О О Кузьменко - Склад, якість та основні напрями використання вугілля старобільського вугленосного району - страница 1

Страницы:
1  2  3  4 

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет»

 

 

 

 

 

КУЗЬМЕНКО ОЛЕНА ОЛЕКСАНДРІВНА

 

 

 

 

УДК 553.94:552.574

 

 

 

 

 

СКЛАД, ЯКІСТЬ ТА ОСНОВНІ НАПРЯМИ ВИКОРИСТАННЯ ВУГІЛЛЯ СТАРОБІЛЬСЬКОГО ВУГЛЕНОСНОГО РАЙОНУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спеціальність 04.00.16 - «Геологія твердих горючих копалин»

 

 

 

 

 

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дніпропетровськ - 2013

Дисертацією є рукопис

 

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі «Національний гірничий університет» (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України на кафедрі геології та розвідки родовищ корисних копалин.

 

Науковий керівник - доктор геологічних наук Савчук В'ячеслав Степанович, Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет» (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, професор кафедри геології та розвідки родовищ корисних копалин.

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, професор Узіюк Василь Іванович, Львівський національний університет ім. Івана Франка Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, професор кафедри історичної геології та палеонтології;

кандидат   геологічних   наук,   доцент   Курмельов   Ігор Іванович,

Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет» (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, доцент кафедри мінералогії та петрографії.

 

Захист відбудеться " 07 " лютого 2013 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.05 при Державному вищому навчальному закладі «Національний гірничий університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (49005, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19; тел. (0563) 47-24-11).

 

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19.

 

 

 

 

 

Автореферат розісланий "24" грудня 2012 р.

 

 

 

 

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.05 кандидат геолого-

мінералогічних наук, доцент                                                          А.Л. Лозовий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

 

Актуальність теми. Існуючий рівень енергетичної безпеки України за багатьма складовими є незадовільним. Одним з головних факторів цього є те, що забезпечення потреб енергетики країни відбувається, переважно, за рахунок дорогого імпорту природного газу та нафти. Підвищення енергетичної безпеки країни та покращення структури паливно-енергетичного балансу є пріоритетними напрямами енергетичної політики України, що відображується в Державній програмі «Українське вугілля» та постановах Кабінету міністрів в енергетичній сфері. Відповідно до головних напрямів енергетичної стратегії до 2030 року особлива увага повинна приділятись заміщенню газу твердим паливом на комунальних та промислових об'єктах. За геологічними запасами вугілля Україна посідає третє місце в Європі та восьме у світі. Це дозволить задовольнити потреби енергетики та промисловості в найближчі 200 - 300 років. Однак, кількість енергетичного вугілля, що видобувається в Україні, є недостатньою для забезпечення цього процесу. Такий стан можливо компенсувати за рахунок залучення до експлуатації нових родовищ, що вже розвідані, але дотепер не підлягали промисловому освоєнню.

Одним з перспективних для видобутку вугілля є Старобільський вугленосний район, де сконцентровані значні запаси енергетичного вугілля, які поки що не залучені до промислового використання.

Розвиток енергетики, а також підвищення енергетичної безпеки країни в значній мірі ґрунтується на комплексному та ефективному використанні вугілля як енергетичного палива. Але воно неможливе на основі старих технологій. Тому актуального значення наразі набуває визначення напрямів раціонального використання вугілля за допомогою нових технологій, що потребує всебічного комплексного вивчення і системного узагальнення показників складу та якості вугілля, встановлення їх генетичних особливостей, визначення стратиграфічних та латеральних закономірностей їх зміни.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до «Енергетичної стратегії України на період до 2030 року», яка схвалена розпорядженням Кабінету Міністрів України від 15 березня 2006 р. № 145-р, у рамках держбюджетної тематики Державного ВНЗ «Національний гірничий університет» «Геологічне обґрунтування сировинної бази виробництва штучного рідинного палива з вугілля Північного вугленосного району Донецького басейну» (№ ДР 0110U000526). Автор дисертації є одним з виконавців і співавторів звітів за результатами цієї науково-дослідної роботи.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - комплексна всебічна оцінка петрографічного складу і якості вугілля промислових пластів Старобільського вугленосного району, виявлення закономірностей їх змін та визначення основних напрямів раціонального використання вугілля.

Для досягнення мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1) створити репрезентативну базу показників складу та якості вугілля;

2)   узагальнити накопичені матеріали зі складу і якості вугілля та дослідити їх латеральні та стратиграфічні зміни;

3)   визначити типовий петрографічний склад вугілля та його особливості;

4)   виявити генетичні («провінційні») особливості складу і якості вугілля та умов його формування;

5)   встановити марочну належність вугілля відповідно до діючих стандартів;

6)  обґрунтувати основні напрями раціонального використання вугілля.
Об'єкт дослідження - властивості вугілля Старобільського вугленосного

району.

Предмет дослідження - хіміко-технологічні та петрографічні властивості вугілля Старобільського вугленосного району в контексті встановлення напрямів його використання.

Методи дослідження. В основу методичної бази закладено системний підхід, за допомогою якого узагальнено результати різноманітних окремих методів, що застосовувалися в роботі. Для виконання поставлених задач використано комплекс методів досліджень, що включає петрографічний, розрахунковий, статистичний, інформаційний, хронологічний, порівняльний тощо. За допомогою петрографічних методів надано детальну макроскопічну та мікроскопічну характеристику вугілля, визначено ступінь його відновленості та метаморфізму. Для підвищення ефективності використання даних застосовано автоматизовану інформаційну систему узагальнення складу та якості вугілля та створено базу даних, побудовано карти ізоліній за основними показниками якості. На основі розробленої системи вугіллю основних промислових пластів району надано узагальнену характеристику, визначено особливості та регіональні закономірності зміни його складу та якості, встановлено основні напрями використання вугілля в промисловості.

Основні наукові положення, що виносяться на захист.

1.  Петрографічний склад середньокарбонового вугілля Старобільського вугленосного району в стратиграфічному розрізі є розбіжним за кількістю мацеральних груп, його зміна має цілком закономірний характер, а саме: від пластів нижніх світ до пластів верхніх світ кількість мацеральної групи інертиніту збільшується, а груп вітриніту та ліптиніту зменшується.

2.  Формування торфовищ у північній частині Донецького прогину в порівнянні з іншими його частинами відбувалося більш повільно, протягом тривалого часу в солонуватій морській області при різних рівнях обводненості торфовища та геохімічного середовища, що надало вугіллю характерних специфічних та неповторних петрографічних і хіміко-технологічних властивостей і особливостей їх зміни.

Наукова новизна одержаних результатів.

-   Надано типовий хімічний склад золи вугілля та встановлено, що в стратиграфічному розрізі від пластів нижніх світ до пластів верхніх світ спостерігається збільшення вмісту оксидів заліза, кальцію та сірки та зменшення оксидів кремнію та алюмінію.

-   Визначено закономірності зміни вмісту за площею та в розрізі оксидів калію та натрію та встановлено, що збільшення їх вмісту в стратиграфічному розрізі відбувається від пластів верхніх світ до пластів нижніх світ, за площею -з південного заходу на північний схід.

-   Встановлено генетичні особливості умов формування торфовищ на основі дослідження елементного складу вугілля та хімічного складу золи вугілля.

-   Дістало подальший розвиток уявлення про умови накопичення торфовищ на півночі Донецького басейну.

-   Визначено хіміко-технологічні та петрографічні особливості вугілля району і встановлено основні напрями його використання.

Практичне значення полягає в наступному:

-   розроблено і наповнено базу даних зі складу та якості вугілля Старобільського вугленосного району;

-   встановлено латеральні та стратиграфічні зміни показників складу та якості вугілля;

-   визначено регіональні («провінційні») особливості вугілля району;

-   з позиції системного підходу запропоновано методичні засади інтерпретації даних про склад та якість вугілля для обґрунтування шляхів його використання;

-   визначено напрями раціонального використання вугілля площ Старобільського вугленосного району.

Проведений у Державному ВНЗ «Національний гірничий університет» за участю автора комплекс досліджень з вивчення складу та якості вугілля дозволив обґрунтувати сировинну базу виробництва штучного рідинного палива з вугілля Старобільського вугленосного району Донецького басейну.

Особистий внесок автора. Автором здійснено постановку задач, розроблено методику досліджень та проведено інтерпретацію та аналіз отриманих результатів. Створено та наповнено базу даних та побудовано карти показників складу та якості вугілля, встановлено характерні особливості вугільних пластів, проведено порівняльну характеристику вугілля району з вугіллям сусідніх вугленосних районів. Виконано петрографічні дослідження шліфів вугілля. Досліджено просторові закономірності змін показників якості вугілля з позиції визначення напрямів його раціонального використання. Текст дисертації написаний самостійно.

У процесі підготовки публікацій, що написані у співавторстві, автором проведено збір та аналіз фактичного матеріалу, виконано його узагальнення, інтерпретовано результати та зроблено висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та окремі положення роботи доповідалися на Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених «Сучасні проблеми геологічних наук» (м. Київ, 2009), VI, VII та VIII Міжнародних конференціях студентів та аспірантів «Географія, геоекологія, геологія: досвід наукових досліджень» (м. Дніпропетровськ, 2009, 2010, 2011), Міжнародних конференціях «Форум гірників - 2009», «Форум гірників - 2010», «Форум гірників - 2011» (м. Дніпропетровськ, 2009, 2010, 2011), Першій науково-технічній конференції студентів, аспірантів, молодих вчених НГУ «Наукова весна - 2010» (м. Дніпропетровськ, 2010), Міжнародній науково-практичній конференції «Регіон - 2010: стратегія оптимального розвитку» (м. Харків, 2010), Міжнародному форумі-конкурсі молодих вчених. Проблеми надрокористування (м. Санкт-Петербург, Росія, 2011).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 21 науковій роботі, з них 9 одноосібно. Статей у фахових виданнях - 7, у тому числі: унаукових журналах - 6, збірниках наукових праць - 1, одноосібно - 2. Статті у виданнях іноземних держав - 1. Інші наукові статті та тези доповідей на вітчизняних та міжнародних наукових форумах і конференціях - 13.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 177 найменувань, додатку. Загальний обсяг дисертації 212 сторінок, з яких 143 сторінки друкованого тексту, 108 рисунків, 27 таблиць.

Автор висловлює особливу подяку за наукові консультації, постійну підтримку та цінні вказівки науковому керівникові доктору геологічних наук, професору кафедри геології та розвідки родовищ корисних копалин Савчуку В'ячеславу Степановичу.

Автор висловлює вдячність співробітникам Старобільської ГРЕ, «Схід ДРГП», кафедри ГРРКК Державного ВНЗ «НГУ» за допомогу в зборі інформації, поради та зауваження, а також практичну допомогу. Автор щиро вдячний доктору геологічних наук, професору Приходченку В.Ф., доктору геологічних наук, професору Баранову В.А. та доктору геологічних наук, доценту Безручку К.А. за плідне обговорення результатів роботи.

 

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

 

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, відображено наукову новизну і практичне значення результатів, наведено дані про їх апробацію.

Перший розділ «ЗАГАЛЬНІ ПІДСТАВИ НЕОБХІДНОСТІ ВИВЧЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ ВУГІЛЛЯ СТАРОБІЛЬСЬКОГО ВУГЛЕНОСНОГО РАЙОНУ» складається з двох підрозділів. У підрозділі 1.1 «Обґрунтування доцільності вивчення вугілля Старобільського вугленосного району» наведено сучасний стан паливно-енергетичного балансу в Україні та світі та обґрунтовано необхідність вивчення та залучення до використання вугілля Старобільського вугленосного району. У підрозділі 1.2 «Освоєння району та стан досліджень складу і якості вугілля та напрямів його використання» представлено загальні відомості про історію відкриття Старобільського вугленосного району, етапи дослідження складу та якості вугілля, а також наведено стан вивчення його раціонального використання. Старобільський вугленосний район розташований на північному сході Донецького басейну, у північній частині Луганської області. Відкриття родовищ Старобільського вугленосного району відбулось значно пізніше, ніж родовищ середньокарбонового віку Старого Донбасу. Це пов'язане з належністю родовищ північної частини Донбасу до закритого типу. Виявленню промислової вугленосності на півночі Донецького басейну сприяли роботи Б.К. Бледе, О.О. Борисяка, М.С. Шатського, А.Д. Архангельського та інших. Активне дослідження району почалось завдяки роботам П.І. Степанова та В.С. Попова. Якість вугілля і визначення напрямів його використання досліджено фахівцями Інституту горючих копалин, Дніпропетровського гірничого   інституту,   Всесоюзного   теплотехнічного   інституту, Інститутугеології та розвідки горючих копалин, Донецького вугільного інституту, а також силами тресту "Луганськгеологія". Вагомий внесок у вивчення умов утворення кам'яновугільних осадів, історії геологічного розвитку території Північного Донбасу, стратиграфії та тектоніки внесли вчені: В.Г. Білоконь, В.І. Ткаченко, В.В. Лагутіна, В.О. Погребняк, Д.Є. Айзенберг, Г.Д. Кірєєва, Г.Ф. Крашенінніков та інші. Основні петрографічні дослідження вугілля району проводилися науково-дослідною групою лабораторії «Луганськгеологія» на чолі з А.М. Лаптєвою. Також роботи з вивчення петрографічного складу вугілля району виконувались С.В. Савчуком, М.А. Грінвальд.

Аналіз проведених робіт показав, що хоча з геологічної точки зору вугілля Старобільського вугленосного району добре вивчене, слід відзначити, що родовища та окремі їх ділянки знаходяться на різних стадіях розвідки і мають неоднакову геологічну достовірність. Характеристика складу та якості вугілля надається епізодично в нечисленних монографіях та статтях, переважно за результатами робіт початку шістдесятих років ХХ століття. За минулий час після узагальнення матеріалів був виконаний значний обсяг геологічних досліджень, які в цілому для району не узагальнені. Все це не дозволило виявити стратиграфічні та латеральні закономірності зміни показників якості вугілля. На теперішній час не встановлено регіональні («провінційні») властивості вугілля, знання яких необхідне для більш досконалої характеристики вугілля під час визначення напрямів його використання. У цілому, незважаючи на загальну вивченість складу та якості вугілля, остаточне встановлення напрямів його використання в промисловості ускладнене.

Другий розділ дисертації «МЕТОДИКА, ЗАСОБИ ТА ОБСЯГИ ВИКОНАНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ» містить опис методичного комплексу, який було розроблено для досягнення мети роботи. Дослідження в роботі ґрунтувались на системному підході. Всебічний аналіз методів, необхідних для вирішення завдань, що пов'язані зі встановленням напрямів раціонального використання вугілля, з урахуванням можливостей сучасних інформаційних технологій, зумовив створення інформаційно-аналітичної бази даних та проведення обробки результатів досліджень на базі системи підтримки прийняття рішень (СППР). Дослідження проводилися в декілька етапів, що передбачали залучення певних засобів, які застосовуються для системного аналізу складу і якості вугілля. Перший етап - збір інформації та вивчення складу вугілля з використанням петрографічних методів. Другий етап -виконання аналізу та узагальнення показників з подальшим прогнозом. На цьому етапі виявлено особливості складу та якості вугілля, а також закономірності зміни показників за площею розповсюдження пластів і в стратиграфічному розрізі з урахуванням попередньо узагальнених даних. Завершальний етап - аналіз показників складу та якості з позиції їх відповідності до вимог промисловості до вугілля з визначенням оптимальних напрямів використання вугілля району. Оброблено дані хіміко-технологічного аналізу та речовинного складу більш ніж 2650 свердловин (3200 пластоперетинів). Вивчено 415 шліфів.

У третьому розділі «ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З ГЕОЛОГІЧНОЇ БУДОВИ СТАРОБІЛЬСЬКОГО ВУГЛЕНОСНОГО РАЙОНУ» представлено три підрозділи. У підрозділі 3.1 «Стратиграфія» наведено узагальнені відомості з геологічної будови та стратиграфії району досліджень, який розташований на південному схилі Воронезького кристалічного масиву, займає площу понад 5150 тис. км2, складається з чотирьох вугленосних площ: Сватівської (2652 км2) та Старобільської (1190 км2) перспективних площ, Богданівського (500 км2) та Петровського (815 км2) родовищ. У геологічній будові території досліджень породи кристалічного фундаменту слугують основою, на якій залягають осадові породи кам'яновугільної формації та більш молоді утворення мезо-кайнозойського комплексу. Карбонова товща, яка розташована в межах району, та відклади, що її перекривають, знаходяться в структурно-тектонічному взаємопідпорядкуванні та утворюють структурні поверхи. У підрозділі 3.2 «Тектоніка» зазначено основні характерні риси тектоніки району, яка тісно пов'язана з формуванням великих геотектонічних елементів - Донецької складчастої структури та Воронезького кристалічного масиву. За структурними особливостями в районі можна виділити дві частини: південну, що прилягає до відкритої частини басейну та обмежується на півночі зоною Південного, Черемоховського та Східного скиду, та північну, обмежену на півночі лінією виклинювання кам'яновугільних відкладів. У підрозділі 3.3 «Вугленосність» розглянуто вугленосність району, яка пов'язана з товщею відкладів середнього карбону та нараховує до 80 вугільних пластів та прошарків. Промислова вугленосність приурочена до світ С23 - С27, у товщі яких до 55 вугільних пластів та прошарків, 14 з яких сягають потужності понад 0,8 м. Більшість вугільних пластів потужністю 0,6 - 1,2 м та зазвичай простої будови. Глибина залягання пластів складає від 170 м на північному сході району в межах Богданівського родовища до 1500 м на заході району на території Сватівської площі. Серед основних пластів, що представляють інтерес, виділяють: 8, к2н, І7, тз. Коефіцієнт вугленосності в районі в цілому складає - 0,4 - 1,34.

Четвертий   розділ   «ХАРАКТЕРИСТИКА   СКЛАДУ   ТА ЯКОСТІ

ВУГІЛЛЯ    ЯК    БАЗА    ВСТАНОВЛЕННЯ    НАПРЯМІВ ЙОГО

ВИКОРИСТАННЯ» є одним з базових у дисертації та складається з п'яти підрозділів. У підрозділі 4.1 «Загальні петрографічні та хіміко-технологічні характеристики вугілля пластів» за кожним з основних промислових вугільних пластів представлено комплекс показників, що містить повну інформацію про середні їх значення для району, а також за окремими площами та родовищами.

Вміст мацералів групи вітриніту у вугіллі Старобільського вугленосного району в середньому 78,4 %. Середні значення в пластах (%): 8 - 80,4, к-77,8, l7 - 77,6, m3 - 77,3. Однією з виявлених особливостей групи вітриніту є те, що вона представлена здебільшого колінітом, кількість якого 65 - 70 %. Вміст групи семівітриніту незначний і змінюється в межах 0,2 - 0,9 %, у середньому 0,6 %. За окремими свердловинами його значення варіюють 0,1 - 6,5 %. Середній вміст (%): 8 - 0,2, к- 0,9, І7 - 0,6, Пі3 - 0,7. Група інертиніту займає друге місце за поширенням, в середньому 11,1 %. За окремими свердловинами її вміст коливається в межах від 2,0 до 23,0 %, за середніх значень (%): 8 - 8,1,к- 10,7, І7 - 12,6, пі3 - 12,9. Серед мікрокомпонентів цієї групи переважає фюзиніт (5,0 %) і мікриніт (3,1 %). На частку семіфюзиніту припадає 2,1 %, а інертодетриніту - 0,6 %. Макриніт і склеротиніт фіксуються в одиничних пробах і в незначних кількостях, у середньому 0,2 і 0,1 % відповідно. Середній вміст групи ліптиніту становить 9,9 %. За окремими свердловинами від 1,0 до 23,5 %, за середніх значень для пластів (%): h8 - 11,3, к- 10,6, І7 - 9,2, Пі3 - 9,1. Група ліптиніту представлена в основному оболонками мікроспор (6,6 %) і кутикулою (2,6 %). У невеликій і рівній кількості присутні смоляні тіла і обривки мікроспор (0,3 %). Слід відзначити присутність, хоча і в невеликій кількості, альгінітової речовини (0,1 %), подекуди до 0,5 %.

Страницы:
1  2  3  4 


Похожие статьи

О О Кузьменко - Склад, якість та основні напрями використання вугілля старобільського вугленосного району