Чайбухинское месторождение // Уголь бурый

В одной из заявок дано предложение по использованию углей в качестве энергетического сырья тепло-электростанции для снабжения электроэнергией Северо-Эвенского района, с попутным извлечением германия. Рекомендуется к лицензированию с запасами, учтенными государственным балансом:

• категории А+В+С1 — 6298 тыс. тонн,
• категория С1 (забалансовые) — 380 тыс. тонн,
• категория Р1 — 40,8 млн тонн.

Площадь месторождения в обобщенном контуре составляет 1,5 кв. км. В настоящее время в границах месторождения выделяется три участка: Центральный, Правобережный и Западный.

Участок Центральный является основным участком месторождения как по площади и угленосности. Занимаемая им площадь 0,61 кв. км. Суммарный объем разведочного бурения на участке составил 1 862,3 пог. м по 32-м скважинам (около 65% от общего объема буровых работ на месторождении). Глубина скважин достигала 122 м. Кроме скважин на участке пройдено 11 шурфов глубиной до 20 м общим объемом 146,1 пог. м.

Участок Правобережный расположен в зоне прилегающей к правобережному борту долины р. Б. Чайбуха. Площадь участка 0,37 км2. В границах Правобережного участка разведана только его западная часть (по бортам долины руч. Безымянного). Здесь в приустьевой части ручья в период с 1957 по 1960 гг. в небольшом объеме велась штольневая добыча угля по пласту Основному. Разведка участка ограничилась бурением 14 скважин общим объемом 789,1 пог. м. Кроме этого пройдено 3 канавы объемом 1 394 м3.

Участок Западный находится на водоразделе бухты Угольной и р. Б. Чайбуха. Площадь участка 0,48 кв. км. Участок изучен слабо. На его площади пробурено всего 4 скважины общим объемом 221,4 пог.м. запасы участка не оценивались. В процессе геологоразведочных работ угли опробовались по керну геологоразведочных скважин, в канавах, шурфах и в забое штольни.

Всего по всем угольным пластам на месторождении отобрано 396 проб. Из них 34 пластовых, 316 дифференциальных и 46 штуфных. Наибольший объем опробования приходится на пласт Основной – 192 пробы (более 48% общего объема).

В районе месторождения разрез кайнозойских образований представлен вулканитами кытыймской свиты, угленосными отложениями авековской свиты и четвертичными осадками. Отложения авековской свиты представлены разнозернистыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами с пластами и прослоями бурого угля. По литологическому составу и степени угленасыщенности в разрезе свиты выделены два горизонта: нижний продуктивный и верхний слабоугленосный (70 м).

В границах Чайбухинского месторождения промышленно значимая угленосность присуща только отложениям нижнего (продуктивного) горизонта (мощность около 100 м). В его разрезе из 20-ти установленных угольных пластов и прослоев в качестве относительно устойчивых выделяется 13 (снизу вверх) – Нижний, Основной, А, Б, Б1, В, Г, Д, Е, Ко, К, Л, М. Их суммарная мощность колеблется от 20 до 36 м. При этом коэффициент угленосности продуктивного горизонта достигает 21%. Все пласты изменчивы по строению и мощности. Расстояния между ними варьируют в значительных пределах – от 1,0 до 20,0 м. Наиболее угленасыщенным и достаточно хорошо изученным является участок Центральный. В его границах в качестве промышленно значимых для ведения открытой разработки выделяются пласты Основной, Б,В,Е,К. У остальных пластов мощность или не достигает граничного значения в 2,0 м, или становится кондиционной только по единичным пластопересечениям.

В целом для месторождения из всех угольных пластов наиболее мощным и устойчивым по площади является пласт Основной. Именно он является основным ресурсосодержащим объектом.

На участке Центральном общая мощность пласта колеблется в пределах от 3,0 до 14,1 м (в среднем 8,7 м). Его рабочая мощность в среднем равна 6,9 м, а полезная — 6,17 м. Строение пласта сложное. В нем постоянно присутствует от одного до семи породных прослоев с персональной мощностью до 3,65 м.

На участке Правобережном мощность пласта Основного возрастает. Здесь она фиксируется в пределах 10,9-11,2 м (в среднем 11,1 м). Количество породных прослоев от трех до четырех. Персональная их мощность снизилась и не превышает 0,92 м. В месте штольневой отработки пласта Основного его мощность составила 12 м. Разведка запасов бурого угля проводилась по кондициям, утвержденным 28 марта 1961 г совместным протоколом СВГУ и Магаданского совнархоза. При этом были приняты следующие кондиционные условия: минимальная мощность угольного пласта простого строения – 1,2 м; при сложном строении пласта суммарная мощность угольных пачек должна превышать 30% суммарной мощности угольных пачек (то есть 0,36 м); среднепластовая зольность не должна превышать 30%. Данные показатели предназначены для оценки запасов только под подземную добычу. Учтенные Государственным балансом в подгруппе «а» для разрезов на 01.01.2011 г. запасы бурых углей месторождения составляют по категориям А+В+С1 – 6298 тыс. т (А- 1115, Б – 1906, С1 – 3277) и забалансовые — 380 тыс. т.

С.В. Пекановым произведен подсчет эксплуатационных запасов для открытой добычи (Пеканов С.В., 2006 г.). Всего таких углей в границах месторождения подсчитано запасов в количестве 1754 тыс.т (А- 743, Б – 723, С1 – 265, С2 – 23). Большая их часть (1597 тыс.т) относится к участку Центральному, где для них отмечены и более благоприятные условия отработки. Категорийность оцененных запасов разнообразна, но в целом доминируют запасы высоких категорий: А+В – 1466 тыс.т (около 84% всех запасов).

Прогнозные ресурсы категории Р1 для авековского угленосного района оценены на площади 9,2 км кв. При прогнозной оценке на 01.01.1998 г. ошибочно указана площадь 92 кв. км (на графическом приложении площадь оценки ресурсов категории Р1 – 9,2 кв. км) и соответственно прогнозные ресурсы завышены на порядок 2488 млн. т. В последующем (на 01.01.2003 г.) ресурсы были переутверждены с этой ошибкой. С учетом исправления, допущенной ошибки, прогнозные ресурсы категории Р1 авековского угленосного района составят – 248,8 млн т.

Петрографическая характеристика углей.

Все данные по углепетрографии чайбухинских углей ограничены результатами изучения 10-ти образцов, присланных с этой целью в ЦКТЭ СВПГО в 1961 г. По Г.В.Буряку чайбухинский бурый уголь является типичным клареновым, только в единичных случаях он приближается к дюрено-клареновому типу. С наибольшей степенью вероятности предположить два петрогенетических типа углей: это липоидо-гелитовый тип (доминирует) и липоидо-гелититовый. При этом петрогентический класс углей уверенно обозначается как гелитолитовый. Технический анализ чайбухинских углей проведен по стандартному комплексу показателей.

Влажность. 

Значения влаги аналитических проб колеблются в широком диапазоне — от 3,0 до 21,5%. В среднем же по углям месторождения данный показатель обозначен уровнем 11,22%. 

Влага общая рабочего топлива.

В среднем по углям месторождения значение Wtr равно 36,4%. Оно свойственно плотным бурым углям (Wtr 40–17%). Максимальная влагоемкость. В пересчете на показатель Wafmax она колеблются от 38,8 до 47,9% (в среднем 42,9%).

Зольность.

Для угольных пачек диапазон значений Ad колеблется от 6,5 до 48,9% и в среднем по месторождению составляет 18,6%.

Выход летучих веществ.

Уровень выхода летучих веществ из органической массы чайбухинских углей в целом по месторождению составляет 50,6%.

Теплота сгорания углей.

Определялись как высшая, так и низшая теплота сгорания. Полученные значения Qsdaf варьируют в диапазоне 22,76-28,93 МДж/кг и в среднем равны 26,71 МДж/кг. Уровень изученности показателя Qir уступает первому и варьирует в пределах 10,98-15,28 МДж/кг и в среднем составляют 13,19 МДж/кг. По этому показателю чайбухинские угли всех без исключения пластов следует считать высококалорийными.

Сера общая.

Содержание серы в углях повсеместно низкое. В среднем оно равно 0,64% при диапазоне колебаний частных значений от 0,35 до 1,53%.

Элементный состав.

По элементному составу чайбухинских углей, следует отметить, что они в большей степени соответствует бурым углям переходным от О1 к О2. Особенностями элементного состава являются несколько повышенный уровень присутствия кислорода и повсеместно высокое содержание азота. Каких-либо закономерностей в изменении элементного состава чайбухинских углей, следуя от нижних пластов к верхним, не наблюдается. Компонентный состав чайбухинских углей остается не изученным. Судить о нем можно лишь по аналогии с углями Авековского месторождения. Компонентный состав авековских углей определен всего лишь по 9 пробам 1939 года. Их результаты дают лишь общее представление о компонентном составе авековских углей. Выход битума из органической массы угля при бензольном экстрагировании колеблется от 1,8 до 4,1% и в среднем составляет 3,1%. В пересчете на сухое состояние угля среднее значение выхода битума снижается до 2,4%. Для бурых углей такой уровень битумоносности считается низким. Выход гуминовых кислот общих из органической массы угля установлен в пределах 1,5-5,8% и в среднем равен 4,9%. В пересчете на показатель (НА)td их выход колеблется от 1,2 до 7,3%, в среднем составляет 3,8%. Такие значения выхода гуминовых кислот из бурых углей оцениваются как низкие.

Состав и свойства минеральной части.

Для химического состава золы чайбухинских углей характерно повышенное присутствие кремнезема и глинозема — 35,1 и 24,7% соответственно. При этом отмечаются пониженные содержания Fe2O3, CaO и MgO — 6,3; 14,2 и 3,0% соответственно. Установленное соотношение основных химических компонентов в целом для зол бурых углей нетипично. К этому следует добавить повышенный уровень содержания Р2О5 — до 0,94%, в среднем 0,49%. Также относительно высок уровень присутствия MnO — до 0,21%. Отсутствуют сведения о содержании в золе щелочных оксидов (Na2O и K2O). По имеющимся данным зола чайбухинских углей условно классифицируются как глиноземно-кремнистый тип. Судя по соотношению тугоплавких (Al2O3 и SiO2) и легкоплавких (Fe2O3, MgO, CaO) компонентов температура ее плавления ожидается достаточно высокой.

Вредные элементы в углях.

Из числа вредных элементов в чайбухинских углях изучался только фосфор. По имеющимся сведениям фосфористость чайбухинских углей характеризуется как весьма неустойчивая и контрастная. Значение показателя Рd в среднем по углям месторождения равно 0,021% при установленном диапазоне частных значений от 0,001 до 0,103%. Такой уровень содержания фосфора обязывает отнести чайбухинские угли к разряду среднефосфористых (Рd 0,01-0,03%). Вместе с тем, значения показателя Рd по углям пласта основного формируются в диапазоне 0,001-0,01 и в среднем составляют 0,004%, что позволяет отнести их к разряду низкофосфористых (Рd<0,01%).

Физические свойства чайбухинских углей характеризуются только одним показателем — кажущейся плотностью. В целом по месторождению значения показателя dar изменяются от 1,13 до 1,58 г/см3 и в среднем составляют 1,3 г/см3.

Марочный состав и кодификация угля.

Согласно требованиям ГОСТ 25543–88 в составлении кода задействовано 4 показателя. Из них для чайбухинских углей обозначены лишь максимальная влагоемкость (Wmaxaf) и выход смолы полукоксования (ТsKdaf). По ним установлены тип и подтип угля. Однако, ввиду отсутствия данных по углепетрографическим показателям Rо и ΣОК, обозначить класс и категорию углей не представляется возможным. В итоге можно лишь констатировать то, что чайбухинские угли принадлежат технологической марке 2Б. Подгруппа остается не выясненной. Установленный по ГОСТ 25543–88 код обозначен: ХХ-Х-40-05.

Оценка пригодности углей по направлениям переработки

Брикетирование.

Анализы и опыты по брикетированию чайбухинских углей не производились. Из задействованных семи основных показателей качества положительно оцениваются только максимальная влагоемкость, сера общая и, отчасти, технологическая марка угля. Отрицательными признаются высокий уровень зольности и низкий выход первичной смолы полукоксования. По этой причине предполагается возможность брикетирования только с применением связующих веществ. Отсутствие данных по углепетрографическим показателям и качеству самих брикетов оставляют окончательное решение вопроса о брикетировании чайбухинских углей открытым.

Экстрагирование битумов и гуминовых веществ.

При изучении качества чайбухинских углей показатели выхода битумов и гуминовых кислот не определялись. Судить об их присутствии в органической массе углей можно лишь по аналогии с имеющимися данными по однотипным авековским углям. Выход битумов из органической массы углей колеблется от 1,8 до 4,1% и в среднем составляет 3,1%. В пересчете на показатель Вd среднее значение выхода также низкое — 2,4%. Для отнесения к разряду перспективных этого мало. Выход гуминовых кислот общих из органической массы углей колеблется от 1,5 до 8,5% и в среднем составляет 4,9%. В пересчете на показатель (НА)td среднее значение выхода равно только 3,8%. Сделан вывод о бесперспективности щелочного экстрагирования чайбухинских углей с целью получения гуминовых веществ. Это обусловлено низким уровнем выхода гуминовых кислот.

Газификация.

Опытные испытания чайбухинских углей в газогенераторе не производились. Оценка их способности к такой переработке выполняется путем сопоставительного анализа имеющихся показателей качества с требованиями газогенераторного производства к исходному сырью. Из 11 выдвинутых критериев оценки отсутствуют сведения по реакционной способности углей, температуре плавления и шлакуемости его золы. Ситовой состав и механическая прочность углей определяются конкретной технологией механической подготовки. Из оставшихся 6 критериев нет ни одного с отрицательной оценкой. Наиболее благоприятными являются: технологическая марка 2Б, отсутствие спекаемости, достаточно высокий уровень выхода летучих веществ (51,7%) и низкая сернистость углей (Std= 0,86%). Менее благоприятны, но оцениваемые положительно: показатели Wtr (32,9%) и Ad (24,2%). Таким образом, возможность газогенераторной переработки чайбухинских углей реальна и ожидается эффективной.

Полукоксование чайбухинских углей изучено прямыми лабораторными испытаниями. В результате проведенных исследований определены только первичные продукты полукоксования без анализа их состава и свойств. Выход полукокса в расчете на сухое состояние топлива колеблется в пределах от 62,2 до 90,7% и в среднем составляет 69,1%. При этом средние значения по опробованным пластам достаточно устойчивы: от 64,7% (пласт “К”) до 70,6% (пласт “Основной”). В целом уровень выхода полукокса из чайбухинских углей оценивается как относительно высокий. В пересчете на сухое состояние топлива выход смолы полукоксования по угольным пластам изменяется в пределах 5,78-9,73% (в среднем — 6,96%). Для бурых углей технологической марки 2Б такой уровень выхода первичной смолы оценивается как достаточно низкий. Выход первичного газа в расчете на сухую массу угля установлен в пределах от 12,9 до 16,3% и в среднем равен 15,0%. По данному показателю Чайбухинские угли близки усредненному значению установленному для бурых углей. Выход пирогенетической воды по изученным пробам находится в пределах от 6,5 до 11,6% (в среднем равен 9,0%). Имеющиеся данные по выходу первичных продуктов полукоксования из чайбухинских углей позволяют в первом приближении обозначить приоритеты. В количественном отношении первое место занимает полукокс, на втором месте выступает полукоксовый газ и лишь на третьем месте — смола. В целом пригодность чайбухинских углей к процессу полукоксования оценивается положительно.

Гидрогенизация.

Пригодность чайбухинских углей к гидрогенизационной переработке определена условно в связи с недостаточным уровнем изученности их качества. Имеющиеся данные по отдельным показателям в целом не дают однозначной оценки.

Получение адсорбентов.

Получение и испытание адсорбирующих материалов из чайбухинских углей не производилось. Таким образом, чайбухинские угли в качестве исходных для получения удовлетворительных адсорбентов рассматриваться не могут.

Из всех рассмотренных направлений переработки бурых углей для чайбухинских приемлемы только три: газификация, полукоксование и гидрогенизация. По ним и производится прогнозная оценка продуктов переработки.

Оценка прогнозных ресурсов продуктов газификации.

Из всех направлений газогенераторной переработки углей здесь также предусмотрена переработка в кипящем слое под давлением при парокислородном дутье. Для определения базовых газогенераторных углей приняты следующие положения: в качестве исходных принимаются запасы энергетических углей, разведанных под открытую отработку по балансовым категориям; при расчете количества газогенераторных углей из рядовых энергетических задействованы следующие ограничения по балластным составляющим: по влажности — Wtr = 33%, по зольности — Ad = 30%. Общий ресурсный потенциал оцененных первичных продуктов полукоксования составил: по смоле — 56 тыс. тонн, по газу — 134 млн.куб. м, по полукоксу — 647 тыс. тонн. Следует отметить, что большая часть ресурсов первичных продуктов приходится на угли пласта Основного в границах участка Центрального.

Продукты гидрогенизации

Удельный выход жидких горючих продуктов из угля при современной технологии каталитической деструктивной гидрогенизации по методу ИГИ достигает уровня 33,3% (суммарно бензин и дизельное топливо). Ввиду отсутствия прямых определений выхода продуктов гидрогенизации из чайбухинских углей указанное значение и задействовано при расчете прогнозных ресурсов. Учитывая условность отнесения чайбухинских углей к разряду гидрируемых весь оцениваемый ресурсный потенциал продуктов гидрогенизации отнесен к категории Р3. Для такого уровня прогнозирования значение коэффициента достоверности принято равным 0,6. Общий ресурсный потенциал жидких горючих продуктов оценен на уровне 237 тыс. тонн. Учитывая, что в прогнозируемом жидком горючем доля бензина составит 27% (остальная часть приходится на ДТ), на базе чайбухинских углей рассчитывается получить 64 тыс. тонн бензина и 173 тыс. тонн дизельного топлива. Металлогеническая специализация чайбухинских углей. Авековский угленосный район отличается высокой германиеносностью. Наиболее высокие содержания германия (до 420 г/т золы) установлены в углях Чайбухинского участка.

В границах Чайбухинского месторождения в качестве объекта оценки прогнозных ресурсов малых элементов рассматривается только участок Центральный (Пеканов С.В.,2006). Угли участка Правобережного, ввиду отсутствия данных по металлогении, из числа объектов оценки исключаются. Согласно имеющимся данным, на участке Центральном установлены промышленные содержания трех элементов: вольфрама, кобальта и германия. Вместе с тем, уровень их концентрации по изученным пластам разный и не для каждого признан промышленно значимым. Так, вольфрам может явиться объектом оценки для каждого из обозначенных пластов, кроме пласта Основного. Количественная оценка германия, согласно установленному минимальному оценочному уровню (Ge≥10г/т), может проводиться по всем пластам, кроме пластов “Г”, “A” и пласта Основного. И только для кобальта все без исключения угольные пласты являются промышленно значимыми. В результате анализа материалов разведки запасов Чайбухинского месторождения, в качестве базовых запасов под открытую отработку определены запасы углей пластов “Б” и “Основной”, пригодных в границах участка Центрального к открытой отработке. Они составляют 1 597 тыс. тонн, в том числе по пласту “Б” — 252, тыс. тонн, по пласту Основному — 1 345 тыс. тонн.

Учитывая характер распределения обозначенных промышленно значимых элементов, объектами оценки на участке Центральном являются: для вольфрама и германия только угли пласта “Б”, для кобальта — угли пластов “Б” и Основного под открытую отработку.

Площадь участка — 3,5 кв. км.