Петрографический состав и технологические характеристики углей 10, 11 пластов Интинского месторождения (южная часть Печорского бассейна)

Важнейшее значение в топливно-энергетическом комплексе имеет уголь — как энергетический вид топлива. Также немаловажное значение имеет переработка угля для химической промышленности. На сегодняшний день в пределах Печорского угольного бассейна прослеживается отчетливая тенденция уменьшения балансовых запасов за счет интенсивной эксплуатации месторождений, списания нерентабельных запасов с баланса, а также недостаточного внимания к геолого-разведочным работам. В настоящее время особое внимание геологов сосредоточено на поисках энергетических углей высокого качества в южной части Печорского бассейна. Интинское месторождение является одним из основных источников энергетических углей в Печорском бассейне. В границах Интинского угленосного района перспективы подготовки запасов энергетических углей для про- 8

мышленного освоения имеются на прилегающей Чернореченской площади. При рассмотрении вопросов освоения угольных ресурсов немаловажными моментами являются петрографический состав и технологические свойства углей.

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Инта-Кожимского района и местоположение шахты Интинская [2, с дополнениями]: 1 — шахты; 2 — скважины; 3 — обнажения (номера по [4]); индексы (возраст пород): P₁ — нижняя пермь, P₁kzh– кожим-ская свита, P_1–2kr — кожимрудницкая свита, P₂– верхняя пермь, P₂in — интинская свита, P₂p c — печорская серия

Объект исследования

Интинское месторождение расположено в юго-западной части Печорского бассейна между реками Кожым и Малая Инта. Месторождение сложено терригенными породами пермского возраста и при- урочено к крупной синклинальной складке, простирающейся в северовосточном направлении. В рамках данной работы были изучены угли 10го, 11-го пластов интинской свиты, вскрытые в шахте Интинская (рис. 1). Согласно новому стратиграфическому расчленению [5], интинская свита относится к нижней перми.

При изучении состава углей особое внимание уделялось текстурноструктурным особенностям, содержанию микрокомпонентов, их взаимоотношениям и минеральным примесям. По макротекстуре угли характеризуются полосчатым и комплексно-полосчатым сложением, обусловленным чередованием линз витрена и прослоев сложного состава. Угли имеют преимущественно горизонтальную, реже волнистую слоистость. Преобладание полосчатых текстур указывает на резкую смену условий формирования угольных пластов [1]. Вариации изменения блестящих и матовых прослоев, их количество определяют облик углей и их текстурные особенности. Так, по количеству линз витрена (блестящая разновидность) и содержанию минеральной примеси угли разделяются на блестящие, полублестящие, полума-товые и матовые разности. В изученных пластах присутствуют все разности, но преобладают полублестящие и полуматовые угли. В целом угли 10-го, 11-го пластов относятся к зольным. Мощность зольных прослоев составляет от 0.05 до 0.1 м. Общая мощность 10-го и 11-го пластов углей составляет 2.6 и 3.51 м соответственно.

Петрографический состав углей

Проявление различных геологогенетических факторов, участвующих в процессе углеобразования, обуславливает большое разнообразие типов углей. Углеобразование можно представить в виде трехстадийного процесса, последовательно обеспечивающего изменение состава и свойств ископаемых углей. На первой стадии идут био- и геохимические реакции разложения растительных остатков, их гумификация и гелификация. На второй стадии, после перекрытия торфяника минеральными осадками, продолжаются геохимические преобразования, сопровождающиеся удалением воды и газов и переходом коллоида в гель. Третья стадия процесса углеобразования определяется термобарическими факторами, в результате которых происходит изме- нение химического состава, физических свойств и внутреннего строения ископаемых углей [6].

Изучение петрографического состава углей интинской свиты проводилось в отраженном и проходящем свете с использованием аншли-фов и шлифов. Состав углей определяется соотношением трех групп компонентов: витринита (Vt), инертинита (It) и липтинита (Lt), который отражен на рисунке 2. Оно показало, что во всех образцах отмеча- ется высокое содержание витринита (рис. 2, 3), который встречается как в виде основной массы, так и в виде отдельных компонентов, структурного и бесструктурного — теленита и гелинита. Содержание инертинита изменяется от 0 до 50 %. В образ-60

Образцы: пласт 10 - ^ уголь пласт 11 - ф Угопь

100%.

100% 90    80   70   60    50   40   30    20    10

Рис. 2. Петрографический состав углей интинской свиты (Vt — витринит, It —инертинит, Lt — липтинит)

Рис. 3. Фото микрокомпонентов углей: А—Ж, И—Л — проходящий свет; З, М—Р — отраженный свет, без иммерсии; А, К — пласт 11, обр. 9.; Б, М — пласт 10, обр. 6; В, Е, Ж — пласт 11, обр. 21; Г — пласт 10, обр. 5; Д, О — пласт 11, обр. 16; З, Л — пласт 11, обр. 10; И, Р — пласт 11, обр. 13; Н — пласт 10, обр. 17; П — пласт 11, обр. 15.

Условные обозначения: Vt — группа витринита (Vtt — теленит, Vtg — геленит), I — группа инертинита (Itsf — семифюзинит, Itf — фюзинит, Itfg — фунгинит, Itsec — секретинит), Lt — группа липтинита (Ltsp — споринит, Ltr — резинит); Ру — рудные компоненты

цах он распределен неравномерно в виде мелких фрагментов и скоплений в зольных прослоях (рис. 3, 4). Липтинит является второстепенным компонентом, содержание которого колеблется от единичных значений до 5 % (рис. 3, 4). Распределение микрокомпонентов по разрезам угольных пластов не одинаковое. Так, для углей 11-го пласта по сравнению с 10-м отмечаются более высокие содержания компонентов группы инертинита и липтинита (рис. 4).

По результатам петрографического анализа, проведенного компанией ОАО «Интауголь», также отмечается преобладание компонентов группы витринита.

Технологические параметры

Возможность использования углей для тех или иных технологических целей определяется в первую очередь их вещественным составом и комплексом физических свойств, которые формируются в ходе углеобразовательного процесса. Состав углей напрямую зависит от исходного материала, условий накопления и первичного преобразования растительных остатков. Химические параметры углей определяются комплексом технологических исследований. Основными технологическими параметрами являются влажность, зольность, выход летучих веществ, теплота сгорания, сернистость и состав золы.

Угли интинской свиты относятся к зольным и высокозольным (рис. 5). В виду высокой зольности угли 10-го пласта можно отнести к бо-

Химический состав золы 10-го, 11-го пластов Интинского месторождения (данные ОАО «Интауголь»)

Пласты	Тип óãля	Состав золы, %
		SiO 2	Al 2 O 3	Fe 2 O 3	CаO	MgO	SO 3
10	матовый	75.4	17.9	4.5	0.6	1.4	следы
	блестящий	35.0	25.3	11.8	11.85	3.7	9.6
	полóблестящий	61.7	25.4	3.9	1.85	1.3	1.2
11		62.1	26.0	4.2	1.65	2.1	0.9
	полóматовый	36.1	24.8	10.2	12.2	5.1	9.7

лее труднообогатимым, нежели угли 11-го пласта. Высокая (20—32 %) зольность углей обусловлена значительным количеством глинистого вещества (10 %), что также способствует их трудной обогатимости. По химическому составу золы эти угли относятся к кремнистозольным (см. таблицу). Как видно из таблицы, в золе изученных углей преобладает SiO2 (от 35 до 75 %), на втором месте — Al2O3 (от 18 до 26 %), количество Fe2O3 колеблется от 3 до 12 %, CaO — от десятых долей процента до 12 %, MgO — от 1 до 5%, количество SO3 достигает 9.7 %. Угли интинской свиты обладают средней и повышенной сернистостью (от 1.7 до 4.0 %). В углях с содержанием серы до 1 % преобладает сера органическая, более 1 % — пиритная.

Влажность углей интинской свиты изменяется от 3.9 до 10 % (рис. 5). Содержание аналитической влаги в значительной степени зависит от зольности. В изученных углях содержание аналитической влаги зачастую растет с увеличением зольности. Теплота сгорания является основным энергетическим показателем угля. По данным проведенных исследований, низшая теплота сгорания колеблется от 19 до 21 %, высшая — от 26 до 32 % (рис. 5).

Выход летучих веществ в углях колеблется от 24 до 35 % (рис. 5). На средних стадиях метаморфизма выход летучих веществ является хорошим показателем как степени преобразованности, так и спекаемо-сти. Рассмотренные угли относятся

Пласт 10                                                       Пласт 11

Рис. 4. Распределение микрокомпонентов ОВ по разрезу пластов 10, 11

Рис. 5. Технические параметры углей 10-го, 11-го пластов: W a — влага, A d — зольность, V^daf — выход летучих веществ, Q^daf — высшая теплота сгорания, S^d_t — содержание серы

к неспекающимся. При определении плавкости золы различают температуры начала деформации, плавления и жидкоплавкого состояния. Степень плавкости золы определяется по температуре жидкоплавкого состояния. Угли интинской свиты имеют температуру жидкоплавкого состояния от 1180 до 1300 °С, то есть относятся к легко- и среднеплавким. Показатель отражательной способности витринита (R0, ‰) углей составляет 0.6—0.67, что в совокупности с другими техническими показателями соответствует марке «Д» (длиннопламенные угли).

Основные перспективы прироста запасов энергетических углей в Печорском бассейне связаны с разведкой углей интинской свиты на площади наиболее освоенных Воркутского, Воргашорского и Интинского месторождений [7]. Проведенные исследования показывают, что по основным технологическим характеристикам (влажность, зольность, выход летучих компонентов, теплота сгорания и другие) угли Интинского месторождения близки к показателям энергетических углей Воркутского и Воргашорского ме-

Рис. 6. Технические параметры углей интинской свиты по месторождениям Печорского бассейна: W^a — влага, A^d — зольность, V^daf — выход летучих, Q^daf — высшая теплота сгорания; содержание: S^d_t –серы, С^daf — углерода, Н^daf — водорода (составлено по [2] с дополнениями)

сторождений [2] Печорского бассейна (рис. 6). Для всех рассматриваемых месторождений при условии схожего невысокого уровня сернистости углей рассматриваемые интинские пласты отличаются небольшими повышениями показателей теплоты сгорания и выхода летучих веществ, а также меньшими содержаниями зольности.

Выводы

Повышенная зольность углей и сернистость затрудняет процесс их обогащения, что вместе с низкой степенью преобразования органического материала не способствует получению из интинских углей качественного сырья для коксохимического производства. Однако, несмотря на трудную обогатимость углей, из них можно получать малосернистые концентраты, пылеугольные материалы и гиперугли с последующим их использованием в электро-, теплоэнергетике и в металлургии [3, 8]. Интинские угли также пригодны для технологического использования, например в производстве битумов, смолы, воска, а также находят другое применене в химической и текстильной промышленности.

Работа выполнена при поддержке Проекта фундаментальных исследований УрО РАН №12-5-6-016 Арктика, программы Президиума РАН Арктика.