试论煤中矿物质对煤反应性的影响

1 概述 煤的反应性是煤的重要工艺性质之一,它与煤的气化和燃烧有密切的关系。它是评价气化、动力以及冶金用煤的一个重要指标。因此,研究煤的反应性具有极其重要的意义。 以往,研究煤的反应性主要侧重于煤的有机组成部分,诸如煤的变质程度;煤的组成结构;煤的有机显微组分;煤及焦炭的表面微孔结构,以及煤经焦化后其光学各向异性组织的发达程度等等。而对煤中矿物质对煤的反应性的影响,则未引起足够的注意。特别是在国内尚未见到有关的报导。但是,国外不少学者对煤中矿物质,特别是某些金属化合物对煤反应性的影响进行了广泛深入的研究。他们通过热重分析、X射线衍射、扫描电镜等手段,研     

煤中矿物质在燃烧过程中的演化特征

通过对煤中矿物成分的研究，综合评述了煤中矿物质在燃烧过程中的演化特征即矿物质对温度的变化特征和硅铝酸盐矿物、黄铁矿的转化特征，研究表明，在不同的燃烧工况条件下煤中矿物质转化为不同的矿物质形态特征。     

煤中难选SiO2矿物质研究与利用途径探讨

本文对贵州水城矿区江家寨4煤、云南曲靖后所矿区大庆一井C9煤和曲靖市播乐乡小冲沟C6煤三个煤质不同的煤层中的难选SiO2进行了分析研究,并探讨其可能的利用途径.     

淮北煤中几种具有环境意义的微量元素分布

通过中子活化法,对淮北煤田主采煤层中和相对应的灰中几种具有环境意义的微量元素含量进行了测试,分析了它们在煤中和灰中的含量分布,并与中国和华北煤田煤中的平均值进行了对比,以便为煤和煤灰的综合利用提供基础资料。     

淮北煤田二叠纪煤中伴生元素的亲和性研究

以淮北煤田二叠纪10、7、3煤层样品为研究对象，采用仪器中子活化法（INNA）测试了煤中42个伴生元素的含量，将其与华北石炭-二叠纪和中国煤中的伴生元素含量、范围进行了对比，并对伴生元素中主量元素含量和灰分的关系、微量元素的共生组合特点以及稀土元素含量与灰分的关系、稀土元素分布模式进行了初步分析。结果表明，对环境有影响的Ba、Co、Cr、Cu、Mo、Th、V、W、Zn、Ti元素在研究区煤中相对富集，Al、Ti、K、Na等元素与灰分有较好的相关性，Ca、Mg、Fe和灰分的相关性较差，稀土元素与灰分正相关且具有相似的分配模式，普遍存在Eu亏损现象，说明煤中伴生元素的主要来源是陆源物质。     

煤中砷,氟,汞,铅,镉在灰化过程中的逸散规律

本文利用现代分析测试和实验模拟手段，时煤中部分有害微量元素：Ａｓ、Ｆ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｃｄ在燃煤过程中的逸散规律进行了探讨。发现在煤炭高温灰化过程中，Ａｓ主要赋存于灰化残渣中，损失率仅为１０％左右，Ｐｂ、Ｃｄ约５０％赋存于灰化残渣中，损失率为５０％，Ｆ、Ｈｇ则几乎全部以气态形式随烟尘进入大气，损失率分别为９８％和１００％。对灰化过程中逸散规律不同的有害元素应分别采取不同的环保对策。     

岩浆侵入对淮北花沟西煤中稀土元素分布的影响

用 ICP-MS,XRF 等分析测试手段,对花沟西勘查区 24 件煤样和 8 件岩浆岩样品中稀土元素 (REE) 的含量进行测 定与分析,并通过对 8 号煤层和 10 号煤层中稀土元素丰度的研究,探讨了淮北花沟西勘查区煤中稀土元素的含量特征和 岩浆侵入对煤中稀土元素分布的影响。研究表明:花沟西勘查区煤中 ΣREE 平均值为 92.09×10-6,LREE/HREE 平均值为 6.54~8.53;岩浆侵入致使煤中稀土元素含量增加,使煤中稀土元素发生了二次迁移与富集,且岩浆组分对煤中稀土元素的 迁移富集具有一定程度的影响     

淮北煤田煤中镧系元素和钇的地球化学——“岩浆侵入对淮北花沟西煤中稀土元素分布的影响”的商榷

"岩浆侵入对淮北花沟西煤中稀土元素分布的影响"(高校地质学报,2013,19(4):671-676页)和"岩浆侵入对袁店二井煤矿72煤中稀土元素的影响"(煤炭工程,2014,46(5):119-122页)两文均表明"岩浆侵入致使煤中稀土元素含量增加,使煤中稀土元素发生了二次迁移与富集,且岩浆组分对煤中稀土元素的迁移富集具有一定程度的影响",而经重新整理原作者数据,并对其中镧系元素和钇(REY)的含量特征、上陆壳标准化分配模式的分析后,则得出完全不同的结论:淮北煤田煤中REY平均118mg/kg,天然焦中REY平均128mg/kg,侵入岩中REY平均326mg/kg;煤层侵入岩REY含量高于煤和天然焦,而煤和天然焦中REY含量无显著差别。煤层侵入岩上陆壳标准化的REY分配模式均显著富集LREY,且明显与煤和天然焦的REY分配模式不同,这表明岩浆侵入对煤中镧系元素和钇的影响甚微,且煤中的HREY较LREY和MREY富集。总结得出:对煤中稀土元素地球化学的研究须将钇元素一并分析,且将REY三分(LREY,MREY和HREY)便于更细致的对比;稀土元素分配模式标准化的参考应该尽量选择与煤近似的地质体(如北美页岩、上陆壳、中国煤等),不应均以球粒陨石为标准,方可更准确地解析稀土元素的来源及其在成煤及变质过程中的分异等。     

淮北煤田煤中常量金属元素特征及其对煤成烃的影响

煤中常量金属元素是煤的重要组成,也是影响煤物理化学性质及加工利用的主要因素。通过测试淮北煤田16个煤样的4种常量金属元素（Fe、Ca、K和Ti）含量,分析其含量和赋存特征,并在此基础上,对去除铁元素的煤样和原煤样进行了热模拟实验。实验结果表明,4种元素含量的变异系数较大,元素来源具有多样性;钾元素主要以无机状态存在,其他元素以无机和有机结合态存在;去除铁元素的煤样热解烃含量的降低幅度较大。     

淮北朔里煤矿岩床附近煤的光学性质和稀土元素分布特征

运用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)、离子选择电极(ISE)、显微镜光度计和煤化学等方法,研究安徽淮北朔里煤矿5号煤层与侵入岩浆岩(岩床)接触面附近煤的光学性质和稀土元素分布特征。结果显示,与岩床直接接触的热变质煤在光学上显示天然焦的典型特征,除惰质组以外的显微组分大都变成了较粗大颗粒状镶嵌结构体,各向异性显著,小球体发育,微气孔很发育;与岩床间接接触(岩床之下)的热变质煤镶嵌结构体变细,各向异性变弱,微气孔不发育,未见小球体。研究还发现,从岩床下边缘至煤层底板泥岩表面的8个煤分层都显示铈(Ce)严重亏损的特征;在稀土元素标准化曲线上,Ce负异常"V"型谷非常显目,表明岩浆的高温将煤中原来的Ce3+氧化成Ce4+而与其它三价稀土元素(RE3+)发生了分离。数据显示,在朔里煤矿岩床接触变质煤中,稀土元素丰度与煤的灰分产率没有显著的相关性,表明岩浆熔体中的微量元素迁移到周围煤中并未造成灰分产率大量提高。     

淮北煤田二叠纪煤中稀土元素地球化学研究

从淮北煤田二叠系10,7,5,4和3煤层中采集34个样品,采用等离子体质谱（ICP-MS）、中子活化（INNA）、等离子体发射光谱（ICP-AES）等方法对样品中主量元素和稀土元素进行了测试,利用X射线衍射等方法对煤中矿物质及其煤质参数进行了测定。在各种测试的基础上,全面分析了稀土元素含量特征、空间分布规律、地球化学参数和分布模式,探讨了淮北煤田二叠纪煤中稀土元素的主要来源及其在煤中的主要赋存方式。研究表明：与华北和国内外其他地区相比,本区煤层中稀土元素相对富集;产于石盒子组煤中的稀土元素含量高于山两组的,在同一煤层中自下而下稀土元素含量有增高趋势,在顶底板中可能出现富集。Ce呈正异常,Eu明显负异常,不同煤层稀土元素的分布模式相似,稀土元素和灰分具有较好的正相关,∑REE与灰分、灰分中的主要元素以及典型陆源灰分中的微量元素正相关,与反映海相的低灰组分相关性较差。结合煤中矿物质的X射线衍射结果,分析获知,淮北煤田二叠纪成煤环境基本不受海水影响,稀土元素主要由陆源供给,而且主要赋存在以高岭石、伊利石为主的粘土矿物中。     

典型盆地煤与油页岩共生成矿物质及古气候分析

选取煤与油页岩共生典型盆地山东黄县盆地、辽宁抚顺盆地、黑龙江依兰盆地和内蒙古金宝屯盆地,综合分析了其成矿物质特点,认为共生背景下煤岩中的低等动植物和油页岩中的高等植物均比单一矿种下含量高。这一规律可用于勘探、开发煤或油页岩单一矿种时预测其共生矿种存在的可能性。对古气候的分析表明,气候变换在一定程度上制约着煤与油页岩的共生模式,这种共生模式可为古气候研究提供一定依据,反之,通过古气候的变迁也可帮助勘探、开发共生背景下的煤与油页岩。     

淮北煤田煤中汞的赋存状态

系统采集淮北煤田10、7、5、4和3煤层的29个煤样品, 采用逐级化学提取方法研究了煤中汞的赋存状态, 根据提取步骤和汞的特性, 将煤中的汞分为水溶态、离子交换态、有机态、碳酸盐结合态、硅酸盐结合态和硫化物结合态, 利用Flow Injection Mercury System(FIMS)分析了样品中总汞和不同形态中汞的含量.测试结果表明, 与华北石炭-二叠纪煤、中国煤以及美国煤含量相比较, 淮北煤田煤中汞的含量明显富集.逐级化学提取实验结果和煤中汞与硫、灰分的相关分析结果表明, 岩浆的侵入对煤中汞的赋存状态有较大的影响, 不受岩浆侵入影响的10、4和3煤层煤中的汞主要以有机态和硫化物结合态存在, 受岩浆侵入影响的5和7煤层中的汞主要以硅酸盐结合态存在.      

淮北许疃矿构造煤孔隙结构及压敏效应

为了探究构造煤的孔隙结构及压敏效应,采取淮北许疃矿煤样,利用扫描电子显微镜、压汞实验、含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置进行相关参数测试,研究构造煤的孔隙结构以及有效应力对煤样渗透率渗透系数的影响。实验结果表明：碎裂结构煤裂隙规则、平直,连通性较好;原生结构煤中主要以微孔为主,构造煤中以微孔和过渡孔占主导。韧性变形系列构造煤的有效应力与渗透率呈抛物线关系;有效应力小于4 MPa时,煤体渗透率敏感性显著,大于4 MPa时其渗透率敏感性弱。该趋势是有效应力和解吸效应共同作用的结果;由于解吸和有效围压的共同作用,渗透率存在最小值。与沁水盆地相比,许疃矿煤样部分渗透率损害系数较高。     

淮北矿区下组煤隔水底板岩体力学参数统计分析

正确确定煤层底板岩体力学参数的概率分布是承压水上采煤底板阻隔水能力随机不确定性分析的前提。基于淮北矿区下组煤隔水底板岩体(以砂岩、粉砂岩和泥岩为代表)力学参数测试结果, 分别运用正态、对数正态和威布尔分布函数对其进行概率分布拟合, 并以k-s检验法检测其拟合优度。在此基础上, 依据3种岩性在隔水底板中的厚度权重, 推导出底板岩体力学参数的总体均值和方差。研究结果表明:隔水底板岩体强度和变形参数最优符合正态分布, 其次为对数正态和威布尔分布。底板总体泊松比和弹性模量均值分别为0.35和 36.46GPa, 方差分别为0.01和1.15, 总体抗压强度均值和方差为37.82MPa和583.41, 抗拉强度均值和方差为2.62MPa和2.23, 黏聚力均值和方差为2.13MPa和0.96, 摩擦角均值和方差为32.93和1.96。     

淮北矿区芦岭煤矿构造煤发育特征

淮北矿区芦岭煤矿主采煤层8煤为特厚煤层,厚度2．72-17．75m,平均厚度9．60m,煤层硬度系数厂为0．16-0．53,构造煤累计厚度约占全层厚度的65％-90％。剖面自上而下划分为碎裂煤、菱形包裹体煤、片状煤、鳞片煤和粉末状煤5种类型,构造类型煤相间分布。微观上网络状裂隙发育．密集的网络状裂隙交叉切割．显微组分破坏严重．煤层受构造作用影响越大,构造煤中的微孔所占比例也就越高。在平面上构造煤的发育可划分为东、中、西三部分,井田东部构造煤较发育,厚度占全层厚度的75％-80％;中部构造煤最发育,厚度占全层厚度的95％以上;井田西部构造煤所占比例相对较低,约占全层厚度的65％-70％。采区资料表明,在倾向上,随着煤层深度的增加,构造煤厚度占金层厚度比例呈上升趋势．-450--460m水平以下,构造煤层所占比例明显增高,约占95％以上。