2.2 Состав и свойства березовского угля по высоте пласта и глубине залегания

2.2.1 Органическая часть

По высоте и глубине залегания пласта угли Березовского месторождения можно разделять по степени окисленности на три зоны: верхняя – сажистых уголь; средняя – окисленный (степень окисленности более 70 %), нижняя – рядовой уголь (со степенью окисленности менее 70 %). При увеличении глубины залегания пласта угля свыше 100 м следует выделить четвертую зону – зону высокощелочного угля (рис. 2.3).

Результаты проведенных исследований подтвердили данные геологов о том, что на глубинах 128 – 162 м могут встречаться «соленые угли» с содержанием оксидов натрия и калия более 2 %.

Петрографический анализ показал, что все пробы березовского угля, независимо от степени окисленности, состоят в основном из группы гуминита, среди которых значительно преобладает подгруппа гумотеллинита – структурные гелифицинованные ткани.

Инертинит представлен такими структурными тканями, как семифюзенит, фюзенит, и их обрывками – инертодетринитом. Компоненты группы липтинита сложены суберинитом и споринитом. Микстинит распределен в угле весьма неравномерно и представлен тонкой смесью глинистых частиц с гумоколлинитом.

При повышении степени окисленности угля наблюдается увеличение микрокомпонентов групп инертинита, липтинита и микстинита. Количество этих групп особенно резко увеличивается при переходе к сажистому углю, что объясняется условиями формирования угольного пласта и меньшей устойчивостью группы гуминита к окислительным процессам [65-66].

Следует отметить, что петрографический анализ окисленного угля дает заниженное содержание микрокомпонентов группы инертинита, что объясняется особенностями изменения структуры угольного вещества. При значительном окислении происходит обособление инертинита и гуминита, за счет чего снижается его содержание из-за частичного выкрашивания инертинита в процессе приготовления проб угля [67].

Рис. 2.3. Вертикальное сечение угольного пласта «Березовский»:

1 – вскрыша; 2 – сажистый уголь; 3 – степень окисленности угля более 70 %;

4 – рядовой уголь; 5 – щелочной уголь (∑Na₂O + K₂O до 2 % и более)

Окислительное выветривание приводит к значительным изменениям в элементном составе органической части при повышении степени окисленности более 52 %. При этом содержание кислорода ( ) при переходе угля от слабоокисленного к сильноокисленному вначале уменьшается в среднем с 22 до 20 %, а затем, при увеличении степени окисленности более 62 %, возрастает, достигая в сажистом угле 34 %.

Противоположную зависимость от степени окисленности по сравнению с кислородом имеет углерод ( ), количество которого при переходе угля от слабоокисленного к сильноокисленному вначале увеличивается с 71 до 74 %, а затем, при степени окисленности более 82, уменьшается, достигая в сажистом угле 62 %.

При увеличении степени окисленности березовского угля наблюдается интенсивный рост содержания гуминовых кислот : от 40 до 96 %.

Рисунок 2.4 – Содержание углерода, гуминовых кислот в пробах березовского угля разной степени окисленности:  – содержание гуминовых кислот ; ○ – содержание кислорода ( );  – содержание углерода ( )

Для сажистого угля характерно некоторое снижение содержания гуминовых кислот, что объясняется окислительно-гидролитической деструкцией гуминовых кислот до более простых водорастворимых соединений и последующим их вымыванием пластовыми водами [68-69]. Содержание водорода ( ) в разных партиях проб, отобранных для исследования, существенно различается. Однако общей тенденцией является уменьшение количества водорода в угле при увеличении степени окисленности (рис. 2.4).

Снижение содержания водорода начинается в образцах угля, степень окисленности которых превышает 62 %, и для сажистого, по сравнению с рядовым, оно снижается вдвое (с 4,5 до 2,2 %). В процессе окислительного выветривания угля в пласте происходит увеличение содержания азота (рис. 2.5). При этом количество азота хорошо коррелируется с содержанием гуминовых кислот (рис. 2.6), в которых согласно [70-72] носителями азота являются аминогруппы. По глубине пласта угля содержание серы очень неравномерное (рис. 2.7). В сажистом угле содержание общей серы ( ) достигает 1 %. Высокая концентрация серы приходится на более глубокие слои пласта неокисленного угля, в отдельных пробах содержание ( ) превышало 2 %. Для получения более достоверных данных определение содержания органической серы проводилось не расчетным путем согласно ГОСТ 8606–72, а сжиганием остатка топлива со смесью Эшка после извлечения перитной и сульфатной видов серы.

Рисунок 2.5 – Содержание водорода, азота в пробах березовского угля разной степени окисленности:  – содержание водорода ; ○ – содержание азота (N^daf)

Рисунок 2.6 – Зависимость содержания азота от выхода гуминовых кислот в пробах березовского угля из зоны окисления

Рисунок 2.7 – Содержание разновидностей серы по глубине пласта: а – общая сера ( ); б – сульфатная сера ( ); в – колчеданная ( ); г – органическая ( )

Органическая сера ( ) довольно равномерно распределена по глубине пласта и ее содержание составляет около 0,2 %. Количество сульфат-ной серы ( ) очень мало и составляет около 0,02 %, лишь для сажистого ее значению несколько увеличивается. Повышение сульфатной серы происходит, по нашему мнению, за счет окисления пирита по реакции [33]:

2FeS₂ + 7О₂ + 2Н₂О = 2FeSО₄ + 2H₂SО₄. (2.1)

Содержание колчеданной серы повышается к основанию пласта, что объясняется ослаблением окислительных процессов.