什么是煤炭粒度分析

煤的粒度分析做法：选择3号原生结构煤与碎粒煤在10mL/min-3MPa条件下产出的煤粉进行粒度特征对比，3号原生结构煤产出煤粉粒度分布在0.7～2000μm范围内，粒度分布曲线出现双峰现象。

第一峰值出现在40～60μm之间，该范围内煤粉所占体积百分比较小，平均约为3.0%，第二峰值出现在1000～2000μm之间，产出煤粉所占体积百分比较大，最大值达到18%左右。3号碎粒煤产出煤粉粒度分布在0.7～700μm范围内，峰值区段分布在20～50μm之间，峰值大小约为5%。

煤炭

对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。　

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，不仅储量大，分布广，而且种类齐全，煤质优良，为我国工业现代化提供了极为有利的条件。

标称最大粒度是指与筛上物累计质量百分率最接近（但不大于）5%的筛子相应的筛孔尺寸。

采取商品煤样约600kg，精确到0.5kg，分别过150mm、100mm、50mm、25mm、的圆孔成方孔筛，称出筛上物质量，精确到0.5kg，计算筛上物占整个煤样质量分数。取筛上物累计产率最接近但不大于5%的好个筛孔尺寸为商品煤标称最大粒度。

例如某商品煤样的检测结果是：150mm筛上物的质量分数1.0%，100mm筛上物质量分数3.0%，50mm筛上物质量分数5%……；则各级筛上物的累计产率为1.0%、4.0%、9.0%……100.0%；那么此煤样的标称最大粒度就是100mm，因为4.0%最接近但不大于5%。

1.粒度大小及分布特征

对11口井29个煤粉样品进行了粒度测试分析,其测试结果统计如表4-8所示。测试结果表明,煤粉颗粒粒径分布范围广,从0.2μm至2000μm大小不等,且单井的煤粉粒度同样存在差异。分析发现,在煤层气井的排水降压阶段,井口排出煤粉的粒度分布范围广,为0.2μm至2000μm,煤粉粒径大,最大粒径达到2000μm。由韩3-052井(采样时间2012-9-6)的煤粉粒度测试曲线(图4-6)可知,其分布曲线呈双峰右极峰形态,粒度值变化范围为0.2μm至2000μm,主峰出现于900～2000μm之间,次峰出现于1～50μm之间。在气水合采阶段,井口排出煤粉的粒径分布范围为0.2μm至1000μm,煤粉最大粒径为1000μm。由韩3-013井(采样时间2011-12-2)的煤粉粒度测试曲线(图4-7)可知,其分布曲线呈双峰形态,粒径变化范围为0.2μm至1000μm,主峰出现于10～100μm之间,次峰出现于300～1000μm之间。稳产阶段,井口排出的煤粉粒度分布范围窄,粒径范围为0.2μm至105μm,煤粉粒径较小,最大粒径仅为105μm。由WL1-001井(采样时间2011-12-2)的煤粉粒度测试曲线(图4-8)可知,其分布曲线呈单峰形态,粒径变化范围为0.2μm至105μm,峰值出现于10～100μm之间。测试结果分析表明,随着排采阶段的递进,产出的煤粉粒度呈现分布范围缩小、粒度值减小的趋势。这主要是由于排水降压阶段,压敏性强、裂缝易压缩、易出煤粉,排水量大,水流动力大,携带煤粉能力强气水合采阶段,煤岩基质收缩、出现气液泡沫流、排水量减少,水流动力相应减小,携带煤粉能力相应减弱稳产阶段,产气量、产液量、套压、液面均保持相对稳定,携带煤粉能力弱,产出的煤粉粒径减小。由煤粉的粒度和成分分析可知,煤粉的粒度较小,并且煤粉以黏土矿物为主,所以,煤粉比较容易结块和黏附,煤粉颗粒大小和成分影响着煤粉的聚集和结块程度(魏迎春等,2013袁远,2013)。

表4-8 煤粉粒度测试结果统计表　单位：μm

续表

注:dmax为最大粒径davgV为体积平均粒径d(0.1)为粒度累积分布中,颗粒直径小于比值的颗粒占10%d(0.5)为粒度累积分布中,颗粒直径小于比值的颗粒占50%d(0.9)为粒度累积分布中,颗粒直径小于比值的颗粒占90%。

根据煤粉粒度分布曲线的形态,将产出煤粉粒度分布类型划分为单峰型和双峰型(图4-6、图4-7、图4-8)。单峰型煤粉粒度分布曲线的粒径范围一般较小,在1000μm以下,而双峰型煤粉粒度分布曲线中第一峰值一般出现在数十微米之间,第二峰值出现在数百到一千微米之间。不同的峰值代表不同粒径颗粒分布的集中程度。根据物源颗粒大小差异和颗粒的搬运原理,单峰和双峰型粒度分布曲线反映了煤粉在排采前开发层的煤粉颗粒本身的大小差异,同时,也反映了煤层气井排采过程中流体运移强度对煤粉的携带能力。

图4-6 韩3-052井产出煤粉粒度分布曲线

图4-7 韩3-013井产出煤粉粒度分布曲线

图4-8 WL1-001井产出煤粉粒度分布曲线

2.煤粉粒度的影响因素

1)煤岩特征和力学性质

煤层的物质组成决定了煤层自身的力学性质,使其具有低杨氏模量、低剪切模量、低体积模量和高泊松比的性质,容易遭受破坏。在相同的排采条件下,煤粉粒度主要与煤层性质、成分相关。黏土颗粒粒径较小(粒径小于20μm的颗粒含量大于50%),容易形成煤粉。当煤粉中黏土矿物含量较高时,其小粒径的颗粒较多。WL2-013 井和WL2-015井产出煤粉的黏土矿物含量都在50%以上(表4-9),而WL2-005井不到50%。其粒度分布区间有明显的不同,前者小于10μm的颗粒个数百分比达到66.81%和41.18%,而WL2-005仅有12.17%,但在10～20μm区间颗粒个数百分比明显增大,达到47.39%(图4-9,图4-10,图4-11)。

表4-9 产出煤粉的显微组分含量　单位：%

2)煤体结构破坏程度

不同煤体结构类型的煤所受到的破坏程度不同,煤层固有煤粉的颗粒也大小不一。抖动不同煤体结构类型的煤样,获得煤中固有煤粉的颗粒,其激光粒度测试分析结果如表4-10所示。原生结构煤和碎裂煤的煤体结构比较完整,构造破坏较轻,煤中固有煤粉颗粒直径相对较大。而碎粒煤和鳞片煤的煤体结构破坏严重,煤体结构呈现粒状和鳞片状,煤中固有煤粉颗粒相对较小。因此,碎粒煤和鳞片煤易受机械破坏和液流的冲蚀而产生大量煤粉。

图4-9 WL2-005井煤粉粒度分布直方图

图4-10 WL2-015井煤粉粒度分布直方图

图4-11 WL2-013井煤粉粒度分布直方图

表4-10 不同煤体结构煤层中固有煤粉粒径特征

对韩城区块内5口煤层气井的开采层不同煤体结构煤厚的比例与其产出煤粉的平均粒径进行统计(表4-11),并绘制Ⅲ类煤(碎粒煤和鳞片煤)相对厚度与煤粉粒度对比折线图(图4-12)。通过分析得出,随开发层中Ⅲ类煤相对厚度的增大,产出煤粉的平均粒度减小,由66.990μm递减至25.962μmⅡ类煤(碎裂煤)相对厚度的突增使煤粉粒度有一个高值异常,韩3-041井Ⅱ类煤占总厚度的61.92%,其产出煤粉的体积平均粒度突增达到169.045μm。Ⅲ类煤是影响产出煤粉粒度的主要因素,Ⅲ类煤产出的煤粉粒径较其他两类煤的体积平均粒径小,煤粉的粒径大小由Ⅲ类煤相对厚度决定,随Ⅲ类煤相对厚度的增大,产出煤粉的平均粒度减小Ⅱ类煤是影响产出煤粉粒度的次要因素,当Ⅲ类煤厚度相当,煤粉的粒径大小由Ⅱ类煤决定,且Ⅱ类煤厚度越大,煤粉的平均粒径越大。

表4-11 不同煤体结构煤与煤粉粒度对比表

注:Ⅰ类煤为原生结构煤Ⅱ类煤为碎裂煤Ⅲ类煤为碎粒煤和鳞片煤。

3)液流的携粉能力

煤粉颗粒随煤层气井排水过程到达井口,一定流速的地层流体具有相当的携粉能力。当液流的速度达到一定值时,细小的煤粉颗粒开始启动并随着液流迁移(曹代勇等,2013姜在兴,2003)。由于颗粒较小,一旦启动就很难停止,容易随液流到达地面。当液流速度增加时,相对较大的颗粒开始启动,但是在液流速度减小的时候也容易再次沉淀静止,聚集在井底或滞留在煤层中,而井口排出的煤粉通常为粒度相对较小的颗粒(袁远,2013)。

图4-12 Ⅲ类煤厚度比例与煤粉粒度对比折线图

对比分析5号原生结构煤与11号原生结构煤在5MPa-5mL/min条件下产出的煤粉粒度分布,图5-19为5号原生结构煤在5MPa-5mL/min实验条件下产出的煤粉粒度分布曲线。5号原生结构煤产出煤粉粒度在1.0～2000μm范围内,粒度分布曲线呈双峰现象,第一峰值出现在40～60μm之间,该范围内煤粉所占体积百分比较低,平均约为3.2%第二峰值出现在1000～2000μm之间,约在1200μm处,产出煤粉所占体积百分比较大,最大值达到12%左右。图5-20为11号原生结构煤在5MPa-5mL/min实验条件下产出的煤粉粒度分布曲线,11号原生结构煤产出的煤粉粒度分布范围在0.2～50μm之间,峰值区域出现在12μm处,体积分数约为7.5%。

图5-19 5号原生结构煤在5MPa-5mL/min下产出煤粉粒度分布曲线

图5-20 11号原生结构煤在5MPa-5mL/min下产出煤粉粒度分布曲线

由图5-19和图5-20可知,在相同的驱替流速与围压强度条件下,5号原生结构煤比11号原生结构煤产出的煤粉粒度值更大,粒度分布范围更广。从煤岩组分差异角度分析认为,5号原生结构煤的镜质组含量高于11号原生结构煤的镜质组含量。根据镜质组低显微硬度、高显微脆度的力学性质,在驱替流速与围压强度均较低,即在5MPa-5mL/min的实验条件下,产出的煤粉中显微组分以镜质组含量居多,且其粒度比黏土矿物等无机组分相对较大。因此,尽管5号原生结构煤与11号原生结构煤在5MPa-5mL/min实验条件下产出的煤粉质量相差较小(5号原生结构煤为54.5mg,5号原生结构煤为55.5mg),但由于5号原生结构煤的煤岩组分以镜质组占优,故其产出煤粉粒度较大、分布范围较广。

对比分析3号原生结构煤和11号原生结构煤在5MPa-25mL/min条件下产出的煤粉粒度分布,图5-21为3号原生结构煤在5MPa-25mL/min实验条件下产出的煤粉粒度分布曲线,3号原生结构煤产出的煤粉粒度分布范围在0.3～25μm内,曲线峰值出现在9μm处,体积分数约为8.8%,产出煤粉整体粒度小。图5-22为11号原生结构煤在5MPa-25mL/min实验条件下产出煤粉粒度分布曲线,11号原生结构煤产出的煤粉粒度分布范围在0.3～250μm之间,并出现了双峰现象,第一峰值出现在20μm处,所占体积分数约为6.5%,第二峰值出现在100μm处,所占体积分数约为4.0%。

由图5-21和图5-22可知,在相同的实验条件下,11号原生结构煤比3号原生结构煤产出的煤粉粒度更大、分布范围更广。从煤岩组分差异角度分析认为,原生结构煤在相同围压和驱替流速下产出的煤粉粒度大小与分布范围主要取决于煤粉颗粒从原生结构煤中脱落的难易程度。根据原生结构煤的显微组分定量分析可知,3号原生结构煤的镜质组含量高于11号原生结构煤,但黏土矿物含量方面,3号原生结构煤要低于11号原生结构煤。由3号原生结构煤与11号原生结构煤在5MPa-25mL/min实验条件下产出煤粉质量与粒度特征可知,在低围压强度、高驱替流速,即5MPa-25mL/min的条件下,11号原生结构煤产出煤粉量为137mg,远高于3号原生结构煤产出煤粉的53.5mg。

图5-21 3号原生结构煤在5MPa-25mL/min下产出煤粉粒度分布曲线

图5-22 11号原生结构煤在5MPa-25mL/min下产出煤粉粒度分布曲线

因此,在驱替流速较大的情况下,煤岩组分中的黏土矿物对煤粉产出特征具有更强的影响控制作用。煤岩中黏土矿物的附着力差,极易受到流体作用而膨胀、失稳、运移。同时黏土矿物的强吸附性可使离散的煤粉颗粒相互聚合,造成产出的煤粉粒度更大。煤岩组分差异对煤层产出粒度特征的影响表明,煤岩中黏土矿物含量越多,越易受到煤储层流体作用的影响,越易产出质量更多的、粒度更大的煤粉颗粒。

产品质量是企业赖以生存和发展的基础，是企业各项工作的综合反映。生产适销对路、品种优良的产品，是社会主义生产企业的重要任务和社会主义生产目的的客观要求。产品质量是指产品、过程或服务满足规定或潜在要求（或需要）的特征或特性的总和。质量有狭义质量和广义质量之分。狭义质量是指产品质量和有关的工作质量；广义质量不仅指产品质量和有关的工作质量，而且还包括产品形成的过程质量和服务质量等，它把产品质量、过程质量和服务质量三者放在同等重要的地位加以考虑，更加体现了在市场经济条件下，人们对产品质量的高度重视和质量在竞争中的决定作用。

一般用圆孔筛来筛煤的粒度都是以筛孔的尺寸来表示

给你一个标称最大粒度的定义吧：与筛上累计质量分数最接近（但不大于）5%的筛子相应的

筛孔尺寸

。

灰分就是看大致煤中的杂质有多少,

采样—破碎—干燥—制样—实验分析

详细情况：

1.原煤采样：根据原煤存放方式依据国标采样

2.破碎：用破碎机破碎煤样粒度在6mm以下，供试验使用

3.干燥：用干燥箱依据国标干燥出制样煤样，并且做出全水分值

4.制样：用制样机把干燥过的煤样制成粒度为0.2mm的分析煤样，供分析实验用

5.分析实验：全部分析实验用电子天平称重

分析水（内水）：用数显电热鼓风干燥箱或水分测定仪做出

灰分，挥发分：用工业分析仪或马弗炉做出

硫：用定硫仪（测硫仪）做出

发热量：用量热仪做出