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焦作市煤炭资源开发利用综合研究

来源:九壹网
第3期 2009年6月 矿产保护与利用 CONSERVA ̄ON AND UTⅡ IZATION OF MINERAL RESOURCES No.3 Jun.2009 焦作市煤炭资源开发利用综合研究 王佩刚 (河南省有色金属地质矿产局第五地质大队,郑州,450000) 摘要:介绍丫焦作市煤炭资源的矿区环境地质特征、煤质特征和可选性,分析了煤的深加工性能和用途。探 讨r煤的除硫技术和洁净利用技术等研究方向,提出了焦作市煤炭资源合理开发利用的建议。 关键词:焦作市;煤炭资源;地质特征;综合利用;除硫技术;洁净利用;建议 中图分类号:F426.21(612JZ);TD82文献标识码:A文章编号:1001—0076(2009)03—0010—05 Comprehensive Study on Development and Utilization of Coal Resources in Jiaozuo City WANG Pei—g砌 (He han Province Non—ferrous Metal Geology Minerals Bureau Fifth Geology Production Brigade,He nan,Zhengzhou 450000,China) Abstract:The paper introduced the features of geological environment,coal quality and the wash- ability of Jiaozuo coal resources.It analyzed the further—processing performance and application of coa1.The research orientation on the technology of desuffurization and clean utilization of coal was discussed.And some suggests for rational development and utilization of Jiaozuo coal resources were put forward. Key words:Jiaozuo;coal resources;geological features;comprehensive utilization;desuifuriza— tion technology;clean utilization;suggest 1焦作煤田资源概况 焦作煤田两起博爱、东到新乡,南以朱村断层为 界、北以凤凰岭断层为界,总面积888 km 。到2006 暖温带大陆性气候,地表水系比较发育,河流纵横, 分属黄河、海河两大流域。纵观全区地形,两北高, 东南低,地貌类型齐全;区内出露地层主要有太古界 变质岩、震旦系石英砂岩、寒武系和奥陶系碳酸盐 岩、石炭系和二叠系煤系地层、三叠系页岩、新近系 年底,累计探明煤炭资源储量总计28.26亿吨,尚保 有煤炭资源储量23.93亿吨,其中基础储量(经济 的)13.43亿吨,居河南省第六位。焦作煤田为石 炭、一二叠纪煤EⅡ,含煤7组,l4层,主要可采煤层为 石炭系太原组一 、一 煤和二叠系山西组二,煤,均 为优质无炯煤。截止到2006年底,已采或正在开采 或未利用的井田和矿井19处。 砂岩、泥岩、第四系黄土;焦作市处于新华夏系太行 山隆起的南端与晋东南山字型构造东翼反射弧的前 缘和东秦岭纬向构造带之北缘相交联合弧地带,区 内广泛发育燕山运动以来所生成的多种构造形 迹…,多以高角度正断层为主,根据构造形迹及其 生成关系和空间展布特征大致可分为:东西向构造 1.1 矿区环境地质特征 焦作市地处太行IlJ脉与豫北平原过渡地带,属 收稿日期:2008—12—26;修回日期:2009—03—23 体系、山字型构造体系、新华夏构造体系及北西向构 造体系,经过矿区的主要断层有盘古寺断裂、凤凰岭 作者简介:王佩刚(1959一)男,北京市人,工程师,大专,主要从事区域地质调查工作。 第3期 王佩刚:焦作市煤炭资源开发利用综合研究 断层、九里山断层等。矿区主要含水岩组为碳酸盐 mill占64.68%,粉状煤(O~6 mm)占21.19%,在灰 岩裂隙岩溶水,分布在凤凰岭断层及焦作矿区等地, 含水层岩性为奥陶系中下统灰岩,构造裂隙及岩溶 发育;其次为碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶水,主要分 布在焦作矿区石炭系砂岩和灰岩互层,灰岩可达九 层,其中第二层和第八层灰岩为主要含水层 。 1.2煤质特征 焦作是河南省主要产煤区之一,区内煤种单一, 除了分布在孟州市小石庄的三叠系谭庄组所含煤层 为长烟煤外,其余全为变质程度较高的无烟煤,可采 煤层3层,其中二。煤俗称大煤,是区内主采煤层, 煤层厚0.71~19.64 m,平均厚度4—7 m,煤层结构 简单,夹矸少,可选性好,块炭率为30%~45%,煤 质优良,原煤工业分析平均结果为:灰分17.33%, 挥发分7.89%,全硫0.34%,发热量8 237 cal/g(1 cal=4.18 J),属中低灰分、特低硫、高发热量的优质 无烟煤,煤的机械强度高,热稳定性好;一 煤属较 稳定煤层 ,除焦西、朱村、九里山等矿区外,大部 分可采,南西向东煤层变薄并有分叉现象,原煤工业 分析平均结果为:灰分21.96%,挥发分8.27%,全 硫2.99%,发热量7 091 cal/g,属中灰分、富硫、高发 热量的无烟煤;一 煤东部可采,西部和南部除王封 矿外均不可采,原煤工业分析平均结果为:灰分 19.70%,挥发分8.22%,全硫4.98%,发热量8 196 calfg,属中灰分、高硫、高发热量的无烟煤。全硫含 量大于3%,属禁采煤种。总的来说,三层煤发热量 高,成块度好,均为良好的工业用煤 J。 根据焦作矿区煤样分析结果,二,煤挥发分变 化在4.93%~9.3%之间,平均7.10%,坩锅粘结性 为1,属高压变质无烟煤。一 、一 煤均属无烟煤。 表1原煤工业分析结果(%) 煤层水分灰分挥发分全硫磷 发热量(MJ/kg) 0.34 0.007 32.95 2.99 0.004 28.36 4,98 0.009 32.78 2煤的深加工性能及用途 2.1 二,煤的筛选性能 据焦作煤业(集团)有限责任公司、省煤田地质 局j队在焦作煤田的取样试验,二 筛分粒度组成 为:特大块产率18.05%,>25 mm占47.07%,>13 分含量方面,大块以下均在13%左右。 表2二,煤筛分试验结果(%) 2.2二,煤的可选性能 根据焦作煤业(集团)有限责任公司演马庄矿 采样浮沉试验,由浮沉试验可知(表3),二。煤也适 用跳汰法洗选,可以达到提高质量、降低限下率,增 加块精煤的效果。 表3二,煤浮沉试验结果(%) 2.3煤的深加工性能及用途 本区二 煤有着中灰、低硫、中磷、高发热量等 优点,并且块煤硬度大,机械强度高(>25 lnlTl的占 82.8%),热稳定性好(>13 mm的占96.06%),发 热量高达33.45 MJ/kg,煤灰化学组成稳定,灰熔点 均大于1 346 ̄C,块煤产率高,可选性好,为优质无炯 块煤,除供动力用煤外,13 mm以上之块煤气化性能 良好,适宜Ⅱ型威文曼噜萨炉型煤气发生炉及间歇 式水煤气发生炉,可用制造煤气,合成化肥。6—13 mill细粒级产品可作中小型煤气发生炉原料,粉煤 可做型煤等供民用。 根据焦作煤田资料,一 煤为易选煤种,且选后 能较大幅度地提高煤炭的经济效益。另据一 煤块 度分析和浮沉试验以及国家对无烟煤的洗选要求, 一 煤适宜采用跳汰选。近年来,粉煤灰、矿渣及煤 矸石的开发与加工及综合利用越来越受到国家有关 ・12・ 矿产保护与利用 2009正 部门、科研院所及企业的重视,这些固体废渣的加工 与应用不但解决了其排放及环境污染的问题,而且 其资源的再利用在某些领域一定程度上也是补充我 国资源匮乏的有效途径之一。建材工业是固体废弃 物综合利用的重要领域之一,循环经济在建材工业 的实施,不但可以解决建材工业自身的可持续发展 问题,还可以消纳和处理工业固体废弃物等,对构建 资源节约、环境友好型社会具有重要的作用与意义。 3开发利用方向研究 3.1 煤炭除硫技术研究 河南省年排放全硫1999年为67.48万吨,2007 年为134.74万吨,而SO 的90%由燃煤引起,燃烧 时还有温室气体和炯尘的排放,更有矿山矸石堆放 场的硫自燃所造成的SO,排放。从焦作煤田煤的技 术经济条件可知,焦作煤田二 煤的全硫为0.34%, 为特低硫;一 煤的全硫为2.99%,为富硫;一 煤的 全硫为4.98%,属高硫。故许多人主张一次能源消 费中降低煤炭的比例。如采用这一方针,将会产生 很多矛盾,近期难于实现。因此,采用一些可行的技 术措施,可以减轻和降低SO 的排放,保持煤炭在一 次能源消费中的比例。如果这些措施效果好,还可 以提高煤炭的消费比例,以适应我国煤多油少的特 点。由于煤应用范围太广,故应钊 对不同的情况,分 别采取相应的除硫措施。 (1)全面推广洗精煤、块煤、末煤、型煤的应用。 洗精煤主要用于矿粉烧结和高炉喷吹,是焦炭的替 代品,1 t精煤可替代焦炭0.7~0.8 t,降低钢铁行 业生产成本。块煤低硫、低磷、产气率高,主要用于 化工造气。末煤供给电力、水泥生产,还可以作为炭 素制品不1J炼制金刚砂的原料。型煤是用机械方法将 粉煤和低品位煤制成一定粒度和形状的煤制品,成 型时加入同硫剂(如石灰,可与硫生成硫酸钙),加 入量的多少视煤的含硫量而定,民用型煤可节约煤 20%~30%,减少炯尘和SO 40%~60%、CO 80%, L业窑炉节煤15%,减少烟尘50%~6O%、SO2 40%~5O%、NO 20%~3O%。 (2)大力推广原煤的洗选处理。原煤洗选处理 技术是煤矿和选煤厂之问的重要环节。在煤炭进入 洗选设备前,有必要进行初级分选。这包括使用电 磁铁去除}昆人的金属、用均化仓或堆垛/回收设备储 存煤炭,然后以一定的速度将煤输入洗选设备,初级 筛分的煤送到洗选车间,筛上物破碎,去除矸石及干 粉煤。通过筛分、洗选、细菌脱硫等办法,除去原煤 中的灰分、矸石、硫等杂质,并按不同煤种以及灰分、 热质、粒度分成不同的品种等级,供应不同的用户。 销售洗选专用精煤,不仅可降低SO 的排放量,并可 扩大市场,提高经济效益。目前焦作矿区有9座选 煤厂,设计选煤能力为620万t/a 』,实际选煤能力 为700万t/a,2005年人选原煤397.2万吨,原煤平 均人洗率达71.83%,建议“ 一五”末,煤的入选比 例达到90%以上。预计到2020年原煤人选能力达 N1 305万t/a。 (3)试验用造纸厂黑液处理电厂(或其它用煤 大厂)烟气。造纸厂黑液对水源的污染有目共睹, 故国家关闭了大量的造纸厂,由于造纸黑液含碱, SO 为酸性,两者可中和成盐,生成Na S0,。故用 造纸厂的黑液吸收电厂和其它燃煤厂烟气中的 sO ,并可同时除去烟尘,而黑液吸收SO:,pH值降 到2~3时,其中的木质素等一切悬浮物均可沉淀。 这样能化两个大害为一利。它的原理和设备可以完 全和化验室的测硫仪对比。这一技术由于以废治 废,建设投资和维护成本都很低,并符合河南大力发 展造纸业的“1一一五”规划和焦作市造纸业较为发 达的实情,也能使已闲置的造纸设备得到利用。此 技术已有人做过试验,但尚未取得预想效果,由于此 技术的意义重大,应进一步研究。 3.2煤液化合成二甲醚(DME)技术的推广 二甲醚(CH OCH )无色、无毒,其性能与液化 石油气非常接近。其生产工艺,可以利用煤在高温 有氧或含氧化合物(如水蒸气等)发生作用的情况 下,使煤的有机质转变成以CO、I-! 为主的可燃气 体,以此为主要成分,经过液化可以合成甲醇。由甲 醇进一步可转化为二甲醚 。 目前,该工艺在山西等省已得到推广,焦作市已 建成有煤制气生产企业,在此基础上,增加设备试制 生产二甲醚完全可行。 3.3水煤浆技术 在我国优先选出的十大洁净煤技术中,位于发 展前列的是水煤浆技术。水煤浆是上世纪7O年代 国际石油危机以后发展起来的一种新型煤基流体洁 净燃料。它既保留了煤炭的燃烧性能,又具备了类 第3期 王佩刚:焦作市煤炭资源开发利用综合研究 ・13・ 似重油的液态燃烧应用特点,燃烧效率高,污染物排 放低,可在工业电炉、电厂锅炉、电站锅炉和工业窑 的手工落煤、风镐落煤、机械化采煤等生产工艺,它 通过相应的设备和运行系统在地下对煤炭进行可控 炉上作代油及代气燃料。还可用水煤浆作原料造气 生产合成氨。 的化学反应,把煤炭直接变成二次清洁能源输出,特 别适用于用常规方法不可采或开采不经济的煤层, 以及煤矿的二次或多次复采。地下煤炭气化也是一 我国水煤浆技术研究始于1982年,相对国外较 晚。但经过二十多年研究开发和工业性试验,建立 了国家水煤浆工程技术研究中心,形成了具有一定 规模的科研试验基地。目前该技术已经进入了工业 性示范应用阶段,先后完成了动力锅炉、电厂锅炉、 轧钢加热锅炉、热处理炉、干燥窑等炉窑燃用水煤浆 的工程试验。 水煤浆作为新型代油环保燃料,正被越来越多 的企业所认识,煤代油的市场是广阔的。水煤浆技 术可以解决的一些燃煤企业的环保及工艺过程调节 的问题。因此,水煤浆技术是当前较现实的,也是 21世纪最有市场的洁净煤技术。 3.4煤炭液化 煤炭直接液化是一种先进的煤转化技术,是洁 净煤技术的一个重要组成部分,煤的液化也是当前 煤化工的热点,有不少煤矿都跃跃欲试,但煤的液化 对煤质有一定的要求,不是什么煤都可以进行液化 的。煤的液化分为直接液化和间接液化,这两种液 化方法对煤炭质量的要求各不相同。特别是近十年 来,煤炭直接液化技术有了新的飞跃。由于发展了 新的催化剂和新的工艺,液化反应压力显著降低,液 化油回收率大大提高,从而降低了液化油的成本。 我国煤科总院北京煤化所经过2O年的研究工作,取 得了一批重要成果。煤的直接液化工艺,将煤转化 成汽油、柴油等产品。以神木、东胜煤为例,2 t煤液 化可以产1 t油。 3.5地下煤炭气化 “地下煤改气”被称为地下煤炭气化,是通过直 接对地下蕴藏的煤炭进行可控制性的燃烧从而产生 煤气后,输出地面的一种能源采集方式。自上世纪 30年代以来,美国、德国、原苏联等主要产煤国均大 力投入这一领域的技术研究,取得了大量的科研成 果,储备了煤炭地下气化的一些关键性技术。我国 自1958年以来开始进行自然条件下煤炭地下气化 试验,1980年以后,先后在徐州、唐山、山东新汶等 十余个矿区进行了试验,初步实现了地下气化从试 验到应用的突破。地下煤炭气化,完全不同于现行 次能源运输和使用方式的变革,可以通过管道使用 清洁燃气,也可以直接使用煤气发电的电力。同时, 煤炭的回收利用率也将大大提高,工人的劳动条件 将得到改善。目前,煤炭地下气化技术在俄罗斯等 国已经实现了商业化,美国、德国、日本等发达国家 掌握了该领域的一些关键技术。 1984年,中国矿业大学余力教授组建了我国煤 炭地下气化研究中心,开始致力这项技术的研究,并 不断取得阶段性进展。1987年7月,完成了马庄矿 煤炭地下气化的试验。1994年完成了国家“八五” 重点科技攻关项目——徐州新河二号井煤炭地下气 化半工业性试验,并通过技术鉴定。目前唐山市刘 庄矿煤炭地下气化工业性试验正在进行。 煤炭地下气化与地面气化相比,煤炭不需要开 采、运输。同时地下气化过程中,燃烧过的煤渣、氧 化物、放射物和矸石都留在地下,地面无废渣堆积, 煤气便于集中净化 J。因此,煤炭地下气化的技术 具有较好的经济效益和环境效益。煤炭地下气化还 可以回收报废矿井中遗弃的煤炭资源,用于开采常 规采煤法不能开采或难以开采的薄煤层、急倾斜煤 层、深部煤层、建筑物和水体下压煤等。另外,在地 下气化过程中产生的大量副产品氢气,因成本极低, 为氢能源的开发创造了极佳的提氢生产条件。 4几点认识 (1)在开发利用研究方向上重点对煤炭除硫技 术、煤炭液化合成之甲醚(DME)技术、水煤浆技术、 煤炭液化技术、煤炭地下气化技术等进行综合研究。 (2)根据焦作市煤炭、煤层气的分布及赋存条 件,开发对环境的影响程度,结合全市工业布局。按 照统筹规划、发挥优势、规模开采、集约利用的原则 以及市场需求和社会与经济发展的需要,应划分出 重点开采区、鼓励开采区,限制开采区和禁止开采 区 。同时,对于含硫量大于3%的高硫煤(一 )禁 止开采;对于含硫量大于2.5%的富硫煤(一,)煤, 限制开采,若开采需增加除硫设备,以免污染环境。 (3)提高煤炭采、选及深加工工艺技术水平,降 ・14・ 矿产保护与利用 2009正 低煤炭直接用于终端消费的比例,大力加强深、精、 细加工等高科技含量矿产品的比重,通过矿山企业 间、优势互补企业间的联合重组,实现规模化经营, 参考文献: [1]孙越英,等.焦作煤矿区主要环境地质问题与对策研究 [J].地质灾害与环境保护,2006,17(3):5—8. [2]河南省地质矿产厅第二地质队.焦作市煤、煤层气资源 评价及开发利用研究[R].2003. 提高综合利用率和市场竞争力。 (4)推进煤炭开发由数量速度型向质量效益型 转变,在保持煤炭供需基本平衡的条件下,重点加强 新河矿井及与其相配套的洗煤厂的建设 J。 [3]宋岩.中国煤层气基础研究和勘探开发技术新进展[J]. 天然气工业,2005,25(1):1—6. [4]郭利君.中国煤层气资源勘查开发现状与政策探讨[J]. 鼓励煤炭企业开展为提高“三率”而进行的科 矿产保护与利用,2001,(4):1—4. 技攻关和技术改造,对与煤共生伴生的煤层气、煤系 [5]郝吉生,等.河南焦作地区煤质及地球化学特征[J].河 高岭土等要综合开采,做到分类采矿优质优用,继续 南理工大学学报(自然科学版),2005,24(3):193— 扩大焦作市在煤矸石、粉煤灰综合利用方面的优势, 194. 加强科技攻关,扩大应用领域。 [6]许伟功,等.平顶山十矿煤与瓦斯突出地质因素分析[J]. (5)要提高煤炭资源的利用水平。积极推动用 河南理工大学学报(自然科学版),2006,25(1):6—7. 煤企业进行技术革新,引进先进的生产工艺和设备, [7]河南省地矿局第二地质队.焦作市地质环境报告[R]. 生产出高科技、高附加值的名牌产品,增强产品的市 2004年6月. 场竞争力和提高资源的利用效率;依靠科技进步,大 [8]焦作市环境保护局.焦作市生态环境保护规划[R]. 2002年9月. 力发展资源低耗性经济,鼓励企业采用先进的生产 [9]孙越英,等.焦作市矿产资源开发利用现状及发展方向 工艺、流程和设备,努力降低单位产值的能源消耗和 [J].矿产保护与利用,2005,(3):8—11. 矿产原料消耗。 我国地质灾害频发的原因 (1)“重开发、轻防灾”。中国是世界上地质灾害最为严 损失的严重后果。群众对地质灾害防治工作的认识存在两 重的丽家之一,我国地质灾害种类繁多,分布广泛,活动频 个极端:一是部分干部群众防灾意识淡薄,对地质灾害存在 繁,危害严重,特别是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝 侥幸心理,认为几十年这样过来了都没事,不会发生危险;二 和地面沉降等灾害,严重威胁着人民生命财产安全,制约着 是受到灾害威胁时,“等、靠、要”的思想严重,有少数人甚至 社会经济的可持续发展。各类地质灾害平均每年造成1 000 借机讹诈政府。 多人死 ,经济损失上百亿元。随着我国人口增长和经济的 (4)投入不够,资金投入机制不完善,资金筹措相当困 发展,资源开发强度居高不下,地质灾害防治的形势依然十 难。虽然几年来投入地质灾害防治的资金不少,但未能建立 分严峻,一些隐蔽性较强的地质灾害依然存在预报困难的问 相关的投入机制,特别是应急资金未能纳入基金式管理。在 题,防治任务依然十分繁重。 一些地方对地质灾害的防治还存在一个“有钱救灾,无钱防 (2)职责不明,相关部门地质灾害防治工作没有形成合 治”的怪现象。就是说,如果发生了地质灾害,民政部门可以 力。政府及其有关部门在地质灾害防治方面的职责分工、企 调动资金去救灾,但国土资源部门却缺乏专项资金在灾害发 事业单位及公民在地质灾害防治中的权利与义务均不够明 生前去防治,从而导致监测预警、工程治理、搬迁避让、应急 确。社会上也总认为地质灾害主要是国土资源部门的事,地 抢险等防灾措施不能落到实处。 方政府不够重视,水利、建设、铁路、交通等相关部门配合欠 (5)技术不精,地质灾害防治的技术方法不够完善,技术 缺。同时,地质灾害防治工作缺乏统一的国家规划,各自为 力量对外依赖性强。防治的技术方法,仅靠调查、监测等传 政、工作交叉,低水平重复工作的同时留下大量空白区,造成 统地质方法进行,尤其对于汛期突发性地质灾害难以预防。 人力、财力的严重浪费。 目前不少地方甚至还没有一支具有地质灾害勘查、设计、治 (3)认识不清,群众对地质灾害防治工作的认识存在两 理资质的专业队伍。地质灾害应急处理、工程治理,都必须 个极端。不少部门、单位及个人,不能正确处理长远利益与 借助外部的技术力量。 眼前利益、自身利益和社会公众利益的关系,在生产活动、工 程建设时不采取地质灾害预防措施,造成了人员伤亡、经济 湖南省益阳市国土资源局城区国土分局 胡能灿供稿 

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