Геология экибастузкого месторождения

1 Горно-геологическая часть. 

 

 

1.1 Общие сведения о  месторождении

  

      Экибастузский  каменноугольный бассейн открыт  в 1876 году, планомерное изучение  с 1940 года, промышленное освоение  с 1948 года. А разрез «Восточный»  введен в эксплуатацию в сентябре 1985 года на полях участков 7,8 в  объеме первого пускового комплекса  мощностью 7,5 млн. тонн угля  в год. Ввод в эксплуатацию  последующих второго, третьего  и четвертого комплексов осуществлен  соответственно в 1986, 1987, 1988 годах. 

Бассейн расположен в Павлодарской области республики Казахстан, в 130 км от областного центра г. Павлодара.

Бассейн пересекает Южно-Сибирская  железнодорожная магистраль, связывающая  его с городами Павлодар и Астана. В непосредственной близости от бассейна проходят автострада Караганда-Павлодар и канал Иртыш-Караганда - основной источник питьевого и технического водоснабжения района.

Район находится в области сухих  степей с равнинным рельефом. Территория бассейна представляет собой слабоволнистую, нерасчлененную эрозией, равнину, на фоне которой выделяются невысокие увалы  и гривки, возвышающиеся над окружающей местностью не более чем на 2-5 м.

Постоянная гидрографическая сеть в пределах месторождения отсутствует. Ближайшим к Экибастузу водотоком  является р. Шидерты, протекающая в 46 км северо-западнее месторождение. Основным элементом временной гидрографической сети являются короткие и слабо выраженные лога, впадающие в озера Экибастуз и Акбидаик или замкнутые впадины.

Растительность скудная. Она представлена преимущественно разреженным травостоем с преобладанием ковыльно-типчаковых форм.

Климат района резко континентальный  с суровой зимой и жарким летом. Средняя температура самого жаркого  месяца июля и самого холодного января составляет соответственно +21,5°, -18,5°  при максимуме +40° и минимуме - 43°. Продолжительность снежного покрова  достигает 150 дней. Глубина промерзания  почвы 2,5-3,0 м.

Район бассейна относится к числу  засушливых. При среднегодовом количестве осадков 236 мм, в отдельные годы выпадает 300-340 мм. Основная масса их приходится на теплый период года и только около 20-25% - на холодный.

Преобладающими являются ветры  юго-западного и западного направления, среднегодовая скорость ветра - 4,2 м/с, максимальная 20-25 м/с.

Территория бассейна относится  к развитым промышленным районам. В  настоящее время крупными угледобывающими  предприятиями являются разрез «Северный», «Богатырь» и «Восточный».

Размеры поля разреза на 01.01.2011г. составляют: длина – 3,5 км, ширина -2,4 км, глубина- 200м.

В г. Экибастузе имеются предприятия  пищевой и строительной промышленности местного значения, завод ремонта  горно-транспортного оборудования и др.

 

 

1.2 Стратиграфия.

 

Угленосные отложения  Экибастузского каменноугольного бассейна, относятся к нижнему карбону. Весь комплекс образований, участвующий в строении бассейна, перекрывается осадочными породами палеогенового и четвертичного возраста мощностью 5—6 и 2 м соответственно.

Экибастузский бассейн в структурном  отношении приурочен к одноименной грабен-синклинали, сложенной средне-верхнедевонскими и нижнекаменноугольными отложениями общей мощностью около 2700 м.

В основании разреза распространены вулканогенные образования относящиеся к Жарсорской свите О3. Нижнедевонские отложения жарсорской свиты развиты на юге бассейна и сложены порфиритами, конгломератами и песчаниками.

Средне-верхнедевонские терригенные отложения живетского и франского ярусов состоят из полимиктовых и аркозовых песчаников. Общая мощность 350 м.

Нижне-среднекаменноугольные отложения залегают без видимого перерыва на отложениях фамена. Представлены они (снизу вверх) тремя горизонтами турнейского яруса: аккудукской, ашлярикской, карагандинской и надкарагандинской свитами.

Аккудукская безугольная свита имеет мощность 600 метров.

Ашлярикская свита постепенно сменяет аккудукскую свиту. Граница между ними проводится условно по горизонту с фауной брахиопод. Представлена она в нижней части песчаными отложениями с прослоями известняков, в средней части - известняками и известковистыми песчаниками, верхняя - сложена алевролитами, аргиллитами с прослоями углистых пород и пластом угля 6. Свита богата фауной. Мощность 500 м.

Карагандинская свита - основная угленосная свита бассейна. Представлена песчаниками, алевролитами, аргиллитами, углистыми породами и пластами каменных углей 5, 4, 3, 2, 1, I-VI. Мощность свиты 600 м. По литологическому составу карагандинская свита расчленяется на три подсвиты: нижнюю, среднюю и верхнюю.

Нижняя подсвита - между почвой пласта 5 и почвой пласта 3, имеет  мощность- 250-380 м. Для нее характерно широкое развитие речных и болотных фаций. Первые представлены светло-серыми мелко- и среднезернистыми песчаниками, алевролитами, вторые - углями и углистыми аргиллитами с маломощными прослоями алевролитов и песчаников.

Средняя подсвита - является основной углесодержащей частью толщи, заключенной  между почвой пласта 3 и кровлей  пласта 1. Мощность ее 130-210 м. Подсвита представляет собой единую угольную залежь, в которой выделяются мощные угольные пласты 4, 3, 2, 1, являющиеся объектом эксплуатации открытым способом.

Верхняя подсвита - мощностью 100 м, от кровли пласта 1 до кровли пласта VI

Надкарагандинская свита - верхняя часть разреза угленосной толщи мощностью до 400 м - содержит десять угольных пластов непромышленного значения (VII-XVI). Граница с карагандинской свитой проводится условно по пласту VI. В нижней части свиты преобладают тонкоотмученные осадки, в верхней - русловые песчаники, среди которых встречаются прослои гравелитов.

Четвертичные отложения. распространены почти повсеместно. Среди них выделяются озерные и делювиально-пролювиальные отложения. Первые представлены глинами, вторые - разнообразными суглинками и супесями, иногда с примесью дресв и щебенки Мощность - до 2 м.

 

 

1.3 Тектоника

 

Экибастузский бассейн представляет собой грабен-синклиналь вытянутую на 24 км с юго-востока на северо-запад, при наибольшей ширине 8,5 км. Площадь бассейна равна 155 км², из них на долю угленосной толщ приходится 77 км². Максимальная глубина погружения кровли угольного пласта I 530 м, геологической почвы пласта 3 - 670 м, почвы пласта 4 - 750 м.

Вдоль бортов грабен-синклиналь ограничена крупными разломами Соответственно залегание северного и южного ее бортов осложнено крутыми углам падения угольной залежи (60-90°), вплоть до опрокинутого, и значительны, количеством разрывных нарушений, особенно в пласте 3.

Юго-восточная и северо-западная части характеризуются спокойным  и пологим падением (5-20°) угольной залежи с хорошо выраженной брахискладчатостью в южной части мульды.

Разрывные нарушения в пределах угленосной толщи, преимущественно  взбросы, с амплитудами 10-20, реже 50-80 м.

 

 

1.4 Характеристика полезного ископаемого

 

Угли Экибастузского бассейна гумусовые, каменные высокоминерализованные, переходящие  в углистые и слабоуглистые породы.

Угли характеризуются весьма сложным  вещественно-петрографическим составом, который по разрезу толщи и  по площади изменяется незначительно. Органическая часть рядовых углей  представлена микрокомпонентами групп: витринита - 38-48%, липтинита - 5-9 %, семивитринита - 18-26%, микстинита - 2-6%, семифюзинита - 8-13%, фюзинита - 11-15%. Суммарное содержание плоских компонентов равно 54-62%, отощающих 38-46%. Количество минеральных примесей изменяется от 31-33% в углях пластов 1 и 2 до 40-43% в углях пласта 3 и 4. Наименьшее их содержание отмечено в пласте 2 - в среднем 31%. С учетом минеральных примесей содержание плавких компонентов в углях составляет 33-39%. Наибольшее содержание компонентов отмечается в пласте 2 (в среднем 46%).

Минеральные примеси имеют тесную связь с органической массой. Находятся они как в тонкодисперсном состоянии, так и в виде линзовидных включений и комковатых агрегатов, а также выполняют клеточные полости растительных тканей, трещины отдельности и другие пустоты в угле.

Угли бассейна находятся на средних  стадиях метаморфизма: II-III, II, III-IV (газово-жирные и коксово-жирные). Основными параметрами, определяющими метаморфизм углей сложного петрографического состава, являются показатель отражения витринита (Ro) и содержание углерода (C^daf). R₀ с глубиной залегания углей основных пластов карагандинской свиты изменяется от 0,96 до 1,23%. С^daf увеличивается от 83,9% до 87,5%. По простиранию пластов метаморфизм углей изменяется незначительно.

На рассматриваемой площади  проявляется главным образом  региональный метаморфизм. Угли первого  пласта находятся на II-III и III стадиях метаморфизма (газово-жирные); угли пласта второго и верхней части третьего относятся к III стадии метаморфизма (жирные); угли основной части пласта третьего и пласта четвертого находятся на III-IV стадии, т.е. соответствуют углям коксово-жирным.

Средняя зольность горной массы  балансовой части угольной залежи пластов 1+2+3 участка 11 составляет 42,9%, пластов 1+2 - 39,1%, пласт 3 - 46,3%. Зольность пласта 4 - 46,1%. Зольность является основной качественной характеристикой угля, а также позволяет судить об условиях использования отходов добычи: при  высокой зольности и, соответственно, высоком содержании минеральных  веществ требуется производить  обогащение горной массы с разделением  на уголь и породу. Породы внутренней вскрыши в основном имеют зольность 65-75%.

Низшая теплота сгорания углей  участка 11 при зольности 42,9% составляет 3940 ккал/кг.

Химический и минералогический состав золы во многом определяют ее плавкость  и вязкость, которые влияют на процессы шлакования и золового износа поверхностей нагрева котельных агрегатов, на выбор системы шлакоудаления и др.

Зола углей пластов I, 2, 3 содержит Si0₂ - 60,3%, А1₂0₃ - 30,1%, Содержание оксидов железа - 4,9%; оксидов кальция - 1,1%; магния - 0,3%; титана -1,6%, сернистого ангидрида - 0,6%.

Влага углей является одной из важнейших  характеристик качества. С практической точки зрения влага является балластом и отрицательно влияет на технико-экономические показатели работы ТЭС. Для участка 11 содержание рабочей влаги принимается, соответственно, средней глубины залегания залежи, равной 5,0%.

Во всем угольном бассейне наблюдается  тенденция к уменьшению влаги  максимальной с ростом показателей  зольности и увеличением глубины  залегания. Значения максимальной влагоемкости составили: пласты 1 и 2 - 4,5%,  пласт 3 - 3,0% и пласт 4 - 1,8%.

Средняя зольность угольных пачек  изменяется по пластам 1, 2, 3 от 31,9 до 47,1%. Среднее значение рабочей влаги  до горизонта ±0 м. составляет 5 – 5‚4% от горизонта ±0 м. до горизонта –200 – 3‚8 – 4‚4%.

Характер нелетучего остатка изменяется от слабослипшегося до спекшегося. Такие разнообразные характеристики по спекаемости обусловлены, в основном, различным вещественно-петрографическим составом органической массы углей.

Теплота сгорания летучих веществ  из органической массы углей, с учетом минеральных примесей, является постоянной, независимо от зольности углей и  составляет 42,3 Мдж/кг (10100 ккал/кг).

По выходу летучих веществ и  теплоте их сгорания угли характеризуются  как топливо с удовлетворительной реакционной способностью.

Содержание двуокиси углерода в  минеральном веществе углей различной  зольности изменяется от 0 до 2,8%. Содержание водорода – 4,9 - 5,6%; углерода- 79,8- 83,2%; азота - 1,3-1,7%, кислорода - 8,9-15,5%.

Содержание общей серы (среднее 0,48%) практически не зависит от величины зольности углей и стратиграфического расчленения угольной залежи. В рядовых  углях пластов 1 и 2 серы несколько  больше, чем б пласте 3 и высокозольных  интервалах внутренней вскрыши и  нерабочей части пласта В 95% случаев содержание общей серы не превышает 1%, что позволяет относить угли бассейна к малосернистым.

Средние содержания фосфора на сухую  массу в рядовых углях составляют: пласт 1 —0,080%,  пласт 2 - 0,075%,  пласт 3 - 0.82%,  пласт 4 - 0,033%.  В  82% случаев  содержание фосфора не превышает 0,10%;  по 14% случаев содержание находится  в пределах 0,010-0,15% и только в 14% случаев  содержание превышает 0,15%. Таким образом, угли Экибастузского бассейна относятся  к средне-фосфористому энергетическому топливу.

Обогащение угля снижает зольность  энергетического топлива, а также  улучшает качество отходов, представляющих интерес с позиций их утилизации. Степень обогатимости угля условно устанавливается по суммарному выходу средних фракций к беспородной массе. По результатам фракционных анализов экибастузские угли относятся к категории очень труднообогатимых.

Спекаемость углей почти всех пластов понижена и неодинакова. Концентраты углей пластов 1 и 2 характеризуются нулевыми значениями толщины пластического слоя, что объясняется слабой восстановленностью углей.

Уголь пласта 3 проявляет потенциальную спекаемость; число вспучивания для отдельных интервалов изменяется от 4 до 31.

По показателю отражения витринита, теплоте сгорания и выходу летучих веществ угли Экибастузского бассейна относятся к каменным.