АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МАРОЧНОГО СОСТАВА УГЛЯ

ФИЛАТОВА  И.В.

Донецький національний технічний університет

В статье рассмотрены вопросы анализа изменения показателей марочного состава углей, выполненного на основании изучения материалов ПО «Укруглегеология», данных кернового опробования по скважинам и проб в горных выработках.

 Существующая в угольной промышленности устойчивая тенденция к концентрации производства, строительству крупных угледобывающих предприятий требует особенно точной характеристики свойств угольных пластов. Важную роль при этом играет прогноз качества. Практическое использование углей в различных отраслях промышленности отражается в промышленных классификациях углей.

В качестве основного критерия прогноза в практике промышленного использования углей используется маркировка углей. Понятие "марка угля" – в условном названии или в буквенном обозначении разновидности угля отражает комплекс определенных технологических свойств, на которых сказываются в совокупности, как степень метаморфизма, так и вещественный состав [1, 2].

Наиболее сложной частью при определении марочного состава угля является выбор минимального, но достаточного числа показателей, которые обеспечивают возможность и целесообразность применения углей в отраслях промышленности.

Значительная разница в количестве классификационных показателей опробования на площадях шахтопластов обуславливается тем, что геологоразведочные работы проводятся со значительным разрывом во времени. Показатели марочного состава углей, используемые в промышленных классификациях в течение последних пятидесяти лет изменялись несколько раз (табл. 1).

Таблица 1. Классификационные показатели марочного состава каменных углей Донбасса

Для определения марочной принадлежности каменных углей в бассейновых классификациях долгое время использовались два основных классификационных параметра – выход летучих веществ V^daf (%) и толщина пластического слоя у (мм), что подтверждается данными табл. 1.

Значение V^daf при прогнозе выхода кокса и химических продуктов коксования подтверждается многолетней практикой [2, 3, 4]. Это обстоятельство подтверждается тем, что промышленные классификации стран мира основываются на данном показателе. К достоинствам показателя выхода летучих веществ относится простота, быстрота и достоверность его определения. К недостаткам – его значения искажаются зольностью.

Выход летучих веществ в пересчете на органическую массу тесно связан с толщиной пластического слоя у. Определение выхода летучих веществ и пластометрических показателей не лимитируется.

До настоящего времени отражательная способность витринита определяется в воздухе () и используется для подтверждения степени метаморфизма. Начиная с 1983 года средний показатель отражения витринита R_o (%), используется как классификационный показатель марки, но его применение в промышленных классификациях затрудняется недостаточной точностью его определения [5]. Замеры в воздушной среде отличаются большей простотой, но замеры в иммерсионном масле дают более точные данные, так как производятся при больших увеличениях микроскопа, поэтому количество проб с данной характеристикой незначительно. Точность определения среднего показателя отражения витринита R_o для каменных углей колеблется в пределах 0,06-0,12 % при диапазоне изменения значений данного параметра 0,10-0,20 %. 

Кроме того, R_o не является полностью независимым показателем. Его определение не свободно от влияния петрографического состава и степени восстановленности углей. Маловосстановленные угли имеют более высокие значения R_o по сравнению с восстановленными [3, 4].

Отсутствие анализов среднего показателя отражения витринита в комплексах прошлых лет компенсируется использованием расчетных значений по корреляционным связям с традиционными показателями. Расчет среднего показателя отражения витринита R_o производится по уравнениям связи [6]:

-        для каменных углей производится по выходу летучих веществ:

;                                        (1)

-        для антрацитов по выходу летучих веществ и удельному электросопротивлению и плотности органического вещества:

,                                          (2)

.                                         (3)

ГОСТом 8180-56 в качестве классификационного показателя вводится теплота сгорания Q_s^daf (МДж/кг), отражающая степень метаморфизма, элементарный состав и генетический тип углей. Теплота сгорания используется для сопоставления марок между собой и является классификационным показателем слабометаморфизованных и окисленных углей.

Индекс Рога RI (%) характеризует способность угля образовывать спекшийся кокс различной прочности при коксовании. Индекс Рога используется в промышленных классификациях, начиная с 1975 года, и дает хорошие результаты при исследованиях углей марок ОС и Т.

С 1996 года (ДСТУ 3472-96), в соответствии с единой классификацией углей Украины [7] по степени метаморфизма и технологическим свойствам основными классификационными параметрами марки угля являются средний показатель отражения витринита R₀, выход летучих веществ V^daf, толщина пластического слоя y, индекс Рога RI и теплота сгорания Q_s^daf. Согласно [7] выделяют девять марок углей: бурые (Б), длиннопламенные (Д), длиннопламенные газовые (ДГ), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощенные спекающиеся (ОС), тощие (Т) и антрациты (А).

Определяющим фактором в формировании свойств углей Донбасса является степень их восстановленности. При близких значениях среднего показателя отражения витринита и петрографического состава угли Донбасса разной степени восстановленности обладают резко различными технологическими свойствами. В качестве примера углей с низкой степенью восстановленности приведены показатели по пласту d₄ участка "Красноармейский Западный №2-3". Так, толщина пластического слоя для данного пласта колеблется в пределах от 0 до 25 мм, выход летучих веществ – 15,5-36,8 %, средний показатель отражения витринита – 1,00-2,12 %, теплота сгорания Q_s^daf – 34,1-36,6 МДЖ/кг.

Анализ материалов ПО "Укруглегеология", данных кернового опробования по скважинам и проб в горных выработках различных шахт Донбасса, выполненный по сорока одному шахтопласту, показывает, что наиболее широко в промышленных классификациях углей используется выход летучих веществ V^daf.

Например, по шахте им. В.Н. Бажанова: всего пластопересечений по 8 пластам – 1345, из них показатель V^daf определен по 1344 пластопересечениям, y – по 1118 пластопересечениям, R_o – 19 пластопересечениям; по шахте "Ясиновская Глубокая": всего пластопересечений по 11 пластам – 910, из них показатель V^daf определен по 904 пластопересечениям, y – по 450 пластопересечениям, R_o – 160 пластопересечениям, RI – по 155 пластопересечениям.

Детальность исследования качества угля должна обеспечивать однозначное определение марочного состава углей. Определенное сочетание значений показателей марки угля, согласно ДСТУ 3472-96 [7], служит критерием для отнесения углей к той или иной марке.

На рис.1 приводятся построения границ марочного состава угля по выходу летучих веществ V^daf и толщине пластического слоя у на примере пласта m₃ шахты им. В.Н. Бажанова, по которому нельзя сделать однозначный вывод о положении границы между марками.

– по толщине  пластического слоя у              

Рис. 1. Прохождение границ марочного состава по пласту m₃ шахты  им. В.Н. Бажанова

Границы марок, построенные по пласту m₃ шахты им. В.Н. Бажанова по выходу летучих веществ V^daf и толщине пластического слоя, не совпадают. Из рис.1 видно, что по выходу летучих веществ преобладают запасы марки К, а по толщине пластического слоя – запасы марки Ж. Таким образом, наблюдается неоднозначность в определении марки по данным показателям, что приводит к ошибкам планирования качества и подсчета запасов угля.

Нередко приводит к противоречию принятие решения об оценке степени метаморфизма и технологических свойств угля [7]. Так, значение выхода летучих веществ V^daf, равное 35-36 %, определяет любую марку от длиннопламенных до жирных углей (Д, ДГ, Г, Ж). Этот же показатель, равный 20 %, определяет три марки – К, ОС и Т.

Аналогичная неоднозначность возникает при использовании в качестве критерия выбора среднего показателя отражения витринита R_o (Д+ДГ+Г, Г+Ж, К+ОС+Т) и толщины пластического слоя у (Ж+К). Теплота сгорания Q_S^daf окисленных антрацитов больше 35,2 МДж/кг оценивает угли как тощие угли.

При рассмотрении результатов исследований качественных и классификационных показателей угля наблюдаются большие колебания в их величинах. Во многих случая эти колебания не отражают истинной картины изменчивости под влиянием каких-либо генетических причин, в том числе пространственного изменения вещественного состава угля, степени его метаморфизма или как следствие различной представительности проб. Даже сравнительно небольшие искажения в выходе летучих веществ (2-3%) или в толщине пластического слоя (несколько миллиметров) приводят к ошибке в определении марки. При выводе средних значений показателей или определении закономерностей их изменения предварительно выполняется экспертная оценка характера распределения и при необходимости производится отбраковка.

Например, на шахте "Ясиновская Глубокая" по пласту l₆ величина толщины пластического слоя колеблется от 0 до 33 мм при среднем значении 7,2 мм и стандарте 6,5 мм. Границы между марками ОС и Т по этому показателю в соответствии с [7] равна 6 мм. Для пласта характерны значительные расхождения данных опробования по скважинам и горным работам вблизи границы перехода марок.

                                                                                                а                                                                                      б

в

а – по среднему показателю отражения витринита  R_o, %

б – по толщине пластического слоя y, мм

в – по выходу летучих веществ V^daf,%

 На рис.2 приводятся результаты определения марки угля по пласту l₆ шахты "Ясиновская Глубокая", которые не позволяют, несмотря на поставленную выше задачу, однозначно определить марку угля.

Построение границ марочного состава угля отдельно по каждому показателю (R_o, у и V^daf) не дает возможности однозначно определить марку угля (см.рис.2). Так по среднему показателю отражения витринита выделяются пять зон марочного состава: зона марки К, зона марок ОС+К, зона марок ОС+К+Т, зона Т и зона, в которой марка не определена (незаштрихованная часть). По толщине пластического слоя выделяются следующие марки: К, ОС, Т и зона, в которой марка не определена (незаштрихованная часть).. По выходу летучих веществ выделяются марки К, К+ОС, К+ОС+Т и Т. Границы марочного состава угля, построенные по выходу летучих веществ, не согласуются с границами, построенными по среднему показателю отражения витринита и толщине пластического слоя.

Выводы:

1.      Наиболее широко в промышленных классификациях углей используется выход летучих веществ V^daf.

2.      Наблюдаются противоречия при принятии решения об оценке степени метаморфизма и технологических свойств, что приводит к неоднозначности определения марочного состава угля.

3.      При рассмотрении результатов исследований качественных и классификационных показателей угля наблюдаются большие колебания в их величинах, что приводит к ошибке определения марки угля.

4.      Построение границ марочного состава угля отдельно по отдельным классификационным показателям не  дает возможности однозначно определить марку угля. Нередко границы марочного состава угля, построенные по отдельным показателям, не согласуются между собой.

5.      Для повышения достоверности определения марки угля необходимо создать единую методику построения границ марочного состава углей.

Библиографический список

1.      Миронов К.В. Справочник геолога-угольщика. – М.: Недра, 1982. – 311 с.

2.      Эйдельман Е.Я., Лифшиц М.М. К вопросу о перемаркировке углей Красноармейского района Донбасса // Кокс и химия. – 1978. – №2. – С. 9-11.

3.      Лифшиц М.М. О единой классификации углей СССР // Геологический журнал. – 1981. – №2. – С. 151-153.

4.      Привалов В.Е., Кафтан Ю.С., Еркин Л.И., Ольшанецкий Л.Г. К вопросу о разработке единой промышленной классификации углей СССР // Кокс и химия. – 1978. – №2. – С. 2-6.

5.      Финкельштейн П.К. О несовершенстве параметров единой промышленно-генетической классификации каменных углей СССР // Кокс и химия. – 1984. – №11. – С. 3-6.

6.      Кирюков В.В., Дмитриев А.М., Очкур Н.П. Геолого-промышленная оценка угольных месторождений: Учебное пособие. – Л.: ЛГИ, 1987. – 97 с.

7.       ДСТУ 3472-96. Вугілля буре, кам’яне та антрацит. Класифікація: Держстандарт України. – Київ, 1997. – 5 с.