1. Ашлярикская

Ашлярикская свита — одна из крупнейших в мире угольных бассейнов. Но благодаря сравнительно мелкому залеганию угольных пластов и большой их мощности, а также высокому техническому уровню угледобычи стоимость карагандинских углей была ниже стоимости углей других бассейнов страны.

Площадь около 4 тыс. км2. В угленосных отложениях карбона мощность до 20 км — до 30 рабочих пластов мощностью 0,2—18 м. Угли в основном каменные, марок ГЖ, Ж, КЖ, К, ОС. Теплота сгорания на рабочее топливо 21 МДж/кг. Запасы свыше 90 млрд т. Добыча главным образом подземным способом.

Основные центры добычи — города Караганда, Сарань, Абай, Шахтинск.

Потребителями коксующихся углей являются металлургические заводы Казахстана и России, энергетических — железнодорожный транспорт, электростанции и промышленные предприятия.

В прошлом Ашлярикский угольный бассейн являлся одной из составных частей Урало-Кузнецкого промышленного комплекса и был топливной базой группы предприятий Магнитогорского и Орско-Халиловского металлургических гигантов.

Ашлярикский угольный бассейн представляет собой асимметричный синклинорий, вытянутый в широтном направлении; северное крыло пологое (10—30°), южное — крутое (до опрокинутого). Много разрывов, продольных и поперечных к общему направлению складок. Формирование геологической структуры бассейна связано в основном с герцинской складчатостью. Важную роль в создании современной структуры сыграли киммерийские движения, выразившиеся в крупных широтных надвигах (взбросах) палеозойских пород на юрские отложения вдоль южной окраины бассейна.

Каменные угли бассейна приурочены к нижнему карбону. Отложения карбона характеризуются промышленной угленосностью в четырёх свитах — ашлярикской, карагандинской, долинской и тентекской. Вмещающие породы сложены песчаниками, аргиллитами и алевролитами.

Угленосность юрских отложений связана с образовавшимися в континентальных условиях озёрными осадками.

2. Стратиграфия и литология

В геологическом строение поля шахты участвуют породы неогенового и карбонового возраста. Отложения карбона представлены практически полным разрезом карагандинской свиты. Все угольные пласты шахты относятся к карагандинской свите. Верхняя граница её проводится по кровле угольного пласта к¹₁₈, нижняя - по почве угольного пласта к₂. В принятых границах мощность свиты на участке составляет 599,4 м. Литологический состав свиты довольно однообразен и представлен в основном песчаниками и алевролитами. Аргиллиты занимают подчиненное положение и приурочены обычно к кровле и почве угольных пластов. В свите насчитывается 16 угольных пластов различной мощности. По угленостности и фациональным особенностям в свите выделены три подсвиты – нижняя, средняя и верхняя. Нижняя подсвита выделена в интервале угольных пластов почвы а₂₀ - кровли а₁₃, средняя кровля а₅ – почва а₁₃, верхняя почва к₁ – кровля а₅. Нижняя подсвита характеризуется осадками прибрежноморского мелководья, представленными аргиллитами и алевролитами. Тонко и мелкозернистые песчаники приурочены к верхней части подсвиты. В разрезе средней подсвиты преимущественно развиты алмовиальные фации, с подчиненным значением болотных. В слагающих подсвиту породах преобладают песчаники (55%) и алевролиты; аргиллиты составляют не более 15%. Песчаники тонко-мелко-средне и крупнозернистые с линзами конгломератовидных залегают мощными слоями. Характерным для подсвиты является значительная мощность разделяющих угольные пласты пород. С увеличением мощности толщ, разделяющих угольные пласты, увеличивается и мощность угольных пластов. Верхняя подсвита по сравнению со средней характеризуется затуханием угленакопления. Характерной особенностью подсвиты, является чередование литологических разностей, с преобладанием алевролитов.

Алевролит

Алевролит – обломочная твердая порода, сцементированная, уплотненная, претерпевшая некоторые диагенетические изменения. Состоит преимущественно из зерен размером от 100 до 10 мкм. Алевролит (Батурин, 1935) - сцементированная осадочная порода, сложенная более чем на 50% частицами алевритовой размерности (0,01-0,1 мм).

Цвет серый, черный, красно-коричневый, зеленоватый. Образуется при цементации дисперсных осадочных пылеватых грунтов - лёссов, лёссовидных грунтов (супесей и суглинков). Используется в качестве сырья для производства цемента (глинистый компонент), кирпича и керамзита.

По составу алевролиты занимают промежуточную позицию между песчаниками и глинами. Они содержат больше кремнезёма, но меньше окисленного алюминия, калия и воды по сравнению с глиной, но не настолько богаты кремнезёмом, как зрелые пески. Алевролиты очень редко состоят из чистого кварцевого алеврита. Большинство алевролитов содержат в большом количестве слюду или слюдистые или глинистые минералы и хлорит, могут присутствовать полевые шпаты. Иногда присутствуют карбонаты (реакция с соляной кислотой) и железистые минералы (жёлтая или бурая окраска).

Добывают алевролит преимущественно для производства цемента и садовых дорожек. Его можно обнаружить в угольных шахтах между пластами угля. Используется в производстве цемента.

Сланец Алевролит применяется для облицовки зданий, водоемов, создании каскадов, фонтанов, зимних садов, рокариев, имеет своеобразную рельефную поверхность и цветовую гамму от темно бордового до светло-оранжевого.

Сланцевый алевролит.

Это уникальный по гамме цветов и текстуре вид сланцевых пород. Алевролитовый сланец, или сланцевый алевролит, является природным камнем, обладающим высокой прочность и морозостойкостью.

В геологии сланцы определяют как группу мелкозернистых глинистых и иловых отложений, которые за счет долгого времени и бокового давления образовывали различные складки. Сланец – это горная порода, имеющая горизонтально тянущиеся пластины минералов, которые способны расслаиваться. Считается, что сланец благотворно влияет на здоровье и психическое состояние человека, живущего в окружении этого необычайно разнообразного по цвету природного камня.

Вся группа сланцевых пород делится на кристаллический и глинистый вид. Кристаллический тип сланцев применяется в строительстве, а глинистые сланцы в отделочных и кровельных работах. Соответственно сланцевый алевролит является глинистым сланцем.

В толщину сланцевый алевролит достигает 2-4 или 4-6 см.

Аргиллит

Аргиллит — твёрдая, камнеподобная глинистая горная порода, образовавшаяся в результате уплотнения, дегидратации и цементации глин при диагенезе и эпигенезе.

По минералогическому и химическому составу аргиллиты очень сходны с глинами, но отличаются от них большей твёрдостью и неспособностью размокать в воде. Сложены в основном глинистыми минералами гидрослюдистого монтмориллонитового и хлоритового типов с примесью частиц кварца, слюды, полевых шпатов. Подобно глинам, аргиллиты образуют либо массивные пласты, либо микрослоистые (плитчатые) разновидности. Аргиллиты — типичные осадочные породы, характерные для областей подвергшигся действию высоких температур и давлений, чаще всего это складчатые области и глубоко погруженных осадочных толщ.

Название «аргиллит» порода получила от греческих слов ἄργιλλος — глина и λίθος — камень. Другие названия породы и её разновидностей: зебровый камень, грязевой камень, мадстоун, хаилит.

Аргиллит является разновидностью камнеподобной сланцеватой глины. Порода бывает синевато-серой, чёрной, аспидной, светлой, беловатой окраски. Блеск — шелковистый, смолянистый. Твёрдость — 3,5—4,0. Плотность — 1,3—2,6 г/см3.

Основное месторождение — Острова Королевы Шарлотты.

Порода катлинит, разновидность аргиллита, использовался индейцами Сиу для изготовления трубок мира. До настоящего времени культовое значение сохраняет Пайпстонская каменоломня, где добывается катлинит.

Аргиллиты применяются в производстве строительной керамики, огнеупорных материалов и цемента. В меньших количествах они используются в литейном производстве, в бумажной и резиновой промышленности, а также для очистки нефтепроводов и жиров.

Песчаник

Песча́ник — обломочная осадочная горная порода, представляющая собой однородный или слоистый агрегат обломочных зёрен размером от 0,1 мм до 2 мм (песчинок) связанных каким-либо минеральным веществом (цементом).

Песчаники образуются в результате разрушения горных пород, переноса обломков водой или ветром и отложения с последующей цементацией. Степень окатанности обломков и степень отсортированности по величине зёрен указывают на протяженность переноса обломков от места первоначального образования. В подавляющем большинстве разновидностей песчаников преобладает кварц, как наиболее устойчивый физически и химически минерал.

Породообразующими минералами являются кварц, полевые шпаты, слюда, глауконит. Также могут присутствовать обломки горных пород. Второстепенные и акцессорные (примесные, составляющие очень незначительное количество) минералы обычно представлены чаще всего магнетитом, ильменитом, гранатом, рутилом, цирконом, турмалином. Цементирующее обломочный материал вещество по составу бывает относительно чисто глинистым (гидрослюды, каолинит и др.), известковым (кальцит, доломит, реже железистые карбонаты), кремнистым (опал, халцедон, кварц), железистым (окислы и гидроокислы железа), иногда хлоритовым, цеолитовым, фосфатным, сульфатным или смешанным.

Песчаники обычно классифицируются по минеральному составу обломочного материала. Выделяют мономиктовые (мономинеральные), олигомиктовые (обломки представлены двумя минералами) и полимиктовые (обломки представлены более, чем двумя минералами) разновидности.

К мономинеральным песчаникам относятся широко распространенные кварцевые песчаники, более 90 % обломочного материала которых составляет кварц, а также сравнительно редко встречающиеся полевошпатовые и глауконитовые песчаники.

К олигомиктовым часто относят полевошпатово-кварцевые, слюдисто-кварцевые и др. (с содержанием кварца 60—90 %).

Среди полимиктовых разновидностей выделяют:

- аркозы (аркозовые песчаники) — песчаники с заметным преобладанием полевых шпатов над кварцем или по другой классификации песчаники, образовавшиеся после разрушении гранитов и гнейсов и характеризующиеся помимо кварца и полевых шпатов присутствием слюды или хлорита;

- граувакки (граувакковые песчаники) — песчаники, имеющие сложный состав, в частности содержащие большое число обломков горных пород, и цемент из тонкозернистого обломочного материала (алевритовой и пелитовой размерности). По другой классификации граувакка - грубозернистый (размер зерен от 1,5 до 2,0 мм) песчаник с темным аргиллитовым цементом, содержащим слюдистые и хлоритовые минералы.

Песчаник, в котором преобладает пирокластичекий (вулканогенный) материал, называется туфогенным.

В строительстве и декоративно-прикладном искусстве терминологически выделяют много разновидностей песчаника:

• Песчаник-ракушечник представляет собой скопление обломков ракушек, которые образуют пористую структуру.

• Оолитовый песчаник — это камень с воздушной структурой, которая образована маленькими шариками, сцементированными между собой.

• Пизолитовый песчаник такой же как и оолитовый, но шарики имеют больший размер.

• Литографический песчаник — очень плотный и однородный камень, применяемый в литографии.

Плотность песчаника 2250—2670 кг/м³; пористость 0,69—0,70 %; водопоглощение 0,63—6,0 %. Наиболее высокие физико-механические свойства имеет песчаник с кремнистым и карбонатным цементирующим веществом, худшие — с глинистым. Огнеупорность песчаника также различна, наивысшая (до 1700 °C) характерна для чистых кварцевых песчаников с кремнистым цементом.

К песчаникам приурочены месторождения различных полезных ископаемых. Песчаники, благодаря своей высокой пористости и проницаемости, являются прекрасными коллекторами (ловушками) для газа, нефти или воды. С медистыми песчаниками связаны крупнейшие медные месторождения, как Джезказган, Удокан и другие. Песчаник широко применяется в строительстве в качестве стенового и облицовочного материала, бутового камня, щебня различного назначения.

Кварцевый песчаник с содержанием кремнезёма SiO2 выше 95 % используется для производства динаса, в качестве флюса при выплавке меди и никеля, для изготовления стекла и другие.

Уголь

Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbō («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией.

В среднем, сжигание одного килограмма этого вида топлива приводит к выделению 2,93 кг CO2 и позволяет получить 23-27 МДж (6,4-7,5 кВт·ч) энергии или, при КПД 30 % — 2,0 кВт·ч электричества. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, к 1970 году его доля упала до одной трети. Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 300—400 миллионов лет[2].

Образование больших объёмов каменного угля, скорее всего, прекратилось после появления грибов, вызывающих белую гниль, так как эти грибы полностью разлагали лигнин, служащий предшественником каменных углей.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе него кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счёт эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности. Образование наиболее мощных угольных пластов связано с областями земной коры, которые на протяжении значительного времени — в течение миллионов лет — подвергались постепенному тектоническому опусканию со скоростью накопления торфа на поверхности. В отдельных случаях, как, например, в Хат-Крик (Канада), суммарная мощность пакета угольных пластов достигает 450 м2.

Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа: бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты. В западных странах имеет место несколько иная классификация — лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.

Антрацит — самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800—8350 ккал/кг). Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с бурыми углями. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.

Бурый уголь — твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

В Англии в 1735 году научились выплавлять чугун на коксе. Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т нефти расходуется 2-3т каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.