神府南部矿区低阶煤化学组成与工艺性质：特征、关系与实践

郭晨^1,2,3,4，王生全^1,2,3，师庆民^1,2,3,4，乔军伟^1,2,3,4，李焕同^1,2，张卫国^1,2，李军⁵，张池⁵，王晓康^1,2,3，杜芳鹏^1,2,3,4

1. 西安科技大学地质与环境学院2. 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室3. 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院4. 西安科技大学地质资源与地质工程博士后科研流动站5. 陕煤集团神木张家峁矿业有限公司

摘 要：煤炭分质利用是契合其高效、清洁与绿色发展趋势的必然途径,而了解煤的基本化学组成与关键工艺性质是实现煤炭资源分级分质利用的基础。陕西神府南部矿区煤炭储量丰富,是西部重要的低阶煤生产基地,但长期以来未能完全实现煤的最佳分质利用,制约着优质煤炭资源价值优势的充分发挥以及经济与社会效益的进一步提升。以此为背景,以神府南部矿区主要生产矿井低阶煤样品为研究对象,开展煤的化学组成与工艺性质测试,化学组成包括工业组分、主量元素、全硫与形态硫、有害元素P及煤灰成分等,工艺性质包括发热量、低温干馏、热稳定性与煤灰熔融性等方面。基于数量化分析方法揭示煤的化学组成与工艺性质特征及其内在关系,构建基于化学组成的工艺性质预测数学模型,为煤炭分级分质利用提供基础依据。结果显示:（1）研究区低阶煤资源以特低灰、特低硫、特低磷、高–特高发热量、富油、高热稳定性、弱–无黏结性为特点,品质优良,具有显著的分质利用优势,尤其广泛分布的富油煤应予以高度重视;（2）煤的工艺性质与化学组成之间存在密切成因联系,发热量与固定碳含量呈正相关,低温干馏焦油产率与挥发分产率、氢元素含量呈正相关,水分含量决定低温干馏总水分产率,且在特定煤类条件下,灰分产率是控制煤诸多工艺性质的关键因素,包括发热量、黏结性、焦油产率等,均呈负相关性;（3）基于逐步回归分析与显著性检验,建立了基于化学组成预测煤关键工艺性质的数学模型,并以张家峁矿为例,利用所建模型预测低温干馏焦油产率和富油煤分布,预测结果与实测数据相符,验证了模型的可靠性。建立的预测模型为利用早期地质勘查资料评价煤的关键工艺性质,尤其富油煤分布提供了可行途径。研究成果对丰富陆相盆地低阶煤物质组成与化学性质基础认识,刻画其内在关联属性与量化模型具有重要参考价值,可为神府南部矿区以及其他类似地区优质煤炭资源（富油煤）的科学评价与最佳利用提供参考依据。

关键词：富油煤;工艺性质;焦油产率;预测模型;分质利用;