Ukraine
Donetsk
Зубенко Юлия Олеговна
Институт: Горного дела и Геологии
Кафедра: «Полезных ископаемых и Экологической Геологии»
Специальность: «Геологическая съемка, поиск и разведка»
Тема выпускной работы:
«Закономерности изменения качественных характеристик угля юго-восточной части пласта с18 шахты «Южно – Донбасская №1»
Руководитель: Панов Юрий Борисович
Введение
Актуальность темы
Проблема бытового и промышленного использования углей Донецкого бассейна в первую очередь связана с качеством. В различных отраслях промышленности имеются свои требования, предъявляемые к качеству углей. Отклонение от нормы некоторых показателей влияет на стоимость и даже сферу применения угля. Изучение данной темы является весьма актуальным, так как остро стоит вопрос об уменьшении затрат на обогащение угля, а также о повышении параметров качества угля до необходимых для того, чтобы продавать продукт не только на национальном рынке, но и на международном. Данные, полученные в результате проделанной работы, в дальнейшем предприятие может использовать при составлении прогноза по ведению горных работ.
Данное исследование проводится по заданию горного предприятия шахты «Южно – Донбасская №1»
Связь роботы с научными темами, планами
Магистерская работа соответствует государственной научной программе: «Українське вугілля» (постанова Кабінету Міністрів України від 19.09.01 № 1205).
Цель и задачи исследований
Целью работы является выявление закономерностей распределения показателей качества угля в юго-восточной части пласта с18 шахты «Южно – Донбасская №1, что позволит прогнозировать качество угля на недостаточно изученных участках.
Поставлены следующие задачи:
2) оценить полноту проведенных исследований и лабораторных испытаний угля на содержание золы и серы;
3) исследовать геологическую обстановку района и участка работ;
4) выявить и объяснить связи качественных характеристик между собой и каждые в отдельности с мощностью и структурой пласта;
5) определить закономерности распределения качественных характеристик угля; выявить геологические факторы, влияющие на распределение различных показателей качества;
6) дать прогноз распределения показателей и рекомендации по поводу улучшения ведения выемочных работ;
7) провести сравнительный анализ взаимосвязи показателей качества углей с оптовыми ценами.
Идея работы
Идея работы: используя выявленные закономерности в распределении показателей качества углей уточнить распределение качества угля на малоизученных участках.
Объект исследования
Уголь пласта с18 шахты «Южно – Донбасская №1
Предмет исследования
Пространственные закономерности распределения показателей качества угля, их связи с геологическими факторами и взаимосвязь показателей качества углей с оптовыми ценами.
Методы исследований
В данных исследованиях используются:
- анализ графического материала (геологическая карта района, гипсометрические планы, стратиграфические колонки и др.);
- статистический анализ (обработка данных осуществлена средствами программного обеспечения SPSS 15.0 for Windows.);
- пространственный анализ (осуществлен средствами программного обеспечения Surfer 8.0);
- сравнительная оценка взаимосвязи показателей качества углей с оптовыми ценами шахты «Южно – Донбасская №1» с шахтами Донецко – Макеевсого и Красноармейского районов.
Научная ценность (новизна) результатов
Научная ценность работы заключается в прогнозировании качественных характеристик угольных пластов, позволяющая адаптировать её к сложным геологическим условиям Донбасса; выявлены закономерности влияния изменения мощности пласта, тектонических нарушений, наличия породного прослоя в угле и другие показатели на его качественные показатели, и взаимосвязь показателей качества углей с оптовыми ценами.
Практическое значение работы
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты могут быть учтены при оценке влияния морфологии пласта с18 на ведение горных работ, а также внедрены в производство на других шахтах Донбасского региона и страны.
Личный вклад автора
Мной были систематизированы ранее проведенные исследования, определены задачи работы, составлены выборки, проведены статистический, регрессионный и пространственный анализы. На основании результатов работы составлены практические рекомендации.
Апробация результатов работы
Вопросы данной работы докладывались на конференции II Всеукраїнська молодіжна конференція – школа « Сучасні проблеми геологічних наук». Киев, 2010 г.
Публикации
Подготовлены к публикации статья и тезисы:
- Оценка качественных характеристик угольного пласта с18 шахты «Южно-Донбасская№1» (тезисы) II Всеукраїнська молодіжна конференція – школа « Сучасні проблеми геологічних наук». 12-15 апреля 2010 г. Киев
- Подготовлена к публикации статья в сборнике «Научных трудов Донецкого национального технического университета» на тему: «Оценка качественных характеристикугольного пласта с18 шахты «Южно-Донбасская №1.
1 Анализ и обзор литературы
Проблема изученности морфологии и качественных характеристик угольного пласта на данном этапе истории всё ещё имеют огромное научное и практическое значение. Данные показатели рассмотрены в широком научном аспекте и изучены учёными, начиная от исследования источников негорючей минеральной части (зольности) и сернистых соединений в угольной массе, а также и самого угля, и заканчивая установлением общих закономерностей распределения зольности и сернистости в угольных бассейнах, а также связи вышеперечисленных параметров и их изменчивости.
В познание процессов углеобразования, закономерностей пространственного распределения запасов и др. проблем геологии углей большой вклад внесён русскими и украинскими геологами. Первыми специалистами по геологии угольных бассейнов были Л. И. Лутугин и его ученики — В. И. Яворский, П. И. Степанов, А. А. Гапеев и др.; кроме того, фундаментальные работы были проведены М. А. Усовым, Ю. А. Жемчужниковым, И. И. Горским, Г. А. Ивановым, М. М. Пригоровским, А. К. Матвеевым, Г. Ф. Крашенинниковым и др. Развитие учения о геологии угля в зарубежных странах связано с именами немецких (Г. Потонье, К. Науман, М. и Р. Тейхмюллеры, Э. Штах и др.), английских (М. Стопе, К. Маршалл, У. Фрэнсис и др.), американских (Р. Тиссен, Д. Уайт и др.), голландских (Д. Кревелен), чешских (В. Гавлена) учёных и др.
Всего 30 лет назад Ю. А. Жемчужников довольно осторожно писал о расщеплениях донецких пластов. В настоящее время в Донбассе, пожалуй, нельзя назвать ни одного промышленного пласта, который не подвергался бы расщеплению.
А.З. Юровский на примере пластов Донецко-Макеевского геолого-промышленного района Донбассса показал, что высокое содержание серы, как правило, совпадает с присутствием в кровле пласта известняка или песчаника. Глинистому составу кровли (аргиллиты, алевролиты) соответствует разная, но в большинстве случаев низкая сернистость. А.З. Юровский считает, что роль кровли зависит от различной кислотности торфяников.
Можно достаточно определённо говорить, как об общей закономерности, о том, что участки слитного компактного пласта, примыкающие непосредственно к зоне расщепления, во многих случаях характеризуются общим повышением мощности залежи и в том числе мощности угольных пачек. На это уже давно указывал С.К. Комоцкий и это подтверждается материалами последующих исследований морфологии угольных пластов Донбасса.
Экспериментальными и теоретическими исследованиями определения показателей качественных параметров угольных пластов (зольность, сернистость, влажность, пластометрические показатели, удельная теплота сгорания и др.) занимались В.В. Гречухин, В.В. Попов, А.Г. Черников, А.Н. Макаров, И.И. Мороз, В.И. Уткин, М.И. Воевода, М.И. Логинов, Н.Н. Гриб, А.А. Климов, Сясько А.А., Швец В.Н.
Вопросами метаморфизма углей занимались И. И. Аммосов, И.В. Еремин, С.Г. Неручев, Е. О. Погребицкий, М.Л. Левенштейн.
Обзор литературы показал, что исследуемая проблема еще недостаточно изучена, что дает автору возможность для дальнейших исследований.
2 Геологическая характеристика объекта исследований
Южный Донбасс – полоса распространения нижнекаменноугольных отложений на юго-западной окраине бассейна, вытянутая на 130 км от ст. Межевая на западе и до с. Старобешево на р. Кальмиус – на востоке. Район охватывает площадь около 2200 км2. Территория в целом имеет общий юго-западный уклон.
В геологическом строении Южно-Донбасского района принимают участие палеозойские, мезозойские и кайнозойские осадочные отложения, мощностью более 1500м, залегающие несогласно на кристаллическом фундаменте, полого погружающемся в северо-восточном направлении. Выходы докембрийских метаморфических и изверженных пород Украинского Кристаллического Щита (УКЩ) окаймляют Южно-Донбасский район с юго-запада.
Непосредственно на кристаллическом основании залегают отложения верхнего девона, представленные осадочно-эффузивной толщей, отличающейся изменчивым литологическим составом и крайне непостоянной мощностью.
Нижнекаменноугольные отложения по литологическому составу делятся на две толщи: нижнюю – карбонатную, охватывающую турнейский и нижнюю часть визейского яруса, и верхнюю – охватывающую верхнюю часть визейского и серпуховского яруса, сложенную терригенными породами.
Разрез терригенной толщи включает 17-29% песчаников в шестисотметровом стратиграфическом интервале, содержащем угольные пласты рабочей мощности.
Тектоника района определяется положением его на юго-западной окраине Донбасса в области сопряжения бассейна с северным склоном Приазовской части УКЩ. Для Южно-Донбасского района характерны пологие углы падения (5-12°).
Юго-западная окраина Донбасса, в пределах которой расположен описываемый район, разбита разломами различной протяженности и ориентировки. Разломы северо-западного простирания. 1-й тип – сбросы с северо-восточным падением плоскостей: Муравский, Сложный и др. Все они падают под углом600-800 с амплитудой от 30-50 м до 300-500 м. 2-й тип – сбросы с юго-западными простиранием: Межевский, Никольский и др. Углы падения 600-750, а амплитуда составляет от 20 м до 500 м. Этот тип разрывов определяет тектоническое строение района. К 3-му типу относятся надвиги: Васильевский и Лесной. Разломы северо-восточного простирания прослеживаются, в основном, в восточной части района, где они представлены преимущественно надвигами. К крупным разрывам относятся Войковское смещение и Мануиловский взброс. Наиболее крупным элементом складчатой тектоники является Волчанская синклиналь. Её ось вытянута с юга-запада на северо-восток на протяжении 35 км. На западе района наблюдаются складки типа мульд и куполов, в центре – флексуры (Ялынская и др.), на востоке – антиклинали и синклинали.
3 Методика исследований
3.1 Описание фактических данных
Исходными данными для этой работы являются результаты опробования по 100 керновым пробам по пласту с18. Для исследования выбран пласт с18, который представляет большой промышленный интерес. Он выдержан по простиранию на несколько километров, имеет среднюю мощность 1,09 метра и низкую зольность (средняя 2,3%). Опробование пластов проводилось в рамках доразведки шахтных полей ГП «Артемуголь» в 1964 – 1972 гг. Абсолютные отметки отбора проб от +146 до +203 м. В пробах определены следующие показатели: мощность пласта, зольность угля, содержание серы, выход летучих, толщина пластометрического слоя, отражательная способность витринита. Пробы отобраны из пласта угля с18 .
3.2 Выбор и описание методики
Для решения задач поставленных в этой работе выбраны следующие методы:
- анализ графического материала, который дает возможность подробно рассмотреть геологическое строение объекта;
- статистический анализ, позволяющий охарактеризовать массив данных, выявить связи между различными показателями;
-пространственный анализ, при помощи этого метода осуществляется выделение пространственных закономерностей распределения показателей и их привязка к геологическим структурам объекта;
- геолого-экономический анализ стоимости углей при установленном изменении показателей качества.
На первом этапе работы был проведен анализ геологической документации, содержащей сведения о литологии и тектонике участка исследований, отобраны данные для выборки, по которым рассчитаны статистические показатели и определены корреляционные связи. Наибольшую информативность имеют такие показатели, как мощность и зольность пласта, содержание серы, выход летучих, толщина пластометрического слоя, абсолютная отметка отбора пробы. Для этих показателей рассчитаны максимальное и минимальные значения, среднее значение показателя и стандартное отклонение, характеризующее степень изменчивости показателя.
4 Анализ влияния качества угольной продукции на экономику предприятия ш/у «Южно – Донбасская №1»
4.1 Взаимосвязь показателей качества углей с оптовыми ценами
При наличии товарно-денежных отношений цена должна обеспечить предприятию-изготовителю возмещение различных затрат на производство продукции и получение необходимой прибыли: плата за основные производственные фонды и нормируемые оборотные средства, проценты за банковский кредит, отчисления в фонды экономического стимулирования и покрытие других плановых затрат.
Поскольку эффективность использования угля в народном хозяйстве в значительной степени зависит от качественных показателей, прейскурант оптовых цен составлен таким образом, что предприятия заинтересованы в производстве высококачественной продукции. При построении прейскуранта оптовых цен на товарную продукцию угольных предприятий определенное значение уделено оценке его качества. Прейскурантом оптовых цен предусмотрено, что основным показателем качества угля является его зольность, а дополнительными — влага (для всех углей) и сера (для донецких коксующихся углей).
Средняя цена зольности утверждена одновременно с оптовой ценой и указана в прейскуранте в качестве средней расчетной нормы. Следовательно, в основу построения прейскуранта оптовых цен положена зольность угля, которая оказывает существенное влияние на объем реализации и прибыль. При установлении оптовых цен кроме зольности учитывается также содержание влаги и серы.
Для стимулирования повышения качества товарной продукции прейскурантом оптовых цен предусмотрена система надбавок и скидок. Скидки и надбавки приняты в следующих размерах:
1) По золе. На основании укрупненных расчетов для всех бассейнов страны принят коэффициент в размере 3% оптовой цены за каждый процент золы выше или ниже средних расчетных норм.
При поставке донецких рядовых коксующихся углей по ГОСТ 537—94 на обогатительные фабрики Министерства черной металлургии применяются скидки или надбавки в размере 2,2% за каждый процент фактического отклонения золы в поставляемых углях по сравнению со средними расчетными нормами, указанными в прейскуранте № 03—01 издания 1995 г.
2) По сере. По донецким обогащенным и рядовым углям, кроме марок Ж, К, ОС, поставляемым покупателям непосредственно для коксования, а также при поставке рядовых коксующихся углей на обогатительные фабрики коксохимических предприятий и центральные обогатительные фабрики угольной промышленности производится скидка или надбавка в размере 1 % оптовой цены за каждую 0,1% сверх или ниже средней нормы по техническим условиям для рядовых углей и для обогащенных углей—по ГОСТу, а при отсутствии ГОСТа — по техническим условиям. Причем разница между показателями расчетного анализа по золе, влаге и сере и соответствующими нормами по прейскуранту округляется до 0,1%.
Скидки и надбавки за качество угля (продуктов их переработки) оказывают существенное влияние на величину отпускных цен.
Выводы
В работе:
- изучены фактические материалы, которые собраны во время доразведки шахтного поля и по ходу отработки пласта с18;
- оценена полнота проведенных исследований и лабораторных испытаний угля на содержание золы и серы;
- исследована геологическая обстановка района и участка работ;
- выявлена и объяснена связь качественных характеристик между собой и каждые в отдельности с мощностью и структурой пласта;
- определена закономерность распределения качественных характеристик угля;
- выявлены геологические факторы, влияющие на распределение различных показателей качества;
-даны прогноз распределения показателей и рекомендации по поводу улучшения ведения выемочных работ;
-проведен сравнительный анализ взаимосвязи показателей качества углей с оптовыми ценами шахты «Южно – Донбасская №1» с шахтами Донецко – Макеевсого и Центрального районов.
Также в результате данной работы можно сделать следующие выводы:
Анализируя полученные, данным методом корреляционных связей выделяем показатели, связанные значимой положительной связью. Связь выявлена между показателями: серой и зольностью, уровень значимости коэффициента корреляции равен 0,019 ? 0,05, а коэффициент корреляции 0,624, уровень значимости высокий.
Сера возрастает с зольностью. Так как шахтное поле по тектонической нарушенности относится ко второй группе сложности. Учитывая этот фактор, можно предположить, что причиной повышения сернистости угля является наличие тектонических нарушений. Зольность горной массы повышается за счет засорения внутрипластовыми прослоями. Кроме того, источником засорения угля при добыче является «ложная» и неустойчивая кровля. С изменением мощности пласта изменяется содержание зольности в угле. Все эти факторы привели к увеличению зольности.
Таким образом, мы можем спрогнозировать данные геологические показатели, с помощью уравнений. Построение уравнений выполняется в регрессионном анализе, при этом необходимо выбрать зависимую (прогнозируемый показатель) и независимую переменные.
По результатам проведенного анализа можно составить уравнение.
S = a A + b – связь серы с зольностью (общий вид), где
b — регрессионные коэффициенты,
a — смещение по оси ординат.
Подставим в уравнение коэффициенты:
S = 0.540 A + 2.239
Таким образом, выявленные в данной работе закономерности распределения показателей качества углей позволили установить конкретные геологические факторы, влияющие на них. Это позволило составить уравнение регрессии, использование которого позволит планировать качество отрабатываемого угля.
От качества и ассортимента выпускаемой продукции во многом зависят экономические показатели работы угольной промышленности. При современных масштабах добычи угля снижение его зольности на 0,1% приводит к значительному увеличению объема реализуемой продукции и прибыли.
Для каждой марки и класса угля на угольных предприятиях устанавливается плановая норма зольности, которая должна соответствовать средней норме по техническим условиям. Эта норма может быть выше или ниже предусмотренной прейскурантом средней расчетной нормы зольности для данной марки или класса угля. В том случае, когда плановая зольность угля будет ниже расчетной нормы по золе, оптовая цена с учетом качества будет выше, чем прейскурантная, и, наоборот, если плановая зольность угля выше средней расчетной нормы по золе, оптовая цена с учетом качества будет ниже, чем прейскурантная.
Повышение зольности угля связано со снижением оптовых цен, а, следовательно, и товарной продукции и, наоборот, уменьшение зольности угля — с увеличением оптовых цен и стоимости товарной продукции.
По сере по донецким обогащенным и рядовым углям, кроме марок Ж, К, ОС, а также при поставке рядовых коксующихся углей на обогатительные фабрики коксохимических предприятий и центральные обогатительные фабрики угольной промышленности производится скидка или надбавка в размере 1 % оптовой цены за каждую 0,1% сверх или ниже средней нормы по техническим условиям для рядовых углей, для обогащенных углей — по ГОСТу, а при отсутствии ГОСТа — по техническим условиям.
Таким образом, уровень отпускной оптовой цены, принятый в плане, обусловлен марочным составом и классами по размерам кусков, зольностью, а также содержанием влаги и серы в добываемых (перерабатываемых) углях.
Следует отметить, что надбавки и скидки, установленные в процентах по золе, влаге и сере, исчисляются каждая в отдельности исходя из оптовой цены в прейскуранте, а не от цены, полученной после применения других надбавок и скидок. Разница между показателями расчета и прейскуранту округляется до 0,1%.
Чем лучше качество угля, тем больше предприятие получит надбавок к цене, тем выше будет его отпускная оптовая цена, и наоборот. Таким образом, экономика угольного предприятия зависит от качества угля: чем ниже фактическая зольность против плановой, тем выше оптовая цена и другие показатели (товарная и реализуемая продукция, прибыль и рентабельность).
Результаты проведенных исследований будут использованы в дальнейшем для расчета оценки точности выведенного регрессионного уравнения и прогноза взаимосвязи показателей качества углей с оптовыми ценами шахты «Южно – Донбасская №1» .
Окончание исследовательской работы предполагается в декабре 2010 года.
Литература
1. Жемчужников Ю.А. Строение и условия накопления основных угленосных свит и угольных пластов среднего карбона Донецкого бассейна/Ю.А. Жемчужников, В.С. Яблоков.¬– Тр. Геологич. ин-та АН СССР, вып.15, 1960 – 459с.
2. Кузнецов И.А./ И.А. Кузнецов. – М.: Государственное научн.техн. изд-во литературы по геологии и охране недр, 1963. – 365 с.
3. Кущ О.А.Современное состояние угольной промышленности Донбасса и его минерально-сырьевой базы и задачи геологического обеспечения развития угольной промышленности/ О.А. Кущ, А.Н. Лубочников, Б.С. Панов//Донбасс – 2002: наука і техніка виробництва/ – Донецьк, 2002. – с.101 – 105.
4. Левенштейн, М.Л. Закономерности метаморфизма углей Донецкого бассейна / М.Л. Левенштейн. Советская геология. – 1962. – Вып. 2. – с. 61-79.
5. Погребицкий Е.О. Метаморфизм углей и эпигенез вмещающих пород/ Е.О. Погребицкий; - М.: Недра, 1975. – 175 с.
6. Геологічні роботи на вугледобувних підприємствах України/ Інструкція Мінпаливенерго України, – К.: 2001. – 72.
7. Методика разведки угольных месторождений Донецкого бассейна. – М.: Недра, 1972. – 340 с.
8. Миронов К. В. Справочник геолога угольщика/ К.В. Миронов – М.: Недра, 1991. – 363 с.
9. Юдович Я.Э., Неорганическое вещество углей/ Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис – Е.: УрО РАН, 2002. – 257 с.
10. Кравцов А. И. Шахтная геология/ А.И. Кравцов – М.: Высшая школа, 1977. – 278 с
11. Шумилова О. Л. Основные геологические факторы, влияющие на формирование показателей качества углей - 2006 - Т. 309, № 4, : [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.duskyrobin.com/tpu/2006-04-00010.pdf
12. Статья об угле размещенная в wikipedia. http://ru.wikipedia.org/wiki/Уголь
13. Цыренова С.Б. Методические указания к самостоятельной работе и лабораторному практикуму по физической химии/ С.Б. Цыренова – Восточно-Сибирский государственный технологический институт,: [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=2908p_page=1