CC BY
50
УДК 666.972.16
H. А. HIКIФOРOBA (ДПТ), I. Л. САФРОГОВ, В. I. СТЕЦЮК (HГУ, Днiпpoпeтpoвcьк), В. O. MOMOT (ДПТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПОР1Д РОЗКРИВУ НОВО-ДМИТРШСЬКОГО РОДОВИЩА БУРОГО ВУГ1ЛЛЯ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ ЯК БУДШЕЛЬНИХ МАТЕР1АЛ1В
Haвeдeнi peзyльтaти дocлiджeння пopiд poзкpивy Hoвo-Дмитpiвcькoгo бypoвyгiльнoгo poдoвищa та на-даш peкoмeндaцiï щoдo зacтocyвaння cyпyтнix кopиcниx кoпaлин як бyдiвeльниx мaтepiaлiв.
Ключовi слова: poдoвищe, бyдiвeльнi мaтepiaли, Rop^rn кoпaлини, дiaтoмiти, вyглиcтi глини, дocлiджeн-ня, пpoмиcлoвa poзpoбкa
Oбмeжeнi запаот нафти i гaзy та ïx imero^ вний видoбyтoк oбyмoвили ropeo^^y poлi вyгiлля y пaливнo-eнepгeтичнoмy баланс Rpaï-ни. Рoзpoбкa вyгiльниx poдoвищ Дoнбacy пoв'язaнa з вкpaй отладними гipничo-гeoлoгiчними yмoвaми, нacaмпepeд з гостшго зpocтaючoю глибинoю poзpoбки та вито^ю i вaжкoпpoгнoзoвaнoю гaзoнocнicтю. З пoвaжниx пpичин гoтyeтьcя зaкpиття дecяткiв вyгiльниx шaxт Дoнeцькoгo i Львiвcькo-Boлинcькoгo ба-ceйнiв. Тим чacoм топит на паливго-eнepгeтичнy cиpoвинy гостшго зpocтae на npo-тязi дocить тpивaлoгo 4acy i мае стшку тeндeн-цiю дo збiльшeння poлi вyгiлля в пaливнoмy бaлaнci. В циx yмoвax ocoбливy aктyaльнicть набувае пpoмиcлoвe ocвoeння нoвиx пoтyжниx poдoвищ бypoгo вyгiлля, oдним з якиx е том-плeкcнe Hoвo-Дмитpiвcькe. Рoзвiдaнe щe в 7G-тi po^ минyлoгo cтoлiття вoнo, щe за paдянcь-киx чaciв, бyлo дocить виcoкo oцiнeнe кoлeгieю мiнicтepcтвa вугшьш1' пpoмиcлoвocтi Укpaïни. З вiдoмиx ^ичин цeй пpoeкт нe бyлo pea^o-вaнo. Aлe на cьoгoднi щopiчний видoбyтoк 9 -1G млн. т вугшля здатний peaльнo знизити ero-pгoзaлeжнicть Укpaïни вiд зaкopдoнниx госта-чaльникiв.
Hoвo-Дмитpiвcькe кoмплeкcнe 6ypo-вyгiльнe poдoвищe poзтaшoвaнe в Бapвeнкiвcь-кoмy paйoнi Хapкiвcькoï oблacтi гоблизу ïï rap-дoнy з Дoнeцькoю. Унiкaльнicть poдoвищa го-лягае в наступгому:
- виcoкий лiнiйний кoeфiцieнт вyглeнocнocтi - 33... 34 % (для Дoнбacy 2,5... 3 %) та надзви-чайна пoтyжнicть вyгiльниx пoклaдiв дo - 74 м (cyмapнa дo 12G м);
- пpoмиcлoвi запает, oбмeжeнi плoщинoю 3,5^5 км, отладають 446,5 млн. т, в т.ч. з зoль-нicтю дo 26 % - 29G,7 млн. т aбo 98,2 % (здaтнi для вигoтoвлeння бpикeтiв);
- poзкpивнa частина poдoвищa - вiд дeннoï пoвepxнi дo глибини 375 м на 9G % cклaдeнa cyпyтнiми кopиcними кoпaлинaми - вуглисти-
ми i бiтyмiнoзними глинами (бiля 1 млpд. т), пpoмиcлoвими cipчaними pyдaми (гонад 1 млpд. т), дiaтoмiтaми (бшя G,6 млн. т), pyдaми титану, cвинцю та цинку, а татож вoгнeтpивкi глини, cклянi та бyдiвeльнi пicки, тoщo;
- за yмoвaми yтвopeння Hoвo-Дмитpiвcькe poдoвищe cтaнoвить говий гeнeтичний тип ву-гiльниx poдoвищ, пoв'язaниx з кoмпeнcaцiйни-ми вopoнкaми над coльoвими дiaпipaми. npo-миcлoвi poдoвищa тaкoгo пoxoджeння в cвiтi нeвiдoмi.
Oднaк гipничo-гeoлoгiчнi yмoви poдoвищa xapaктepизyютьcя як дocить cклaднi за двoмa ocнoвними oбcтaвинaми - значгою глибинoю залягання Ocнoвнoгo вyгiльнoгo roproorny у цeнтpaльнiй чacтинi poдoвищa ^o 38G м) та нaявнicтю дeкiлькox вoдoнocниx гopизoнтiв в пoeднaннi з мexaнiчнo cлaбкими гipcькими го-poдaми. У зв'язку з цим, кoмплeкcнe пpoмиcлo-вe ocвoeння Hoвo-Дмитpiвcькoгo poдoвищa го-виннo пepeдбaчaти пocлiдoвнy poзpoбкy та o6-rpyнтyвaння нeтpaдицiйниx тexнoлoгiчниx i нayкoвиx piшeнь, щo ж мають aнaлoгiв у в№ чизнянш та cвiтoвiй пpaктицi. Цe cтocyeтьcя, нacaмпepeд, у пoпepeдньoмy та готочгому зж-вoднeннi гipничиx пopiд у мeжax кap'epнoгo пoля i вибopi гipничoтpaнcпopтнoгo oблaднaн-ня, eкcплyaтaцiя ятого пoвиннa зaбeзпeчити виcoкi тexнiкo-eкoнoмiчнi гоказники пpи бeз-пeчнoмy poзмiщeннi на ^crm^x плoщaдкax дoбyвниx ycтyпiв.
У ^o^ci пpoмиcлoвoï poзpoбки poдoвищa плaнyeтьcя викopиcтaння пpинципoвo-нoвиx тexнoлoгiй i oблaднaння для poздiльнoï poзpoб-ки raac™ вyгiлля i пoпyтниx кopиcниx опалин, ïx тpaнcпopтyвaння i тимчacoвoгo отладу-вання у виглядi тимчacoвиx тexнoгeнниx poдo-вищ. Пepeдбaчaeтьcя, щo ïx пoвтopнa poзpoбкa i cвoeчacнe пocтaчaння cпoживaчaм дoзвoлить на дoвгий чac зaбeзпeчити пpoмиcлoвicть paйoнy (бyдiвництвo, xiмiчнy, ciльcькe гocпoдapcтвo) цiннoю мiнepaльнoю cиpoвинoю. ïï видoбyтoк з
© Hi^opoba H. А., Сaфpoнoв I. Л., Сгецюк В. I., Мсмст В. O., 2G12
техногенних родовищ буде виконуватися iз за-стосуванням того ж обладнання, що i на основ-них процесах розробки буровугiльних покладiв. В еколопчному вiдношеннi територiя району для будiвництва кар'еру, ТЕЦ, транспортних та енергетичних мереж, не розвинена i промисло-во не освоена.
Середнш по родовищу коефiцiент розкриву у розрахунку на буре вугшля за попередшми розрахунками складае 4 м3/т, але на перших етапах розробки поточний коефщент розкриву може досягати 10 м3/т. В той же час до 70...80% об'ему розкриву складеш супутнiми корисними копалинами, попутне використання яких може значно покращити економiчнi пока-зники при видобутку бурого вугшля.
Пошуковими i розвiдувальними роботами на буре вугшля i пошуково-ревiзiйними роботами на ртуть [1] у прибортовш частиш Ново-Дмитрiвського родовища виявлеш рудопрояв-лення свинцю, цинку, ртут (корiннi породи борту) та титанових руд мiнералiв - iльменiту, рутилу, лейкоксену (прибортова частина муль-ди). З урахуванням того, що будiвництво кар'еру неминуче порушить корiннi борти Но-во-Дмитрiвськогl мульди, прояви свинцево-цинкових i ртутних руд, що розташоваш у вер-хньопалеозойських утвореннях, потрапляють до складу розкривних порщ. Для оцiнки рудо-проявлень, якi зафiксованi у перифершнш час-тинi мульди 36 свердловинами, використанш результати 4600 спектральних, 236 хiмiчних i 119 мiнералогiчних аналiзiв.
Свинцево-цинкове оруднення локалiзоване двома складними крутопадаючими зонами: ш-внiчно-схiдною та швденно-захщною. Дiючi кондицп [2], за вмютом в рудi основних компо-нентiв, пiдроздiляються на: багатi руди з кшью-стю свинцю понад 4 %, або з сумарним вмютом свинцю i цинку понад 7 %; рядовi з вмютом свинцю 2.4 %, сумарно свинцю i цинку 4.7 %; бщш з вмютом свинцю 1,2.2 %, свинцю i цинку вщ 2.4 %.
Прояви ртут виявлеш спектральними анал> зами у кшькосп вiд 0,003 % до 0,02 %, а також в окремих свердловинах швшчно-схщно! час-тини Корульського куполу, мiнералiзацiя яких належить до пюковиюв пермi, карбону i прос-торово прагне до тих же роздшв, що i свинце-во-цинкове оруднення. Вщповщно до дiючого 1нструкцп ДКЗ, по вмiсту ртутi видшяють три промислових сорти руди: штуфш - понад 1 %, багат - вiд 0,3 до 1 % i рядовi - вщ 0,04 до 0,3 %. Спектральний аналiз проб над мшерал> зованим залишком виявив вмiст ртутi до 0,001 %. Загальний висновок: на цей час ртутне
забруднення вивчено недостатньо i викликае пошуковий штерес.
Прояви титанових мiнералiв таких як рутил, шьмешт i лейкоксен в окремих випадках скла-дають до 34 % важко! фракцп, що при перера-хунку на об'ем складе 3.6 кг на 1 м3 пюку. Збагаченi мiнералами штервали не складають окремих шарiв та горизош!в, а мають форму iзольованих мiж собою лiнз i прошарюв.
Самородна сiрка пов'язана з покладами бе-рексько! свити - iз хемогенним комплексом сульфатно - карбонатних порщ, розташованих на 2.3 м вище над основною буровугiльною лшзою. Породи розповсюдженi у центральнiй частиш мульди на площi бiля 2 км2 i в планi повторюють форму вугшьного покладу. Зверху вони перекрит дiатомiтами, знизу пщтилають-ся темно-шрими пiрiтизованими гiдросмодiс-тими глинами, що залягають безпосередньо у крiвлi основного вугшьного покладу. Найбшь-ша потужнють хемогенних порiд складае 41 м i зафiксована у центрi родовища. У бш бортiв кар'ерного поля вона генетично виклинюеться i поступово перетворюеться у горизонт вапняку.
Самородна арка локалiзована, головним чином, у доломгах та карбонатно-гiпсових породах. Форма видшення сiрки - гшздово-вкраплена розмiром до 5.7 мм, розподшення в породi бiльш-менш рiвномiрно, контури роз-пливчастi. Гнiзда шрки розмiром 5.10 см зу-с^чаються одночасно або групами, форма iзометрична, контакти з породами чiткi.
Форма покладiв лiнзовидна, розмiр - вщ перших метрiв до перших десятюв метрiв, iнодi до 100.120 м, вмют сiрки досить мшливий. Серед хемогенно! товщi досить чггко видiля-еться двi збагаченi шркою лiнзи - нижня i вер-хня. Нижня мае незначну потужнють - до 2.3 м, обмежене розповсюдження - до 0,9 км2 та школи розщеплюеться на 2 горизонти. Вмют арки коливаеться вщ 5,03 до 20,04 %. Запаси самородно! шрки при бортовому вмюп И в рудi 5 % складають 447 тис. т, а при вмюп 8 % - 269 тис. т, разом - 716 тис. т.
Горизонт дiатомiтiв залягае в 10.40 м вище основного вугшьного покладу безпосереднього у покрiвлi горизонту арчаних руд. Займае площу бшьше 10 км2, глибина залягання - вщ 45.50 м на перифери депреси, до 290 м у центральнш частиш родовища. Максимальна потужнють горизонту складае 54 м, звичайна 40.45 м. Попередньо розрахований обсяг дiа-томтв перевищуе 400 млн. м3.
За хiмiчним складом дiатомiти Ново-Дмитрiвського родовища спiвпадають з дiато-мiтами широко вiдомого Пiонерського родовища Росп. Питома вага дiатомiтiв коливаеться
вщ 1,61 до 2,3 т/м3 i залежить вiд юлькост гли-нистих домiшок.
Кiлькiсть цiлих панцирiв дiатомей у дiато-мiтових породах H0B0^MmpiBCbK0ro родови-ща коливаеться вiд 3 до 30 млн. од. у 1 см3. Па-нцирi являють собою мiкроскопiчнi опаловi тiльця (0,03...0,15 мм), якi надають породi лег-кiсть i пористiсть. Пористiсть дiатомiтiв у кра-щих сортах св^ових родовищ досягае 70.75 %. Пористють дослiджених дiатомiтiв досягае в окремих пробах 80.81 %, в основному 43,6.79,2 %, у середньому - 60 %. Таким чином, за цим показником дiатомiти Ново-Дмитрiвського родовища слiд вiднести до ви-сокосортно! сировини.
Цiнною фiзичною властивiстю дiатомiтiв е !х здатнють вбирати вапно. Це мае виршальне значення при використаннi !х у якост пдравл> чно! домiшки до цементного клшкеру. Актив-нiсть дослщжених дiатомiтiв коливаеться вiд 18,9 до 313.1 мг СаО на 1 г домшок. Дiатомiти доцiльно використовувати у цементнш та будь вельнш галузях, якщо вбираюча спроможнiсть !х складае не менше 150 мг СаО на 1 г домшок.
О^м того, дiатомiти Ново-Дмитрiвського родовища можуть використовуватися в якосп тонких природних фiльтрiв (наприклад харчо-вш i нафтопереробнiй промисловостi), як теп-лоiзоляцiйний матерiал, а також у цементнш та будiвельнiй промисловостi. Паперова промис-ловiсть використовуе дiатомiт для виробництва бюварного та салфетного паперу. Основш ви-моги при цьому бший колiр та тонкий помел. Не виключаеться, що в окремих випадках, буде потрiбний !х селективний видобуток.
Вуглисп глини являють собою глинист породи на 35.45 % насичеш сапропелевими i гумусовим матерiалом. Детальний аналiз складу i властивостей вуглистих глин дозволяе об-грунтувати три напрямки !х використання: ви-сокосортне добриво для сiльського господарст-ва; низькосортне паливо разом з бурим вугш-лям; виробництво бурових розчишв.
Проведенi експерименти показують: штен-сивнiсть зростання рослин визначаеться конце -нтрацiею поживних речовин. Бiльш активне зростання мали рослини, що розташоваш на бшьш концентрованих розчинах. При цьому вiдмiчались як зростання сиро! ваги рослин, так i зростання довжини корiнцiв. При доданнi до розчину водяного витягу з цих глин у сшввщ-ношенш 1:1, сира вага рослин зростала на 20,8 % порiвняно з контрольною. Експерименти проведеш з грунтовними культурами (овес) свщчать про те, що глини, внесенш у вигщщ гранул у дозах 25, 50, 100, 150 i 200 г на сосуд,
впливають позитивно як на зрют наземно! маси, так i на зрiст та вражай вiвса [3].
Темно-сiрi та чорш рiзновиди вуглистих глин на 35.45 % збагачеш гумусовою та сап-ропелевою органiчною речовиною розташованi у верхнш частинi вугленосно! товщi. 1х загаль-на потужнiсть вiд 75 до 100 м розподшена таким чином: 20.25 м у груш! IV вугшьного гор изо нту, решта - в його по^вль При спшьно-му видобутку з вуглистими прошарками та ву-гiллям V горизонту !х мiнеральна частина, за нашими розрахунками, не перевищуе 55.65 %. За досвщом захiдних, перш за все шмецьких технологiй, таке паливо можна використовувати на теплових електростанщях та централях. Глини Ново-Дмитрiвського родовища розповсюдженi на площi понад 6 км2. При середнш загальнiй потужностi, що складае 75 м, попередш запаси !х перевищують 450 млн м3, що при питомш вазi 1,35 т/м3 пере-вищуе 600 млн т.
О^м того, глинистi утворення за яюстю придатнi для виготовлення глинистих бурових розчишв. За вшом вони вщнесеш до полтавсь-ко! свити плюцену, де складують товщу поту-жнiстю 31.3 м перекриту 29 метрами розкрив-них порiд.
Дослщжено 28 проб iз свердловин № 1418 та 1419 в Лаборатори промислових розчинiв Ар-темiвсько! КГРЕ. У цшому, глини для виготовлення бурових розчишв повинш вщповщати таким основним вимогам: кiлькiсть шску (вщ-стiй 3 хвилини) не бшьше 4 %; швидко розпус-катися у водi; складати з водою в'язю та стшю суспензп; розчин повинний бути тонкодиспер-сним з мшеральною домiшкою пiску.
Речовинами, що попршують якiсть глинистих розчишв, являються гшс, вапняк i особливо кам'яна сiль. Кварцевий шсок збiльшуе зашла-мованiсть розчину та у наслщок абразивних властивостей прискорюе зношення насосiв i бурового шструменту. Буровi розчини задов> льно! якосп повинш мати таю основш показ-ники: юльюсть пiску (вiдстiй 3 хвилини) не б> льше 4 %; добовий вщстш (коло!дальнiсть) не бшьше 1 %; в'язюсть на стандартному приладi СПВ-5 20.26 Па с; питома вага 1,16.1,20 г/см3; водовiддача не бшьше 30 см3.
У процес дослщження з кожно! з вщ-браних проб виготовляеться глинистий розчин з в'язкiстю 25 Па с i визначаються його основнi параметри.
Фiзико-механiчнi властивостi 15 глинистих розчишв вщображеш в табл. в порiвняннi з глинистим розчином з часов'ярсько! глини -основною сировиною для проходки свер-дловин.
Таблиця 1
Фiзико-механiчнi властивосл глинистих розчишв
Показники
Найменування Питома вага, г/см3 (9 ■ У о « Й " с СЧ Вмгст тс-ку, % - а и и о ^ В Товщина юрки, мм
Вихвдний гли-нистий розчин з глин Ново-Дмитр1вського родовища вад 1,23 до 2,33 25 вад 1 до 8 вщ 5 до 13 вад 1,5 до 4
Вихвдний гли-нистий розчин з Ча- сов'ярського родовища. 1,18 25 1 37,5 7,5
З табл. видно, що глинистий розчин з глини Ново-Дми^вського родовища у цiлому задо-вiльний. Для покращення окремих параметрiв у розчин вводили стабiлiзуючi домiшки, а саме -10 % вуглелужний реагент (ВЛР) та 2 % каль-цинована сода (Ка2С03).
Вихщш буровi розчини пiсля обробки !х вуг-лелужним реагентом i кальцинованою содою показали цшком позитивний результат. При доведет до потрiбно! в'язкосп 25 Па с: питома вага 1,16.1,20 г/см3; вмют пiску 0,5.3,0 %; водовщдача 7.10 см3.
Лабораторiя бурових розчинiв Артемiвсько! комплексно! геологорозвщувально! експедицп вiдмiчаe, що розхщ реагентiв для обробки розчишв з глин Ново-Дмитрiвського родовища значно менший, чим при обробцi глинистих розчишв iз часов'ярсько! глини. Глини Ново-Дмитрiвського родовища придатнi також для виготовлення високо кальцieвих розчишв (ВКР), яю мiстять 10 % сульфiд-спиртовi барди (ССБ) i 1 % хлористого кальщю. Таким чино, глинист породи, що розташованi у розкривнш частинi Ново-Дмитрiвського родовища, можна використовувати для виготовлення бурових розчинiв при умовi попередньо! обробки !х вуг-лелужним реагентом (10 %) та кальцинованою содою (2 %).
Таким чином, з урахуванням складних пр-ничо-геологiчних умов розробки Ново-
Дмитрiвського буровугiльного родовища, до-слщжеш в його розкривнiй частинi корисш ко-палини повиннi суттево покращити економiчну ситуацiю регiону. Серед корисних копалин, якi плануеться видобувати одночасно з будiвницт-вом кар'еру е полiметалiчнi руди з промисло-вим вмютом свинцю i цинку (до 2.5 % ^ на-виъ, до 17 % при мшмальнш концентраци у промислових рудах 2 % i бiльше); кiновар з промисловими концентрацiями ртутi; сiрчана руда з вмютом сiрки самородно! понад 8 % у кiлькостi 716 тис т.; дiатомiти - цшна високо-сортна речовина у якосп тонких природних фiльтрiв для харчово! та нафтопереробно! про-мисловостi, а також цшний як теплоiзоляцiй-ний матерiал, наповнювач у легких сортах бетону, гiдравлiчнi домiшки до цементного клш-керу; попереднiй обсяг дiатомiтiв перевищуе 400 млн м3.
Вуглистi глини пiсля детальних цшьових дослiджень можна використовувати як високо-сортне добриво у сiльському господарств^ па-ливо у сумiшi з бурим вугшлям, виробництво бурових розчишв, керамiчних глин, як сирови-ну для грубо! i тонко! керамши, та для вироб-ництва керамзиту. О^м згаданих вище корисних копалин, у розкривнш частиш родовища присутш склянi та будiвельнi пюки, вогнетрив-кi глини та iншi кориснi утворення. Однак !х геолого-економiчна оцiнка потребуе окремих дослiджень.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Отчет о детальной разведке Ново-Дмитровского месторождения бурого угля [Текст]. - т. II. -1972. - ф. тр. Артемгеология.
2. Сборник руководящих материалов по геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых [Текст]. - М.: ГКЗ СССР, 1985.
3. Закономерности формирования буроугольных залежей Северо-Западного Донбасса с целью обоснования разработки комплексного НовоДмитровского месторождения [Текст]. - Технико-экономический доклад. - Д.: НГУ, 2003. -15 с.
Надшшла до редколегп 13.07.2011.
Прийнята до друку 19.07.2011.
Н. А. НИКИФОРОВА, И. Л. САФРОНОВ, В. И. СТЕЦЮК, В. О. МОМОТ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРОД ВСКРЫШИ НОВО-ДМИТРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ БУРОГО УГЛЯ С ЦЕЛЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Приведены результаты исследования пород вскрыши Ново-Дмитровского месторождения бурого угля и даны рекомендации по использованию попутных полезных ископаемых в качестве строительных материалов.
Ключевые слова: месторождение, строительные материалы, полезные ископаемые, диатомиты, угленосные глины, исследования, промышленная разработка
N. A. NIKIFOROVA, I. L. SAFRONOV, V. I. STETSUK, V. O. MOMOT
STUDY OF COVERING ROCKS OF NOVO-DMITROVSK DEPOSITS OF BROWN COAL WITH THE PURPOSE OF USING AS BUILDING MATERIALS
The results of the study of rocks of opening the Novo-Dmitrovsk deposits of brown coal are presented and the recommendations on the use of associated minerals as building materials are given.
Keywords: deposit, building materials, minerals, diatomites, clays, research, industrial development
