CC BY
31
УДК 553,96:614,84(571.5)
ГЕОЛОГИЯ БУРОУГОЛЬНЫХ ПОЖАРООПАСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ И ЗАБАЙКАЛЬЯ
И.И.Шестакова1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Подробно рассмотрена геология месторождений пожароопасных бурых углей Красноярского края - Бородинского и Переяславского, Иркутской области - Азейского и Мугунского, Забайкальского края - Хо-ронорского, а также причины возникновения пожаров. Определен инкубационный период самовозгорания для каждого месторождения.
Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: бурый уголь; месторождение; бассейн; пожароопасность.
THE GEOLOGY OF BROWN COALS FIRE-DANGEROUS DEOPOSITS OF EAST SIBIRIA AND ZABAJKAL'JA
I.I.Shestakova
National Research Irkutsk State Technikal University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The geology of fire-dangerous brown coals is in denial considered from deposits of Krasnoyarsk region - Boro-dinskoe and Perejaslavskoe, the Irkunsk region - Azejskoe and Mugunskoe, Zabajkalsk region - Haranorskoe, and also the reasons of occurrence of exogenous and endogenous fires. The incubatory period of self-ignition for each deposit is defined.
5 sources.
Key words: brown coal; deposits; basin's; fire-dangerous.
Как известно, уголь представляет собой многокомпонентную горную породу, которая состоит из неоднородной органической массы, влаги и минеральных включений различного состава [2]. Включения горных пород и минералов в углях варьируют в зависимости от геологических особенностей месторождений и могут быть представлены силикатами, карбонатами, сульфатами, оксидами, сульфидами, а также солями гу-миновых кислот. В естественных условиях главную роль в процессе самовозгорания угольных пластов играют геологические факторы и качественные характеристики углей. Ископаемые угли делятся на три основных типа: бурые, каменные и антрациты. Повышенной склонностью к самовозгоранию среди
метаморфического ряда углей обладают бурые угли.
Наиболее крупные бассейны и месторождения бурых углей характерны для мезозойско-кайнозойских отложений [3]. В Европе залежи бурых углей связаны почти исключительно с отложениями неоген-палеогенового возраста, а в Азии - преимущественно юрского, в меньшей степени мелового и палеоген неогенового. В России основные запасы бурых углей приурочены к юрским отложениям. Значительная часть бурых углей залегает на небольших глубинах в угольных пластах мощностью 10-60 м, что позволяет отрабатывать их открытым способом. На отдельных месторождениях мощность залежей составляет 100-200 м.
:Шестакова Инна Ивановна - аспирант, e-mail: irk@bk.ru Shestakova Inna - Рostgraduate, e-mail: irk@bk.ru
Среди крупных буроугольных бассейнов России выделяются Канско-Ачинский, Илийский, Подмосковный, Днепровский, Южноуральский, Челябинский, Тургайский, Иркутский, Майкюбинский, Угловский и Ленский.
В пределах этих бассейнов в настоящее время насчитывается несколько десятков разрезов, угли которых имеют повышенную склонность к самовозгоранию.
Канско-Ачинский буроугольный бассейн
Бассейн расположен в основном на южных территориях Красноярского края и только 20% площади бассейна находятся в пределах Кемеровской и Иркутской областей. На территории края насчитывается более 20 действующих разрезов. Основные действующие разрезы края Бородинский, Березов-ский-1, Назаровский, Переяславский, Каннский, Ирбейский.
Бородинское угольное месторождение. В строении Бородинского месторождения принимают участие осадки континентального происхождения девонского, карбонового и юрского возрастов. Юрские угленосные отложения залегают субгоризонтально, со слабой волнистостью, выраженной малоамплитудными синклинальными и антиклинальными складками. Общее погружение пластов северной части месторождения с севера на юг, в южной - с востока на запад.
В промышленном отношении Бородинская свита, в которой локализуются угли, делится на две подсвиты: нижнюю - безугольную, и верхнюю - угленосную. Нижняя безугольная подсвита сложена песчаниками, реже алевролитами. Верхняя угленосная подсвита средней мощностью 91 м занимает верхнее стратиграфическое положение в разрезе юрских отложений. Литологи-чески она представлена песчаниками, алевролитами и бурыми углями. В под-
свите насчитывается до 20 угольных пластов, из которых пласт Бородинский выделяется большой мощностью и выдержанностью залегания.
Пласт Бородинский-1 является основным промышленным пластом месторождения. В центральной части месторождения от пласта Бородинский-1 отщепляется пласт Бородинский-11, который к востоку от линии расслоения выделяется как самостоятельный пласт. В западной части месторождения мощность пласта Бородинский-1 составляет в среднем 40 м, в юго-западной части -до 50-53 м. В восточной части месторождения мощность пласта изменяется от 20 до 29 м. На выходах под наносы пласт практически отсутствует вследствие выгорания углей. Наибольшие площади выгорания наблюдаются в западной и юго-восточной частях месторождения.
Пласт Бородинский-11 залегает ниже пласта Бородинский-1 в среднем на 11 м. Мощность пласта изменяется в направлении с запада на восток от 3 до 15,6 м при преобладании 6-7 м.
Строение пласта в северной, западной и северо-западной частях площади его распространения простое, а на остальной части площади он расщепляется на 2-4 пачки.
Вторым по запасам на этом месторождении является пласт Рыбинский-1. Изменение мощности этого плата происходит с севера на юг и на восток. На северо-западе мощность пласта нерабочая - 0,8-1,2 м, в центральной и южной частях - 2,6-3,6 м. В северной части месторождения наблюдается выклинивание пласта, а в центральной он сливается с Рыбинским-11, южнее вновь от него отщепляется и на юге месторождения прослеживается как самостоятельный пласт.
Пласт Рыбинский-11 распространен почти на всей площади месторождения. В северной части месторождения пласт имеет нерабочюю мощность, в центральной части месторождения мощ-
ность его изменяется от 3,3 до 9,5 м при среднем значении 4,9-5,5 м, в южной части - от 9,0 до 13 м.
Все угли на разведанной площади относятся к переходным от углей марки 2Б к углям марки 3Б, обладают устойчивыми показателями качества, энергетическими и технологическими свойствами, общее направление их использования - энергетика.
Переяславское буроугольное месторождение. Месторождение залегает в мезозойских терригенных породах, являющихся промышленно угленосными. В разрезе опорных скважин зафиксировано до 27 угольных пластов и линз мощностью от 0,1 до 17,3 м. Промышленной угленосностью обладает верхне-камалинская подсвита, в которой разведаны основные рабочие угольные пласты: Верхний, Мощный и Спутник. Пласт Верхний распространён на северо-западе площади горного отвода. Угольный пласт «Спутник» залегает гипсометрически ниже пласта «Мощный». Пласт часто выклинивается и распространен в западной части месторождения. На большей части площади имеет нерабочую мощность. Строение пласта в основном простое, реже сложное, связанное с наличием 1-2 породных прослоев. Мощность пласта «Спутник» варьирует от 1,6 до7,9 м. Залегает параллельно пласту «Мощный», повторяя все его пликативные структуры. Основные запасы угля на Переяславском месторождении связаны с пластом «Мощный». Угли этого пласта относятся к бурым углям марки 3Б, низкозольным, высококалорийным. По количеству серы угли характеризуются как малосернистые.
Мощность пласта колеблется от 10 до13 м и лишь в отдельных случаях, в осложненных частях антиклинальных складок Участка № 2 и в северовосточной части отрабатываемого поля в пределах его слияния с пластом «Спутник» достигает 17-18 м. Пласт «Мощный» имеет как простое, так и
сложное (двух- трехпачечное) строение. В морфологическом плане пласт «Мощный» представляет собой пластообраз-ное тело с четкими границами кровли и почвы.
Иркутский угольный бассейн
Расположен в южной части Иркутской области. Протягивается на 500 км вдоль северо-восточного склона Восточного Саяна от г. Нижнеудинска до озера Байкал. В бассейне выделено 16 угленосных районов, разведано 20 больших угольных месторождений, в том числе буроугольные - Азейское и Мугунское.
Азейское буроугольное месторождение. Месторождение приурочено к эрозионно-тектонической впадине в палеозойском фундаменте, выполненной юрскими угленосными отложениями. Общая площадь месторождения около 180 м . В геологическом строении месторождения принимают участие отложения ордовика, юры и четвертичные образования.
Азейское месторождение входит в состав платформенной структурно-фациальной зоны, для которой свойственна уменьшенная мощность осадков, слабонаклонное и мульдообразное залегание отложений. Оно расположено вдоль северо-восточного крыла Тулун-ского поднятия. Поднятие обусловлено выступами фундамента, сложенными нижнеордовикскими породами, прорванными пластовыми телами траппов. Азейская впадина осложнена валооб-разными выступами доюрского фундамента. В разрезе эта впадина имеет корытообразную форму со слабоволнистым дном и более крутыми бортами. Угольные пласты повторяют рельеф фундамента: опускаются в его впадинах и поднимаются на выступах.
Угленосность участка представлена пластами «Верхний» I и II. Пласт II является основным рабочим пластом и распространен по всей площади. Мощ-
ность пласта для отдельных участков является величиной довольно постоянной, однако в целом на участке изменяется в довольно широких пределах -от1,5 до 11,7 м. Пласт залегает в виде пологой синклинальной складки меридионального простирания. Шарнир её погружается в северном направлении. В центральной части складки углы падения не превышают 2-3о, местами пласт имеет горизонтальное залегание. К востоку и западу углы падения пласта увеличиваются до 7-9о.
Пласт I распространен в северовосточной части площади. Мощность пласта составляет от 1,5 до 6,9 м. Залегание пласта слабоволнистое, в восточной части угол падения пласта увеличивается до 6о.
Пласт «Верхний» расположен в северной части площади и образует лин-зовидную залежь. Мощность пласта от 1,5 до 3,4 м. Залегание слабоволнистое, практически горизонтальное - углы падения не превышают 2-3о. Пласт характеризуется двух-трехпачечным строением. Глубина залегания от 5-7 м вблизи выходов под четвертичные образования до 19,7 в восточной части месторождения. Угли Азейского месторождения относятся к бурым технологической группы Б-3.
Мугунское буроугольное месторождение. Угленосные отложения приурочены к крупной эрозионно-тектонической котловине неправильной формы, сформировавшейся в палеозойских породах. Впадина вытянута в северо-западном направлении. Угли залегают в юрских образованиях, сложенных терригенными породами. Рабочие пласты угольной залежи - I, 1а, 1б, II, 11а (снизу вверх) - имеют горизонтальное слабоволнистое залегание. Глубина залегания почвы нижнего пласта I колеблется от 7,0 м на севере до 90 м в центральной части месторождения. На юге, где отмечается большая мощность угольной залежи, она представлена одним или двумя сближенными пластами
угля, образовавшимися от слияния пластов I, !а, К в один пласт и пластов II, Па в другой пласт.
В западном и северо-западном направлениях пласты распочковывают-ся, мощность их уменьшается и они погружаются на глубину. В отдельных местах северной части пласты угля снова поднимаются и выходят под наносы. В восточном направлении при выходе пластов под наносы суммарная мощность их снижается.
Самым распространенным пластом месторождения является нижний пласт I (111 км2). Мощность его колеблется от 0,2 до 12,5 м. Строение пласта в основном простое, но в отдельных метах он состоит из 2-4 пачек угля.
Вторым пластом, имеющим значительное распространение,является пласт II (47,4 км2). Мощность его колеблется от 0,9 до 6,3 м. Пласт имеет преимущественно простое строение. Пласт !а, отщепляясь от пласта I, имеет распространение в центральной и северо-западной частях месторождения. Его мощность колеблется в пределах 0,2-6,0 м. Пласты К и Па имеют ограниченное распространение, средняя их мощность 2,15 и 1,56 м соответственно. Строение преимущественно простое. Пласт К приобретает рабочую мощность на востоке месторождения, На - на западе.
Угли Мугунского месторождения относятся к классу бурых углей высокой степени углификации марки 3Б.
Буроугольное месторождение Забайкальского края
Хоронорское буроугольное промышленное месторождение располагается на территории Борзинского района. Месторождение залегает в северной части угленосного района на юго-восточном стыке Агинского палеозойского массива с мезозойской синклинальной зоной Восточного Забайкалья.
Размеры месторождения: длина 11 км, ширина от 2 до 6,5 км. По степени
насыщенности комплекс угленосных образований подразделяется на три горизонта (сверху вниз):
- горизонт мощных угольных пластов, мощность его в центральной части месторождения 380-400 м;
- горизонт частого переслаивания, включающий большое количество (до 40) пластов незначительной мощности (обычно 0,1-2,0 м), полная мощность горизонта 240-260 м;
- песчано-алевролитовый безугольный горизонт мощностью 280-300 м.
Все угольные пласты, распространенные в пределах Хоронорского месторождения, входят в состав двух верхних горизонтов. В горизонте частого переслаивания пласты имеют незначительную мощность и запасы по ним не подсчитывались. Горизонт мощных угольных пластов на месторождении содержит 20 пластов, из них рабочими являются 9.
Пласт Новый Шб расположен в районе сброса I и является самым верхним пластом с балансовыми запасами. В большинстве случаев пласт имеет про-сое строение: состоит из одной пачки угля, реже двух-трех пачек, разделенных породными прослоями. Мощность пласта от 2,0 до 7,9 м.
Пласт Новый Ша сближен с пластом Шб и залегает ниже его на расстоянии 0,6-25,0 м. Рабочую мощность пласт имеет в северной части площади своего распространения и сброса I. Именно здесь подсчитаны балансовые запасы. Мощность пласта колеблется от 2,0 до5,3 м. В южном направлении пласт постепенно выклинивается и совершенно исчезает. Далее к югу пласт вновь появляется, мощность его составляет менее 2 м и запасы по этой части пласта отнесены к забалансовым. Пласт простого строения.
Пласт Линза залегает в среднем на 20 м ниже пласта Нового Ша. Он представлен двумя-тремя пачками угля, мощность которых колеблется от 1 до 2,8 м. В отдельных пересечениях пласт
имеет простое строение и представлен одной пачкой мощностью 2,0-5,3 м.
Пласт Новый II залегает ниже пласта Нового Ша в среднем на 31 м. Пласт распространен на значительной площади и имеет устойчивую мощность от 2,0 до 12,5 м. Строение пласта простое, лишь в незначительной части пласт представлен двумя пачками.
Пласт Новый 1г является отщепившейся верхней пачкой пласта Нового 1б. Строение пласта от простого до сложного. Рабочая мощность пласта колеблется от 2,0 до 9,4 м. Отработке подлежит незначительная часть пласта, так как большая его часть остается в целике под железнодорожной магистралью Ка-рымская - Забайкальск.
Пласт Новый 1в является отщепившейся пачкой пласта Новый 1б. Пласт представлен одной, реже двумя пачками угля, мощность его колеблется от 4,6 до 12,8 м. Площадь распространения находится в основном в целике под линией железной дороги.
Пласт Новый 1б является отщепившейся частью пласта Новый 1а. Пласт представлен одной, реже двумя-тремя пачками угля. Мощность пласта в основном 17-22 м и лишь в юго-западной части снижается до 6-10 м.
Пласт Новый 1а является основным рабочим пластом. Распространен на всей площади карьерных полей. Пласт имеет в основном простое, реже сложное строение, при сложном строении представлен 1-4, реже 5-6 угольными пачками.
Пласт Нижний III является нижней отщепившейся пачкой пласта Новый 1а и распространен на небольшой площади участков № 1, 3.
Пласт I распространен на всей площади разреза. Наибольшие мощности этот пласт имеет на площади геологических участков № 3, 4. На остальной площади мощность пласта уменьшается до некондиционной. На площади распространения балансовых запасов мощность пласта колеблется от 2,0 до 12 м.
Пласт имеет простое строение и лишь на небольшом участке содержит один породный прослоек.
Высокая химическая активность бурых углей определяет большую частоту возникновения эндогенных (вызванных внешними тепловыми источниками) и экзогенных (вызванных самовозгоранием) пожаров, что приводит к существенным сверхнормативным потерям угля, ухудшению санитарно-экологических условий работы, аварийным простоям не только отдельных участков, но и разрезов [4].
Основа успешной борьбы с эндогенными пожарами заложена в понимании процессов, обуславливающих самонагревание и самовозгорания угля. Для возникновения и развития процесса самовозгорания необходима реализация определенных условий:
- способность угля вступать в химические взаимодействия с кислородом или другими окислителями;
- достаточный приток воздуха;
- возможность аккумуляции тепла, выделяющегося при окислении [5].
Применительно к эндогенным пожарам целесообразно выявлять факторы, увеличивающие или снижающие эндогенную пожароопасность.
Все факторы [1], влияющие на по-жароопасность, Х.А. Баев объединяет в две группы: горно-геологические (природные) и горнотехнические. В каждой из них по характеру своего влияния на пожароопасность имеются факторы качественные (марка угля, способ управления кровлей и др.) и количественные (мощность пласта, скорость отработки и др.).
Несмотря на то что каждый конкретный эндогенный пожар на разрезе возникает в результате воздействия какого-то превалирующего фактора, эндогенная пожароопасность разрезов в целом определяется суммарным воздействием целого ряда факторов, увеличивающих или снижающих её.
Следует различать прогнозируемую, фактическую и текущую пожаро-опасность. Прогнозируемая пожаро-опасность - это определенная каким-либо методом вероятность возникновения эндогенных пожаров для проектируемых добычных участков.
Фактическая пожароопасность оценивается частотой эндогенных пожаров, наблюдавшейся при отработке выемочных полей. Она может служить основой для прогноза пожароопасности проектируемых полей при наличии сходных горно-геологических и горнотехнических условий.
Текущая пожароопасность - это пожароопасность действующих выемочных полей на момент её контроля. Оценка текущей пожароопасности необходима для дифференцированного распределения способов и средств предупреждения эндогенных пожаров. Она включает корректировку прогнозируемой пожароопасности с учетом отклонения условий разработки от заложенных в проекте и контроль за появлением признаков пожара в действующем поле.
Время, необходимое для возникновения эндогенного пожара, называется инкубационным периодом. Инкубационный период характеризует потенциальную пожарную опасность на добычном участке, на котором не было самовозгорания угля. Длительность инкубационного периода зависит от притока воздуха и накопления тепла. Она различна для разных природных и горнотехнических условий и систем разработки и может служить характеристикой их пожарной опасности. Для каждого рассматриваемого месторождения нами опытным путем был определен инкубационный период самовозгорания (сут.): Бородинское месторождение от 60 до 360, Переяславское - от 60 до 360, Азейское - от 45 до 360, Мугунское - от 40 до 360 и Хоронорское - от 30 до 360.
Библиографический список
1. Баев Х. А. Теоретические основы самовозгорания угля. М.: Недра. 2003. 557 с.
2. Веселовский В. С. Химическая природа горючих ископаемых. М.: Изд. АН СССР. 1955. 425 с.
3. Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. М.: Изд-во МГУ. 2003. 557 с.
4. Щадов М.И. Разработать направления сохранения и наращивания потенциала угольной отрасли как ос-
новы создания надежного и эффективного обеспечения объектов электроэнергетики и коксохимии страны угольной продукцией на период до 2020 г. (с учетом развития других отраслей топливно-энергетического комплекса). М.: Изд-во МГУ, 2002. 102 с.
5. Руководство по использованию комплекса техногенных мероприятий для профилактики и тушения пожаров на разрезах. Челябинск, 2006. 83 с.
Рецензент: кандидат геолого-минералогических наук, доцент Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета И. Н. Семейкин
