含量分布（精选9篇）
含量分布 篇1
近年来,铁矿石进 口量大增。2005年进口铁 矿量达到2. 75亿吨[1],2008年虽受全球金融危机的影响,全年进口总量依然达到了4. 44亿吨[2],2009年铁矿进口量达到了6. 28亿吨[3],2010年由于价格的影响,进口铁矿数量有所减少,但也达到了6. 19亿吨[4],2011年铁矿进口量达6. 86亿吨[5],2012年达7. 44亿吨[6],2013年达8. 19亿吨[7]。进口铁矿货值高,检验工作稍有不慎就可能会引发贸易纠纷。张鸟飞等[8]对皮尔巴拉块铁矿和纽曼块铁矿的研究表明不同粒径的矿石铁含量有较大差异。笔者此前的研究[9]也初步发现不同粒级的铁矿颗粒水分含量和铁含量有较大不同。此次研究选取25批次块铁矿进行不同粒级水分和铁含量研究,找出了规律。另外我们选取三批次块铁矿,测试每个粒级含量,以及各粒级的水分和铁含量,同时联系下一港检验检疫部门配合我们进行相应粒级的含量测定,将上下两港结果进行对比,分析两港结果差异的产生原因。
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
仪器: FED720多功能热风循环烘箱,YND - 1型远红外耐酸碱控温电炉。
试剂: 重铬酸钾为国家标准物质GBW( E) 060018e,铁矿石标样为国家标准物质GBW07218a,二苯胺磺酸钠,氯化亚锡均,盐酸,硫酸,磷酸,以上药品和试剂均为分析纯,试验用水均为蒸馏水。
1. 2 样品的制备
笔者主要选择了皮尔巴拉块铁矿、纽曼块铁矿、麦克块铁矿、巴西块铁矿、伊朗块铁矿 ( 以下简称皮块、纽曼块、麦克块、巴西块、伊朗块) 各5批次分别进行了取样、筛分、制样,制取粒径为 - 5 mm、 - 10 + 5 mm、 - 15 + 10 mm、 - 20 + 15 mm、- 25 + 20 mm、 - 31. 5 + 25 mm、 + 31. 5 mm七个档次的样品,并进行破碎、磨样至100目,每个粒径的样品制备100 g左右。
1. 3 样品的铁含量测定与计算
用差量法称取约0. 4 g在( 105±2) ℃下干燥2 h的样品,按照ISO2597. 2 - 2008[4]对样品进行酸分解、过滤、熔融酸化处理,最后对试样进行滴定。在滴定前,大部分铁由SnC l2还原,剩下的铁由TiC l3还原,用稀的K2Cr2O7氧化过剩的还原剂,以二苯胺磺酸钠作指示剂,用K2Cr2O7滴定还原铁。在实验过程中使用相同数量的所有试剂,加入1 mL铁标准溶液( 0. 1 mol/L) ,按照试样的相同操作步骤测定空白实验值,并按下式计算样品中全铁含量ω( 质量分数) ,数值以% 表示。
式中: V1———试样消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积,mL
V2———空白实验消耗的K2Cr2O7标准溶液的体积,mL
m———试样的质量,g
K———对预干燥试样是1. 00
0. 0055847———1 mL ( 0. 01667 mol / mL ) K2Cr2O7标准溶液相当于铁量,g
2 结果与讨论
2. 1 不同粒度等级的水分含量
笔者对皮块、纽曼块、麦克块、巴西块、伊朗块进行了分粒级水分含量测试,结果如图1所示。从图1可以看出随着粒级的增大,水分含量下降,且不同粒级水分含量差异较大,皮块各粒级水分含量最大差异达到4. 66% ,纽曼块达到4. 84% ,麦克块达到4. 45% ,巴西块达到4. 48% ,伊朗块达到0. 90% 。
2. 2 不同粒度等级的铁含量
笔者对皮块、纽曼块、麦克块、巴西块、伊朗块进行了不同粒级铁含量测试,结果如图2所示。可以看出不同粒级之间铁含量有较大差异,且变化较为复杂,巴西块和伊朗块随着粒级增大,铁含量总体上存在增大的趋势,皮块、纽曼块、麦克块粒级在0 ~31. 5 mm之间时,随着粒级增大,铁含量总体上有增大的趋势, +31. 5 mm粒级的铁含量则有所下降。其中皮块不同粒级之间铁含量最大差异达到3. 07% ,纽曼块达到3. 14% ,麦克块达到3. 55% ,巴西块达到4. 98% ,伊朗块达到7. 95% 。
2. 3 上下两港对比试验
笔者选取两港分卸的3批次铁矿,测定每个粒级的含量及其水分、铁含量,同时联系下一港检验检疫部门,配合我们测定相应粒级的含量,结果如表1所示。
2. 3. 1 墨西哥块铁矿
笔者将一批次墨西哥块铁矿样品筛分为 - 10 mm、 - 20 +10 mm、 - 31. 5 + 20 mm、 - 40 + 31. 5 mm、 - 50 + 40 mm、 +50 mm六个粒级。本批铁矿水分和铁含量,舟山局检验结果为1. 8% 和64. 60% ,江阴局检验结果为2. 57% 和63. 24% ,存在较大差异。结合笔者测定的各粒级水分含量、铁含量,和舟山、江阴两局分别测定的各粒级含量,加权平均计算出水分和铁含量,舟山港为1. 9% 和64. 86% ,江阴港为2. 71% 和63. 34% ,与检验结果基本一致。
实验结果表明,舟山港卸载的铁矿, - 31. 5 + 20 mm、40 + 31. 5 mm、 - 50 + 40 mm、 + 50 mm四个粒级含量均明显高于江阴港卸载铁矿,而 - 10 mm、 - 20 + 10 mm两个粒级含量明显低于江阴港卸载的铁矿,而随着粒级增大,水分含量下降,铁含量总体上有上升的趋势。所以舟山港检验结果与江阴港相比,铁含量较高,水分含量较低。
2. 3. 2 纽曼块
笔者将一批次纽曼块样品筛分为 - 5 mm、 - 10 + 5 mm、15 + 10 mm、 - 20 + 15 mm、 - 25 + 20 mm、 - 31. 5 + 25 mm、+ 31. 5 mm七个粒级。本批铁矿水分和铁含量,舟山局检验结果为3. 7% 和63. 70% ,江阴局检验结果为4. 42% 和63. 56% ,水分存在较大差异,铁含量基本一致。结合笔者测定的各粒级水分含量、铁含量,和舟山、江阴两局分别测定的各粒级含量,加权平均 计算出水 分和铁含 量,舟山港为3. 69% 和63. 85% ,江阴港为4. 34% 和63. 61% ,与检验结果基本一致。
实验结果表明,舟山港卸载的铁矿, - 20 + 15 mm、 - 25+ 20 mm、 - 31. 5 + 25 mm、 + 31. 5 mm四个粒级含量均明显高于江阴港卸载铁矿,而 - 5 mm、 - 10 + 5 mm、 - 15 + 10 mm三个粒级含量明显低于江阴港卸载的铁矿,而随着粒级增大,水分含量明显下降,所以舟山水分检验结果明显低于南通。铁含量总体上有上升的趋势,但各粒级之间铁含量的变化没有水分变化那么显著,所以舟山铁含量检验结果仅稍微高于江阴。
2. 3. 3 皮 块
笔者将一批次皮块样品筛分为 - 5 mm、 - 10 + 5 mm、 - 15+ 10 mm、 - 20 + 15 mm、 - 25 + 20 mm、 - 31. 5 + 25 mm、 +31. 5 mm七个粒级。本批铁矿水分和铁含量,舟山局检验结果为4. 1% 和62. 60% ,江阴局检验结果为4. 38% 和62. 37% ,水分、铁含量基本一致。结合笔者测定的各粒级水分含量、铁含量,和舟山、江阴两局分别测定的各粒级含量,加权平均计算出水分和铁 含量,舟山港为4. 22% 和62. 41% ,江阴港为4. 18% 和62. 51% ,与检验结果基本一致。
从实验结果可以看出,舟山港卸载的铁矿,各粒级含量与江阴港卸载铁矿无明显差异,所以检验结果也无明显差异。
3 结 论
( 1) 同一批次进口铁矿不同粒级之间,水分含量存在较大差异,最大差异达到了4. 84个百分点,且随着粒级的增大,水分含量明显下降。
( 2) 同一批次进口铁矿不同粒级之间,铁含量存在较大差异,最大差异达到了7. 95个百分点。
( 3) 由于矿石本身的物理特性,在装货港装货过程和船舶航行过程中,某些种类的矿石容易发生粒度离析,导致船舱内上层和下层矿石的粒度组成差异较大,而同一批次铁矿不同粒级的矿石颗粒水分和铁含量存在较大差异。分卸第一港卸载的是船舱内上层货物,分卸第二港卸载的是船舱内下层货物,分卸两港水分和铁含量差异是由上层和下层矿石粒度组成差异造成的,而并非是分卸两港的取样差异、检测差异造成。
参考文献
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[9]王飞军,刘四海,孙见雷,等.进口铁矿在传输带上粒度分布规律研究及应用[J].广州化工,2014,42(14):121-122.
含量分布 篇2
北京市公园土壤铜、铅含量及化学形态分布特征
对北京市的12个公园进行表层、深层土壤样品的`重金属Cu、Pb含量分析,并对其中10个公园的表层、深层土壤样品进行Cu、Pb的化学形态分析.研究结果表明:北京市部分公园的深层土壤已在某种程度上受到人为扰动,大多数公园表层土壤中存在着一定的Cu、Pb含量积累现象,总体上市区公园比郊区公园明显.公园表层、深层土壤中Cu形态分布的总体规律均为残渣晶格态>有机结合态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>可交换态,表层、深层土壤中Pb形态分布的总体规律均为残渣晶格态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态,但表层土壤中活性态Cu、Pb的平均比例较深层土壤均有所上升,部分市区公园表层土壤中Cu、Pb的含量较高且活性态比例较大,具有一定的释放潜力和生物有效性.
作 者：韩东昱 龚庆杰 岑况 HAN Dong-yu GONG Qing-jie CEN Kuang 作者单位：中国地质大学,北京,100083刊 名：环境科学与技术 ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：200629(3)分类号：X131.3关键词：土壤 铜 铅 含量 化学形态 北京公园
某矿煤层瓦斯含量分布规律研究 篇3
香源煤业位于山西省交城县县城北约7.5km的岭底乡中部。本区位于山西省西山煤田南部, 地形复杂, 切割强烈, 区域主要含水层有第四系全新统冲积砾石含水层;二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组砂岩含水层;二叠系下统山西组砂岩含水层;石炭系上统太原组灰岩、砂岩含水层;奥陶系中统石灰岩含水层。
受区域构造控制, 清交矿区整体为一个向斜构造, 在此背景上又发育有断层和褶曲。
清交矿区属汾河水系, 大沟谷中除瓦窑河、磁窑河、白石沟河清水流量稍大, 一般为每秒十余升至几十升外, 其他沟谷均为季节性河流, 各河流均流入晋中盆地后注入汾河。总体看来, 矿区地表水系不发育。
3号煤层位于山西组中下部, 煤层厚度0~2.06m, 平均1.18m, 是区域的主要可采煤层之一。该煤层为一较稳定局部可采的薄-中厚煤层。厚度变化较大, 由北向南厚度增大, 在井田中部606孔处最厚达2.06m, 在井田中部和东部不可采甚至尖灭。结构简单, 含0~2层夹矸。顶底板岩性多为砂质泥岩, 局部为中-粉砂岩。
4号煤层位于山西组下部, 煤层厚度0~2.35m, 平均1.29m。该煤层为稳定的大部可采煤层, 厚度变化较大, 仅在井田东南部有局部不可采及尖灭。结构简单, 偶含1层夹矸。顶底板岩性一般为砂质泥岩、细砂岩。
2 煤层瓦斯含量赋存规律
影响煤层瓦斯含量的地质因素有很多种, 例如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质、煤层顶底板岩性等等, 不同矿区, 这些地质因素所产生影响性不是完全相同的[1]。对一个特定的井田来说, 在诸多的因素中总有一个主导因素控制瓦斯含量在全井田范围内变化的总体趋势[2], 其他的地质因素影响煤层瓦斯含量是在局部范围内。
2.1 煤层瓦斯含量测定
本次采用钻孔煤屑解吸法测定, 用解吸法直接测定煤层瓦斯解吸量。该方法测定煤层瓦斯含量的原理是:根据煤样瓦斯解吸量、解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失瓦斯量, 再利用解吸后测定煤样中残存瓦斯量计算煤层瓦斯含量[2]。
在香源煤业通过打钻取样、井下解吸, 经整理计算, 将所得测定结果列入表1。
地勘钻孔瓦斯含量修正, 见表2。
现根据井下实测瓦斯含量以及地勘钻孔瓦斯含量数据, 来分析3、4号煤层瓦斯含量分布规律。
2.2 3号煤层瓦斯赋存规律
通过对表1、2中的3号煤层原始瓦斯含量测值分析, 得到3号煤层瓦斯具有如下赋存规律:
(1) 3号煤层瓦斯含量主要受煤层埋深控制, 两者间的散点关系, 如图1所示。经回归分析, 3号煤层瓦斯含量 (W) 具有随埋藏深度 (H) 增大而加大的整体趋势, 两者之间具有如下形式的线性统计规律 (相关系数r=95.79%) :
式中:W-煤层瓦斯含量, m3/t;H-煤层埋藏深度, m。
(2) 3号煤层瓦斯含量增长梯度为:1.75m3/t/100m。
2.3 4号煤层瓦斯赋存规律
通过对表1、2中的4号煤层原始瓦斯含量测值分析, 得到4号煤层瓦斯具有如下赋存规律:
(1) 4号煤层瓦斯含量主要受煤层埋深控制, 两者间的散点关系, 如图2所示。经回归分析, 4号煤层瓦斯含量 (W) 具有随埋藏深度 (H) 增大而加大的整体趋势, 两者之间具有如下形式的线性统计规律 (相关系数r=69.67%) :
式中:W-煤层瓦斯含量, m3/t;H-煤层埋藏深度, m。
(2) 4号煤层瓦斯含量增长梯度为:2.09m3/t/100m。
3 结果分析
3、4号煤层瓦斯含量主要受煤层埋深影响。煤层瓦斯含量 (W) 具有随埋藏深度 (H) 增大而加大的整体趋势。
影响3、4号煤层瓦斯含量变化的主要因素是煤层的埋藏深度, 其他的地质因素只会在局部范围内影响煤层瓦斯含量。
参考文献
[1]付田田, 等.特厚煤层分层开采工作面瓦斯治理技术研究[J].中国高新技术企业, 2014, 17:120-121.
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[5]霍亮亮.高瓦斯煤层群初期开采瓦斯抽采方法研究[D].河北工程大学, 2014.
含量分布 篇4
根据和长江口及邻近海域表层沉积物样品的粒度组成和元素铬、铜、镍、铅、锌、铝、钙和锶的含量,分析了重金属元素含量的分布特征,探讨了含量的变化趋势及其对人类活动的响应.自三峡工程一期蓄水完成到206月,长江输沙量逐年减少,长江口海域沉积物中黏土的百分含量明显增加,但是沉积物分布的总体格局并没有发生明显的`变化.重金属元素大多在泥质区沉积物中富集,高值区沿岸线呈带状分布,在最大浑浊带和口外羽状锋处达到峰值.在长江大量物质输入的背景下,研究区沉积物中重金属元素含量相对其他类似河口较低.河流的陆源颗粒输入、水动力条件、细颗粒物质的吸附以及絮凝作用是控制沉积物中重金属元素含量分布的主要因素,氧化还原条件也对重金属元素含量变化有一定的影响.人类活动(重大工程的建设和人为污染)对长江口外泥质区中重金属元素含量有重要影响,尤其对铅和锌的含量及其分布的影响显著.自20三峡工程一期蓄水以来,长江口海域表层沉积物中重金属元素沉积机制未有明显的变化,但是重金属元素含量有逐渐降低的趋势.
作 者：董爱国 翟世奎 ZABEL Matthias 于增慧 DONG Ai-guo ZHAI Shi-kui ZABEL Matthias YU Zeng-hui 作者单位：董爱国,DONG Ai-guo(中国海洋大学,海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东,青岛,266100;不来梅大学,海洋地球科学学院,不来梅,D-28334)
翟世奎,于增慧,ZHAI Shi-kui,YU Zeng-hui(中国海洋大学,海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东,青岛,266100)
ZABEL Matthias,ZABEL Matthias(不来梅大学,海洋地球科学学院,不来梅,D-28334)
含量分布 篇5
徐矿集团张集煤矿为江苏省唯一的煤与瓦斯突出矿井, 7、9煤为突出煤层, 1995年以来矿井共发生8次煤与瓦斯突出, 其中有一次突出造成了人员伤亡。
瓦斯是一种易燃易爆气体, 无色、无味, 是威胁煤矿安全生产和矿工生命的最大灾害源, 瓦斯作为一种特殊的地质体, 研究其运移、赋存和分布规律——瓦斯地质规律, 对瓦斯灾害的防治具有重要意义。
1 井田地质构造概况
徐矿集团张集井田位于徐州复背斜的西北翼, 总体为一单斜构造, 单斜上发育有次级的李庄向斜和张集背斜、姚庄背斜, 地层走向基本为北东、北北东向, 倾向总的为北西向。井田东部F2断层上盘18勘探线以东, F2断层下盘21′勘探线以东, 岩浆岩以岩床型侵入山西组7、7-2煤层位;全井田断层发育, 落差大于20m的大中型断层有33条, 其中:正断层24条, 逆断层9条, 断层密度2.54条/km2, 延展长度2730m/km2, 构造纲要示意图如图1所示。
2 矿井瓦斯地质规律研究
2.1 褶皱构造、断层对瓦斯赋存的影响
向斜构造比背斜构造对瓦斯保存有利, 故背斜轴部的含气性往往最差, 而向斜两翼和倾伏端方向含气性较好。从7煤、9煤瓦斯地质图中瓦斯含量等值线可以看出, 瓦斯含量在李庄向斜东翼与张集背斜间有两块明显的高值区域。
断层破坏了煤层的完整性, 使瓦斯运移条件发生变化。-700m东二下山采区轨道下山、东九皮带下山及9443工作面皮带机道靠近下部F4大断层构造带, 伴生小断层发育, 煤层挤压成粉沫状, 透气性差, 瓦斯难以逸出, 9煤层发生的7次煤与瓦斯突出位置大部分在断层发育处, 其突出位置如图2所示。
2.2 埋深对瓦斯赋存的影响
随着煤层埋藏深度的增加, 不仅因地应力的增加而使煤层及围岩的透气性变差, 而且增加了瓦斯向地表的运移距离, 有利于瓦斯封存。矿井在-300m水平回采时, 瓦斯涌出量相对较小;进入-520 m辅助水平回采时, 瓦斯涌出量逐渐增加;-700m东二下山采区、东三采区采深为-780~-860m, 发生了煤与瓦斯突出。随着矿井开采不断延深, 北翼延深采区将是煤与瓦斯突出区域, 根据地质勘探资料, 北翼延深采区主采煤层9煤的瓦斯含量达到9.5m3/t, 大大高于浅部4.5m3/t, 再加上地压等方面的影响, 煤层受挤压破坏的变化将会增大, 煤与瓦斯突出的强度和频率将会远远大于浅部煤层。
2.3 顶板岩性对瓦斯赋存的影响
井田内煤层直接顶为泥岩且覆盖厚度较大的区域, 瓦斯含量明显高于以砂岩为直接顶的区域。7煤层中部、17-21勘探线间及井田东北部、张集背斜附近有两块面积较大的顶板为泥岩的区域, 区域内瓦斯含量明显高于周围顶板岩性为砂岩的地区;9煤层17、21′、24、26勘探线上有4个顶板为泥岩的区域, 区域内瓦斯含量明显高于周围顶板岩性为砂岩的区域。
2.4 岩浆岩对瓦斯赋存的影响
矿井东部岩浆岩体以岩床型侵入山西组7、7-2煤, 与下伏9煤层间距9.88~30.31m, 热力作用使9煤的变质程度增高, 对促进煤层气的生成起到了重要作用;破坏了煤层的原生结构, 裂隙增多, 给瓦斯的赋存提供了空间;对9煤的瓦斯运移形成了覆盖层, 使煤层顶板整体渗透性差, 影响了瓦斯的运移和逸散, 根据9煤钻孔资料非侵入区瓦斯含量<530mm3/g, 侵入区瓦斯含量4 023~9 549mm3/g。矿井在生产过程中实际瓦斯涌出量也证实了这一规律, 非侵入区瓦斯绝对涌出量0.10~1.20m3/min, 侵入区瓦斯绝对涌出量4.10~9.45m3/min。9煤发生的7次煤与瓦斯突出均位于侵入体覆盖层下。
另外, 煤层本身是一种高度致密的低渗透性岩层, 对瓦斯保存有利, 煤层厚度增加, 瓦斯含量也呈增大趋势。
3 结论和建议
3.1 结论
综合分析影响瓦斯赋存的地质因素, 矿井瓦斯含量分布规律如下:①向斜构造比背斜构造对瓦斯赋存有利, 李庄向斜附近的瓦斯含量高于张集背斜、姚庄背斜附近的瓦斯含量。②当煤层顶板岩性为封闭性较好的泥岩且厚度较大时, 瓦斯含量较高。7、9煤顶板岩性为泥岩的区域内的瓦斯含量明显高于周围顶板为砂岩区域内的瓦斯含量。③岩浆侵入导致煤层变质程度越高, 瓦斯含量越大。侵入区内7、7-2煤大面积出现焦煤, 瓦斯含量明显高于未侵入区。与此同时, 岩浆岩对下伏9煤的影响较大, 在侵入内瓦斯含量高, 煤层为突出煤层。④随煤层埋藏深度及厚度增加, 瓦斯含量增大。⑤井田东翼18-27勘探线-600m水平以下区域内瓦斯含量明显高于其它区域, 此区域为煤与瓦斯突出区域。
3.2 建议
含量分布 篇6
1井田地质概况
鲁班山井田属于筠连矿区, 位于筠连煤田中段。东以新街向斜为界, 西缘巡司河是筠连勘探区的自然边界, 南以F1断层与武德井田分界, 北以勘探深部边界 (2号煤-200 m标高底板等高线) 为界。巡司背斜斜贯整个井田。井田主要含煤段为宣威组上段, 属滨海平原型含煤建造, 平均厚42.72 m, 含煤7～9层, 煤层总厚7.32 m, 可采或局部可采煤层4层, 自上而下分别为2号、3号、7号、8号, 可采煤层总厚度一般为5.54 m。其中2、7号煤层局部可采, 属不稳定煤层, 3、8号煤层基本全区可采, 属较稳定煤层。煤层顶板多为泥质岩、砂岩类组合, 底板为泥质岩、砂岩。鲁班山井田主体构造为一宽缓而简单的北东向背斜构造, 伴生有与轴向一致的次级褶曲及断层。井田总的面貌是井田边缘较复杂, 井田内部较简单, 较大断层均分布在井田边界地区, 井田内部仅受小断层影响。地层产状受巡司背斜控制。
2煤层瓦斯含量分布主控因素分析
(1) 顶底板岩性。
瓦斯在煤层中是有压力的, 因而会不断地运移, 其运移的速度与围岩及煤层的渗透性有关[2]。煤层围岩的渗透性直接影响气体的保存条件。如果煤层围岩的渗透性强, 则瓦斯不易保存, 煤层瓦斯含量小;反之, 则易于保存, 煤层瓦斯含量高。孔、裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩透气性高, 而裂隙不发育的页岩、泥岩等岩石透气性低[5]。8号煤顶板一般为泥岩、粉砂岩夹薄层炭质泥岩, 细粒砂岩。底板主要为泥岩, 少数为炭质泥岩、粘土岩, 对煤层瓦斯的储存较为有利。通过对钻孔资料中煤层顶板20 m、底板10 m内泥岩厚度的统计、分析, 分别回归了其与瓦斯含量的关系。通过图1、图2可以看出, 顶底板泥岩厚度变化对瓦斯含量的影响并不明显。
(2) 煤厚。
对煤层瓦斯来说, 煤层既是气源岩又是储集岩[6]。在同等条件下, 煤层厚度越大, 稳定性越好, 瓦斯含量相对就越大。图3回归了煤层厚度与对应的瓦斯含量之间的线性关系。由图3可知, 煤层厚度对煤层瓦斯含量的影响较小。其原因为:①煤层上覆基岩厚度的变化;②煤层较薄, 煤厚相对稳定。
(3) 煤层埋藏深度。
煤层埋藏深度是决定煤层瓦斯含量大小的主要因素之一。煤层瓦斯具有由地层深部向地表运移的总趋势。实践证明, 煤层埋藏深度越大, 地应力越高, 煤层瓦斯压力增大, 围岩的渗透性越弱, 不利于瓦斯逸散[3,7,8], 故而煤层瓦斯含量与煤层埋深之间的相关性较高。鲁班山井田煤层瓦斯含量体现出了随煤层埋深增加而增大的趋势, 但其相关性不明显 (图4) 。
(4) 基岩厚度。
鲁班山井田地表形态变化较大, 第四纪地层被剥蚀殆尽, 三叠纪岩层被剥蚀状况也有较大变化, 大部分地区三叠纪岩层直接出露于地表, 未出露部分第四纪地层也很薄。煤层上覆基岩厚度总体由西南到东北递增, 但在巡司背斜轴部罗家沟及其周边地区, 上覆基岩遭受剥蚀较严重, 第四系地层与第三系飞仙关组呈假整合接触, 形成河谷凹地, 改变了基岩厚度的变化趋势。所以, 煤层上覆基岩厚度对煤层瓦斯含气量控制更明显。经回归分析, 瓦斯含量与上覆基岩厚度之间的线性关系表达式为y=0.052 9x-9.13, 相关性明显 (图5) 。
3煤层瓦斯含量分布规律
综上所述, 可以得出鲁班山井田瓦斯含量分布的主控因素为煤层上覆基岩厚度, 其他地质因素在局部对瓦斯含量有影响。鲁班山井田8号煤层瓦斯含量呈现出随上覆基岩厚度增加, 按照y=0.052 9x-9.13的线性关系增加的整体规律。依据煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度的相关关系, 绘制了8号煤层瓦斯含量等值线图, 反映了煤层瓦斯含量的整体分布规律 (图6) 。
4结语
(1) 分析了鲁班山井田8号煤层瓦斯赋存的主要地质因素, 认为上覆基岩厚度是影响鲁班山井田8号煤层瓦斯含量分布的主要因素, 决定了8号煤层瓦斯含量的整体分布特征。围岩透气性等其他地质因素影响8号煤层瓦斯含量的局部变化。
(2) 鲁班山井田8号煤层瓦斯含量在瓦斯带内有随着上覆基岩厚度的增加, 按y=0.052 9x-9.13的线性关系增加的整体规律, 并依据煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度的相关关系, 绘制了煤层瓦斯含量等值线图, 更加直观地反映出了瓦斯含量分布的整体规律。
(3) 在煤矿安全生产过程中, 要综合考虑各种地质因素对局部瓦斯含量变化的影响, 具体掌握煤层瓦斯含量总体分布规律, 更好地为煤矿瓦斯地质灾害防治工作提供可靠依据。
参考文献
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[2]杨孟达, 刘新华, 王瑛, 等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社, 2000.
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[5]周世宁, 林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.
[6]孙茂远, 黄盛初.煤层气开发利用手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1998.
[7]刘新荣, 鲜学福.煤层瓦斯涌出量与煤层埋藏深度关系的探讨[J].矿业安全与环保, 2001, 28 (1) :41-42.
含量分布 篇7
关键词：铜梁县,土壤,微量元素
1984年, 铜梁县土肥站在重庆市土肥站和西南农学院的指导下, 对本县土壤中微量元素有效含量分布进行了调查, 并对影响其有效性的几个因素进行分析, 认为:有效铁、铜、锰含量丰富, 有效硼、钼缺乏, 有效锌在多数土壤中含量较低;有效钼在碱性土壤中含量高, 有效铁、锰在酸性土中含量高, 与有机质、有效磷含量呈正相关, 水稻土高于相同母质发育的旱作土。
25年过去了, 耕作制度、栽培制度、作物种植类型、大量元素施用种类和数量与比例以及粮食产量结构等都发生了巨大变化。
在开展全国性测土配方施肥工作中, 我县在县境内合理布置了208个采样点, 风干后送西南大学土壤化验中心对铜、锌、铁、锰、铅、硼的有效含量及p H值、有机质和大量元素含量进行了化验分析, 并与1984年化验数据进行对比分析, 了解其变化范围和规律, 从而更好地指导农民有针对性施用微肥, 以满足作物生长发育需要, 增加粮食产量, 提高作物品质。
1 土壤样品采集分析
2009年按不同土壤类型、母质及不同土种面积, 在铜梁县布置208个采样点 (全部为0～20 cm耕层农化样) , 风干后送西南大学土壤实验中心化验。
2 分析结果与讨论
铜梁县25年来各种土壤类型的有效微量元素含量变化分析结果列于表1。
2.1 25年间铜梁县土壤中有效微量元素含量变化与分布
2.1.1 含量水平与变化
通过1984年45个和2009年208个样品测定结果表明:铜梁土壤中有效态微量元素的含量变幅大, 不同土壤类型间差异明显, 证明铜梁土壤中微量元素有效性的不均衡性, 不同微量元素含量变幅在扩大。
(1) 有效铜。2009年, 有效铜含量在0.09～11.60mg/kg之间, 平均2.90 mg/kg, 为缺铜临界值0.2 mg/kg的14.5倍, 其中大于1.0 mg/kg的样品173个, 占83.2%。
与1984年样品化验数据相比, 有效含量提高59.3%, 其中最低值为0.09 mg/kg, 比1984年降低147%;最高值11.60 mg/kg, 比1984年提高88.0%, 证明变幅比1984年进一步扩大。
(2) 有效锌。2009年土壤有效锌含量变幅在0.42～19.50 mg/kg之间, 平均3.57 mg/kg, 已经没有≤0.50 mg/kg的样品, 其中0.51～1.00 mg/kg样品26个, 占12.5%;≤1.50 mg/kg的样品57个, 占27.4%, >3.00 mg/kg的样品102个, 占49%。
与1984年化验数据相比, 土壤有效锌含量平均提高151%;最低值比1984年提高50%, 最高值比1984年增高175%, 证明土壤有效锌含量普遍在提高, 低于缺锌临界值1.00 mg/kg的土壤明显少于1984年, 这与20多年来长期坚持施用锌肥有着密切联系。通过多年观察和调查认为, 针对水稻、玉米、生姜、海椒等对锌肥较敏感 (或需锌量较大) 的作物, 在土壤有效锌≤1.50 mg/kg的情况下施用锌肥都有较好效果。
(3) 有效铁。2009年化验有效铁含量在0.25～515.00mg/kg之间, 平均101 mg/kg, 其中低于土壤缺铁临界值4.5 mg/kg的有40个, 占19.2%, 证明80.8%的土壤有效铁含量丰富;>20.00 mg/kg的有123个, 占59.1%;4.60～20.00 mg/kg的46个, 占22.1%。
与1984年比较, 有效铁含量平均数提高67.8%, 其中最低值比1984年降低344%, 最高值比1984年提高143%, 缺铁土壤样本比1984年增加106%, 证明有效铁含量变幅扩大。
(4) 有效锰。2009年有效锰含量变幅在1.10～384.00 mg/kg之间, 平均31.88 mg/kg;其中低于15.00mg/kg的92个, 占43.3%;≤30.00 mg/kg的样品122个, 占56.7%。
与1984年比较, 有效锰平均值降低24.5%, 最低值比1984年低253%, 最高值提高96.9%。低于缺锰临界值15.00 mg/kg的样品数在增加。
(5) 有效硼。2009年有效硼含量变幅在0～1.490mg/kg之间, 平均0.166 mg/kg, 其中低于缺硼临界值0.500 mg/kg的高达200个, 占96.7%;低干0.200 mg/kg严重缺硼的样品有160个, 占76.9%, 大于0.500 mg/kg的有9个, 仅占4.3%。证明在铜梁土壤上种植各种作物, 施硼已经到了刻不容缓的地步。
与1984年比较, 有效硼平均值降低10.2%, 最低值已从0.030 mg/kg降至0, 最高值提高57.3%, 低于临界值样品都在95%左右。证明铜梁土壤普遍存在缺硼, 并有逐年加重趋势, 对十字花科作物和柑橘、梨等果树及对硼肥敏感的作物注重施用硼肥, 可以达到增产增收和提高品质的效果。
综合以上化验数据和对比分析可见, 铜梁县土壤有效微量元素变幅2009年较1984年扩大, 可能与样本数的多少有一定关系 (1984年仅为45个, 2009年达208个) , 有效铜、锌、铁的平均含量有较大幅度增加, 特别是有效锌含量增幅较大;缺铁土壤较1984年有大幅增加。有效锰、硼平均值较1984年有所降低, 尤表现出土壤有效硼含量与作物对硼的需求量之间矛盾非常突出。
2.1.2 分布特点
从表1中化验数据统计分析结果说明, 铜梁土壤中有效微量元素含量高低及丰缺状况因土壤类型而异, 总的趋势为水稻土含量高于旱地。
(1) 有效铜。2009年有效铜平均含量介于1.19～5.04 mg/kg之间, 中性紫色土含量最低, 漂洗水稻土含量最高。低于1.50 mg/kg的仍为中性紫色土和黄色石灰土, 水稻土含量均在2.95 mg/kg以上。
与1984年数据比较, 有效铜平均值普遍上升, 黄色石灰土和中性紫色土平均值最低, 水稻土含量普遍较高。
(2) 有效锌。2009年有效锌平均值在1.45～6.42 mg/kg之间, 石灰性紫色土含量最低, 渗育性水稻土含量最高, 水稻土含量均在2.50 mg/kg以上 (仅有1个水稻土亚类低于1.50 mg/kg) 。
与1984年比较, 有效锌含量平均值普遍提高, 酸性紫色土、典型黄壤、黄色石灰土和漂洗水稻土提高幅度最大, 潜育性水稻土提高幅度最小。
(3) 有效铁。2009年有效铁平均值在7.10～255.80mg/kg之间, 石灰性紫色土含量最低, 漂洗水稻土含量最高, 水稻土平均含量均在86.00 mg/kg以上, 旱地以酸性紫色土和典型黄壤含量在40.00 mg/kg以上, 其余均在12.00 mg/kg以下。
与1984年化验数据比较, 有效铁含量都是石灰性紫色土最低。漂洗水稻土、潜育性水稻土和渗育性水稻土增加幅度大, 淹育性水稻土基本相同, 淹育性和潴育性水稻土有较大幅度下降;旱地除酸性紫色土上升, 其余均低于1984年化验数据。
(4) 有效锰。2009年有效锰平均值在5.37～50.70mg/kg之间, 渗育性水稻土含量最高, 石灰性紫色土含量最低, 其余在20.15～43.44 mg/kg之间。
与1984年比较, 土壤有效锰含量除灰潮土、酸性紫色土、渗育性和潜育性水稻土有所上升, 漂洗水稻土基本接近外, 其余都有较大幅度下降。
(5) 有效硼。2009年有效硼含量在0.050～0.310 mg/kg之间, 黄色石灰土含量最高, 潜育性水稻土次之, 低于0.100 mg/kg的有漂洗水稻土、中性紫色土和灰潮土, 其余在0.110～0.190 mg/kg之间。
与1984年比较, 有效硼含量除黄色石灰土、潴育性和潜育性水稻土有所上升外, 其余均降低, 尤以灰潮土和石灰性紫色土降幅明显。
2.2 土壤有效态微量元素含量的主要影响因子
土壤中微量元素的有效性受土壤类型、pH值、有机质和有效磷含量及人类耕种施肥活动等因子的影响。不同土壤类型含量差异与土壤母质中微量元素含量密切相关, 土壤酸碱度对微量元素的有效性影响也非常明显, 还与土壤粘沙程度、有机质含量和有效磷含量密切相关。
2.2.1 pH值
2009年化验结果, 土壤pH由酸性→中性→碱性, 有效锌、铁、锰含量由高→中→低, 有效铜、硼则由中→高→低。与1984年比较, 铁、锰、铜、硼的有效性变化相同, 而有效锌1984年为中性土壤含量最高, 2009年为酸性土壤含量最高。
2.2.2 有机质含量
1984年和2009年测定结果的趋势完全相同, 土壤有效态微量元素含量随有机质含量的增加而增加, 即与有机质含量呈正相关关系。除有机质含量大于30 g/kg的旱作土有效含量高于水稻土外, 其余均为稻田有效含量高于相同有机质含量的旱作土壤。
2.2.3 有效磷含量
2009年化验结果为, 有效锌含量随有效磷含量的增加而增加, 呈正相关关系;有效铁、锰含量随有效磷的增加而降低, 呈反相关关系;有效磷含量从低→中→高;铜和硼的有效性则为中→高→低。
2.2.4 耕地利用方式
土壤有效态微量元素的有效性受人类生产活动, 特别是利用方式的影响较明显。
2009年化验统计结果, 土壤中有效铜、铁、锰、硼含量稻田高于旱地;锌的有效含量在pH6.5以上旱地高于稻田, 这一变化可能与20多年来人们不断在旱地中施用锌肥的结果有关;在有机质和有效磷含量高 (有机质大于30 mg/kg, 有效磷含量大于10 mg/kg) 的情况下, 锌的有效性为旱地高于稻田。
3 结论与农艺措施建议
(1) 2009年铜梁县土壤中有效态铜、锌、铁的有效含量比1984年有较大幅度提高, 锰和硼的有效性比1984年降低, 有效硼降低幅度较大。
(2) 锌在酸性土壤中的有效性特别高 (平均值达5.17 mg/kg) , 说明酸性土壤应停止施用锌肥;中性和碱性土壤锌的有效含量虽平均值在1.32～1.87 mg/kg, 但对水稻、玉米、红苕、高粱等锌敏感或需锌量大的作物仍提倡补施锌肥, 满足作物生长发育需要。
(3) 铜梁县土壤有95%的土样有效硼含量在缺硼临界值以下, 76%的土样有效硼含量在0.200 mg/kg严重缺硼临界值以下, 建议各类作物加强施用硼肥, 特别是十字花科作物、果树和蔬菜等硼敏感作物。
(4) 施用锌、硼等微量元素肥料应尽量采用叶面喷施方法, 如果长期大量采用土施, 会导致重金属元素过多而破坏土壤结构和造成面源污染。
含量分布 篇8
关键词：煤层有效厚度,煤层埋藏深度,瓦斯含量
近年来, 老矿井开采深度增加、新建矿井也主要集中在煤田深部, 煤层中的瓦斯压力、含量均逐渐增大, 造成的瓦斯灾害事故也日益严重[1]。国家安全监督部门对瓦斯的研究与管理给予了极大重视, 但瓦斯的无形性、隐蔽性以及赋存与涌出的复杂性, 使得瓦斯治理始终未取得决定性的突破。因此, 开展对瓦斯含量和突出危险区域的预测, 对指导矿井安全生产将起到重要的作用[2], 具有明显的经济效益和社会效益。
新桥煤矿在2011年之前一直是低瓦斯矿井, 直到2011年瓦斯等级鉴定修订后鉴定为瓦斯矿井。鉴定结果的变化势必对矿井的采掘关系和“一通三防”产生重大的影响。因此, 有必要对新桥煤矿主采二2煤层进行瓦斯地质规律分析, 准确预测煤层瓦斯含量, 做到有的放矢开展瓦斯防治工作。
1 煤层瓦斯含量预测方法
影响瓦斯的关键地质因素包括岩溶陷落柱、岩浆岩分布、褶皱断层、上覆岩层厚度、煤层有效厚度和煤层的埋藏深度等[3]。虽然各个地质构造因素对瓦斯赋存的影响随矿区的变化而变化, 但在同一瓦斯地质单元的诸多影响因素中, 若干主要因素控制着瓦斯在该单元内的总体分布趋势, 其他因素在此基础上对其产生了局部影响。由于岩溶陷落柱、岩浆岩和褶皱断层等具有分布的随机性, 目前还无法对其产生的影响进行定量描述。但是岩溶陷落柱、岩浆岩和褶皱断层具有较好的分布规律, 因而可以对其影响瓦斯赋存规律进行定量描述。
在生产实际过程中, 研究人员通常利用直接梯度法和间接梯度法建立煤层埋深与瓦斯含量线性关系式来对煤层瓦斯含量进行预测[4]。这种预测方法虽然简单、实用, 但由于地质构造和上覆岩层岩性等条件的变化往往造成瓦斯含量梯度的显著差异, 仅考虑埋深单因素的瓦斯含量预测方法具有较大的应用局限性[5]。鉴于基于单因素的瓦斯预测模型在实际应用过程中往往出现不准现象, 可以通过研究上覆岩层中特定岩层厚度、煤层有效厚度和煤层的埋藏深度对煤层瓦斯含量的影响, 借助origin等工具实现多因素逐步线性回归, 从而通过数学方法建立一种优化的瓦斯含量预测方程, 作为一种方便、快捷、可靠的瓦斯含量预测手段[6]。
2 煤层瓦斯含量赋存量测定
2.1 煤层原始瓦斯含量测定依据
煤层瓦斯含量依据国标《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》 (AQ1066—2008) 与《地勘时期煤层瓦斯含量测定方法》 (GB/T 23249—2009) 测定。此次测定的瓦斯含量都是选择未受采动影响的原始煤体, 即原始瓦斯含量。
2.2 煤层瓦斯含量测试结果
原中国煤田地质总局147勘探队在地质勘探时期测定瓦斯含量样28个, 其中二2煤层瓦斯含量有效样品25个;其中新桥煤矿反馈测试数据1个。新桥煤矿二2煤层瓦斯含量测试汇总见表1。
3 单因素条件煤层瓦斯含量分布预测
3.1 埋深与瓦斯含量关系预测
根据表1所示数据对煤层埋藏深度和瓦斯含量进行线性回归分析, 瓦斯含量随埋藏深度变化关系如图1所示, 分布函数见式 (1) 。
式中, W为瓦斯含量;h为煤层埋藏深度。
由图1可以看出, 煤层埋藏深度对瓦斯含量影响较大, 相关系数大于0.6;且随着煤层埋藏深度的增大而不断增大。
3.2 顶板岩性
通过表1所示数据对顶板20 m内泥岩厚度和瓦斯含量进行线性回归, 瓦斯含量随顶板20 m内泥岩厚度变化关系如图2所示, 分布函数见式 (2) 。
式中, W为瓦斯含量;L为顶板20 m内泥岩厚度。
由图2可以看出, 顶板20 m内泥岩厚度对瓦斯含量影响较大, 相关系数大于0.6;且随着泥岩厚度的增大而不断增大。
3.3 煤层有效厚度
通过表1所示数据对煤层有效厚度和瓦斯含量关系进行线性回归分析, 瓦斯含量随煤层有效厚度变化关系如图3所示, 分布函数见式 (3) 。
式中, W为瓦斯含量;S为煤层有效厚度。
由图3可以看出, 煤层有效厚度对瓦斯含量影响较大, 相关系数大于0.6;且随着煤层有效厚度的增大而不断增大。
4 多因素条件下煤层瓦斯含量预测模型
多元线性回归分析方法就是把所有m个自变量全部引入回归方程, 不管自变量对因变量是否有显著影响。多元线性回归经常需要从许多自变量中“挑选”出有意义的变量, 建立一个“最优”的回归方程。所谓“最优”的回归方程, 就是包含所有对因变量有显著作用的变量, 而不包含对因变量无显著作用的变量的回归方程。因此, 在回归分析中发展了对自变量进行“筛选”的数学方法, 同时逐步回归分析中也发展了对自变量进行“筛选”的数学方法, 而逐步回归目前被认为是一种较为合理的方法。
选择瓦斯含量y为因变量, 埋藏深度x1、顶板20 m内泥岩厚度x2和煤层有效厚度x3为自变量建立多元性回归方程, 采用逐步回归的方程对自变量进行筛选, 直到建立最优的回归方程。
式中, a为常数项;b、c、d为待定系数。
确定估算系数a、b、c、d的原则是根据最小二乘法原理使剩余差平方和最小, 可求得a=-1.653 6, b=0.008 47, c=0.130 83, d=0.050 8, 具体见表2。由表2可知, 整个式子的标准方差是0.83。由此可见, 方程拟合度较高, 数据预测具有较大可靠性。
则回归方程为:
式中, y为瓦斯含量;x1为埋藏深度;x2为顶板20 m内泥岩厚度;x3为煤层有效厚度。
5 2401工作面瓦斯含量分布预测
2401工作面煤层埋深602~689 m, 工作面煤厚1.49~3.40 m, 煤层顶板20 m范围内上覆泥岩厚度为1.40~4.32 m, 根据多因素条件下煤层瓦斯含量预测模型可知, 工作面煤层瓦斯含量范围为1.40~4.32 m3/t。因此, 从预测结果来看, 工作面煤层内瓦斯含量较低。目前2401工作面正在开采, 在生产过程中对煤层瓦斯相对涌出量进行测试, 其涌出量为1.52 m3/t, 与预测结果一致。
6 结语
通过对新桥煤矿二2煤层瓦斯含量数据以及与其对应的上覆岩层厚度、煤层有效厚度和煤层的埋藏深度进行回归分析, 发现3个因素均与煤层瓦斯含量具有较好的线性关系, 其相关性系数分别达到0.69, 0.62, 0.62, 且随着每个因素的增加, 煤层瓦斯含量具有较大的增长趋势。
在进行多因素条件下煤层瓦斯含量预测时, 相关性系数达0.83, 说明3个因素同时应用时能够较好地预测煤层瓦斯含量。将瓦斯含量预测模型应用于2401工作面瓦斯含量预测, 可得瓦斯含量范围为1.40~4.32 m3/t, 与实际生产过程中测试的瓦斯相对涌出量一致, 预测结果较为准确。
从模型可以看出, 随着煤层厚度等3个因素的增大, 井田瓦斯也在逐渐富集。因此, 建议矿井做好采掘衔接计划工作, 在开采局部瓦斯异常区域时, 除了要及时调整采掘衔接计划, 降低采掘推进速度外, 还要加强适宜的瓦斯探测, 及时采取有效的瓦斯防治措施。
参考文献
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含量分布 篇9
对煤中汞的含量分布与赋存状态进行研究可以为矿区汞污染调查提供理论依据,也可为开展电厂汞污染预测及燃煤电厂汞污染控制研究提供理论支持。
虽然一些研究者对中国煤中汞的含量分布及赋存状态等做过一些调查和分析,也取得了一定成果, 但由于样品数量有限等原因,不同学者的研究结果差异较大［3—15］。现在在前人研究的基础上,通过对大量相关文献资料的统计分析,收集了1 712个中国煤样品中汞的数据,结合作者对中国皖北矿区6个煤矿的81个样品中汞的数据测试结果,对中国1 793个煤样品中汞的含量、分布和赋存状态进行了分析。
因为高硫煤中的硫是关注的焦点,在煤利用和燃烧过程中,研究煤中的硫对环境作用的同时,也认识了与煤中硫关系密切的一些有害物质( 如汞、砷、 硒) 的释放机理、控制技术与环境意义［16，17］,导致现有的研究主要集中在对高硫煤中汞的含量分布与赋存状态的研究。而低硫煤中汞的赋存状态,长期以来一直因为硫分低而被研究者所忽视。实际上,低硫煤( < 1. 0% ) 和低中硫煤( 1. 0% ~ 1. 5% ) 约占中国煤储量的74. 7%［18］,对低硫煤中汞进行研究对形成系统的煤中汞含量分布与赋存状态理论、正确评价煤中汞的环境意义等都具有重要意义。本文通过对中国皖北矿区6个煤矿的81个低硫煤样品中汞的数据测试结果,探讨了低硫煤中汞的含量分布和赋存状态。影响煤中汞含量和分布的因素很多, 岩浆活动就是其中重要因素之一。皖北煤田很多煤层不同程度地受到岩浆侵入的影响,本次研究以皖北煤田多个煤矿煤中的汞为研究对象,探讨了岩浆活动对煤中汞的含量分布与赋存状态的影响。
1样品及实验
从皖北矿区6个煤矿( 位于皖北矿区西南方的卧龙湖煤矿、百善煤矿和刘桥二矿,位于皖北矿区正南方的祁东煤矿,位于皖北矿区东北方向的朱庄煤矿和孟庄煤矿) 采集了81个煤样,其中卧龙湖煤矿6个,百善煤矿15个,刘桥二矿12个,祁东煤矿19个,朱庄煤矿15个,孟庄煤矿14个。煤样采样方法为全层刻槽采样,每个样品采样重量约为1 kg,样品采集后按要求进行保存,以避免水分散失和可能的污染。样品经干燥处理和磨碎后过200目筛,称取0. 1 g样品,加入15 m L混合酸( HF ∶ HCl ∶ HCl O4∶ HNO3= 1∶ 1∶ 3∶ 6) ,微波消解( 150℃ ,13 atm,6 min; 170 ℃ ,17 atm,6 min; 190 ℃ ,22 atm,6 min; 210℃ , 28 atm,9 min ) ,冷却后,用去离子水稀释定容到50m L,然后用冷蒸汽原子荧光光谱法( CV-AFS) 对汞含量进行测试分析。该仪器的检测限为0. 01 ng / g. 实验和测试过程中平行带入中国土壤标准物质GBW07405,该标准物质中汞的含量为0. 29 μg / g, 实验检测的汞的含量为( 0. 29 ± 0. 01) μg /g。另外总硫和黄铁矿硫的含量分别按照国标GB /T 214和GB / T 215进行测定。测试结果如表1所示。
注: 表中括号中数值是含量范围,括号后是平均值; 其中朱庄和孟庄煤矿中汞和总硫的数据引自文献[14]。
2结果与讨论
2. 1中国煤中汞的含量与分布
2.1.1中国煤中汞的平均含量
在1 793个煤样品中汞的含量范围为0 ~ 45. 0 mg / kg,平均值为0. 20 mg / kg。
从表2可以看出,本次统计的中国煤中汞的算术平均含量( 0. 20 mg /kg) 与上部地壳中汞的平均含量0. 05 mg /kg［19］相比,是上部地壳中汞的平均含量的4. 0倍; 任德贻等［20］统计1 413个中国煤中汞的数据,认为中国煤中汞的含量范围为0. 046 ~ 4. 8 mg / kg,算术平均含量0. 195 mg / kg,与本次调研结果接近; 唐修义等［21］对1 458个中国煤样品中汞的数据进行过统计分析,认为绝大多数煤中汞的含量为0. 01 ~ 0. 5 mg /kg,算术平均含量0. 1 mg /kg,本次研究的结果( 0. 20 mg /kg) 是其统计结果的2. 0倍; 另外,张军营等［22］对990个中国煤样品中汞的数据进行统计分析,结果表明中国煤中汞的平均值为0. 158 mg /kg,比本次研究的结果低。
从表2还可以看出,本次研究的中国煤中汞的算术平均含量0. 20 mg /kg与其他一些国家煤中汞的平均含量相比,略高于Finkelman［23］统计的美国煤中汞的算术平均含量0. 17 mg /kg,但远高于Swaine and Goodarzi［24］对澳大利亚煤中汞算术平均含量的统计结果0. 06 mg /kg,另外与Yudovich and Ketris［25］报道的世界煤中汞的平均值0. 10 mg /kg相比,本次研究的中国煤中汞的算术平均含量是世界煤中汞的平均值的2. 0倍。
对1 793个煤样品中汞的数据进行统计分析的过程中发现,有1 507个煤样品中汞的含量低于本次研究的中国煤中汞的平均值0. 2 mg /kg,占所研究分析的1 793个样品的84. 1% ; 45个样品中汞的浓度高于1. 0 mg /kg,仅占1793个样品的2. 5% ; 其余样品中汞的浓度均介于0. 2 ~ 1. 0 mg /kg之间,具体如图1所示。
2. 1. 2中国不同地区煤中汞的含量特征
由于中国聚煤面积大,不同地区的聚煤作用、聚煤强度以及聚煤环境都存在明显差异［11］。本次研究统计分析了中国不同省( 市、自治区) 煤田煤中汞的算术平均含量,得出结论如下:
中国煤中汞的含量分布很不均匀,中国西北以及中部的部分煤田煤中汞的含量相对较低,一般低于本次研究的中国煤中汞平均值0. 2 mg /kg,这些汞含量低的含煤区域主要包括黑龙江省、河南省、湖南省、江西省、江苏省、辽宁省、山西省、四川省、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区等; 局部地区煤中汞的含量较高,煤中汞的平均含量在0. 2 ~ 1. 0 mg /kg之间,煤中的汞出现较高值的地区包括安徽省、山东省、河北省、吉林省、北京市、云南省、重庆市和陕西省等。
由上可知,安徽省煤中的汞也出现了较高值。 本次研究对安徽省皖北矿区6个煤矿的81个煤样进行了采样分析,煤中汞的含量列于表1。由表1可知皖北矿区煤中汞的含量范围为0. 01 ~ 1. 4 mg / kg,在本次研究中,采用煤矿的年生产量作为加权因子来计算皖北矿区煤中汞的含量,经过计算得出皖北矿区煤中汞的加权平均值为0. 42 mg /kg,是本次统计分析的中国煤中汞的平均含量( 0. 20 mg /kg) 的2. 1倍,导致皖北矿区煤中汞富集的原因主要是该区岩浆活动的影响。实际上,皖北煤田很多煤层不同程度地受到岩浆侵入的影响,总体而言,整个皖北煤田从南到北,岩浆侵入的强度呈逐渐减弱趋势, 对应地,位于皖北矿区南部的煤矿煤中汞的含量比位于皖北矿区北部的煤矿煤中汞的含量要高,汞的含量从南向北也呈现减少趋势( 表1) 。岩浆热液与煤层接触带的温度可高达1 000 ℃,随着岩浆热液侵入煤层,煤中的显微组分和矿物会发生热分解,岩浆和接触煤层中的一些元素会发生迁移和交换,从而使煤中的微量元素含量发生变化,另外,汞在150 ℃ 左右开始挥发,并在550 ℃ 左右完全挥发,岩浆侵入会带来大量热量,汞在岩浆侵入带来的热量的作用下挥发,挥发出来的汞在温度降低后又沉降到附近的煤层中［26］。上述的机制可能是位于皖北煤田煤中汞富集的主要原因。上述现象说明岩浆活动对煤中汞的含量分布有明显影响。实际上, Finkelman等［27］也报道了受到岩浆侵入的影响煤层煤中一些微量元素出现不同程度的富集,并且把这些元素富集的原因归因于岩浆侵入作用。
2. 1. 3中国不同成煤时代及不同煤类煤中汞的含量特征
根据成煤时代的特点,本次收集的1 793个样品主要分为晚泥盆纪( D3) 、石炭- 早二叠世( C- P1) 、早二叠世( P1) 、晚二叠世( P2) 、晚三叠世( T3) 、 早侏罗世( J1) 、中侏罗世( J2) 以及古近纪和新近纪( E-N) 八个时期。图2是本次对不同成煤时代煤样品中汞的平均含量的分析结果。从图2可知: 晚三叠纪( T3) 煤中汞的平均值最高,达1. 61 mg /kg,其次为晚二叠纪( P2) ,为0. 65 mg /kg,这两个时期的煤大多分布在中国西南的部分地区。中侏罗纪( J2) 以及古近纪和新近纪( E-N) 煤中汞的平均含量最低。
图3是中国不同煤类煤中汞的含量分布。从图3的计算结果可知: 无烟煤中汞的含量最高( 0. 81 mg / kg) 。总体而言,随着煤变质程度的增高,煤中汞的含量有增加的趋势,可能是由于随着煤变质程度的增高,煤中的微裂隙越来越发育,挥发性的汞吸附在微裂隙中,从而造成变质程度高的煤中汞的含量也较高［28］。当然,煤中汞的富集受多种因素影响,煤化程度只是其中影响因素之一,煤形成过程中以及成煤后期的沉积环境、构造因素等等也决定着煤中汞浓度的高低［29—31］。
2. 2中国煤中汞的赋存状态
微量元素在煤中的赋存状态决定了该元素在表生环境和加工利用过程中可能的迁移和转化,因此, 对煤中微量元素赋存状态的研究,是评估煤中微量元素环境效应的基础,弄清楚微量元素在煤中与其他元素或物质结合的方式,对环境保护和发展洁净煤技术具有重要的意义［32，33］。
由于煤中汞的含量比较低,汞的赋存状态很难得到精确的测量。有专家学者认为煤中汞与硫关系密切,常赋存于黄铁矿中［34—37］,汞也具有比较强的有机亲和性［38—44］,另外黏土矿物结合态的汞也被学者报道和发现［43—45］。
关于汞的赋存状态的研究大部分都集中在高硫煤中,而关于低硫煤中汞的赋存状态的研究相对较少。前人对高硫煤中汞的赋存特征研究较多,主要是由于一方面煤中硫分含量的多少是煤利用过程中的一个主要关注点,另一方面,高硫煤中汞的含量相对较高,有利于研究者们对煤中汞测试分析和对煤中汞赋存特征的探讨［28］。
众多的研究结果表明［3，4，7，10，28，41，43，46，47］,高硫煤中的汞与硫结合方式主要是黄铁矿硫或其他硫化物。例如郑刘根［28］对山东兖州煤田煤样品进行采样分析发现,该煤田煤样品中硫的平均含量高达3. 20% ,黄铁矿硫( Sp) 占绝大部分,研究结果表明山东兖州煤田高硫煤样品中汞的含量与总硫和黄铁矿硫含量之间存在极好的相关性,相关系数( R) 分别高达0. 86( p < 0. 5) 和0. 99( p < 0. 5) ,说明这些高硫煤中的汞与黄铁矿之间存在密切的联系。雒昆利等［10］研究了渭北石炭—二叠纪的煤样品中汞含量和不同形态硫之间的相关性,认为煤中汞主要以Hg S形式存在,与煤中无机硫成正比关系,不同形态硫与汞之间的相关性为: S黄铁矿硫> S总硫> S硫酸盐硫> S有机硫。
我国对低硫煤中汞赋存特征的探讨非常少,低硫煤中汞的赋存状态,长期以来一直因为硫分低而被研究者所忽视。实际上,综合中国煤炭资源的分布现状,低硫煤和低中硫煤约占中国煤储量的74. 7%［18］,占中国煤炭储量的绝对优势,也是中国煤炭消耗的主体,如果不对低硫煤中汞的浓度、赋存状态等进行研究,将会对煤中汞的理论、环境意义等的评价带来不利因素。
现从中国皖北矿区6个煤矿采集了81个低中硫煤样品,分析结果如表1所示,样品中总硫的含量范围为0. 22% ~ 1. 29% ,平均含量0. 60% ,汞的含量范围为0. 01 ~ 1. 40 mg /kg,加权平均值为0. 42 mg / kg。皖北矿区煤中汞的平均值是本次统计分析的中国煤中汞的平均值( 0. 20 mg /kg) 的2. 1倍,是美国煤中汞的平均含量0. 17 mg /kg［23］的2. 5倍,是澳大利亚煤中汞的平均含量0. 06 mg /kg［24］的7倍, 是世界煤中汞的克拉克值0. 10 mg /kg［25］的4. 2倍。 说明在一些低硫煤中也可以富集有较高浓度的汞, 因此对低硫煤中的汞的含量分布与赋存状态研究具有重要的环境意义和理论价值。
为了分析低硫煤中汞的赋存状态,对皖北矿区6个煤矿的81个低硫( 平均硫份0. 60% ) 煤样品中的汞与不同形态硫含量进行了相关性分析。如图4所示,皖北矿区煤中汞与全硫的相关性比较弱( 相关系数为0. 2) ,汞与黄铁矿硫的相关性比较好( 相关系数为0. 5) 。另外如图5所示,实线代表用倒三角标注的最南边祁东煤矿的19个样品汞与黄铁矿的相关性情况,相关系数为0. 7; 虚线表示用三角形标注的西南方的卧龙湖、百善和刘桥二矿的33个样品汞与黄铁矿的相关性情况,相关系数为0. 65; 灰线代表用星形标注的位于矿区东北部的朱庄和孟庄煤矿的29个样品汞与黄铁矿的相关性情况,相关系数为0. 10。位于皖北矿区西南方向的三个煤矿( 卧龙湖煤矿、百善煤矿和刘桥二矿) 的33个样品和正南方向祁东煤矿的19个样品中汞与黄铁矿硫的相关性较好( 相关系数分别为0. 65和0. 7) ,而位于皖北矿区东北方向煤矿( 朱庄煤矿和孟庄煤矿) 的29个样品中汞与黄铁矿硫的相关系数比较低( 相关系数为0. 1) 。这说明位于皖北矿区西南部的煤矿( 卧龙湖煤矿、百善煤矿和刘桥二矿) 和正南方祁东煤矿煤中的汞可能主要赋存在黄铁矿中,而位于皖北矿区东北方向的煤矿( 朱庄煤矿和孟庄煤矿) 煤中的汞可能主要以有机结合态的形式存在,然而这个结论需要通过其他更多精密的实验手段( 像逐级提取实验等) 来验证。上述结论也说明,在低硫煤中, 硫化物结合态和有机结合态汞常共同占支配地位, 本次研究结果与前人的研究结果是一致的［14，15，28］。 例如,郑刘根［28］认为,有机物结合态汞和硫化物结合态汞是低硫煤中汞的主要形式存在。
另外需要指出的是本次采样分析的6个煤矿中,卧龙湖煤矿、百善煤矿、刘桥二矿和祁东煤矿位于皖北矿区南方,朱庄煤矿和孟庄煤矿位于皖北矿区北方,整个皖北矿区从南到北,岩浆侵入的强度呈逐渐减弱趋势。上述结果说明,受到岩浆活动影响程度的不同,煤中汞的赋存状态也有存在差异,这说明岩浆活动对煤层中汞的赋存状态也有影响。
2. 3中国燃煤引起的汞的环境污染
大气中的汞除了自然来源外,人为源也是汞的重要来源,其中煤炭的燃烧是重要的人为源之一［48—51］。在燃煤电厂中,汞能够随着烟气一同离开锅炉进入大气环境中,燃煤释放的汞已引起国内外专家的广泛关注［52—69］。中国是燃煤大国,每年由于燃煤向环境中排放了大量的汞,如冯新斌和洪业汤［52］报道了1994年中国由于燃煤向大气排放的汞大约为296 t; 王启超等［53］报道认为中国每年大约有200 t的Hg释放到大气中; Streets等［62］报道了2009年中国由于燃煤向环境中排放的汞大约为204 t; Zheng等［13］报道在中国由于燃煤每年向环境中排放的汞大约在400 t; Chen等［70］计算得出2009年中国煤燃烧向大气排放的汞的数量大约为172 t。 实际上,全球每年排放到大气中的汞总量约为5 000 t,其中4 000 t是人为活动排放的结果,而燃煤汞的排放约占全球汞排放量的30% 以上［71］。
我国短期内以火电为主的能源结构难以改变, 对火电厂烟气中排放的汞的控制问题将会越来越受人们的关注。我国新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—2011) 明确要求大气汞排放浓度不得超过30 μg /Nm3,近期环境保护部下发的 《汞污染防治技术政策》中也对燃煤过程汞污染防治的技术路线和技术方法作了相应说明,另外最近国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合颁发的《煤电节能减排升级与改造行动计划( 2014 ~ 2020) 》也明文规定要减少汞等污染物的排放。实际上,国外对于燃煤电厂汞的排放标准远远比国内严格,例如,在美国,根据美国环保署( US EPA) 的规定,对于燃用非低阶煤和低阶煤的现役机组,汞的排放浓度限值分别为1. 8 μg /m3和16. 5 μg /m3,对于燃用非低阶煤和低阶煤的新建机组, 汞的排放浓度限值分别为0. 028 μg /m3和5. 5 μg / m3［72］。
考虑到今后中国对煤炭资源的长期依赖性以及国家对燃煤汞排放的要求越来越严格,对燃煤过程中汞的排放与控制的研究将是发展洁净煤技术和环境保护的重要内容。
3结论
( 1) 1 793个中国煤样品中汞的分析结果表明, 中国煤中汞的平均值为0. 20 mg /kg。本次研究的中国煤中汞的平均含量是世界煤中汞含量( 0. 1 mg / kg) 的2. 0倍,和美国煤中汞的算术平均值0. 17 mg / kg比较接近,但远高于澳大利亚煤中汞的平均值0. 06 mg /kg。
( 2) 受成煤环境、地质因素等影响,汞在不同地区的煤田中分布极不均匀,黑龙江省、河南省、湖南省、江西省、江苏省、辽宁省、山西省、四川省、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区等煤田煤中汞的含量低于本次研究的中国煤中汞平均值0. 2 mg /kg; 安徽省、山东省、河北省、吉林省、北京市、云南省、重庆市和陕西省等煤田煤中汞的平均含量在0. 2 ~ 0. 64 mg / kg之间,其中安徽省皖北矿区由于受到岩浆活动的影响,煤中汞的出现富集,平均含量达0. 42 mg / kg。
( 3) 由于不同成煤时期的沉积环境不同,不同成煤时代煤中汞的含量存在较大的差异,另外煤中汞的含量随着煤变质程度的增高呈增高趋势。
( 4) 煤中汞的赋存状态复杂多样,高硫煤中,汞与硫化物关系密切,主要赋存在黄铁矿中; 低硫煤中的汞有多种结合方式,有机态结合的汞和硫化物结合态汞是主要的存在形式。岩浆活动不仅能够引起汞的富集,对煤层中汞的赋存状态也有影响。