王令辉 煤的工艺性能及工业用途.docx
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王令辉煤的工艺性能及工业用途
中国矿业大学银川学院
本科毕业论文
（2014届）
题目宁夏红寺堡开发区线驮石矿区
井田煤的工艺性能及用途
系别矿业工程系
专业地质工程（资源勘查工程）
年级2010级
学生姓名王令辉
指导教师李新安
二0一四年五月四日
中文题目：
宁夏红寺堡开发区线驮石矿区大井沟井田煤的工艺性能及用途
英文题目：
NingxiaGongSiBaodevelopmentzonelinescarrystoneminingarea
Theprocessperformanceandusageofcoalminingfield
毕业论文共（14）页
完成日期2014年5月4日
答辩日期2014年5月8日
摘要
根据煤炭详查设计的要求，将设计内容划分为井田地层特征、井田构造特征、井田煤层特征、井田煤层对比、井田煤的物理化学性质特征、井田煤的工艺性能和工业用途、井田水文地质特征、井田开采技术条件、井田勘探方法选择、井田资源量估算十个专题。
为了完成《宁夏回族自治区吴忠市线驮石矿区大井沟井田煤炭详查设计》，本人承担煤的工艺性能和工业用途论述工作，在以往勘查研究成果的基础上，论述煤的工艺性能，评价煤的工业用途方向，结合井田开展详查工作目的任务，为井田的详查选择勘查方法和勘查工程部署提供依据。
根据煤炭详查设计的要求，将设计内容划分为井田地层特征、井田构造特征、井田煤层特征、井田煤层对比、井田煤的物理化学性质特征、井田煤的工艺性能和工业用途、井田水文地质特征、井田开采技术条件、井田勘探方法选择、井田资源量估算十个专题。
1井田概况
1.1井田位置与交通
大井沟井田位于吴忠市红寺堡区线驮石矿区东南部，属于线驮石矿区的一部分。
西北与湾岔沟井田为邻，行政区划属以大井沟为界，大井沟以北属吴忠市红寺堡区大河乡管辖，以南属同心县河西镇管辖。
地理极值坐标：
东经105°57′45″～106°00′15″,北纬37°08′00″～37°10′45″。
井田东西最宽约2.2km，南北最长约5km，面积为10.26km2。
井田范围由24个拐点组成（北京54坐标系统），坐标见下表1-1：
表1-1大井沟井田探矿权范围拐点坐标表
点号
地理坐标（54）
平面54坐标（105度）
平面80坐标（105度）
经度X
纬度Y
Y
X
Y
X
1
105:
57:
45
37:
10:
45
585474.823
4116901.558
585391.638
4116846.327
2
105:
59:
00
37:
10:
45
587324.977
4116920.545
587241.800
4116865.374
3
105:
59:
00
37:
10:
30
587329.773
4116458.098
587246.612
4116402.925
4
105:
59:
15
37:
10:
30
587699.825
4116461.944
587616.665
4116406.783
5
105:
59:
15
37:
10:
15
587704.641
4115999.497
587621.496
4115944.334
6
105:
59:
30
37:
10:
15
588074.713
4116003.359
587991.570
4115948.208
7
105:
59:
30
37:
09:
45
588084.385
4115078.466
588001.272
4115023.311
8
105:
59:
45
37:
09:
45
588454.498
4115082.344
588371.387
4115027.200
9
105:
59:
45
37:
09:
30
588459.353
4114619.897
588376.257
4114564.751
10
106:
00:
00
37:
09:
30
588829.486
4114623.792
588746.391
4114568.658
11
106:
00:
00
37:
09:
00
588839.237
4113698.899
588756.172
4113643.761
12
106:
00:
15
37:
09:
00
589209.410
4113702.810
589126.347
4113647.684
13
106:
00:
15
37:
08:
00
589228.987
4111853.028
589145.984
4111797.893
14
105:
59:
30
37:
08:
00
588118.222
4111841.348
588035.214
4111786.177
15
105:
59:
30
37:
08:
15
588113.390
4112303.793
588030.367
4112248.624
16
105:
59:
00
37:
08:
15
587372.921
4112296.087
587289.894
4112240.894
17
105:
59:
00
37:
08:
45
587363.336
4113220.976
587280.279
4113165.788
18
105:
58:
45
37:
08:
45
586993.142
4113217.147
586910.083
4113161.947
19
105:
58:
45
37:
09:
00
586988.369
4113679.592
586905.296
4113624.394
20
105:
58:
30
37:
09:
00
586618.196
4113675.780
586535.121
4113620.570
21
105:
58:
30
37:
09:
30
586608.690
4114600.670
586525.585
4114545.464
22
105:
58:
15
37:
09:
30
586238.558
4114596.873
586155.451
4114541.655
23
105:
58:
15
37:
10:
00
586229.090
4115521.765
586145.953
4115466.552
24
105:
57:
45
37:
10:
00
585488.907
4115514.220
585405.767
4115458.983
井田位于109国道和银（川）—平（凉）公路之东，盐（池）—兴（仁堡）公路之南。
西北距中宁县城约50km，向南30km可到达同心县城火车站与中宝铁路相连。
向北约5km井田有简易砂石路与盐（池）—兴（仁堡）公路相连；向南有简易专线公路与银—平公路相连，交通较为便利。
1.2自然地理与经济状况
1.2.1自然地理
井田内地形高差较大，属剥蚀残山丘陵地貌。
井田北东部沟壑纵横，风和地表水的侵蚀冲刷以及强烈构造作用力的影响，地形相对高井田内地形高差较大，属剥蚀残山丘陵地貌。
井田北东部沟壑纵横，风和地表水的侵蚀冲刷以及强烈构造作用力的影响，地形相对高差较大，为基岩出露区。
南西区地势较平坦,为第四纪地层所覆。
地势北东高而西南低，海拔标高1560.1-1723.1m，相对高差一般162m左右。
井田属中温带半干旱大陆性气候，冬季寒冷漫长，夏季酷热，冷热多变，昼夜温差悬殊。
春秋为多风季节，最大风力达8级，一般为5～6级，全年多为北及西北风，春季时沙尘暴天气频繁。
据2002年宁夏气象资料，最高温度7月份，平均为22～30℃;最低气温1月份，平均为-8～-10℃，昼夜温差大；降雨多集中在7、8、9月，年平均降雨量为250～300mm，年蒸发量2000mm以上，无霜期约在4月上旬至10月底。
区内冻土厚度0.6～0.8m。
无长年性地表径流，仅有较大冲沟为雨季洪水排泄之通道，雨后短期即干涸。
1.2.2地震稳定性
井田地处贺兰山至六盘山南北向构造带，据宁夏回族自治区地震资料记载，1739年1月3日平罗银川地震8级，1920年12月16日海源地震8.5级，1971年6月28日吴忠地震5.1级，1982年4月14日海源县地震5.7级。
井田地震动峰值加速度值0.15g,对照地震烈度Ⅶ度。
1.2.3经济概况
井田内以回族为主，受自然条件限制乡村无工业，乡村生活条件落后，多靠国家救济、属自给自足型经济，以农牧业为主，现附近除少量放牧人员留守外，已全部迁居红寺堡区和同心县城附近。
井田区附近有通往乡村的高压线路，附近有地方小煤矿、经济欠发达，劳动力主要为附近及外来务工人员。
1.3井田内以往地质工作程度
1.3.1地质工作
线驮石矿区以往地质工作较多，但大部分为基础地质工作，如1960年宁夏煤管局地质处提交的“宁夏中南部地区普查找煤报告”，1969年煤炭部139勘探队提交“烟洞山～香山一带煤田地质调查报告”均涉及本区，为矿区普查找煤工作奠定了基础。
矿区近年来煤炭勘查工作较多，最近的地质工作有：
其中基础地质方面主要有：
1、宁夏地质调查院于1995年提交出版的《马家河湾幅1：
5万区域地质图说明书》。
2、宁夏地质调查院于1999年提交出版的《纪家幅1：
5万区域地质图说明书》。
其中煤炭勘查方面主要有：
1、宁夏煤炭工业地质勘探队于1975年9月提交的《宁夏同心县线驮石勘探区普查勘探地质报告》、宁夏煤炭工业地质勘探队于1989年提交的《宁夏回族自治区同心县土坡煤田线驮石煤矿地质勘探报告》、宁夏地质调查院于2003年提交的《宁夏同心县线驮石煤矿区矿产资源储量报告》等资料。
2、2002年宁夏地质调查院在进行中宁县长山头—同心县马家河湾煤层气勘查工作时在该井田进行了大比例尺地质测量和剖面测量工作，提交有年度工作报告。
3、2006年初宁夏煤田地质局开始线驮石矿区湾岔沟井田勘探工作，2007年8月完成了《宁夏吴忠市红寺堡开发区线驮石煤矿区湾岔沟井田勘探报告》。
4、2007年初宁夏煤炭勘察工程公司开始线驮石矿区大井沟井田普查工作，2010年2月完成了《宁夏回族自治区吴忠市线驮石矿区大井沟井田煤炭普查报告》。
1.3.2地质成果
1、地质方面1：
5万区域调查资料基本查明了线驮石矿区的地层展布和构造特征，重新厘定了地层层序，将黑阴凹山出露的香山群时代从晚寒武世变更为中-晚奥陶世；将羊虎沟群厘定为土坡组；将原太原群和山西组合并为石炭～二叠系太原组,将原上石盒子和下石盒子组合并为大黄沟组,将原石千峰组厘定为红泉组。
2、《宁夏同心县线驮石勘探区普查勘探地质报告》，勘查面积60km2，完成槽探1016.2m3；钻孔15个，进尺6752.76m，其中甲级孔3个，乙级孔4个，甲、乙级孔占施工孔数的47%，在11个见煤钻孔中，孔斜度未超规定的仅有3个，合格率27%。
该报告初步查明了勘探区主要含煤地层的分布范围、构造形态、主要可采煤层的层数、层位、厚度、结构、煤质及横向变化，煤层对比基本可靠。
报告共获得333+334资源量19510.4万吨，其中333资源量4168.8万吨。
3、《宁夏回族自治区同心县土坡煤田线驮石煤矿地质勘探报告》，范围东界为F11断层，西界为线驮石西侧正断层，北以十七煤露头线为界，南部以+1250m水平为界，东西长约3km，南北宽约1km，面积3km2，共完成1：
10000地形地质测量5.5km2，槽探660m3；钻探2566.88m/27个，其中特级孔2个，甲级孔17个，乙级孔8个，特甲级孔率70.4%，测井1772m/12个。
4、《宁夏吴忠市红寺堡开发区线驮石煤矿区湾岔沟井田勘探报告》，范围东部以线驮石正断层或煤层风氧化带底界为界，其余以各煤层的探矿权范围为界，深部以+800m水平为界，东西最宽约2.78Km，南北最长约2.6Km，面积为5.29Km2，共完成1：
10000地形地质测量6km2，钻探7262.14m/14个，其中特级孔1个，甲级孔3个，乙级孔10个，特甲级孔率28.6%，测井7137.15m/14个。
本勘探报告获得各类煤炭资源量总计5906万吨。
其中：
低硫分煤炭资源量3075万吨,占各类煤炭资源总量的52.1%。
高硫分煤炭资源量2830.9万吨，占各类煤炭资源总量的47.9%。
宁夏矿产资源储量评审中心于2007年12月31日下发了宁储审发[2007]91号《关于发送宁夏吴忠市红寺堡开发区线驮石矿区湾岔沟井田勘探报告评审意见书的通知》予以批准。
5、《宁夏回族自治区吴忠市线驮石矿区大井沟井田煤炭普查报告》，范围东部以线驮石正断层为界，其余以各煤层的探矿权范围为界。
完成1:
10000地质、水文地质填图11.00km2；二维地震测线8条，测线总长29.74km，地震物理点1317个；施工煤田钻孔6个，累计进尺5198.74米；地球物理测井钻孔6个，累计测深5008.60米；完成E级控制测量GPS点8个、工程点测量14个；各类样品测试54件。
其中乙级孔5个，丙级孔1个，乙级孔率83%。
本普查报告获得各类煤炭资源量总计11200万吨。
其中：
硫分<3%煤炭资源量5722.4万吨,占各类煤炭资源总量的51.1%。
硫分>3%各类煤炭资源量5477.6万吨。
宁夏矿产资源储量评审中心于2010年3月18日下发了宁矿储评字（2010）24号《宁夏回族自治区吴忠市线驮石矿区大井沟井田煤炭普查报告》评审意见书予以批准。
上述各地质成果对大井沟井田构造复杂程度、地层、煤层、煤质变化了解有很重要参考作用。
1.4其它情况
井田内无开采矿井，有附近农民私挖的个别小窑，现已停止采挖。
井田西北侧约10Km处有石炭沟煤矿以斜井开拓方式开采十七煤，现在年产原煤15万吨左右，目前该矿正在生产之中。
紧邻湾岔沟井田西北侧的芦草井沟煤矿于2008年4月开始建矿，2011年1月试生产，首采五煤，设计年生产能力60万吨，目前该矿正在生产之中。
2煤的工艺性能
2.1煤的黏结性和结焦性
在挥发分检测时，煤焦渣特征多为2～3。
本井田煤没有黏结性。
2.2煤的发热量
各可采煤层的发热量统计结果（见下表2-2-1）表明：
井田内原煤干基高位发热量为17.991～30.464MJ/kg，平均25.058MJ/kg；原煤低位干基发热量为16.523～29.697MJ/kg，平均24.378MJ/kg。
按GB/T15224.3-2010《煤炭质量分级：
发热量》国家标准（按Qgr.d分级），31个可采煤样中，9个为高发热量煤占29%，10个为中高发热量煤占32%，7个为中发热量煤占23%，5个为中低发热量煤占16%（图2-2-1），中高发热量和高发热量煤占61%。
本井田可采煤层以中高发热量和高发热量煤为主，次为中发热量和中低发热量煤。
各可采煤层原、浮煤发热量结果统计表表2-2-1
煤层号
原煤发热量（MJ/kg）
浮煤发热量（MJ/kg）
分级
Qgr.d
Qnet.d
Qgr.d
Qnet.d
五
19.952-30.464
26.929（9）
19.372-29.697
26.258（9）
29.948-33.692
31.737（6）
29.212-32.751
30.950（6）
中高发热量煤
六
24.362-27.635
25.907（4）
23.712-26.964
25.235（4）
32.519-33.810
33.164
（2）
31.715-33.017
32.366
（2）
中高发热量煤
十四
21.660-26.242
23.812（5）
20.992-25.613
23.167（5）
31.015-33.731
32.572（4）
30.268-32.833
31.786（4）
中发热量煤
十六
21.101-27.994
25.084（4）
20.506-27.253
24.417（4）
28.560-34.482
31.471（3）
27.872-33.692
30.743（3）
中高发热量煤
十七
17.991-29.805
23.488（9）
16.523-29.142
22.771（9）
23.433-33.447
30.593（6）
22.628-32.667
29.845（6）
中发热量煤
在垂向上，五、六和十六煤为中高发热量煤，十四和十七煤为中发热量煤，由上而下煤层发热量值总体降低。
平面上五和十四煤发热量沿倾向方向降低，浅部高于深部（图2-2-2）、（图2-2-4）；六煤发热量由北向南增高，南部高于北部（图2-2-3）十七煤中南部发热量沿倾向方向增加，浅部低于深部，北部发热量沿倾向方向降低（图2-2-5）。
2.3煤的气化指标
1、煤灰成分：
对18个煤样的灰成分统计（表2-2-2）可知，煤灰
中以SiO2、Al2O3为主。
其余依次为：
Fe2O3、CaO、SO3、MgO。
另外Na2O、TiO2、K2O、MnO2含量很低，均小于2%。
井田内可采煤层煤灰中碱性氧化物Fe2O3和CaO平均值分别为7.52%和2.64%，MgO平均含量为1.42%；酸性氧化物SiO2平均为49.18%，Al2O3平均为32.64%。
垂向上自上而下主要可采煤层SiO2含量减小、Al2O3含量增加，其余含量变化不大。
据有关资料，（SiO2+Al2O3）/（Fe2O3+CaO+MgO）当比值小于1时，煤灰为易熔灰，当比值大于5时，为难熔灰，按表2-2-2数据本井田酸性灰与碱性灰比值为7.06，比值大于5，煤灰属难熔灰。
各可采煤层灰成分统计结果见表2-2-3。
各可采煤样主要煤灰成分统计表表2-2-2
序号
煤灰成分
含量（%）
最小
最大
平均
1
SiO2
41.81
57.83
49.18
2
Al2O3
22.29
42.60
32.64
3
Fe2O3
0.65
14.90
7.53
4
CaO
0.44
6.00
2.64
5
MgO
0.21
2.80
1.42
6
SO3
0.17
4.66
2.37
各可采煤层主要煤灰成分统计表表2-2-3
煤层号
SiO2（%）
Al2O3（%）
TiO2（%）
Fe2O3（%）
CaO（%）
五
45.36-57.83
51.07（5）
22.29-34.63
29.22（5）
0.77-1.33
1.02（5）
1.83-14.10
6.12（5）
1.05-6.00
3.46（5）
六
41.81-48.26
45.04
（2）
29.17-31.28
30.23
（2）
1.00-1.19
1.10
（2）
13.83-14.90
14.37
（2）
2.12-3.54
2.83
（2）
十四
46.81-48.99
47.94（4）
31.88-42.60
37.43（4）
1.21-1.45
1.35（4）
0.65-11.44
7.12（4）
0.44-1.95
1.40（4）
十六
47.83-52.90
50.37
（2）
27.99-32.48
30.24
（2）
1.12-1.40
1.26
（2）
8.02-8.58
8.30
（2）
2.16-5.38
3.77
（2）
十七
43.91-55.08
49.45（5）
28.07-38.70
34.17（5）
0.86-1.62
1.33（5）
3.09-10.95
6.24（5）
1.23-3.43
2.30（5）
煤层号
MgO（%）
K2O（%）
Na2O（%）
MnO2（%）
SO3（%）
五
0.85-2.73
1.88（5）
0.44-1.10
0.81（5）
0.20-1.08
0.77（5）
0.01-0.67
0.18（5）
0.88-4.50
3.42（5）
六
0.87-1.94
1.41
（2）
0.11-0.44
0.28
（2）
0.13-0.41
0.27
（2）
0.05-0.10
0.08
（2）
2.02-4.66
3.34
（2）
十四
0.21-1.12
0.75（4）
0.01-0.78
0.41（4）
0.01-0.54
0.24（4）
0.02-0.24
0.09（4）
0.17-1.59
1.14（4）
十六
1.68-2.80
2.24
（2）
0.40-1.63
1.02
（2）
0.20-0.81
0.51
（2）
0.04-0.23
0.14
（2）
0.75-2.49
1.62
（2）
十七
0.48-2.07
1.17（5）
0.01-1.12
0.59（5）
0.04-0.96
0.49（5）
0.00-0.06
0.02（5）
1.11-2.92
2.23（5）
2、煤灰熔融性：
井田内各煤层煤灰熔融性统计结果见表2-2-4。
各可采煤层煤灰熔融性统计表表2-2-4
煤层号
DT（℃）
ST（℃）
HT（℃）
FT（℃）
级别
五
1190～>1450
>1450（4）
1200～>1450
>1450（4）
1210～>1450
>1450（4）
1220～>1450
>1450（4）
高软化温度灰
六
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
高软化温度灰
十四
>1450～>1450
>1450（4）
>1450～>1450
>1450（4）
>1450～>1450
>1450（4）
>1450～>1450
>1450（4）
高软化温度灰
十六
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
>1450～>1450
>1450
（2）
高软化温度灰
十七
1140～>1450
>1450（5）
1150～>1450
>1450（5）
1150～>1450
>1450（5）
1160～>1450
>1450（5）
高软化温度灰
从表中可知，煤层的煤灰熔融温度较高，15个煤样的软化温度ST均大于1450℃，2个煤样的软化温度ST分别为1200℃（五煤）和1150℃（十七煤）。
其软化温度高，主要原因是灰成分中Al2O3含量高，Fe2O3含量相对低。
根据MT/T853.1-2000和MT/T853.2-2000煤炭行业标准，各可采煤层均为高软化温度灰和高流动温度灰煤。
其中在五煤和十七煤中各有1个样品属较低软化温度灰和较低流动温度灰煤。
3、灰粘度：
煤灰粘度是说明灰渣在熔化状态时的动态的重要指标，它对确定熔渣的出口温度有着重要作用。
普查时对D201孔的五煤进行了煤灰粘度测试，结果见表2-2-5。
详查时对D104孔的十四和十七煤进行了煤灰粘度测试，结果见表2-2-5，从表中可以看出，当五煤温度为1500℃时，灰粘度为5.30；
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