地质储量287.94×10⁸m³；太原组15号煤层煤层气含气面积 65.47km²，煤层气地质储量64.32×10⁸m³；资源丰度为0.98×10⁸m³/km²。

3.2 深化煤储层评价技术体系，优选有利建产目标区域

通过对储层资源参数（含气量、厚度）、地质参数（埋深、构造）、储层物性参数（孔隙度）评价 分类（表1），形成一套适合本区的煤储层评价技术体系。

Ⅰ类：构造简单，平缓，埋深＜800m，含气量＞20m³/t，煤层有效厚度＞5m，有效孔隙度＞5％；

Ⅱ类：断层较少，起伏不大，埋深800～1000m，含气量15～20m³/t，煤层有效厚度3～5m，有效 孔隙度3％ ～5％；

Ⅲ类：构造复杂，断层、陷落柱发育，埋深＞1000m，含气量＜15m³/t，煤层有效厚度＜3m，有效 孔隙度＜3％；

通过研究，掌握了区内含气量分布特征（一般在15～25m³/t之间，平均20.2m³/t，66％的井含气 量大于20m³/t），划分出3个Ⅰ类建产区、4个Ⅱ类区建产区、4个Ⅲ类建产区，为产能建设提供了有 利区块。

表1 煤储层参数评价分类表

续表

Ⅰ、Ⅱ类为优质可动用资源区块，作为2011～2012年产能建设的主力区块。主要分布在东大井区 中部和里必井区（图2）。

图2 沁水煤层气田郑庄区块P1s3号煤层有利区带划分图

3.3 不断深化认识，优化调整部署，为产能建设井位部署打下坚实基础

郑庄区块3^＃煤层已探明含气面积482.19km²，探明煤层气储量800.27×108m³。已钻探各类井397 口，其中钻探评价井88口，产能井（直井）304口，羽状水平井5口。完成二维地震129条 1558.5km，二维地震测网密度达到0.5km×0.5km ～2km×4km，三维地震94.75km²。有54口井排采，见气39口。其中日产气量＞3000m³/d，4口井；＞2000m³/d，10口井；＞1000m³/d，15口井；＜1000m³/d，10口井。

在区块整体评价的基础上，优选有利区带，进行产能建设，主要遵循以下原则：

（1）整体考虑，分步实施，优先考虑水平井部署；

（2）选择地质条件较好的位置优先部署，避开含气量15m³/t以下的区域；

（3）避开断层、陷落柱等不利位置，根据二维、三维地震资料进行构造解释和井位部署；

（4）部署区域的煤层埋深选择300～1000m之间，主要集中在800m以浅；

（5）直井采用300m的井距，同时考虑小井距（250m）井组和丛式井组进行产能对比；

（6）水平井的钻进方向以上倾为主，结合地质条件尽量在同一井组设计较多口的水平井。

根据以上原则，在揭示沁水煤层气高产富集规律的基础上，建立开发单元，指导有利区块优选及井 位标定，整体部署直井900口和水平井60口。

2008年郑庄9亿方产能建设方案，是以2007年对樊庄的开发认识为基础逐步改进而形成的，它从 根本上仍沿用了依赖多分支水平井的思想，且基本上是停留在室内技术的论证层面。2008年以977公 里的二维地震测线和东大43口评价井为认识基础，以水平井为主，直井为辅，部署区域在800m以浅 含气量大于15方/吨，部署水平井146口（水平井单井日产1.8万方），直井为116口（直井单井日产 2300方）。建产9.15亿方立方米。

2010年9月，根据二维地震资料及新井（20口评价井）资料的补充，对郑庄区块重新进行了构造 解释；结合对樊庄水平井钻井、排采效果的分析总结，樊庄投产水平井55口，开井50口，产气井36 口，日产气量24万m³，平均单井日产气量6700方，只有设计能力的37％，且郑庄区块较樊庄埋深深 300～500m，构造较樊庄复杂，水平井钻井难度大，国内外大规模开发煤层气的经验较少。认为水平井 为主的建产思路目前的技术条件尚不成熟，方案调整为部署水平井123口，直井450口，建产 9.15×10⁸m³。

2011年底在综合考虑地质因素和地面条件影响，对部署的井位和井数进行了修改和调整，部署水 平井60口，备用9口；直井900口，备用214口，同时考虑丛式井。建产9.1×10⁸m³。

4 几点认识

4.1 断块内部构造复杂，小断层和陷落柱发育

沁水盆地位于华北地台中部，为一个宽缓的复向斜，褶曲和断裂主要是形成于燕山期，喜马拉雅期 又有所改造，形成了现今改造。总体构造形态为一走向北北东，倾向北西，倾角一般在5°～10°的单斜 构造，伴有宽缓褶曲和小型断裂，致使局部地层倾角达10°以上。其主要构造是一系列褶皱，局部见压 性断裂，它们的延伸方向大致为北东25°，该褶皱带虽普遍发育，但规模不大，一般10～20km，极为开 阔平缓，两翼岩层倾角在10°左右，最大20°，相对背斜而言，向斜显得更为开阔，压性断裂不发育。

研究区内寺头断层和后城腰断层的属于较大断层，断距比较大、延伸长度比较远，对构造起着重要 控制作用。其中，寺头断层位于郑庄区块东部，是郑庄、樊庄两个区块的分界断层，断层由南—北，走 向NE60°-NE25°，倾向NW-NWW，为喜马拉雅期形成的张性正断层，断层断距在100～350m，全长 40km，在工区内延伸35km，贯穿全区。该断层对郑庄区块-樊庄区块的地质结构和构造格局有着比较 重要的控制作用，断层下降盘的郑庄区块，地层埋深明显加大。后城腰断层位于郑庄区块的东南部，呈 NE走向，倾向SE，断层断距100 ～450m。

寺头正断层两侧为山西组一太原组地层与上石盒子组地层相接触，断层本身不导水和整体上导水性 差。除上述主要断层外，发现一些断距不大的次级正断层，可能起局部导水作用。

通过二维、三维地震资料构造精细研究，郑庄区块构造复杂，小断层发育，陷落柱较多。主要发育 NE向正断层，另有部分NNE或NEE向展布的正断层。大部分断层断距比较小，一般小于60m；断层 延伸长度多数也比较短，一般在3～7km。断层倾角为50°～60°，产状比较陡。已经解释出褶皱构造30 多个，以北东和南北向为主，解释断层350条，疑似陷落柱29个，为产能部署特别是水平井部署提供 了有利的支撑。

樊庄区块地震资料较少，二维地震56条仅307km，且分布不均匀，对樊庄区块构造解释有影响。主要是勘探初期，普遍认为郑庄-樊庄区块整体地层宽阔平缓，区内断层稀少，属构造相对简单的斜坡 带。近几年根据实钻结果和二维、三维地震资料看，区内构造较复杂，小断层和陷落柱比较发育，与以 前的认识差异较大。由于小断层和陷落柱发育，对水平井钻探不利。

从樊庄区块几年来排采经验看，煤层产气量和断层和陷落柱有很大关系，断层和陷落柱附近煤岩破 碎，乃至缺失，不利于煤层气的富集，如华固24-2井钻遇陷落柱，3^＃煤层缺失。

郑试35井-郑试43井所在区域（图3）、晋试97-郑试39井所在区域（图4）及郑试25井所在 区域。

图3 郑试35井—郑试43井区域含气量图

图4 郑试97井—郑试43井区域含气量图

郑试35井到郑试43井所在区域靠近寺头断层，区域内NNE向伴生小断层发育，而郑试35井和郑 试43井均处于断层边缘，距离断层不超过一百米。断层切割煤层会破坏顶底板的封存性能，加速煤层 气的解析、逸散。而部分断层可能沟通煤储层附近含水层，导致煤储层物性变差，并伴随煤层气的溶解 流失。因此，郑试35井到郑试43井区域内含气量普遍较低，两个井的含气量只有3.24m³/t和 8.06m³/t。

郑试97井-郑试39井所在区域和郑试25井区域与之类似，郑试97井-郑试39井区域位于寺头 断层与后城腰断层之间，区域内伴生小断层较多，是区域的含气量普遍较低。郑试39井距断层不超过 100m，郑试97井距离断层较远，大约300m，两口井的含气量也均低于16m³/t。郑试25井距离断层不 到100m，含气量只有11.78m³/t。

规模较小的断层，使岩层破碎，增强了含水岩系内部各含水层之间的水力联系，富水性相对要好，煤层顶板突水量相对其它地段明显增大。因此，上述三个区域均属于以断层为主要原因的低含气量 区域。

4.2 煤层厚度较大，埋深适中，埋深大于1000米仍具有较好产气能力

钻井资料表明，3^＃煤层厚度为3.55～7.35m，一般5～6m，平均5.4m；15＃煤层厚度变化大厚度（1.85～6.7m，一般2.6～5.5m）平均3.50m。

本区主力煤层3^＃煤层埋深在300～1300m之间，樊庄西南部成庄区块的埋深小于300米，大部分地 区埋深300～500m，郑庄北部大于1000m，南部寺头断层和后城腰断层地堑中埋深大于1000m，大部分 井区在300～1000m之间，郑庄地区3＃煤层埋深较浅的区域含气量普遍较低。例如郑试86井-郑试89 井区域（图5、图6），在一定范围内，随着埋深的增加，地层的压力提升明显，煤吸附甲烷的能力与 地层压力（埋深）成正比。郑试86井-郑试89井区域煤层埋深在300～600m之间，因此，煤储层吸 附能力较差，导致含气量偏低。

图5 郑庄地区3^＃煤埋深等值线图

图6 郑庄地区3^＃煤含气量等值线图

晋试11井区块与之类似，晋试11井区域3^＃煤层埋深较前一区域深，但也不超过700m，并且，两 个区域均有断层穿过，在一定范围内导致了煤层气的逸散。

因此，上述两个区域属于以埋深较浅为主要原因的低含气量区域。导致含气量偏低的其他原因包括 断层切割等。

本区主力煤层由于煤质好、镜质组含量高、加之热演化程度高，因此煤岩生气强度大、割理裂隙发 育，在埋深大于1000m的区域仍具有一定的渗透性和较高的产气能力。目前，郑庄区块总计有41口井 煤层1000m以深的区域，其中有19口井进行了试采，有9口井获得了稳产工业气流，有2口井在获工 业气流前关井，其余8口新井目前正在排采。证实了沁南地区埋深1000m以下区域具有较好的开采价 值。目前，工业气流井最大深度已达到1336.9m。

郑试60井：3^＃煤层埋深1336.9m，2008年9月5日投产，10月8日解析见套压，稳产气量在 2000m³以上，稳产时间达到139天。郑试53井：15＃煤层埋深1133.2m，2008年8月26日投产，10月 17日解析见套压，稳产气量在2000m³以上，稳产时间达到129天。

4.3 煤层顶底板对煤层气的赋存有较大的影响

煤层顶底板岩石的物性特征对煤层气的封闭和保存起着重要作用。在一定范围内，造成含气量差异 的主要因素为工区内的埋深和顶底板岩层的组合特征、煤层厚度及其构造特征等，致使煤层含气量分布 在一定范围内，具有一定的分布规律性。

良好的封盖层不但可以阻止煤层气的垂向逸散，保持较高的地层压力和煤层气的吸附量，而且还可 阻止地层水的垂向交替，减少煤层气的逸散量。沁水盆地含煤地层3^＃煤层为二叠统山西组，其上覆地 层为二叠统石盒子组，在上覆地层中发育着较稳定的泥岩，对煤层气的保存具有良好的封闭作用。这种 封闭作用主要体现在盆地南部的东西部由于煤系地层的强烈剥蚀，其封闭条件较差。

当顶板为泥岩类隔水层时，有利于煤层气的保存与富集，但在泥岩类隔水层相变为砂岩的局部地段 特别是砂岩上又有泥岩覆盖的地方则有利于煤层气的地面开发。

当煤层的顶底板为含水层时，顶底板含水层中的地下水可以和煤层中的地下水产生压力互动、流体 互补现象，一旦在煤层或其顶底板含水层中产生流体流动，则将引起煤层-煤层顶底板含水层系统的共 同响应。进而可以导致大范围内煤储层压力的下降和煤层气的解吸。

最新研究结果表明：区内15^＃煤层底板一般厚度为1.0～2.55m的泥岩，局部为粉砂岩；3^＃煤层 底板为泥岩、粉砂岩，二个主要煤层的底板岩性均具有较好的封挡性能。相对而言，虽然3^＃煤层底 板的粉砂岩多于15^＃煤层，封挡性略逊于15^＃煤，但对于以吸附气为主的煤层气做来说，不会影响 太大。

郑试53井区域、郑试15井-郑12 -7井区域和郑试61井-郑试49井区域（图7、图8）：

图7 郑庄区块3^＃煤顶板与含气量示意图

图8 郑庄区块3^＃煤底板与含气量示意图

郑庄地区3^＃煤层顶底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主，具备很好的封堵效果，但郑试53井所在区域 顶板为灰岩，郑试15井-郑12 -7井所在区域顶底板均为泥质砂岩，两块区域顶底板的封堵效果不及 泥岩区域，导致含气量与周边区域相比较低。

此外，郑庄区块东北角郑试61井-郑试49井所在区域（图9、图10）尽管埋深条件较好，且构造 条件简单，但是因为郑试61井顶底板泥岩厚度较薄，郑试49井区域顶板岩性为泥质砂岩，封堵效果不 好，导致含气量较低。

图9 郑庄区块3^＃煤顶板厚度与含气量图

图10 郑庄区块3^＃煤底板厚度与含气量图

因此，上述三个区域均属于以顶底板封存能力较差为主要原因的低含气量区域。

5 结论

（1）形成一套煤层气评价的工作程序。

（2）煤层气评价工作是获得千亿立方米煤层气探明储量的重要保障。

（3）郑庄樊庄区块煤层气评价工作所取得的认识为今后类似区块的评价提供了借鉴。

（4）评价研究成果为煤层气合理开发技术政策的制定和开发部署调整提供了重要依据。

（5）评价工作丰富了对煤层气富集高产的认识，即煤层气实现高产，深度不是瓶颈。

参考文献

［1］冯三利，叶建平.中国煤层气勘探开发技术研究进展.中国煤田地质，2003，（6）.

［2］钱伯章等.煤层气开发与利用新进展.天然气与石油，2010，（8）.

『柒』 煤炭化验和煤质分析是一个意思吗

基本一样，河南省鹤壁市银海仪器有限公司生产的煤质仪器、煤质化验设备、量热仪、测硫仪、工业分析仪、测硫仪器|煤质仪器|煤质分析仪器|煤炭化验设备|煤炭分析设备|煤焦化验仪器|化验煤的设备|化验煤的仪器量热议 发热量仪器 发热量设备不错

『捌』 晚二叠世煤矿区煤质及煤岩综合特征

1.晚二叠世煤矿区煤质及煤岩综合特征

（1）煤质化验综合特征

按新《煤炭地质勘查规范》说明，一个矿区（井田）煤层的最高灰分（或硫分），是指该煤层全部可采见煤点的灰分（或硫分）平均值。昭通地区晚二叠世煤层之煤质，在东部海陆交互区为中灰、中高 高硫煤，向西过渡为陆相沉积区后，为中高-高灰、低-特低硫煤。煤类以无烟煤为主，东部小部分（新庄煤矿区）为贫煤，如表6-18所示。

图6-14 丁木树煤矿区地质图

表6-17 丁木树煤矿区煤质化验成果表

表6-18 各矿区分煤层平均煤质化验成果汇总表

续表

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煤质变化规律。昭通晚二叠世镇雄煤田和盐津煤田煤层之主要煤质变化，由东部海陆交互相区向西部过渡为陆相区时，灰分由低变高、硫分由高变低。在洛旺向斜（不含洛旺）以东海陆交互相沉积的主要矿区，以20.01%～30.00%的中灰煤为主，一般灰分为22%，少数为10.01%～20.00%的低中灰煤，其中，新庄向斜北翼C₅煤层灰分最低，为15%左右，镇雄、以古矿区 C₅煤层也低于20%；母享、则底煤矿区因煤层较薄，灰分略超过30%，为中高灰煤。洛旺向斜及其以西的庙坝、兴隆等煤矿区，因接近沉积边缘陆源物质供给区，煤层灰分增高，为30.01%～40.00%的中高灰煤，灰分26.20%～38.99%，平均31.50，再向西至绥江五角堡矿区所开采的2～4层煤中，灰分41.29%～45.26%，平均43.04%，为高灰煤。一般在一层煤中，上、下部灰分较高，中部灰分较低。煤的硫分，大致以洛旺矿区南界—庙坝煤矿区一线为界，以西为低硫 特低硫区，但兴隆向斜中部以东几层可采煤层有低硫也有中高硫，反映其局部仍受海水影响。此线以东镇雄煤田各矿区，为中高硫—高硫煤层。所采煤样化验结果，多为中高硫煤，也有低硫煤点；已勘查的墨黑煤矿C₅煤层20个样中，全硫2.43%～8.84%，平均4.12%，目前勘查的观音山矿段302钻孔所采的煤层样全为高硫煤。一般在一层煤中，上、下部含硫较高，中部含硫较低。最典型的宏观可见的黄铁矿结核，是木卓乡坡上煤矿C₅煤层上部0.50m含大量黄铁矿结核，似砾石状结构，坚硬如石板，称蓬炭或打铁炭，向东南至石坎向斜六井煤矿，C₅煤顶部也见扁豆状蝌蚪状结核。可见各煤矿区在平面上和煤层垂向上，硫的分面不均匀，这是由于滨海平原网状河潮坪沼泽环境的不均匀性造成，网状河道是潮汐通道，受微地形影响，在普遍受海水影响的高硫煤大背景下，也有局部低硫煤存在，高、低硫带的方向大致为北西向，有待以后勘探时注意证实。

全区主要可采煤层C₅、C₆，具有下部的C₆煤层灰分较高、硫分低，向上至C₅煤层灰分降低，硫分增高的明显规律。

（2）煤岩鉴定特征

宏观煤岩特征。以半暗型—半亮型为主，一般都具有条带状及线理状结构，光亮条带与暗淡条带常呈互层状出现。长透镜状结构也常见，它往往是丝炭层以大小不等的透镜状、扁豆状顺层分布形成的。煤层外生及内生裂隙均较发育，普遍有摩擦痕迹及滑动镜面出现，表明该地区的煤层普遍经受过较强地壳应力作用。丝炭体及煤裂隙中普遍具矿化现象，多数为方解石矿化充填，少数为黄铁矿矿化。丝炭体普遍矿化，且矿化后变硬，密度增大，这是本区煤炭的一个特点。

显微煤岩特征。有机组分：显微煤岩组分中的镜质组、惰质组以及壳质组均可见到，但以镜质组占绝大多数，占80%以上，惰质组含量不多，以半丝质体及丝质体为主，一般约占2%～4%。壳质组一般较惰质组为多，这些样品其变质程度虽然介于贫煤—无烟煤间，但壳质组分在反射光下的色调和反射力仍然与其他组分可以区别，所以单独将它们鉴别出来，为了区别于烟煤变质阶段的正常壳质组分，故在该组分前面冠以“变”字，以示本区该组分的特点。无机组分：粘土类、硫化物类、碳酸盐类及氧化硅类均有出现。其中以黏土类为主，其次是硫化物（黄铁矿），碳酸盐类和氧化硅类含量较少，由于黄铁矿是影响本区硫含量高的主体因素，本书专对它的特征进行分析，如表6-19所示。

表6-19 煤质化验及煤岩鉴定成果表

续表

煤中黄铁矿赋存状况及特征分析。宏观煤岩鉴定中的黄铁矿赋存状况。煤层是块粉混合状出现者较多，完整块状层及细碎的粉状层均较少，样品的大部分（约占90%）所含黄铁矿均未形成明显的独立分层，也未见在顶部、底部或夹矸层中成小层独立出现。基本上是以肉眼辨别不出的形态在有机质中隐蔽出现。但在暗淡型或半暗型煤中，约有10%的样品内肉眼可见黄铁矿颗粒或黄铁矿被地下水淋滤后留下的氧化铁膜痕迹。说明在暗淡型或半暗型煤中黄铁矿可能存着相对集中的趋势。肉眼可辨黄铁矿可分为三类：一类以结核状出现，其较小者2～20mm，较大结核20mm×60mm，一般以约10mm×30mm的长透镜状出现在暗淡分层中；第二类在裂隙、节理缝中以充填状出现；第三类是星点状结晶体状（0.5～1mm）散布于暗淡的煤分层或丝炭层中（如镇雄梨子梗）。肉眼可辨别的这部分黄铁矿在洗选中较易去掉。

（3）显微煤岩鉴定中的黄铁矿综合分析

各矿点的所有样品均普遍见到数量不等、形态各异的黄铁矿微粒。这可能与该区属泻湖潮坪相成煤、成煤时泥炭沼泽受海水影响直接有关。黄铁矿是与有机质紧密共生的。其在有机质中的形态有：①莓粒状、微粒状、微结核状或自形晶体状、细胞腔充填状和微裂隙充填状，粒状体的大小在4～50μm间，一般10～40μm。②矿化有机质的团块，呈似层状延伸，显微层厚和延伸长度为（10～35）μm×（100～200）μm。据目前已获得的资料分析来看，调查区内煤中硫是以黄铁矿硫为主（大部分样品的全硫成分中还含有约10%～30%的有机硫），黄铁矿在煤中的嵌布及赋存形态存在差异，除极少数为结核状的黄铁矿很容易剔除外，绝大多数是以显微镜才可以识别的微粒形态与有机质紧密共生的，这就给选煤脱硫提出了需要重点攻关的课题。调查区的煤层存在随样品粒度的减小全硫含量逐渐降低的趋势。因而选煤脱硫的工艺似应在小粒度级别上进行研究。以找出回收率要高、脱硫效果又要好的先进的工艺方法。

『玖』 什么是煤质

煤质就是煤炭质量，是指煤炭的物理、化学特性及其适用性，其主要指标有灰分、水分、硫分、发热量、挥发分、块煤限率、含矸率以及结焦性、粘结性等。

产品质量是企业赖以生存和发展的基础，是企业各项工作的综合反映。生产适销对路、品种优良的产品，是社会主义生产企业的重要任务和社会主义生产目的的客观要求。产品质量是指产品、过程或服务满足规定或潜在要求（或需要）的特征或特性的总和。质量有狭义质量和广义质量之分。狭义质量是指产品质量和有关的工作质量；广义质量不仅指产品质量和有关的工作质量，而且还包括产品形成的过程质量和服务质量等，它把产品质量、过程质量和服务质量三者放在同等重要的地位加以考虑，更加体现了在市场经济条件下，人们对产品质量的高度重视和质量在竞争中的决定作用。

『拾』 煤质化验的全过成讲解

煤炭实验室常用的仪器设备有哪些?煤质化验的质量指标不同，煤质检验实验室所需要配备的煤质仪器也就不一样，要了解煤炭检验检测需要哪些全套设备，必须得了解煤炭检验检测主要的内容，了解煤炭检验的主要煤炭质量指标，这样就能知道在做煤炭化验实验时需要用的哪些设备了。下面鹤壁市华诺电子科技有限公司就为您推荐一下常用的煤炭实验室仪器设备有：
1、量热仪系列：用于测定煤炭的热值、发热量。
2、定硫仪系列：用于测定煤中全硫的含量。
3、水份测定仪系列：用于测定煤中水份的含量。
4、碳氢元素分析仪：用于测定煤中碳氢元素的含量。
5、灰熔点测定仪(灰熔融性测定仪)，用于测定煤炭的灰熔融性。
6、煤炭工业分析仪器系列
7、煤炭破碎制样系列：颚式破碎机，密封锤式破碎缩分机，破碎缩分联合制样机，密封式制样粉碎机等
8、煤炭的称量仪器系列：用于煤样的称重、称量，主要包括电子秤和万分之一电子天平等。
另外根据实际需要还可以配备碳氢测定仪系列、灰熔融性测试仪系列、胶质层测定仪系列、粘结指数测定仪等常见化验仪器设备。