Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геологии угля и горючих сланцев. Учебное пособие
.pdf
51
6.5 Вопросы и упражнения
1. Что представляет собой внешняя влага угля, как она определяется? Для каких
целей используют этот показатель?
2. Какое состояние топлива называется рабочим, воздушно-сухим, сухим?
3. Что представляет собой общая влага угля? Для каких целей используют этот
показатель?
4. Для каких целей используют показатель «влага аналитического состояния
топлива»?
5. Как влияет влага, содержащаяся в угле, на его использование?
6. Навеску угля в рабочем состоянии массой 50,0 г высушили до воздушно-
сухого состояния, при этом его масса составила 42,7 г. Вычислить содержание
внешней влаги угля. (Ответ: 14,6 %).
7. Внешняя влага пробы бурого угля составляет 20,0 %, влага аналитической
пробы 5,0 %. Определить общую влагу образца. (Ответ: 24,0 %).
8. Внешняя влага пробы каменного угля составляет 7,3 %, влага аналитической
пробы – 3,2 %. Определить общую влагу образца. (Ответ: 10,4 %).
9. Навеска пробы бурого угля Тюльганского месторождения массой 100 г высу-
шена до воздушно сухого состояния, при этом масса ее стала 75,5 г. Для опре-
деления влаги аналитической пробы взята навеска воздушно-сухого топлива
2,0500 г. После высушивания пробы масса ее составила 1,9143 г. Вычислить
содержание внешней влаги и общее содержание влаги в рабочем состоянии
топлива. (Ответ: 24,5 %, 29,5 %).
10. Для определения внешней влаги взята навеска пробы угля Уральского бассей-
на массой 100 г. После доведения пробы до воздушно-сухого состояния масса
ее стала 89,9 г. Для определения влаги аналитической пробы взята навеска
воздушно-сухого топлива массой 1,2500 г. После высушивания пробы масса
ее уменьшилась на 0,0138 г. Вычислите содержание внешней влаги и общее
содержание влаги в рабочем состоянии топлива. (Ответ: 10,1 %, 11,1 %).
52
11. Для определения влаги аналитической пробы взята навеска воздушно-сухого
топлива массой 1,2500 г. После высушивания пробы масса ее уменьшилась на
0,0138 г. Вычислить содержание внешней влаги и общее содержание влаги в
рабочем состоянии топлива. (Ответ: 10,1 %, 11,1 %).
12. Каково происхождение минеральных примесей угля?
13. Укажите основные компоненты минеральной части угля.
14. Как влияет повышенная зольность угля на его применение?
15. Что подразумевается под обозначениями Aa, Ad, Ar ?
16. Аналитическую пробу угля массой 1,8560 г прокалили до постоянной массы
0,0982 г. Определить зольность этой пробы. (Ответ: 5,3 %).
17. Навеску угля в рабочем состоянии массой 80,0 г высушили до аналитического
состояния, при этом его масса составила 69,6 г. Из полученной пробы взяли
две навески по 1,0000 г. Вес одной из них, высушенной при 160 °С, составил
0,09180 г, а другой, прокаленной при 800 °С, составил 0,0990 г. Рассчитать по
этой данным содержание внешней и общей влаги и зольность рабочего состо-
яния угля. (Ответ: 13,0 %; 20,1 %; 8,6 %).
18. Для определения зольности аналитическую пробу угля массой 1,5040 г прока-
лили до постоянной массы 0,1022 г. Вычислить зольность аналитического и
сухого состояния угля, если влага аналитической пробы составляет 30 %. (От-
вет: 6,8 %; 7,0 %).
19. Образец рабочего угля содержит 8,3 % золы. Воздушно-сухая проба того же
угля содержит 10,0 % золы и 0,5 % влаги. Определить общую влагу рабочего
состояния топлива. (Ответ: 17,4 %).
20. Какие процессы происходят в угле при нагревании его без доступа воздуха?
21. Каков выход летучих у бурых, каменных углей и антрацитов?
22. Навеску аналитической пробы бурого угля массой 1,1500 г прокалили без до-
ступа воздуха в течение 7 минут при 850 °С, при этом масса остатка оказалась
равной 0,6840 г. Определить содержание летучих компонентов в пробе, если
ее влажность составила 7,8 %. (Ответ: 38,8 %).
23. Воздушно-сухая проба угля содержит 3,7 % влаги. Выход летучих веществ
53
составляет 20,4 %. Определить выход летучих веществ в пересчёте на сухое
беззольное состояние топлива, если зольность топлива в сухом состоянии 11,8
% (Ответ: 24,0 %).
24. Для определения выхода летучих веществ была взята проба угля Донецкого
бассейна 1,1500 г. После нагревания без доступа воздуха масса нелетучего
остатка составила 0,9660 г. Рассчитать выход летучих веществ в воздушносухом и сухом угле, если влага аналитической пробы угля составляет 2.0 %.
(Ответ: 14,0 %; 14,3 %)
25. В каких пределах колеблется содержание серы в углях?
26. Как влияет сера в угле на его использование?
27. Рассчитайте статистические параметры геохимических данных металлоносно-
сти горючих полезных ископаемых Оренбургской области по данным таблицы
12.
7 Угленосные формации
Угольная формация – это полифациальная, ритмически построенная толща
парагенетически связанных между собой комплексов угленосных пород, включаю-
щих залежи угля, образовавшаяся в различных геотектонических и фациальных
условиях, что обусловило многообразие пространственного распространения, мощ-
ностей, состава угленосных формаций, количественными и качественными парамет-
рами их угленосности, характера перехода в другие неугленосные подстилающие и
перекрывающие образования.
В зависимости от типа и эволюции отрицательных структур земной коры, в
которых происходило образование угленосных формаций, площади их распростра-
нения могут варьироваться от нескольких км
2
до десятков и сотен тысяч км
2
, при
изменении мощности — от десятков метров до нескольких километров. Иногда име-
ет место постепенный переход от подстилающих (обычно морских) отложений к
прибрежно-морским и континентальным угленосным формациям, или — образова-
54
ние угленосных формаций начинается после значительного стратиграфического пе-
рерыва на размытой поверхности более древних образований.
Некоторые крупные угольные бассейны (например, Кузнецкий, Карагандин-
ский) являются полиформационными.
Угленосные формации характеризуются, как правило, ритмичным строением,
обусловленным изменением на фоне общего длительного погружения областей
осадконакопления знака и амплитуд колебательных движений низших порядков.
7.1 Состав и строение угленосных формаций
Типы угленосных формаций выделяют по многим признакам, учитывающим
причинность и взаимосвязь факторов их образования, специфические черты состава,
строения, количественные и качественные характеристики угленосности.
К числу таких признаков относятся: геоморфологические, стратиграфические,
географические, вещественный состав, условия образования и т.д. В соответствии с
этим, формациям придаются такие названия, например, морская континентальная,
озерно-болотная, глинистая, песчаная, Тургайская, Канско-Ачинская и т.д.
Образование угленосных толщ происходит по общему для всех осадочных по-
род принципу чередования нисходящих и восходящих движений на общем фоне по-
гружения площади, то есть размыв пород в повышенной части рельефа и снос их в
пониженные элементы рельефа. Дифференциация продуктов эрозии при этом про-
исходит в зависимости высоты и близости области сноса, крупности зерен разру-
шенной породы.
Состав угленосных отложений разнообразен. Слагающие угленосные формации породы представлены преимущественно глинистыми, глинисто-песчаными и
песчаными разностями; подчинённое значение имеют галечники, конгломераты.
Конгломераты знаменуют начало нового и конец старого цикла осадконакопления.
55
В паралических бассейнах широкое развитие получили карбонатные осадки (в ос-
новном известняки).
С внедрением в угленосные формации интрузий связано наличие различных
по составу магматических пород.
В разрезе угленосных формаций выделяются горизонты, в которых прослеживается закономерное постепенное изменение гранулометриического состава пород с
переходом тонкозернистых биогенных и хемогенных осадков (угли, углистые поро-
ды, известняки) к более крупнозернистым кластическим — от глин (аргиллитов) до
песков (песчаников), и в обратной полной или частичной последовательности при
законченном или незавершённом ритме колебания.
Основную часть угленосных отложений, как правило, составляют песчаники.
Они различаются по континентальному или морскому происхождению, по величине
зерен. Песчаники часто содержат грубые обломки растений или минерализованные
стволы деревьев, которые при своей многочисленности и вертикальном положении
создают картину древнего леса.
Аргиллиты (глины) по встречаемости в угленосных отложениях занимают
второе место, в некоторых угольных бассейнах имеют господствующее распростра-
нение.
Алевролиты в общем разрезе угольной толщи имеют подчиненное значение.
Известняки в угленосных отложениях имеют небольшую толщину (1 - 3 м)
иногда до 10 м, служат хорошим репером при корреляции разрезов. Их толщина в
общей толще, как правило, не превышает 1 %.
Горелые породы – горелики – представляют собой зону обжига различных по-
род, подвергшихся подземному или приповерхностному пожару. Они трудно под-
вергаются разрушению и обычно образуют возвышенные части рельефа в виде кур-
ганов.
Угли в разрезе угольной толщи занимают обычно около 1 % или менее ее
суммарной толщины, но бывают редкие случаи когда они составляют более полови-
ны разреза тощи при наличии очень мощных угольных пластов.
56
Характеристикой насыщенности угленосной толщи углем является нижесле-
%100
H
h
К
S
Q
Куп
дующие величины.
Коэффициент угленосности, который представляет собой отношение суммар-
ной толщины всех пластов угля к общей толщине заключающей их угленосной
толщи:
,
где h – суммарная толщина угольных пластов, м;
Н – общая толщина угленосной толщи, м.
Другим показателем является углеплотность, под которой понимают величину запасов угля на 1 км2 горизонтальной поверхности месторождения:
,
где Q – количество угольной массы, т;
S – площадь месторождения, км2.
7.2 Угольные пласты
Угольный пласт – это скопление угля любой толщины.
Пласты малой толщины (10 – 15 см) называют прослоями. Почвой и кровлей
угольного пласта практически всегда служат глинистые и алевролитовые породы.
Формирование угольных пластов их строение и толщина осуществляется на
стадии образования торфяника и определяется количеством растительного материа-
ла, поступающего в водоем, и скоростью погружения этого участка.
57
При преобладании процесса погружения над приростом слоя растительного
материала в водоем начинают поступать минеральные отложения, образующие
кровлю слоя. Превышение величины поднятия приводит к размыву торфяного мас-
сива.
Угольные пласты подразделяются по мощности:
весьма тонкие до 0,7 м;
тонкие от 0,71 до 1,2 м;
средней мощности от 1,21 до 3,5 м;
мощные свыше 3,5 м.
По углу падения угольные пласты делятся на:
пологие до 18°;
наклонные от 19° до 35°;
крутонаклонные от 36° до 55°;
крутые от 56° до 90°.
Пласты угля по строению разделяются на простые, то есть сложенные углем
без каких-либо прослоев породы и сложные, в которых пачки угля чередуются с такими прослоями.
Простое строение, как правило, имеют угольные пласты малой толщины (0,5 1 м), однако в Кузнецком бассейне известны платы угля толщиной до 10 м.
В пластах сложного строения выделяют толщину трех видов: общую, полез-
ную и рабочую.
Общая толщина – это толщина от почвы нижней пачки до кровли верхней со
всеми породными прослоями.
Полезная толщина – это суммарная толщина пачек угля, составляющих пласт.
Во многих случаях разрабатывается не весь пласт угля, а лишь пригодная по
техническим причинам и экономическим условиям его часть, в этом случае часть
пласта, подлежащая выемке, называется рабочей.
На земном шаре развиты пласты разной рабочей толщины от 0,5 - 1 м до 300 -
450 м, преобладающая толщина – 1 - 1,5 м. Кроме немногих пластов толщиной 50 100 м, в последнее время обнаружено два пласта сверхгиганта: 300 метровый пласт
58
бурого угля Латроб-Велли в Австралии и 450 метровый пласт Хетт-Крик в Канаде.
В пласте Хетт-Крик прослеживается изменение от близкого к торфу в верхней ча-
сти, до каменного угля в нижней. В бывшем Советском союзе наиболее крупные
пласты каменного угля толщиной 60 - 90 м известны в Кузнецком и Экибастузском
бассейнах, бурого угля толщиной 80 - 100 м – в Канско-Ачинском бассейне и на месторождениях Башкирии и Украины.
Важной характеристикой угольного пласта является его протяженность. Зави-
сит она, в основном, от размеров водоема и геотектонических условий.
Наиболее благоприятны для образования прибрежно-морские условия, в кото-
рых угольные пласты образуются на протяжении нескольких десятков, а в некото-
рых бассейнах (как, например, Донецком) сотни и более километров. При этом со-
храняется их строение и толщина.
Протяженность пластов углей внутриконтинентального происхождения обыч-
но не превосходит десятка километров.
Изменение толщины и строения пласта может быть сингенетичным, то есть
происходящим в процессе его формирования до покрытия торфяника кровлей, и
эпигенетичным – возникающем после перехода пласта в ископаемое состояние.
Сингенетичное изменение пласта может быть связано с размывами торфа под-
водимыми течениями и неровностями дна водоема.
Эпигенетичные изменения могут быть связаны с размывами сформировавше-
гося пласта при выходе его на поверхность, а так же, вследствие тектонических воздействий, приводящих к разрыву пласта или его деформации.
По степени выдержанности основного параметра угольного пласта – его
толщины в практике разведочных работ выделяют пласты трех групп:
1. Выдержанные пласты, у которых отклонение от средней толщины не превы-
шают 20 %, а участки с не рабочей толщиной отсутствуют.
2. Относительно выдержанные пласты с отклонением от средней толщины не
более чем на 35 %.
3. Невыдержанные пласты – когда пласт теряет рабочее значение на многих ло-
кальных участках.
59
7.3 Сопутствующие полезные ископаемые угленосных формаций
Концентрация малых элементов в углях происходила, главным образом, на
стадиях торфообразования и раннего диагенеза.
Наибольшее практическое значение, кроме урана, имеют такие элементы как
германий и галлий.
Германий – единственный редкий элемент, основным источником которого
являются угли. Содержание его в углях колеблется от 1 г до 2 кг на 1 т сухого топлива, в большинстве случаев не превышает 3 г/т.
Галлий в углях содержится как в органической части, так и минеральной со-
ставляющей. Ценность галлия заключается в повышении положительных свойств
материалов и сплавов при незначительной добавке.
Повышенные концентрации этих элементов в углях переводят некоторые
угольные месторождения в разряд самостоятельных угольно-урановых или угольно-
кремниевых. Попутное извлечение германия ведется на многих месторождениях, на
некоторых извлекают ванадий, галлий. Перспективными для извлечения считаются
молибден, рений, серебро, золото и металлы платиновой группы.
Высокие содержания благородных металлов в углях, достигающие промыш-
ленных масштабов были обнаружены в США еще в конце XIX века (Jenney, 1903;
Stone, 1912). Повышенные содержания иридия в бельгийских углях является их
важной платинометальной особенностью. Угольные бассейны Сибири и Дальнего
Востока характеризуются платиновой или палладиевой специализацией, сходной со
специализацией платиноидов в черных сланцах (Лазаренков, Таловина, 2001). Ниже,
в разделе 8.4 приведены данные по содержанию некоторых элементов в углях и других твердых горючих полезных ископаемых месторождений Оренбургской области.
Интерес к этому вопросу обусловлен тем, что при сжигании ископаемых углей
все металлы, как правило, остаются в золе. При этом происходит их концентрирова-
ние. Таким образом, угольную золу можно рассматривать как дополнительный ис-
точник некоторых металлов.
60
Кроме того, в углях содержатся элементы, отрицательно влияющие на экологию: сера, мышьяк, ртуть, свинец, фтор, радиоактивные элементы и др.
8 Угленосные провинции, бассейны, месторождения
Наименьшая по величине угленосная площадь и отдельные разрозненные вы-
ходы пластов угля называются углепроявлением.
Под угольным месторождением понимается естественное скопление угленос-
ных отложений с пластами угля, занимающее определенное стратиграфическое по-
ложение в осадочной толще земной коры. Площадь месторождений, как правило со-
ставляет десятки, редко сотни квадратных километров.
Месторождение является промышленным, если по совокупности геологогеографических и экономических признаков представляет интерес для разработки.
Угленосный бассейн – это крупная (от сотни до миллиона и более квадратных
километров) площадь непрерывного или прерывистого залегания угольных отложе-
ний со значительными запасами углей, связанная единством процессов образования
и последующих изменений. В пределах бассейна находится обычно несколько месторождений угля.
Угленосная провинция – это обширная площадь углеобразования, включающая
ряд угольных бассейнов, сходных по стратиграфическому положению, условиям об-
разования.
Угленосной провинции обычно придается географическое название с указани-
ем геологического возраста, например, карбоновая Московско-Уральская, юрская
Забайкальская и т.д.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]