CC BY
269
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСК И РАЗВЕДКА МПИ
КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРОГО УГЛЯ УРТУЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
УДК 662. 642
Г.П. Сидорова, ведущий инженер-геолог ОАО ППГХО, г. Краснокаменск
Научные интересы: методы оперативного контроля качества углей. Управление качеством углей в процессе добычи и отгрузки.
Уртуйский буроугольный разрез - одно из перспективных структурных подразделений Приаргунского производственного горно-химического объединения. В настоящее время разрез вышел на годовую производительность 4,5 млн т угля и за счет реализации высококачественного угля является весомым источником прибыли ОАО ППГХО. Одна их важнейших задач предприятия - это контроль и обес-
печение качества добываемого угля, так как хорошее качество продукции - это устойчивое положение на рынке сбыта.
Сложный петрографический состав и различное соотношение микрокомпонентов групп витринита, инерти-нита и липтинита обусловили значительное разнообразие углей на Уртуй-ском месторождении. Количественное соотношение типов углей приведено в табл. 1 [1].
Таблица 1
Количественное соотношение типов углей на Уртуйском месторождении
Группа Класс Петрографические типы Кол - во, %
Фюзинито - гелиты 9
Липоидо - фюзинито - гелиты 5
Г умолиты Г елитолиты Фюзенито - гелититы 37
Г елититы 6
Гелито - фюзетиты 34
Фюзенолиты Липоидо - гелито - фюзетиты 9
Преобладающими являются фю-зинито - гелититы и гелито - фюзини-ты. В распределении различных петрографических типов наблюдается опре-
деленная закономерность: в нижней
части разреза пластов преобладают угли класса гелитолитов (57 %). Угли этого класса блестящие, хрупкие, с ракови-
стым или полураковистым изломом. Для них характерны низкие показатели максимальной влагоемкости и «материнской» зольности. По классификации соответствуют группе 3Б. Количество гелитолитовых углей увеличивается с юга на север в сторону расщепления пластов. В верхней части разреза пластов преобладают угли класса фюзено-литов (43 %). Угли этого класса матовые, полуматовые, с ребристым или округло-угловатым изломом, вязкие, твердые, крепкие, с более высоким удельным весом. По качественным характеристикам соответствуют классу 2Б. Влажность. Как с научной, так и с практической точки зрения влага представляет собой важнейший компонент угля. При использовании угля в качестве энергетического топлива влага является балластом, она снижает его полезную массу. Влажный уголь при хранении более активно самовозгорается, смерзается при минусовой температуре в вагонах, создает определенные затруднения на тракте теплоподачи ТЭС и т. д. Угли Уртуйского месторождения в целом характеризуются высоким содержанием аналитической влаги ('а), в среднем по месторождению она составляет - 9 % [4,5]. Максимальная влаго-емкость ('шах) изменяется в широких пределах 16...40 % и имеет прямую зависимость от петрографического состава углей, степени углефикации, глубины залегания пластов и зольности. Так, чем выше в угле содержание микрокомпонентов группы инертинита, обладающих большей адсорбционной способностью, по сравнению с гелифици-рованными компонентами, тем выше будет максимальная влагоемкость угля. По данным Урал ВТИ, средние показатели максимальной влагоемкости для Уртуйских углей при Л11 = 12,5 % со-
ставляют: для углей класса 2Б - 32 %, для класса ЗБ - 29,5 %. Одним из основных показателей качества угля считается общая влага (') в расчете на рабочее состояние топлива ('/), т.е. такое содержание влаги в топливе, с какой оно добывается, отгружается или используется, хотя это один из самых изменчивых показателей влажности. Он зависит от нескольких факторов: технологии добычи угля, условий хранения и транспортировки, природных факторов и т.д. По ГОСТ 11014-2001 влага общая на рабочее состояние топлива рассчи-тыв ается по ф ормуле
= 'ех + 'ь х 100 - 'ех / 100; где 'ех - внешняя влага топлива, в %;
'ь - влага воздушно-сухого топлива, в %.
За период отработки месторождения с 1989-2004 гг. показатели общей влаги на рабочее состояние топлива изменялись 26,5.35 %.
Зольность - один из важнейших и вместе с тем самый изменчивый показатель качества угля. Угли пласта М, запасы которого составляют большую часть месторождения, характеризуются невысокой пластовой зольностью (10.15 %) и лишь в краевых частях месторождения, в зонах расщепления пласта отмечается повышение зольности до 20-30 %.
Минимальной зольностью (<10 %) характеризуется южная часть пласта М, где установлена его наибольшая мощность и наименьшее число породных прослоев. Незначительно по зольности отличаются от пласта М пласты М1 и М3. Максимальная зольность характерна для пласта В, имеющего большую долю породных прослоев. Среднее значение зольности по месторождению принято - 12,5 % [4,5] . В процессе эксплуатации месторождения происходит
дополнительное разубоживание угля породами почвы, кровли или породными прослоями, с увеличением зольности товарного топлива на 3-5 %. С начала отработки месторождения показатели зольности в добыче угля изменялись 6.. .15 %.
Зола относится к среднеплавкой (1° < 1350 °). Способность золы к шлакованию и загрязнению поверхности нагрева низкая (шлакуемость < 0,6; загрязнение < 0,2). Химический состав золы на сухую массу представлен в табл. 2 [4].
Таблица 2
Химический состав золы углей Уртуйского месторождения
^2 A^2Oз Fe2Oз CaO MgO SOз ^3 Na2O Mn3O4 ТО P2O5
55,0 22,0 5,0 8,0 1,3 9,6 1,6 0,3 0,4 0,87 0,14
Выход летучих компонентов по рабочим пластам характеризуется близкими средними значениями 38...40 % и зависит от количества в составе углей микрокомпонентов группы инертинита, рост которых снижает выход летучих веществ.
Количество минеральных примесей не превышает 2,5 %.
Угли Уртуйского месторождения являются низкосернистыми. Интервал значений содержания серы в сухой массе колеблется 0,15.0,42 %. Низкое содержание серы (0,15.0,2 %) характерно для высокозольного угля. Прослеживается закономерность в повышении содержания серы (Бй) до 0,5 % к фланговым участкам месторождения.
Элементарный состав углей тесно связан с их физическими и технологическими свойствами [5]:
Сйаґ - 48,0-77,6 %; Н* - 4,8-5,7 %; ^ - 0,74-0,9 %; Ойаґ - 17,6-22,0 %. [4,5].
Теплота сгорания - важнейшая характеристика теплотехнических свойств углей. Высшая теплота сгорания на сухое беззольное состояние (0§йаґ), характеризующая природный тип угля, сте-
пень его углефикации и вещественный состав, была определена экспериментально для каждого пласта и в среднем составила 7092 ккал/кг [5].
Низшая теплота сгорания рабочей массы угля (00, выражающая количество тепла, которое может быть практически реализовано при сжигании, напрямую зависит от влажности и зольности угля. Эта зависимость выражается уравнением:
012г = ( 0цг + 6 Wlr) (100 - ^№2Г - А2Г/ 100
- Wlr - А1Г ) - 6^^2Г [ 6,7] , где 0;2Г - искомое значение низшей теплоты сгорания при значениях влажности ^2Г) и зольности ( А2г).
С учетом средних параметров по влажности и зольности для Уртуйских углей уравнение приобретает вид 012г = 68,0337( 100 - W2r - А2Г) - 6^^2Г [14].
Приведенная формула позволяет рассчитать низшую теплоту сгорания (00 углей для любого состояния топлива по известным значениям рабочей влажности и зольности не только для каждого пласта или блока, но и конкретно на добытую или отгружаемую партию угля. В среднем по месторожде-
нию она составляет 4020 ккал/кг, при Ай = 12% и Wrt = 29,5 % [5].
Токсичность углей. В соответствии с заключением института нефте - и углехимического синтеза при Иркутском государственном университете, содержание токсичных элементов в Ур-туйских углях ниже концентраций в известных угольных месторождениях России и за рубежом [4]. Содержание мышьяка и бериллия не превышает кларкового, свинца - ниже кларкового. Содержание ртути не превышает 0,3 х 10-6 % (среднее содержание в углях РФ и странах СНГ - 0,1 х 10 -4 %). Несколько выше известных определений на других угольных месторождениях отмечается концентрация фтора ( 300 - 800 х 10"4 %). Это объясняется положением района месторождения на территории флюоритовой провинции Юго - Восточного Забайкалья.
Радиационно-гигиеническое качество угля. Угли с повышенным содержанием радионуклидов встречаются практически на всех угольных месторождениях [8,9]. Проблема эта известна и сложна поэтому не нашла отражения как в отечественных, так и в международных нормативных документах, определяющих требования к содержанию ЕРН в сжигаемых углях. Это приводит к значительным организационным, методическим и техническим трудностям при организации контроля радиационно-гигиенического качества угля. Для угольных месторождений Забайкальского региона наличие повышенных концентраций естественных радионуклидов вполне прогнозируемо, т.к. они находятся в пределах Забайкальской металлогенической провинции, для которой характерно урановое оруденение. На Уртуйском месторождении участки с повышенным содержанием ЕРН были
выявлены при проведении детальной разведки. Они расположены в западной и юго-западной частях месторождения и приурочены к зонам тектонических разломов.
Проблемой обеспечения радиационно-гигиенического качества угля на предприятии начали заниматься с самого начала освоения месторождения. С целью более детальной изученности радиоактивности углей Уртуйского месторождения разработан комплекс работ:
- с целью уточнения границ углей с повышенным содержанием ЕРН и классификации запасов по их радиационной безопасности выполнена дополнительная разведка месторождения со сгущением сети 125х125 м [3];
- проводится большой объем эксплуатационно-разведочного бурения,
для разделения запасов по сортам с учетом экологических требований, только за 2004 г. объем бурения составил 4700 м пог. [15];
- отобрано и проанализировано большое количество проб;
- совместно с отраслевым проектным институтом (ВНИПИПТ) проведены опытные работы по сжиганию углей с целью определения концентрации природных радионуклидов в продуктах сжигания (золе-уносе, золо-шлаковых отходах и газовых выбросах) [10];
- по степени рассеивания элементов, путем возможного попадания в организм животных и человека, допустимой дозе облучения человека, выполнены «Обоснования» допустимых значений ЕРН в углях Уртуйского месторождения для сжигания в отопительных котельных и бытовых печах, отдельно выполнено обоснование для сжигания угля на Краснокаменской ТЭЦ [10,11].
Эти работы получили положи-
тельное экспертное заключение института биофизики, НИИ радиационной гигиены и Федерального управления медико-биологических проблем при Минздраве РФ. На основе всех полученных заключений весь уголь делится на три сорта:
- потребительский, с содержанием урана менее 0,001 % или менее 10 г/т;
- энергетический - 0,001.0,01 % или 10 г/т.100 г/т;
- комплексный - более 0,01 % или более 100 г/т.
В результате опытных работ был разработан комплекс геофизического контроля качества угля по радиационногигиеническому фактору [2].
1. Гамма - каротаж на этапах детальной и эксплуатационной разведок, результаты которого используются для составления проектов развития разреза, перспективного и текущего планирования добычи угля по сортам.
2. Гамма - опробование забоев экскаваторов, проводится с целью оперативного контроля подготовленных к отработке блоков угля.
3. Гамма - экспресс анализ углей в автосамосвалах, оперативный контроль и сортировка текущей добычи (контроль проходит каждый автосамосвал с углем).
4. Гамма - опробование угля в отбитой массе, выполняется на штабелях промежуточного склада.
5. Гамма - спектрометрический анализ проб угля, выполняется в ЦНИ-Ле для контроля работы системы геофизического контроля радиационногигиенического качества угля.
Применение на разрезе системы геофизического контроля позволило полностью исключить превышение содержаний ЕРН и сертифицировать потребительский уголь как по радиацион-
но-гигиеническим, так и по химическим показателям. В настоящее время на разрезе добывается в основном потребительский уголь с содержанием урана менее 0,001 %, который можно использовать без ограничения как на теплотехнических станциях, так и в быту. Энергетические угли составляют около 16 % от годовой добычи и сжигаются на Краснокаменской ТЭЦ, зола и шлак которой не применяются в строительных целях. Все участки комплексного угля были отработаны до 1995 г., для сжигания этот уголь не использовался, а был вывезен в специальный отвал, где хранится изолированным от внешней среды вскрышными породами.
Вопросам радиационно-
гигиенического качества углей на предприятии уделяется первостепенное значение. Разработанная система геофизического контроля радиационногигиенического качества углей закреплена стандартом предприятия.
Выводы
1. По ГОСТ 25543-88 угли Уртуй-ского месторождения относятся к марке
- бурый ( Б), группам 2Б и 3Б, подгруппам 2БВ, 2БФ, 3БВ, 3БФ. К группе - 2Б относится 43 % всех запасов угля и 57 % к группе 3Б. Угли преимущественно малозольные и низкосернистые.
2. По теплоте сгорания, высокому выходу летучих веществ угли относятся к топливу с удовлетворительной реакционной способностью.
3. Применяемые на разрезе геофи-
зические методы радиационного контроля качества угля позволяют сертифицировать потребительский уголь по радиационно-гигиеническим парамет-
рам и исключить в нем превышение ЕРН .
4. Детальный анализ информации,
получаемой при эксплуатационной разведке с учетом ранее выявленных закономерностей по качественным характеристикам угля в каждом пласте, блоке, позволяет планировать и добывать уголь с заданными показателями качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Миронов К.В. Справочник геолога-угольщика. - Недра, 1991.
2. Тирский А.В., Яновский А.А., Суханов Р. А. Геофизический контроль радиационногигиенического качества угля. - Горный вестник, 1998.
3. Хоментовский Б.Н., Овсейчук В.А., Вахрушев В.А. Изучение ураноносности углей Уртуйского месторождения. - Горный журнал, 1993.
4. Уртуйское буроугольное месторождение. Отчет о результатах детальной разведки с подсчетом запасов по состоянию на 01.01.85, п. Октябрьский, 1985 г.
5. Исследование физико-химических и теплотехнических свойств углей Уртуйско-го буроугольного месторождения. Отчет о НИР Уральского ВТИ, Челябинск, 1984.
6. Пеккер Я. Л. Теплотехнические расчеты по приведенным характеристикам.
7. ГОСТ 27313-95, Топливо твердое минеральное. Обозначение показателей качества
и формулы пересчета результатов анализа для различного состояния топлива.
8. Бюллетень центра общественной информации по атомной энергии № 9, 1997.
9. Радиация, дозы, эффекты, риски // Пер. с английского Ю.А. Банникова. - Мир, 1988.
10. Обоснование допустимых выбросов ЕРН при сжигании углей Уртуйского месторождения на Краснокаменской ТЭЦ. Москва, 1991.
11. Обоснование допустимых содержаний ЕРН в углях Уртуйского месторождения, предназначенных для сжигания в отопительных котельных, бытовых печах. Москва, 1994.
12. Еремин И.В., Броневец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. Справочник. Москва. - Недра, 1994.
13. ГОСТ 25543-88. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам.
14. Суханов Р.А., Сидорова Г.П. Оценка низшей теплоты сгорания углей по известным значениям рабочей зольности и влажности. Фонды предприятия, 2005.
15. Лесков В.В., Сидорова Г.П. Проект на эксплуатационно-разведочное бурение на разрезе «Уртуйский» на 2000-2005 гг. Фонды предприятия, 2000.
