Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сырьевая база угольной промышленности Центрального Казахстана

На государственном балансе по состоянию на 01.01.2004 г. числится 127 месторождений угля с общими запасами 30, 136 млрд. т., из них 23,871 млрд. т. утверждены по категориям А+В+С 1 и С 2. Разведанные запасы сосредоточены в Карагандинском, Экибастузском и Майкубенском бассейнах, а также на месторождениях Шубарколь, Кушокы, Борлы, Самарское, Завьяловское, Жалын, Киякты. Из числящихся на балансе месторождений находятся в отработке 32, 95 месторождений - свободно от недропользования.

1.1 Карагандинская область

Карагандинский угольный бассейн является уникальным по качеству и запасам коксующихся и бурых углей. Бассейн расположен в пределах центральной части одноименного синклинория и вытянут в широтном направлении на 120 км, ширина 30-60 км, площадь 3000 км 2. Каменноугольные отложения приурочены к трем синклиналям - Карагандинской, Верхнесокурской и Шерубайнуринской, разделенным Майкудукским и Алабасским поднятиями. Общие запасы, числящиеся на балансе, составляют 7,977 млрд. т., в том числе балансовые запасы категорий А+В+С 1 - 7,191 млрд. т., С 2 - 785,9 млн. т. и 3,772 млрд. т. забалансовые. Запасы каменных углей разведаны до глубины 600 м, на отдельных площадях - до 800-1200 м.



Рисунок 1. Карта карагандинского угольного бассейна.

Угли карагандинской свиты на большей части бассейна относятся к коксовым, частично к коксовым жирным и относительно-спекающимся. Угли долинской и тентекской свит газовые, жирные и газовые. Юрские угли бассейна принадлежат к бурым углям.

Все карбоновые угли бассейна относятся к гумусовым с хорошо выраженнойполосчатостью, обусловленной чередованием блестящих и матовых разностей.

Средние показатели качества рядового товарного угля: влажность - 8-10%, зольность - 30%, содержание серы - 0,9-1,0%, удельная теплота сгорания - 21 МДж/кг. Бурые угли юрского возраста относятся также к гумусовым, сложены преимущественно полублестящими и блестящими линотипами, имеют в среднем: влажность - 16%, зольность - 25%, содержание серы - 0,6-1,0%.

В бассейне эксплуатируются 8 шахт, принадлежащие Угольному Департаменту ОАО «Испат-Кармет», 6 шахт - отечественным инвесторам и несколько мелких карьеров. Объем добычи по шахтам ОАО «Испат-Кармет» составил: в 2003 году - 10866 тыс. т. Суммарный объем добычи по остальным предприятиям составляет 600-700 тыс. т. ежегодно, в том числе коксующихся углей 569 тыс. т. По состоянию на 01.01.2004 года на балансе действующих предприятий числится 1558,2 млн. т. угля. Эти запасы обеспечивают стабильную работу предприятий при ежегодных объемах добычи на уровне 10-11 млн. т. на 150 лет. Кроме того, числятся на балансе запасы по неэксплуатируемым участкам по категориям А+В+С 1 в количестве 5429,3 млн. т. и по С 2 - 784,9 млн. т.

В западной части Карагандинского синклинория, в 70-90 км от г. Караганды, находятся Самарское и Завьяловское месторождения, которые не отрабатываются и стоят в резерве. По качеству угли Самарского месторождения близки к карагандинским. Содержание серы в углях карагандинской свиты колеблется в пределах 1,5-2,5%, в углях долинской - 2-3%. Содержание фосфора не превышает 0,1%. Коксуемость углей хорошая. Месторождение характеризуется благоприятными горно-геологическими условиями отработки. Общие запасы углей Самарского месторождения до глубины 1800 м оцениваются в 1305 млн. т., в том числе разведанные и учтенные государственным балансом 307,8 млн. т. Все запасы углей пригодны для коксования. Аналогичными качественными и горно-геологическими условиями отработки характеризуются угли Завьяловского месторождения. Однако пласты месторождения менее выдержаны по мощности и простиранию. Из выявленных разведкой 34 угольных пластов только 5 имеют рабочую мощность от 0,7 до 3,3 м.

Запасы углей Завьяловского месторождения до глубины 1500 м оцениваются в 522 млн. т, государственным балансом учтены 339,3 млн. т, значительная часть которых пригодна для коксования.

В северо-восточной части области находятся два месторождения - Кушокы и Борлы, расположенные соответственно в 55 и 116 км от областного центра. Они характеризуются сходным геологическим строением и условиями залегания угольных пластов. Они сложены карбонатными отложениями фаменского, турнейского и визейского ярусов.

Угленосность на месторождениях связана с отложениями карагандинской и ашлярикской свит. Всего на месторождениях насчитывается до 13 угольных пластов суммарной мощностью 75 м на Борлах и 49 м на месторождении Кушокы.

По качеству угли каменные, гумусовые. Сложены матовыми и полуматовыми разностями. Угли пластов малосернистые и малофосфористые. Угли по качеству близки к экибастузским и используются только как энергетические.

Кроме вышеуказанных месторождений, в Карагандинской области разведаны и числятся на балансе запасы месторождений Жалын и Киякты.

2. Общие сведения о месторождении

2.1 Месторождение «Борлы»

Каменноугольное месторождение «Борлы» расположено в степях Осакаровского района Карагандинской области в 116 километрах от Караганды. Разрез является структурным подразделением УД «Борлы», входяшего в состав корпорации «Казахмыс». Месторождения характеризуются благоприятными горно-геологическими условиями. Балансовые запасы на месторождении Борлы составляют 408,8 млн. т., большая часть из которых находятся в проектных контурах отработки. Достигнутая производительность разреза в 2003 году составила 5,17 млн. т., обеспеченность запасами промышленных категорий 70 лет.

Обеспеченность запасами в контурах действующего кушокинского разреза незначительна - 27,5 млн. т, срок службы не превышает 10 лет. Его можно продлить за счет ввода в эксплуатацию резервных участков №3-5, по которым числятся балансовые запасы углей в количестве 84,4 млн. т. и забалансовые - 146,9 млн. т. Кроме того, на площади месторождения имеются забалансовые запасы угольных пластов в количестве 417,0 млн. т.

На разрезе добываются энергетические угли со средней зольностью по месторождению - 46%, показатель теплотворности - 3472 ккал/кг нат. топлива.

В месторождение «Борлы» входит два разреза - «Молодежный» и «Куучекинский». Месторождение, на котором добывается энергетический уголь, разрабатывается с 1984 года. Проектная мощность более крупного разреза «Молодежный» - 10 млн тонн угля в год. В 1997 - начале 1998 года управляющая компания Samsung довела добычу угля на месторождении до 6 млн тонн.

2.2 История освоения месторождения «Борлы»

Открыто месторождение еще в конце XIX века. С 1896 года началась в небольших объемах его разработка сначала русским купцом Деровым, затем Управлением Южно-Сибирской железной дороги, в начале 30-х годов - стационарной геологоразведочной партией, и позднее, вплоть до 1949 года - совхозами. Всего из карьера было добыто около 10 тысяч тонн угля.

В начале 80-ых годов по инициативе генерального директора производственного объединения «Карагандауголь» Н.А. Дрижда институтом «Карагандагипрошахт» были сделаны проектные проработки (главный инженер проекта Р.И. Ридель) по увеличению добычи энергетического угля открытым способом. При этом рассматривались варианты строительства угольных разрезов на буроугольных месторождениях Верхне-Сокурском и Дубовском, и каменноугольном - Борлы. Несмотря на довольно низкое качество угля, предпочтение было отдано месторождению Борлы, где горно-геологические условия и значительные запасы позволяли построить карьер большой мощности. Кроме того, месторождение Борлы располагается в освоенном районе, где уже действовал разрез «Куу-Чекинский», были проложены подъездные дороги, построен благоустроенный рабочий поселок.

Детальная разведка месторождения «Борлы» была проведена Гапеевской экспедицией в 1979-1981 годы. Были выявлены три угольных горизонта со средней мощностью пластов 8,8; 22,3 и 26,6 м и угленасыщенностью соответственно 25, 65 и 65%. Средний коэффициент вскрыши составляет 2,0 мі/т. Максимальная глубина залегания пластов составляет 225 м. Угли труднообогатимые с зольностью от 39 до 47% пригодные к использованию только в качестве энергетического топлива.
Балансовые запасы угля месторождения «Борлы» составляли свыше 450 млн. тонн.

4 февраля 1980 года машинист экскаватора А.Л. Курин вынул и отгрузил первый ковш угля. Этот день считается началом работы разведочно-эксплуатационного участка «Борлы». С начала эксплуатации месторождения «Борлы» здесь добыто более 119 млн. тонн энергетического угля, при этом извлечено и отправлено в отвалы около 200 млн. кубометров вскрышной породы. Коэффициент вскрыши составил - 1,7.

2.3 Исторические сведения о разрезе «Молодежный» месторождения «Борлы»

По предварительной раскройке 1979-1981 годов, выполненной институтом «Карагандагипрошахт», на месторождении возможно строительство угольного разреза мощностью 10 млн. тонн в год. Строительство его первой очереди, названной разрезом «Молодежный», на мощность 5 млн. тонн в год, было начато в конце 1980 года одновременно с проводимой детальной разведкой.

1 апреля 1980 года на базе месторождения «Борлы» образован угольный разрез «Молодежный», как самостоятельное предприятие, входящее в состав ПО «Карагандауголь». Первым директором разреза «Молодежный» был назначен Г.Х. Цой, главным инженером - И.Л. Зиньковский.

Уже в 1981-м году было добыто 2 миллиона тонн угля. Помимо самого разреза «Молодежный» в сжатые сроки был построен жилой поселок, железная дорога, станция «Борлы», электроподстанция, угольный склад, приемные бункера, очистные сооружения и пр. Проектную мощность разрез освоил в 1988 году, когда было добыто 5011,5 тыс. тонн. Среднемесячная производительность труда рабочего по добыче - 730 тонн. Коэффициент вскрыши - 2,34 мі/т. Зольность добытого угля - 45,1%.

В 1991 году для дальнейшего поддержания мощности на достигнутом уровне был выполнен проект вскрытия и подготовки горизонта +330 м, которым предусматривалось завершение строительства железнодорожного вскрышного комплекса. В перспективе возможно расширение разреза до 10 млн. тонн в год.

С 1 июля 1997 года разрез «Молодежный» вошел в состав ГАООТ «Борлы» под управлением АО «Корпорация Казахмыс». Объемы добычи угля в 2010 году составили 1 232 тыс. тонн.

2.4 Общие сведения о разрезе «Молодежный»

Бассейн расположен в широтной, вытянутой впадине, заполненной триасово-юрским, и перекрытой кайнозойскими отложениями. Триасово-юрские отложения представлены грубообломочными породами, песчаниками, алевритами, углями и аргиллитами, расчленёнными на свиты: ащыкольскую (мощность 200-750 м), талдыкольскую (170-340 м), шоптыкольскую (260-290 м), жиренкольскую (до 100 м). Угленосные отложения образуют крупную синклинальную структуру, вытянутую в широтном направлении на 70 км, при максимальной ширине 20 км, осложнённую двумя системами разрывных нарушений и рядом складок второго и третьего порядков.

Залегание угольных пластов пологое (3-5°, полого погружаются в северном направлении), в местах осложнения до 10°. Основная угленосность связана с отложениями шоптыкольской и жиренкольской свит (горизонты II-III и I-III, пласты Ж-1 и Ж-2), мощность пластов 2 - 48 м, средняя - 5-12,5 м. Общий коэффициент угленосности 6,5%, промышленный - 4,5%. Угли Шоптыкольское месторождение разрабатывают с 1934. Добыча 0,19 млн. т (1984). Уголь используется предприятиями Минцветмета CCCP и совхозами Павлодарской области. На месторождении освоен участок для строительства углеразреза на 20 млн. т в год.

В таблице 1 представлены основные показатели добываемого угля на разрезе «Молодежный» месторождения «Борлы».

Таблица 1. Показатели Разрез «Молодежный»

Марка	КЖ
Класс, мм	0-300
Зольность(средняя), %	46,0
Влага (предельная), %	9,0
Сера (предельная), %	0,8
Теплота сгорания(средняя), ккал/кг	3500
Выход летучих веществ, %	30-35
Толщина пластического слоя, мм	16-25
Пластометрическая усадка, мм	30-35
Коэффициент размолоспособности	1,35
Температура плавления золы, С	t 1280 t >1500 t > 1500
Химический состав золы, % SiO ALO FeO CaO MgO TiO SO PO KO NaO	65.0 30.30 1.10 0.30 0.20 1.20 0.35 0.65 0.20 0.20

2.5 Применяемое оборудование

В настоящее время разрез является структурным подразделением угольного департамента «Борлы» филиала ТОО «Корпорация Казахмыс». С приходом нового инвестора началось обновление техники. И это дало результаты. Если в первый год было добыто 3,7 млн. тонн угля, то в 2005 году добыча угля составила уже 5,7 млн. тонн. С углублением горных работ неизбежно растет и коэффициент вскрыши, значительно возросли объемы вскрышных работ. Для нарезки траншей и уступов применялись одноковшовые экскаваторы ЭКГ-5а, ЭКГ-8И, вывозку породы и угля производили автомобилями «БелАЗ» грузоподъемностью 27; 40 и 120 тонн

Сегодня на разрезе используются современная технология и техника. Для транспортировки угля, породы вскрыши применяются карьерные автосамосвалы САТ-777D производства США, а также белорусские - БелАЗ-7555Д. и БелАЗ-75131. Уже получена и собрана мощной буровой установки ДМЛ канадской фирмы «Ингерсон», которая позволяет бурить на глубину до 50 метров.

Инвестиционной программой 2007 года предусмотрено также приобретение одиннадцатикубового экскаватора ВОNN-16007 (Китай) с обратной лопатой.

Приобретен 40-тонный автокран СКАТ на базе КамАЗа и 3 автобуса для перевозки рабочих. Также используются автосамосвалы БелАЗ-75131 грузоподъемностью 131 тонна.

В конце 2007 года на разрез поставлены мощный бульдозер Т-35, погрузчик, седельный тягач КамАЗ, вахтовый автомобиль, топливозаправщик и зарядная машина.

Применение новой техники позволяет из года в год увеличивать производительность труда рабочего разреза. Если в 1997 году среднемесячная производительность труда рабочего составляла 213,2 тонны, то в 2006 году - 571 тонну. Производительность труда выросла в 2,7 раза.

3. Экспериментальная часть

Для выявления качественных характеристик углей месторождения «Борлы» разреза «Молодежный» марки КЖ были проведены следующие лабораторные опыты:

- определение влаги углей;

- определение зольности углей;

- определение выхода летучих веществ;

- ускоренное определение удельного веса углей.

3.1 Определение влаги углей

угольный месторождение промышленность

Сущность метода определения содержания влаги заключается в высушивании (при температуре 102-105⁰С) навески топлива в сушильном шкафу до постоянного веса и вычислении потери в весе взятой навески топлива. Весовые стаканчики должны быть с плотно притертыми крышками.

Стаканчики с навесками топлива помещают в предварительно нагретый сушильный шкаф и сушат в течение 1-2 часа. Затем стаканчики с топливом вынимают из шкафа, охлаждают сначала на воздухе в течение 2 мин, а затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают.

Во время сушки в шкафу стаканчики с топливом должны быть с полуоткрытыми крышками, а при охлаждении и взвешивании закрытыми.

Вычисление результатов испытания:

Убыль в весе при высушивании топлива находят по формуле:

G₁= m₁ - mІ, где (1)

m₁ - масса начальной навески топлива, г;

mІ - масса топлива после высушивания.

Содержание всей влаги в топливе в процентах вычисляют по формуле:

W=, где (2)

G₁ - убыль в весе при высушивании топлива, г;

G - навеска топлива, г.

Уголь маркиКЖ: G=m₁= 1,8 г

mІ= 1,65 г.

По формуле (1) рассчитываем убыль в весе при высушивании топлива:

G₁ = 1,8 - 1,65= 0,15 г.

По формуле (2) рассчитываем содержание всей влаги в топливе в процентах:

W==8,34%

3.2 Определение зольности углей

Для определения зольности углей использовали метод быстрого озоления. Сущность метода быстрого озоления заключается в том, что разогревают муфельную печь до температуры 800+25⁰, помещают фарфоровые лодочки с навесками топлива. Прокаливают в течение 40 минут. По окончании прокаливания лодочки с зольным остатком вынимают из муфельной печи, охлаждают на воздухе, затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают.

Вычисление результатов испытания:

Зольность аналитической пробы топлива вычисляется в процентах по формуле:

А=, где (3)

G₁ - вес зольного остатка, г;

G - навеска топлива.

Уголь марки К: G=0,9305 г.

G₁=1,9376 г.

По формуле (3) рассчитываем зольность топлива:

А= = 48,0234%

3.3 Определение выхода летучих веществ

Сущность метода заключается в нагревании 2г навески топлива в закрытом крышкой фарфоровом тигле при температуре 850+25⁰С в муфельной печи в течение 7 минут.

Вычисление результатов испытания:

Убыль в весе тигля с навеской рассчитывается по формуле:

G₁=m₁-mІ, где (4)

m₁ - масса навески топлива до испытания, г;

mІ - масса навески топлива после испытания, г.

Выход летучих веществ в аналитической пробе топлива в процентах вычисляют по формулам:

V^a=() - W^а, где (5)

G₁ - убыль в весе тигля с навеской топлива;

G - навеска топлива, г;

W^а - содержание влаги в испытуемой аналитической пробе.

Уголь марки К: G=m₁=1,9995 г.

mІ=0,9993 г.

Убыль в весе тигля рассчитываем по формуле (4):

G₁=1,9995 - 0,9993= 1,0002 г.

Выход летучих веществ рассчитываем по формуле (5):

Va=

3.4 Ускоренное определение удельного веса углей

Опыт проводили в волюменометре - стеклянный сосуд с длинной шейкой, которая градуируется с точностью до 0,1 мл.

Сущность метода заключается в следующем: в волюменометр заливается жидкость (керосин, бензол) и насыпается навеска угля. Выдерживается в термостате в течение 20 минут. Отмеряем уровень жидкости в шейке волюменометра. По разности уровня жидкости до засыпания навески и после определяют объем плотной массы навески топлива. Делением веса навески на ее объем получают удельный вес угля испытываемой пробы.

Вычисление результатов испытания:

Убыль в объеме вычисляется по формуле:

V= V₂ - V₁, где (6)

V1 - объем жидкости до отстаивания, мл;

V2 - объем жидкости после отстаивания, мл;

Удельную плотность рассчитываем по формуле:

с= , где (7)

m - масса навески, г;

V - объем жидкости, мл;

Уголь марки К: m=1 г;

V₁=20 мл;

V₂=20,78 мл;

Рассчитываем по формуле (6) убыль в объеме:

V = 20,78 - 20 = 0,78 (мл)

Удельную плотность рассчитываем по формуле (7):

с = 1,29 г./мл

Заключение

Таблица 2. Сравнительная таблица качественных характеристик углей

Показатели	Марка КЖ
	Литературные данные	Экспериментальные данные
Массовая доля общей влаги, %	9	8,34
Зольность углей (Ad), %	46,0	48,02
Выход летучих веществ (Vdaf), %	30-35	41
Удельный вес, г/мл	1,29-1,35	1,29

угольный месторождение промышленность

Проведя сравнительный анализ между результатами полученными в ходе экспериментов и литературными данными можно сделать вывод что, показатели влаги, зольности и выхода летучих веществ не совпадают с литературными данными.

Полученные результаты по определению влаги угля марки КЖ отличаются от литературных, в которых влажность составляет 9%, а эксперементальные составляют 8,34%. Различие может быть вызвано недопросушиванием угля в сушильном шкафу, соответственно навеска не до конца просушилась. Возможно условия хранения в лаборатории не сответсвуют условиям хранения в масштабах добычи угля при определении его влаги.

Сравнивая полученные результаты в ходе вычисления показателя зольности для углей марки КЖ с литературными данными, которые составляют 46% и отличаются от полученных данных на 2%, следует вывод, что показатель экспериментальных данных для угля марки КЖ не совпадает с литературными данными. Это может объясняться несоблюдением технологии эксперимента. Уголь мог не догореть в муфельной печи. Также минеральные примеси могли попасть в навеску при измельчении угля.

Из сравнительных характеристик углей, приведенных в таблице 2 так же видно, что при сравнении экспериментальных значений показателей выхода летучих веществ с литературными данными наблюдается несоответствие. Различие может быть вызвано неправильными условиями хранения, которое могло вызвать его окисление, или не точным соблюдением методики эксперимента.

Экспериментальные данные в ходе определения удельного веса углей соответствуют показателям, приведенным в литературных источниках. Это объясняется полным соответствием методики проведения опыта, точным взвешиванием навески топлива, точно отмерен объем керосина.

В итоге, при сравнении экспериментальных показателей определения качественных характеристик углей с литературными данными, в большинстве случаев, они не соответствуют литературным данным. Отклонения могли быть вызваны неполным следованиям технологии проведения экспериментов, неточностями измерения, взвешивания, загрязнением проб углей, неверными условиями хранения. По полученным данным в полной мере нельзя судить о качестве угля марки КЖ месторождения «Борлы» разреза «Молодежный».

Размещено на Allbest.ru

...