煤炭地质勘查煤样密度的检测及利用

张 鹏

宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏银川 750011

煤炭地质勘查煤芯煤样密度检测主要测真密度和视密度。真密度是研究煤质和计算煤质指标加权平均值的参数之一，也可用来计算煤的视密度。视密度是估算煤炭资源储量的重要参数。本文在整理分析煤炭地质勘查的煤样密度数据和利用相关研究资料的基础上，对煤样密度检测和密度值的利用进行探讨。

1 煤样密度检测

1.1 煤样的处理和选用

煤炭地质勘查中有些煤样往往混入一些矸石。用含有矸石的煤样测出的密度值比正常煤样的密度值高出许多。表1是某勘查区同一位置上不同时期施工（101钻孔为1973年，补101钻孔为2010年）的两个钻孔煤样密度测定结果。表中101钻孔，5煤层没有夹矸，8、8-2煤层夹矸在采样时已剔除，煤质检测灰分、真密度、视密度均属正常。表中补101钻孔，5煤层没有夹矸，8、8-2煤层夹矸在夹矸采样时混入煤中没有剔除，经测试，5煤层灰分、真密度、视密度属正常，8、8-2煤层灰分、真密度、视密度明显高于早期101钻孔，均属异常无法使用。对此，笔者认为在煤样制备前，对于碎粒状煤样挑出煤中的矸石，对于完整柱状和块状煤样可人工破碎剔除夹矸，或者在这些煤样中直接选取一些不含夹矸的煤，这样处理或选择煤样可以大大减少矸石对密度测定的影响。

表1 含矸石与不含矸石煤样密度测试结果对比

1.2 密度测定标准的选择

表2 不同粒级煤视密度测试结果对比

真密度测定采用GB/T 217-2008《煤的真相对密度测定方法》标准。视密度测定有GB/T 6949-2010《煤的视相对密度测定方法》和MT/T 1027-2006《煤芯煤样视相对密度测定》两个标准。二者主要区别在于制备煤样粒度不同，前者粒度为10mm～13mm，后者粒度为4mm～6mm。煤层中不同部位的煤，宏观煤岩成分、显微组分构成、矿物含量都是不一样的，反映在煤的硬度和密度上也有差异。煤中暗煤、惰质组、矿物所占比例大，煤就较硬，密度大，镜煤和亮煤、镜质组所占比例大，矿物含量少煤性较脆，密度小。煤样在破碎中，较硬的煤易保留成块，较脆的煤易成碎粒。研究[1]结果表明煤样不同粒度对视密度测定有一定的影响。表2是5个样品4mm～6mm、6mm～10mm、10mm～13mm粒级视密度的测定结果。由表2可知，粒度为4mm～6mm的视密度测值最小，10mm～13mm的视密度测值最大，视密度测值随着粒级的增大而增大。4mm～6mm煤样代表性和均匀性好于6mm～10mm、10mm～13mm煤样，且测值更接近真实的视密度。另外，在煤层较薄，煤样量少且成碎粒，无法制备粒度为10mm～13mm视密度样时，选择4mm～6mm粒度可以解决制备视密度样困难问题。所以煤的视密度测定应采用MT/T 1027-2006《煤芯煤样视相对密度测定》标准。

1.3 密度检测要求

真密度检测，只要选取正常煤样并且严格按照标准测定，测值能够反映煤的真实真密度。视密度检测，除了选取正常煤样、制备4mm～6mm的粒度，严格按标准操作外，要对制备的视密度样进行灰分测定。煤炭地质勘查采用的视密度，是实测视密度值经过视密度样的灰分换算成该采样点灰分条件下的计算值。计算公式：ARD=ARD0+0.007（Ad-Ad0）[2]。式中ARD为采样点灰分条件下的视密度，ARD0为实测视密度，Ad为采样点灰分，Ad0为视密度样灰分。表3是同一区域相同煤层不同勘查时期煤样视密度测定结果。从表3可以看出，如果视密度样灰分与采样点灰分相差较小，视密度实测值接近采样点灰分条件下的计算值，如果视密度样灰分与采样点灰分相差较大，视密度实测值与采样点灰分条件下的计算值偏差较大。一般来讲，煤炭地质勘查视密度煤样的实测值是不能直接利用的，必须要换算成采样点灰分条件下的计算值，所以视密度样灰分测定必不可少。

表3 煤样视相对密度的实测值与计算值

2 密度的利用

2.1 真密度的利用

煤炭地质勘查中煤的真密度主要用来计算分层采样煤层煤质指标加权平均值。在无法测定煤样视密度的情况下，也可用真密度来计算视密度，计算公式[3]：Ad ≤25% St,d≤2.5% 炼焦煤ARD=0.14+0.87TRD,不黏煤、长焰煤、褐煤ARD=0.20+0.78TRD，无烟煤和Ad ＞25% St,d＞2.5%的其它煤ARD=0.05+0.92TRD。在计算煤质指标加权平均值时，会遇到异常偏高的分层真密度值（未除去煤样中矸石），此值要参与煤质指标加权平均值的计算，影响较大，此时，各分层真密度值可不参与加权平均值计算。另外在计算煤层真密度算术平均值时，数量上不要集中在高值或低值上，要合理取舍（如表4所示），只有这样算出的煤层真密度平均值才具有代表性。

2.2 视密度的利用

煤炭资源储量估算采用煤层视密度算术平均值。此值是否合理对估算的资源储量影响较大。在计算煤层视密度算术平均值时，对各点的视密度值要合理取舍。一个煤层视密度测试数量较少，会出现高视密度值数量多，或者低视密度值数量多现象，全部用这些值计算煤层视密度平均值，就会偏高或偏低。表4为某勘查区煤层视密度值与合理取舍结果对比。表4中该煤层有4个视密度值，其中较低值1个，中等值1个，较高值2个，全部视密度的平均值为1.41，去掉1个较高值后的平均值为1.38。由表4可看出，1.38这个值能够代表该煤层平均灰分条件下的视密度，比较合理。合理取舍视密度值非常重要。实际操作上，应该根据各煤层视密度值的具体情况，认真分析研究，可以全部保留各点的视密度值，也可以舍去高值或者低值，取舍数量的多少视具体情况而定。

煤层号 化验编号 灰分Ad/% 全部数据 合理取舍TRD ARD TRD ARD 8-3 2011GS1961 8.04 8-3 2011GS2306 20.21 8-3 09煤芯3800 29.74 1.62 1.48 8-3 09煤芯3968 9.29 8-3 2011GS1531 26.79 8-3 2010GS4641 27.46 1.60 1.46 1.60 1.46 8-3 2010GS3573 21.58

表4 煤层密度值及合理取结果对比

3 结论

1）煤炭地质勘查煤芯煤样密度检测制备煤样时应除去煤中矸石，或者是从煤样中选取不含夹矸的煤进行密度测定，以免矸石对煤的密度测定的影响；

2）煤芯煤样视密度的测定应采用煤样制备粒度为4mm～6mm的MT/T 1027-2006《煤芯煤样视相对密度测定》标准；

3）煤炭地质勘查中采用煤的视密度，是实测的视密度值经过视密度样的灰分换算成该采样点灰分条件下的计算值，所以视密度煤样一定要测该样的灰分；

4）要选择正常煤样的密度值。在计算煤层密度平均值时要进行合理的取舍。

[1]陈翠菊.煤样粒度对煤的视相对密度测定影响探讨[J].中国煤炭地质，2010(7).

[2]袁三畏.煤质勘探与资料汇编方法[J]，1984.

[3]杨金和，陈文敏，段云龙主编.煤炭化验手册[M].北京：煤炭工业出版社，2004.