CC BY
15
УДК 666.972.16
Н. А. НЖГООРОВА (ДПТ),
А. Ю. ДРИЖЕНКО, I. Л. САФРОНОВ, В. I. СТЕЦЮК (ДВНЗ НГУ, Днiпропетровськ)
ВСТАНОВЛЕННЯ ПРИДАТНОСТ1 ВИКОРИСТАННЯ ПОР1Д РОЗКРИВУ БУРОВУГ1ЛЬНИХ КАР'еР1В У БУДШЕЛЬНШ ГАЛУЗ1
Наведеш результати дослщження порщ розкриву Ново-Дмитр1вського буровугшьного родовища та на-даш рекомендацп щодо застосування супутшх корисних копалин у якосп буд1вельних матер1ал1в.
Kлючовi слова: родовище, буд1вельн1 матер1али, корисш копалини, д1атом1ти, вуглисл глини, дослщжен-ня, промислова розробка
Приведены результаты исследования пород вскрыши Ново-Дмитревского 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
Researches results are resulted furnaces of breeds of the Novo-Dmitrievskoe deposit of brown coal and recommendations are given on their use as building materials.
Key words: deposit, building materials, minerals, diatomit, clays, researches, industrial development
В наш час попит на паливно-енергетичну сировину постшно зростае на протязi досить тривалого часу i мае стшку тенденщю до зб> льшення ролi вугшля в паливному баланса В цих умовах особливу актуальшсть набувае промислове освоения нових потужних родовищ бурого вугшля, одним з яких е комплексне Но-во-Дмитрiвське, яке розташоване в Барвенюв-ському районi Харювсько! областi поблизу И кордону з Донецькою. Ушкальшсть родовища полягае в наступному:
— високий лшшний коефiцiент вугленос-ност - 33...34 % (для Донбасу 2,5...3 %) та надзвичайна потужшсть вугiльних покладiв до - 74 м (сумарна до 120 м);
— промисловi запаси, обмежеш площиною 3,5^5 км, складають 446,5 млн.т, в т.ч. з зольш-стю до 26 % - 290,7 млн.т або 98,2 % (здатш для виготовлення брикеив);
— розкривна частина родовища - вщ денно! поверхш до глибини 385 м, на 90 % складе-на супутшми корисними копалинами: вуглис-тими i бiтумiнозними глинами (бшя 1 млрд.т), промисловими сiрчаними рудами (понад 1 млрд.т), дiатомiтами (бшя 0,6 млн.т), рудами титану, свинцю та цинку, а також вогнетривки-ми глинами, скляними та будiвельними тски, тощо;
— за умовами утворення Ново-Дмитрiвське родовище становить новий гене-тичний тип вугiльних родовищ, пов'язаних з компенсацшними воронками над сольовими дiапiрами. Промисловi родовища такого похо-дження в свт невiдомi.
Буровугiльнi поклади приуроченi до товщi кайнозою, що утворюе глибоку воронку над соляним штоком. Борти воронки складеш оса-довими утвореннями верхнього карбону, ниж-ньо! i верхньо! пермi, дно - бре^ею, що обва-ловуе соляне тшо. Вугленосна товща приурочена до верхнього вщдшу палеогеново! та ниж-нього вiддiлу неогеново! систем. Покриваючi породи складаються з пухких утворень четвер-тинно!, неогеново! та палеогеново! систем i представленi зверху до низу такими породами:
— тщаними глинами, суглинками, сутс-ками iз максимальною потужнiстю в централь-нш частинi западини до 60 м;
— шрими i темно-сiрими монтморилошто-вими глинами, що представленi грудкуватою текстурою iз прослоями бурого вугшля потуж-нiстю до 0,5 м; потужшсть монтморилоштових глин досягае 50 м;
— бiтумiнозними темно-шрими монтмори-лонiтовими глинами з невеликою домшкою гiдрослюд; у глинах видшяються тонкi проша-рки бурого вугшля (потужшстю до 1 м) i мер-гелiв; потужнiсть бiтумiнозних глин досягае 81 м.
Прничо-геолопчш умови родовища характеризуются як досить складнi за двома основ-ними обставинами - значною глибиною заля-гання основного вугшьного горизонту у центральнiй частинi родовища (до 380 м) та наявшстю декшькох водоносних горизонтiв в поеднанш з механiчно слабкими гiрськими породами. У зв'язку з цим, комплексне промисло-ве освоення родовища повинно передбачати
© Ншфорова Н. А., Дриженко А. Ю., Сафронов I. Л., Стецюк В. I., 2012
послщовну pозpобкy та обrpyнтyвання нетpа-дицшних технологiчних i наукових piшень, що не мають аналогiв y втизнянш та свiтовiй пpактицi. Це стосуеться насампеpед y попеpед-ньому та поточному зневодненш гipничих по-pÍ4 y межах каp'еpного поля i вибоpi гipничот-pанспоpтного обладнання, експлуатащя якого повинна забезпечити високi технiко-економiчнi показники пpи безпечному pозмiщеннi на не-стiйких площадках добувних устушв.
У пpоцесi пpомисловоï pозpобки pодовища плануеться викоpистання пpинципово нових технологш i обладнання для pоздiльноï pозpоб-ки пластiв вyгiлля i попутних коpисних копа-лин, ix тpанспоpтyвання i тимчасового складу-вання y виглядi тимчасових техногенних pодо-вищ. Пеpедбачаеться, що ïx повтоpна pозpобка i своечасне постачання споживачам дозволить на довгий час забезпечити ^омислов^ть pайонy (бyдiвництво, xiмiчнy, сiльське господаpство) цiнною мiнеpальною сиpовиною. ïï видобуток з техногенних pодовищ буде виконуватися iз за-стосуванням того ж обладнання, що i на основ-них ^оцесах pозpобки бypовyгiльниx покладiв. В екологiчномy вiдношеннi теpитоpiя pайонy для бyдiвництва каp'еpy, ТЕЦ, тpанспоpтниx та енеpгетичниx меpеж, не pозвинена i пpомисло-во не освоена.
Сеpеднiй по rap'^y коефiцiент pозкpивy y pозpаxyнкy на бypе вyгiлля за попеpеднiми pоз-pаxyнками складае 4 м3/т, але на пеpшиx етапах pозpобки поточний коефщент pозкpивy може досягати 10 м3/т. В той же час до 70...80 % об'ему pозкpивy складено сyпyтнiми коpисни-ми копалинами, попутне викоpистання яких значно потащить економiчнi показники пpи видобутку бypого вyгiлля.
Пошуковими i pозвiдyвальними pоботами на бypе вyгiлля i пошyково-pевiзiйними pобо-тами на pтyть [1] y пpибоpтовiй частинi Ново-Дмитpiвського pодовища виявленi pyдопpояв-лення свинцю, цинку, pтyтi (коpiннi поpоди боpтy) та титанових pyд мiнеpалiв - шьмешту, pyтилy, лейкоксену (пpибоpтова частина муль-ди). З ypаxyванням того, що бyдiвництво каp'еpy неминуче поpyшить коpiннi боpти му-льди, ^ояви свинцево-цинкових i pтyтниx pyд, що pозташованi y веpxньопалеозойськиx утво-pенняx, потpапляють до складу pозкpивниx по-piд. Для оцiнки pyдопpоявлень, як зафiксованi y пеpифеpiйнiй частинi мульди 3б свеpдлови-нами, викоpистанi pезyльтати 4б00 спекфаль-них, 23б xiмiчниx i 119 мiнеpалогiчниx аналiзiв.
Свинцево-цинкове оpyднення локалiзоване двома складними кpyтопадаючими зонами: т-внiчно-сxiдною та швденно-захщною. Дiючi кондици [2], за вмютом в pyдi основних компонент, пiдpоздiляються на: багатi pyди з кшью-
стю свинцю понад 4 %, або з сyмаpним вмiстом свинцю i цинку понад 7 %; pядовi з вмютом свинцю 2.4 %, сyмаpно свинцю i цинку 4.7 %; бщт з вмютом свинцю 1,2.2 %, свинцю i цинку вщ 2.4 %. ^ояви pтyтi виявлеш спектpальними аналiзами y кiлькостi вщ 0,003 % до 0,02 %, а також в о^емих свеpдло-винах пiвнiчно-сxiдноï частини Коpyльського куполу, мiнеpалiзацiя яких належить до пюко-викiв тих же pоздiлiв, що i свинцево-цинкове оpyднення. Вiдповiдно до дiючоï Iнстpyкцiï ДКЗ, по вмюту pтyтi видiляють тpи ^омисло-вих œpra pyди: штyфнi - понад 1 %, багат -вщ 0,3 до 1 % i pядовi - вiд 0,04 до 0,3 %. Спек-тpальний аналiз пpоб над мiнеpалiзованим за-лишком виявив вмiст pтyтi до 0,001 %. Загаль-ний висновок: на цей час pтyтне забpyднення вивчено недостатньо i викликае подальший пошуковий iнтеpес.
Пpояви титанових мiнеpалiв (pyrnn, шьме-нiт i лейкоксен) в о^емих випадках складають до 34 % важ^ фpакцiï, що ^и пеpеpаxyнкy на об'ем складе 3.б кг на 1 м3 шску. Збагаченi мiнеpалами iнтеpвали не складають о^емих шаpiв та гоpизонтiв, а мають фоpмy iзольова-них мiж собою лiнз i пpошаpкiв.
Самоpодна сipка пов'язана з покладами бе-pекськоï свити, pозташованиx на 2.3 м над основною бypовyгiльною лшзою. Поpоди pоз-повсюдженi y центpальнiй частинi мульди на площi бшя 2 км2 i в плат повтоpюють фоpмy вyгiльного покладу. Звеpxy вони пеpекpитi дiа-томiтами, знизу пiдстилаються темно-сipими пipiтизованими гiдpосмодiстими глинами, що залягають безпосеpедньо y покpiвлi основного вyгiльного покладу. Найбiльша потужнють dp-чаних поpiд складае 41 м i зафшсована y ^mpi pодовища. У бiк боpтiв ^p'^^ro поля вона генетично виклинюеться i поступово пеpетво-pюеться y гоpизонт вапняку.
Самоpодна сipка локалiзована, головним чином, y доломгах та каpбонатно-гiпсовиx по-pодаx. Фоpма видiлення ^ки - гнiздово-вкpаплена pозмipом до 5.7 мм i pозподiлення в поpодi бiльш-менш piвномipно, контypи pоз-пливчастi. Гнiзда сipки pозмipом 5.10 см зу-стpiчаеться одиночно або рутами, фоpма iзо-метpична, контакти з поpодами чiткi.
Фоpма покладiв лiнзовидна, pозмip - вiд пе-pшиx метpiв до пеpшиx десятюв метpiв, iнодi до 100.120 м, вмют сipки досить мiнливий. Сеpед xемогенноï товщi досить чiтко видшя-еться двi збагачен1 сipкою лшзи - нижня i веp-хня. Нижня мае незначну потyжнiсть до 2.3 м, обмежене pозповсюдження - до 0,9 км2 та шко-ли pозщеплюеться на 2 гоpизонти. Вмiст ïï ко-ливаеться вщ 5,03 до 20,04 %. Запаси самоpод-ноï сipки пpи боpтовомy вмiстi ïï в pyдi 5 %
складають 447 тис.т, а при вмют 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 понад 10 км2, глибина залягання - вщ 45.50 м на перифери депресi!, до 290 м у центральнш частинi родовища. Максимальна потужшсть горизонту складае 54 м, звичайна 40.45 м. Попередньо розрахований обсяг дiа-томiтiв перевищуе 400 млн.м3.
За хiмiчним складом дiатомiти Ново-Дмитрiвського родовища спiвпадають з дiато-мiтами широко вiдомого Пюнерського родовища Росi!. Питома вага дiатомiтiв коливаеться вiд 1,61 до 2,3 т/м3 i залежить вщ кiлькостi гли-нистих домiшок.
Кшьюсть цiлих панцирiв дiатомей у дiато-мiтових породах Ново-Дмитрiвського родовища коливаеться вщ 3 до 30 млн. од. у 1 см3. Па-нцирi являють собою мшроскошчш опаловi тiльця (0,03.0,15 мм), як надають породi лег-кiсть i пористiсть. Пористiсть дiатомiтiв у кра-щих сортах свiтових 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 слщ вщнести до ви-сокосортно! сировини.
Цшною фiзичною властивiстю дiатомiтiв е !х здатнiсть вбирати вапно. Це мае виршальне значення при використанш !х у якостi пдравл> чно! домiшки до цементного клiнкеру. Актив-нiсть дослiджених дiатомiтiв коливаеться вщ 18,9 до 313.1 мг СаО на 1 г домшок. Дiатомiти доцiльно використовувати у цементнiй та будь вельнiй галузях, якщо вбираюча спроможнiсть !х складае не менше 150 мг СаО на 1 г домшок.
Окрiм того, дiатомiти Ново-Дмитрiвського родовища можуть використовуватися в якост тонких природних фiльтрiв (наприклад у хар-човiй i нафтопереробнш промисловостi), як те-плоiзоляцiйний матерiал, а також у цементнiй та будiвельнiй промисловостi. Паперова про-мисловють використовуе дiатомiт для виробни-цтва бюварного та салфетного паперу. Основш вимоги при цьому: бiлий колiр та тонкий помол. Не виключаеться, що в окремих випадках буде потрiбний !х селективний видобуток.
Вуглист глини являють собою глинист породи на 35.45 % насичеш сапропелевим i гу-мусовим матерiалом. Детальний аналiз складу i властивостей вуглистих глин дозволяе обгрун-тувати три напрямки !х використання: високо-сортне добриво для сiльського господарства; низькосортне паливо разом з бурим вугшлям; виробництво бурових розчинiв.
Проведет експерименти показують: штен-сивнiсть зростання рослин визначаеться конце-нтрацiею поживних речовин. Бшьш активне зростання мали рослини, що розташованi на бшьш концентрованих розчинах. При цьому вiдмiчались як зростання сиро! ваги рослин, так i зростання довжини коршщв. 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 проведет з грунтовними культурами (овес) свщчать про те, що глини, внесенш у виглядi гранул у дозах 25, 50, 100, 150 i 200 г на сосуд, впливають позитивно як на зрют наземно! маси, так i на зрют та вражай вiвса [3].
Темно-сiрi та чорнi рiзновиди вуглистих глин на 35.45 % збагачеш гумусовою та сап-ропелевою оргашчною речовиною i розташова-ш у верхнiй частинi вугленосно! товщь 1х зага-льна потужнiсть вщ 75 до 100 м розподшена таким чином: 20.25 м у пiдошвi IV вугiльного горизонту, решта - в його покрiвлi. При спшь-ному видобутку з вуглистими прошарками та вугiллям 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. Вуглисп 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 перевищуе 600 млн.т.
О^м того, глинист утворення за якiстю придатнi для виготовлення глинистих бурових розчишв. За вшом вони вiднесенi до полтавсь-ко! свити плiоцену, де складують товщу поту-жнiстю 31,3 м перекриту 29 метрами розкрив-них порщ.
Дослiджено 28 проб iз свердловин №№ 1418 та 1419 в Лабораторп промислових розчинiв Артемiвсько! КГРЕ. У цiлому, глини для виготовлення бурових розчишв повинш вщповщати таким основним вимогам: кшьюсть пiску (вiдс-тiй 3 хвилини) не бшьше 4 %; швидко розпус-катися у водi; складати з водою в'язю та стшю суспензi!; розчин повинний бути тонкодиспер-сним з мiнеральною домiшкою тску.
Речовинами, що погiршують якiсть глинистих розчишв, являються гшс, вапняк i особливо кам'яна сiль. Кварцовий тсок збiльшуе захла-мованiсть розчину та у наслщок абразивних властивостей прискорюе зношення насосiв i бурового шструменту. Буровi розчини задовi-льно! якостi повиннi мати такi основш показ-ники: кiлькiсть пiску (вщстш 3 хвилини) не бi-льше 4 %; добовий вiдстiй (коло!дальшсть) не
бшьше 1 %; в'язюсть на стандартному прилавд СПВ-5 20.26 Па с; питома вага 1,16. 1,20 г/см3; водовщдача не бшьше 30 см3.
У процес дослщження з кожно! з вiдiбраних проб виготовляеться глинистий розчин з в'язюстю 25 Па с i визначаються його основш параметри.
Фiзико-механiчнi власт]
Фiзико-механiчнi властивостi 15 глинистих розчинiв вiдображенi в табл. 1 в порiвняннi з глинистим розчином з часов'ярсько! глини -основною сировиною для проходки свердло-вин.
Таблиця 1
i глинистих розчишв
Показники
Найменування Питома вага, г/см3 В'язюсть, Па с Вмют тску, % Водовщдача, см3 Товщина юрки, мм
Вихщний глинистий розчин з глин Ново-Дмитрiвського родовища вщ 1,23 до 2,33 25 вщ 1 до 8 вщ 5 до 13 вщ 1,5 до 4
Вихщний глинистий розчин з Часов'ярського родовища 1,18 25 1 37,5 7,5
З табл. видно, що глинистий розчин з глини Ново-Дмитрiвського родовища у цiлому задо-вiльний. Для покращення окремих параметрiв у розчин вводили стабiлiзуючi домiшки, а саме -10 % вуглелужний реагент (ВЛР) та 2 % каль-цишрована сода (Ка2С03).
Вихiднi буровi розчини пiсля обробки !х вуг-лелужним реагентом i кальцинiрованою 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! експедици вiдмiчае, 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 висококальщевих розчинiв (ВКР), як мiстять 10 % сульфiд-спиртовi барди (ССБ) i 1 % хлористого кальщю. Таким чином, глинист породи, що розташованi у розкривнш частинi Ново-Дмитрiвського родовища, можна використовувати для виготовлення бурових розчишв при умовi попередньо! обробки !х вуг-лелужним реагентом (10 %) та кальцинованою содою (2 %).
У цшому слiд вiдмiтити, що з урахуванням складних гiрничо-геологiчних умов розробки Ново-Дмитрiвського буровугiльного родовища, дослiдженi в його розкривнш частиш кориснi копалини повинш суттево покращити економ> чну ситуащю регiону. Серед корисних копалин, яю плануеться видобувати одночасно з будiв-ництвом кар'еру е полiметалiчнi руди з проми-словим вмiстом свинцю i цинку (до 2.5 % ^ навiть, до 17 % при мшмальнш концентраци у промислових рудах 2 % i бшьше); кшовар з
промисловими концентрацiями ртуп; сiрчана руда з вмiстом арки самородно! понад 8 % у кшькосп 716 тис .т.; дiатомiти - цшна високо-сортна речовина у якост тонких природних фiльтрiв для харчово! та нафтопереробно! про-мисловосп, а також цiнний як теплоiзоляцiй-ний матерiал, наповнювач у легких сортах бетону, гiдравлiчнi домшки до цементного клiн-керу. Попереднш обсяг дiатомiтiв перевищуе 400 млн.м3.
Вуглистi глини пiсля детальних цшьових дослiджень можна використовувати як високо-сортне добриво у сiльському господарсга, 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. Окрiм згаданих вище корисних копалин, у розкривнш частиш родовища присутш склят та будiвельнi шски, вогнетрив-кi глини та iншi кориснi утворення. Однак !х геолого-економiчна оцiнка потребуе окремих дослiджень.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ 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]. ГКЗ СССР, М. 1985.
3. Закономерности формирования буроугольных залежей Северо-Западного Донбасса с целью обоснования разработки комплексного Ново-Дмитровског месторождения. [Текст] - Технико-экономический доклад. - НГУ, Дн-вск. -2003. - 15 с.
Надшшла до редколеги 25.08.11.
Прийнята до друку 20.09.2011.
