Актуальність теми.Найважливішою проблемою, що завжди хвилює світову спільноту і грає частенько визначальну роль в міжнародних відносинах, є забезпеченість людства енергетичними ресурсами.
Вугілля — найпоширеніший у світі вид викопного палива, має великий чистий вихід енергії при виробництві електрики, виробленню високотемпературного тепла для виробничих процесів і відносно дешевий.
Проблема використання вугілля пов'язана з його якістю. Це викликає ряд проблем: економічних, технологічних, екологічних.
Мета роботи. Вивчення якісних показників вугілля шахти «Никанор–Нова ДП Луганськвугілля» для виявлення екологічних наслідків його застосування і сопоставленее отриманих даних з аналогічними показниками шахт ДП«Луганськвугілля» («Белореченська», «Вергелевська», імені 19-го Партз'їзду, імені Артема, імені Кірова, «Україна», «Черкаська»)
Завдання роботи:
Об'єкт досліджень: вугілля пластів l4в, l5 и k6в шахти «Никанор–Нова», а також деяких шахт Донецького басейну, що входять до складу ДП«Луганськвугілля».
Предмет досліджень: вугільна геологія.
Наукова новизна: Вивчені якісні показники для пластів l4в, l5 и k6в шахти «Никанор–Нова» і проведений їх порівняльний аналіз з вугіллям шахт ДП «Луганськвугілля» («Белореченська», «Вергелевська», імені 19-го Партз'їзду, імені Артема, імені Кірова, «Україна», «Черкаська»). Виявлено, що якісні характеристики шахт близькі, але ряд показників характерний для шахти«Никанор–Нова».
Практичне значення: Уперше на підставі зібраних даних вивчені якісні показники вугільних пластів l4в, l5 и k6в шахти «Никанор–Нова». Зроблений прогноз їх змін в межах намічаної і відпрацьовуваної частини пласта.
Донецький басейн (Донбас), один з найбільших у світі вугільних басейнів, розташований на території України і Росії. Відкритий в 20–х рр. 18 ст., промислове освоєння з кінця 19 ст. Вугілля кам'яне. Розробка робиться підземним способом. Донбас підрозділяється на 30 вугленосних районів (рис. 1).
1 — Петриківський, 2 — Новомоськовський, 3 — Петропавловський, 4 — Південно–Донбасский, 5 — Красноармейський, 6 — Донецько–Макіївський, 7 — Амвросиевський, 8 — Торезсько–Снежнянський; 9 — Центральный, 10 — Північно–західні окраїни Донбасу; 11 — Старобельська площа, 12 — Лисичанський; 13 — Алмазно–Марьївський; 14 — Селезневський, 15 — Луганський, 16 — Краснодон; 17 — Ореховський; 18 — Боково–Хрустальський; 19 — Должансько–Ровенеський; 20 — Миуський, 21 — Шахтинський–Несвитаевський; 22 — Задонський, 23 — Сулина–Садкинський; 24 — Гуково–Зверевський; 25 — Червонодонецький; 26 — Каменсько–Гундоровський; 27 — Билокалитвенський; 28 — Тадинський; 29 — Милеровський; 30 — Цимлянський.
У Донбасі за більш ніж 200–річну історію видобутку вугілля накопичилося багато екологічних проблем. Проблема побутового і промислового використання вугілля Донецького басейну в першу чергу пов'язана з його якістю. У різних галузях промисловості є свої вимоги, що пред'являються до якості вугілля. Відхилення від норми деяких показників впливає на вартість і навіть сферу застосування вугілля.
До одних з важливих показників качетсва вугілля відносяться зольність і сірчистість вугілля.
Зольність — відношення (у%) маси неорганічного залишку (золи), що отримано після повного згорання вугілля, до одиниці маси дослідженої проби. Розрізняють внутрішню і зовнішню золи. Внутрішня («материнська») зона утворюється за рахунок неорганічних компонентів, пов'язаних з органічною масою вугілля, при підвищеному тонкодисперсному розподілі мінеральних домішок в органічній речовині вугілля «материнська» зольність досягає декількох десятків процентів. Це обумовлює перехід вугілля у вуглисті породи. Зовнішня зола утворюється за рахунок мінеральних включень, що містяться у вугіллі, а також внутришньопластових і вміщуючих породах, що засмічують вугілля при здобичі.
Зола складається з продуктів окислення і випалення золоформуючих компонентів вугілля, а також деякій кількості не вигорілих органічних компонентів [5, 8].
Гранична зольність Аd вугілля для більшості напрямів використання 25 — 37,5%. Кондиціями, що діють встановлена верхня межа допустимої зольності в окремих пластоперетинанях для балансових запасів вугілля марок Д і Г — 35%; Ж, К и ОС 40%; Т, А — 30%. Вугілля з більше високими показниками зольностьи відноситься до забалансового. При зольності більше 45% порода розглядається вже не як вугілля, а як вуглистий сланець.
Серед донецького вугілля переважає вугілля з підвищеною зольністю (Аd 15 — 20%), і майже усе вугілля вимагають збагачення. Малозольні вугілля(Аd < 8%) відносно широко поширено в нижньому карбоні; у середньому карбоні вони зустрічаються лише в одиничних пластах. Конкретних закономірностей в зміні зольності вугілля у басейні немає [4].
Сірчистість дуже важливий показник вугілля, що визначає можливість використання його для виробництва металургійного коксу, а також для спалювання на великих теплових електростанціях. Масова доля загальної сірки у вугіллі коливається в широких межах (0,1 — 11%). За величиною Sdзаг вугілля розділяється на низькосірчисті(до 1,5%), средннесернистые (1,5 — 2,5%), сірчисте (2,5 — 4%) і високосірчисті (більше 4%). Сірка входить до складу органічної речовини і мінеральної частини вугілля, іноді є присутньою як елементарна. Виділяють різновиду сірки : органічну Sо, сульфідну SS (пов'язану в основному з дисульфід заліза) і сульфатну SSO4 (з сульфатами кальцію, заліза і інших металів). Масова доля різновидів сірки визначається тільки при необхідності отримання повної характеристики сірчистості вугілля [7, 8].
При спалюванні і газифікації вугілля велика частина сірки, що міститься в них переходить в газоподібні з'єднання, відповідно, в SO2(з невеликою домішкою SO3) і в H2S. При коксуванні і полукоксовании в газоподібні продукти переходить менша частина — до 45% первинної долі загальної сірки. Летка сірка забруднює довкілля, корродирует поверхні апаратура, нелетка сірка переходить в кокс, погіршуючи його якість і збільшуючи витрату при виплавці чавуну [5].
Для коксування і спалювання на ТЭС небажана присутність вугілля з сіркою (Sdоб) більше 2,5 — 3,0%. Вугілля зі змістом сірки більше 4,5% для коксування, як правило, не допускається. У Донецькому басейні переважає сірчисте вугілля (Sdоб 2,5 — 3,5%). У дуже небагатьох пластах невисокий зміст сірки зберігається на площі цілого району. Частіше такі пласти зустрічаються в південно-західній частині басейну(Донецько–макіївський і Червоноармійський райони) [4].
Розглянемо проблеми якості вугілля Донасса на прикладі шахти «Никанор–Нова ДП Луганськвугілля».
Шахта «Никанор–Нова» розташовується в межах Селезневского вугленосного району, який тягнеться із заходу на схід від ст. Дебальцево до с. Иллирия; загальна протяжність його 45 км, ширина — 15 км і входить до складу ДП «Луганськвугілля». Центром району є р. Паризька Комуна, в північно–східній частині розташований р. Коммунарск. Основними видами промисловості в районі є вуглевидобувна і металургійна; незначна питома вага в економіці займає сільське господарство [2].
У структурному відношенні, оцінювана площа знаходиться на південному крилі Селезневской синкліналі, поблизу її переходу у Бахмутскую улоговину. Кути падіння переважно пологі (5 — 15°).
Шахта «Никанор–Нова» розробляє вугільні пласти l4в, l5 и k6в. Марка вугілля — Т. На полі шахти виявлена велика кількість мелкоамплитудных порушень. Розподіл їх по площі нерівномірний. Максимальна їх кількість виявлена по пластах l6в , l4в, l5, на північній ділянці, розташованій між двома великими тектонічними порушеннями: Подовжнім надвигом і II–им подовжнім надвигом.
Особливо сильно порушені породи в зоні впливу тектонічних порушень. Як показав досвід експлуатації родовища, тут з причини сильної дробленности, зміни кутів падіння, інтенсивного обвалення вміщуючих порід, відробіток вугільних пластів практично неможливий.
За змістом сірки на площі балансових запасів вугілля відноситься до середньосiрнистим і пiвишеносiрнистим [1].
Нами були випробувані пласти l4в, l5 и k6в, кількість проб 21, 23 і 57 відповідно. Аналізи були виконані в лабораторіях ПО «Укрвуглегеологія». Отримані результати приведені в таблиці 1.
Для порівняння узяті показники якості вугілля шахт ДП«Луганськвугілля» («Белореченська», «Вергелевська», імені 19–го Партз'їзду, імені Артема, імені Кірова, «Україна», «Черкаська»).
Були досліджені і вивчені зольність і сірчистість вказаних вище шахт.
|
Статистичні показники |
Зольність (А) |
Сірчистість (S) |
|
пласт l4в |
||
|
min |
4,9 |
1,4 |
|
max |
31,7 |
4,3 |
|
середнє |
13,0942857 |
2,854286 |
|
пласт l5 |
||
|
min |
4,3 |
2,06 |
|
max |
35,6 |
4,9 |
|
середнє |
22,4334783 |
3,080435 |
|
пласт k6в |
||
|
min |
6,5 |
1 |
|
max |
35,3 |
29 |
|
середнє |
14,2396491 |
5,100357 |
Дані були оброблені на ЕОМ за допомогою програм Microsoft Excel(зокрема додаток Attastat), Surfer 8.
Для пластів l4в, l5 и k6в шахти «Никанор–Нова» побудована гістограма зміни показників зольності і сірчистості(рис. 2 — 4).
По пласту l4в значення зольності(Ad) коливаються в межах 4,9 — 31,7%, середнє значення — 13,1%, сірчистість (Sd) 1,4 — 4,3%, середнє 2,85.
По пласту l5 значення зольності(Ad) коливаються в межах 4,3 — 35,6%, среднє значення 22,43%, сірчистість (Sd) 2,06 — 4,9%, среднє 3,08%.
По пласту k6в значення зольності(Ad) коливаються в межах 6,5 — 35,3%, среднє значення 14,24%, сірчистість (Sd) 1 — 29,0%, среднє 5,1%.
Найбільші значення зольності спостерігаються у вугіллі пласта l5 (среднє 22,43%), сірчистості — у вугіллі пласта k6в. Тому для них побудовані карти просторового розподілу цих показників (рис. 5 — 6).
Вугілля пласта l5 з вмістом золи більше 28% списані з відробітку як недоцільні. Найімовірніше великий вміст золи пояснюється наявністю у вугіллі великої кількості неорганічних мікрокомпонентів у вигляді тонких шарів, які неможливо виділити при бурінні.
Високий вміст сірки найімовірніше пов'язаний з тим, що пласт k6в має двохпачкову будову і містить порідні прошари, потужністю до 15 см.
Значення зольності і сірчистості вугілля з середніми значеннями по інших шахтах ДП «Луганськвугілля» приведені у таблиці 2 і на рисунку 7.
|
Шахта |
пласт |
||||||||
|
k6в |
l5 |
l4в |
|||||||
|
марка |
А |
S |
марка |
А |
S |
марка |
А |
S |
|
|
«Белореченська» |
Г |
11,0-24,6 |
3,9-7,6 |
Г |
29,4 |
4,0 |
Г |
7,2-23,9 |
1,5-5,0 |
|
«Вергелевська» |
|
|
|
К,
Т |
13-24 |
2,3-3,5 |
Ж,
Т |
13-31 |
2,4-4,4 |
|
Імені 19 Партз’їзду |
Г |
11,0-24,6 |
3,9-7,6 |
|
|
|
Ж,
Т |
13-31 |
2,4-4,4 |
|
імені Артема |
Т |
7,2-10,3 |
0,8-1,2 |
Т |
15,8-23 |
4,0-4,6 |
Т,
ПА |
6,3-17 |
3-5 |
|
Імені Кірова |
Г |
10-16 |
3,8-4,5 |
|
|
|
|
|
|
|
«Україна» |
Т |
21,8-38 |
1,6-2,1 |
Т |
15,8-23 |
4,0-4,6 |
Т,
ПА |
6,3-17 |
3-5 |
|
«Черкаська» |
Г |
11,0-24,6 |
3,9-7,6 |
Г |
29,4 |
4,0 |
Г |
7,7-24,3 |
1,9-3,0 |
|
среднє |
|
17,5 |
4,04 |
|
21,7 |
3,9 |
|
16,5 |
2,8 |
Порівнюючи якісні характеристики шахт можна сказати, що значення зольності і сірчистості по шахті «Никанор-Нова» схожі зі значеннями по інших шахтах ДП «Луганськвугілля», входять в межі середнього змісту в Донбасі.
Високий вміст золи і сірки у вугіллі Донбасу впливає не лише на експортний потенціал вугілля, але і на довкілля. Це позначається на грунті, зокрема сільськогосподарських угіддях(при видобутку вугілля, складування відходів вуглевидобування), атмосфері(спалювання вугілля), водних об'єктах, а також на життєдіяльності людини [3].