|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Генетическая классификация ископаемых углей
(по Ю.А. Жемчужниковy) Таблица 1
Приведенные в генетической классификации разновидности углей могут быть различно углефицированы, т.е. они могут быть бурыми, каменными, антрацитами. Из имеющегося разнообразия углей в природе преобладающее распро-странение и основное промышленное значение имеют гумиты или гумусо-вые угли, которые слагают основные угольные бассейны и месторождения на земном шape. Липтобиолиты и собственно сапропеллиты образуют мес-торождения очень редко и небольших размеров (кутикуловый липтобиолит, богхед) и встречаются в основном в виде линз, прослоев, иногда маломощ-ных пластов среди гумусовых углей. Сапроколлиты слагают мелких место-рождений, где встречаются в виде маломощных включений в гумусовых углях. 2. Общие сведений об углях В ископаемые углях любого возраста, любого генетического и петрографического типов и на любой степени углефикации всегда различают: органическую часть; неорганическую или минеральную часть; влагу; газы. Органическая часть углей является продуктом преобразования растительных тканей и слагает основную массу ископаемых углей (от 99 до 60%). 0на состоит из углерода, водорода, кислорода, водорода и серы. Опре-делявшая роль принадлежи углероду, содержание которого изменяется от 63 до 98%. С увеличением степени метаморфизма изменяется молекулярное строение органической части углей, чем и обусловлено многообразие их ценных химико- технологических свойств. Неорганическая, или минеральная часть углей различается по характеру распределения, происхождению и вещественному составу. В большинстве случаев минеральные включения представлены прослой-ками вмещающих пород внутри угольного пласта, включениями отдельных обломков горных пород и минералов в угле, а также присутствием в угольном веществе ред-ких, рассеянных и радиоактивных элементов. Источниками минеральных примесей в углах являются неорганические соединений растений- углеобразователей; терригенный материал, приносимый в торфяное болото ветром, водой; минералы, выпадающие из растворов как в процессе формирования угольного вещества, так и после его образования. К настоящему времени в углях встречено более 30 минералов. Некото-рые из них встречаются довольно часто, другие, реже, третьи - в единичных случаях. Наиболее часто в углях присутствуют: так называемое глинистое вещество (минералы группы алюмосиликатов), пирит, кальцит, каолинит, гипс, сидерит, кварц в другие. Количественное содержание в углях редких, рассеянных и радиоактив-ных элементов, как правило, не превышает их кларковых содержаний в земной коре. Однако иногда такие элементы, как германий, уран, галий, достигают промышленных концентраций и извлекаются из углей. Минераль-ные примеси в ископаемых углях являйся не желательной примесью, за иск-лючением редких, рассеянных и радиоактивных элементов, и oт них старают-ся освободится, подвергая угли обогащению по удельному весу (уд. вес углей 1,80 – 1.70). количественное содержание минеральных примесей в углях определяется зольным остатком. Содержание золы в углях (Ас) не должно превышать 40-45%. Если золы больше, то это не уголь, а углистая порода. Следует пояснить, что содержание в углях минеральных примесей, как правило, больше, (на 8-10%), чей золы, гак как при сгорании углей какая-то часть минеральных примесей разлагаемся и улетучивается в виде газов. Влага. Вода всегда присутствует в углях, обуславливай их влажность. Различают влагу: химически связанную или конституционную; абсорбиро-ванную; капиллярную или гигроскопическую, удерживаемую в порах и тре-щинах угольного вещества силами адсорбции. Содержание влаги в углях колеблется от 60 до долей процента и с увеличением степени углефикации содержание ее уменьшается. Газы. В угольном веществе всегда присутствует газ метан (СН4), кото-рый образуется при переходе угля из одной стадии метаморфизма в другую. С увеличением степени метаморфизма угля увеличивается его ультра- и мик-ропористость и образовавшийся метан сорбируемся самим же угольным ве-ществом. Сорбированный газ может быть адсорбированным, т.е. удержива-ться на поверхности угля в виде пленки сгущенного газа на границе двух сред: угли как твердого тела, и газа; абсорбированным в виде твердого рас-твора в угле; хемосорбированным, находящимся в частично обратимой хи-мической связи с углем (медленное течение химических реакций). Основной объем газа в угле находится в адсорбированном состоянии. Чем выше сте-пень мeтaморфизма угля, тем больше уголь может сорбировать метан. Газ может находиться в угле и в свободном состоянии, заполняя макропоры, разнообразные трещины и пустоты в углях. При высоких давлениях уголь может содержать значительные количества метана, до 50-75 м3/т. В углях встречается также углекислый газ, в меньшей степени тяжелые гомологи метана, сероводород, азот, окись углерода, водород и др. При оп-ределенных геологических условиях метан и углекислый газ могут поступать из глубин по разломам. При разработке угольных пластов газы, содержащи-еся в угле, выделяются в рудничную атмосферу и осложняют ведение горных работ. Таким образом ископаемые угли по своим свойствам довольно разнообразны и неравноценны. Для того, чтобы раскрыть причины и закономерно-сти изменения их свойств и определить наиболее рациональные направления их использования, ископаемые угли исследуются петрографическими, хими-ческими и физическими методами. Порядок выполнения работы: 1. Познакомиться в приведенными выше краткими сведениями об осно-вах генетической классификации углей и общими сведениями об углях. 2. Под руководством преподавателя изучить эталонные коллекций тop-фa неодинаковой степени разложения, ископаемых углей различных гене-тических типов (гумиты, липтобиолиты, сапропелиты, сапроколиты, гагат) на буроугольной, каменноугольной и антрацитовой стадиях углефикации. 3. Просмотреть коллекции гумусовых углей с макроскопически различными минеральными примесями.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ Цель работы: 1.Оценить значение химических и химико-технологических показате-лей, на основании которых проводится качественная характеристика углей. 2. Научиться составлять качественную характеристику ископаемых углей по данный элементного и технического анализов.
Химический состав, технологические свойства углей и изменение их в процессе метаморфизма. О химическом составе угля позволяет судить элементный анализ углей, о технологических свойствах - технический анализ. 1.Элементный анализ углей Элементный анализ углей (ГОСТ 2408~49 и 6889-71) заключается в оп-ределении количественного содержания в веществе угля основных элемен-тов: углерода (С), водорода (Н), кислорода (O), азота (N) и серы (S). В сумме они составляют почти 100% органической массы угля (в состав угля иногда входят фосфор и редкие элементы). В связи с тем, что значения элементного анализа искажаются из- эа по-стоянного присутствия в углях минеральной примеси (наличие карбонатов завышает содержание углерода, содержание глинистых минералов- водоро-да), полученные результаты пересчитываются по соответствующим форму-лам на горючую массу (Сг, Нг, Ог, Nг, Sг) или органическую (Со, Но, Оо, Nо, Sо). При содержании в углях более 2% углекислоты в расчетную формулу определения углерода вводится поправка. Углерод. Основная роль в ископаемых углях принадлежит углероду (Сг, Со ), содержание которого с увеличением степени метаморфизма возрастает от 63 до 98% (в бурых углях от 63 до 75%, в каменных от 75 до 90% и в антрацитах от 90 до 98%). В процессе метаморфизма содержание углерода в углях (от бурых до антрацитов) увеличивается неравномерно, в бурых и слабо углефицированных каменных - быстрее, чем в более углефицированных каменных и антрацитах. В петрографических ингредиентах, находящихся на одной и той же ста-дии метаморфизма, содержание углерода, как правило, всегда выше у фюзе-на. При полном сгорании углерода выделяется 8140 кал/г. Водород. Является существенной частью углей. С увеличением степени метаморфизма содержание водорода в углях уменьшается. Гумусовые угли содержат водорода от 6,5 до 0,8%(бурые – 6,5%; каменные от 5 до 3-2% и антрациты от 3-2 до 0,8%). Липтобиолиты и сапропелиты характеризуются повышенными содержаниями водорода: липтобиолиты от 9 до 6%, сапропе-литы от 13 до 7%. Из петрографических ингредиентов, находящихся на одной к той же стадий метаморфизма, наибольшее содержание водорода характерно для витрена. Теплота сгорания водорода 34200 кал/г. Кислород является постоянной нежелательной примесью углей, так как снижает их теплоту сгорания. Содержание кислорода в углях с увеличением степени метаморфизма уменьшается от 30 до I и менее % (бурые- от 30 до 10%, каменные- от 10 до 2, антрациты от 8 до 1 и менее %). Азот присутствует в углях в небольших количествах, не более 8%. Полагают, что с увеличением степени метаморфизма содержание азота в уг-лях увеличивается. В гумусовых углях, липтобиолитах и сапропелитах ко-личество азота колеблется в одинаковых пределах. Сера является нежелательной примесью углей. Общее содержание ее в углях изменяется от долей процентов до 3- 12% (см. ниже, технический ана-лиз углей). Данные элементного анализе углей позволяют судить: I) по количест-венному содержанию водорода о природа угля: гумусовые угли, липтобио-литы, сапропелиты; 2) по содержала углерода, а также соотношению угле-рода и кислорода - о степени метаморфизма (уголь бурый, каменный, антра-цит); 3) пользуясь соответствующими формуламиt по данным элементного анализа можно рассчитать теплому сгорания угля, выход химических про-дуктов коксования, однако элементный анализ не позволяет в достаточной мере определить химико-технологические свойства ископаемых углей. 2.Технический анализ углей. Технический анализ углей производится с целью установления возмо-жности промышленного использования углей (технической оценки) и заклю-чается в определении (в весовых процентах) в углях влаги (W ), золы (А), выхода летучих веществ (V ), коксового остатка (К), серы ( S ), фосфора (Р). показатели технического анализа обозначаются заглавными буквами латинс-кого алфавита. Чтобы придать им большую определенность, при них ставят-ся индексы: верхний, как правило, указывает состояние анализируемого ве-щества; нижний- в одних случаях метод определения (для теплоты сгорания), в других – характер сложности вещества (для серы) и т.д. Определение про-водится согласно установленным стандартам ГОСТ. Для получения сравнимых значений показателей непосредственные ре-зультаты испытаний обычно пересчитываются на абсолютно сухое вещест-во, условную горючую массу, на рабочее топливо по формулам: На абсолютно сухое вещество: На горючую массу: На рабочее топливо: где Wа, Wр – влажность, Аа и Ар- зольность соответственно в аналитической пробе и рабочем топливе, а «х» может означать зольность, выход летучих веществ, содержание серы, теплоту сгорания.
В практике геологоразведочных работ различают полный технический анализ (определение Wа, Wр, Ас, Vг, показатели спекаемости угля - «х» и «у», S , Р) и сокращенный (определение Wа, Ас, Vг). Влага. В углях она являемся нежелательной примесью, т.к. на ее испарение при сжигании угля затрачивается непроизводительное тепло, что снижает общую теплоту сгорания. В естественном залегании в недрах уголь содержит воду, которая на-зывается общей влагой (Wобщ). Ее количество в угле (в бурых от 60 до 20-30%, каменных и антрацитах от 15 до 5-3%) зависит от гидрогеологиче-ского режима месторождения и природы угля. Та часть влаги, которая удаляется вследствие испарения при выдер-живании угля на воздухе, называется внешней влагой (Wвн), а уголь (после удаления внешней влаги) называется воздушно-сухим». Оставшаяся часть влаги, более тесно связанная с угольным веществом, удаляется лишь при нагреваний до 102-105оС и называется гигроскопической (внутренней) влагой (Wгигр), а уголь (после удаления гигроскопической влаги) – абсо-лютно сухим. Количество гигроскопической влаги в углях с увеличением степени метаморфизма от бурых до углей, переходных к антрацитам, зако-номерно уменьшайся: бурые угли- от 25,4 до 5%, каменные от 8,7 до 0,2%, а в антрацитах вновь несколько увеличивается от 4,0 до 0,1% за счет роста внутренней поверхности пор. Количество влаги в сапропелевых углях, как правило, меньше, чем в гумусовых и липтобиолитовых. Из петрографических ингредиентов гумусовых углей в фюзена и вит-рене влаги содержится. несколько больше, чем в кларене и дюрене. Для промышленной оценки углей большое значение имеет влага общая или влага на рабочее топливо (Wробщ), т.е. все количество влаги в све-жедобытом угле. Для определения влаги на рабочее топливо, время с момента отбора пробы до ее поступления в лабораторию не должно пре-вышая 12 час и изменение в весе не более 0,5%. В керновых пробах количество общей влаги может быть увеличено искусственно за счет промывочной жидкости, поэтому для прогноза Wробщ по керновым пробам определятся максимальная влагоемкость. Полученная максимальная влагоемкость (Wmax) приравнивается к влаге на рабочее топливо (Wробщ). Влажность углей имеет особо большое значение при оценке качества бурых и слабометаморфизованных каменных углей. Для бурых углей вла-жность рабочего топлива (Wробщ ), близкая к естественной влажности уг-лей, принята в качестве основного классификационного показателя для промышленной группировки. Согласно действующему стандарту (ГОСТ) бурые угли СССР подразделяются по содержанию влаги на рабочее топливо (Wробщ) на три техноло-гические марки: Б1 содержание Wробщ более 40%; Б2 - “ - - “ - от 30 до 40% БЗ - “ - - “ - менее 30% По международной классификации бурые угли подразделяются по со-держанию влаги (Wр) и выходу первичного дегтя. Зольность. Минеральные вещества, содержащиеся в ископаемых уг-лях, после полного сгорания образуют остаток - золу. Зола углей складыва-ется из минеральных веществ, содержащихся в угольном веществе (неорга-нические соединения растений - углеобразователей и минеральные вклю-чения, отложившиеся в период образования угля), - внутренняя зола, и из минеральных включений, попавших в уголь при добыче (прослойки пород в угольном пласте, породы кровли и почвы), - внешняя зона. Количество и состав золы не соответствуют количеству и составу ми-неральных примесей, содержащихся в угле. Ряд минеральных веществ, (пирит, силикаты, сульфаты, карбонаты) при сжигании угля разлагаются и частично удаляются в виде летучих соединений (вода, углекислота и др.). Поэтому общее количество золы, как правило, на 8-10% меньше содержа-ния в угле минеральных примесей. В зависимости от видов топлива различают зольность рабочего топ-лива (Ар), зольность аналитической пробы (Аа) и зольность сухого топли-ва (Ас), Зольность углей сухого топлива () является одним из основных пока-зателей общей промышленной ценности углей и основным нормативом кондиций по качеству углей при подсчете запасов (для каждого бассейна существует свой ГОСТ по содержанию золы в угле). Зольность углей (Ас) колеблется от долей и первых процентов (Дуйс-кое месторождение острова Сахалин, некоторые пласты Донецкого и Куз-нецкого бассейнов) до 35-45% (Челябинский, Подмосковный бассейны и др.). В связи о этим угольные пласты подразделяются не малозольные (содержание Ас до 10%), среднезольные (Aс от 10 до 20%) и многозольные (Ас больше 20%). Если волы содержатся более 40-45%, то это уже не уголь, а углистая порода. В единичных случаях, в Восточно-Уральских полуант-рацитовых и антрацитовых месторождениях к углям относят углистые образования с зольностью (Aс) до 60%. Это связано с экономикой района, качеством углей и запасами. Вода является нежелательной примесью углей. Повышенная зольность снижает теплоту сгорания (на 1% золы уменьшается теплота сгорания на 100 больших калорий), удорожает стоимость перевозок. При коксовании углей зола, содержащаяся в углях, переходит в кокс, повышает его зольность, а также приводит к снижению производительно-сти доменного процесса (1% золы в коксе снижает производительность домны на 2,5%). Допустимая зольность коксующихся углей не выше 7%, энергетических - менее 10%. При большем содержании золы угли обогащаются (удаление минеральных примесей физическими, химическими и механическими методами). Зола состоит из окислов Al2O3, SiO2, FeO, Fe2O3, MgO, CaO. По тем-пературе плавления зола подразделяется на легкоплавкую Tпл.з.= 1200°С, среднеплавкую Tпл.з.= I200- I850°С и тугоплавкую Tпл.з.> 1850oC. Оценку плавкости проводят по соотношению: (Al2O3+ SiO2)/( FeO+ Fe2O3+ MgO+ CaO). Чем выше числовые значения, тем выше температура плавления золы. Выход летучих веществ. Это паро- и газообразные продукты, выделя-ющиеся при нагревании угля без доступа воздуха при температуре 800°С (происходит термическое разложение органической и минеральной частей угля). В состав выхода летучих веществ входят водород, кислород, азот, углеводороды, окись углерода, углекислый газ, сероводород и т.д. Ископаемые угли содержат самое разнообразное количество минера-льных примесей, которые при нагревании угля, так же как и органическая масса, разлагаются и образуют выход летучих веществ. В связи с этим для получения сравнимых результатов по углям, содержащим не одинаковое количество минеральных веществ и влаги, выход летучих веществ принято пересчитывать на горючую массу Vг (на беззольный и безводный уголь). Выход летучих веществ из углей колеблется в довольно широких пре-делах (от 93 до 1%) и зависит от исходного материала угля, петрографиче-ского состава, степени метаморфизма и степени окисления. Наибольшими значениями Vг обладают сапропелевые угли (от 93 до 60%) и липтобиоли-ты (от 80 до 52%). В гумусовых углях выход летучих веществ изменяется от 55 до I%, в том числе в бурых- от 55 до 45%, в каменных -от 45-43 до 9% и в антрацитах- от 9 до 1%. Однако выход летучих веществ, определяе-мый в процентах по весу (Vг), не разделяет однозначно полуантрациты и антрациты. В области этих углей гораздо чувствительнее объемный выход летучих веществ (Vгоб). В широком интервале выхода летучих веществ от 45 до 9% (каменные угли) объемный выход летучих веществ (Vгоб) изме-няется незначительно от 360 до 330 см3/г, а в интервале от 9 до 1,0% (по-луантрациты и антрациты) объемный выход снижается от 380 до 60 см3/г. Из петрографических ингредиентов гумусовых углей наибольший выход летучих веществ характерен для витрена, наименьшей- для фюзена. Кларен и дюрен имеют промежуточные значения. Если в сложении 2-х последних ингредиентов преобладают оболочки спор, кутикула, смоляные тела, коровые ткани, то они также характеризуются повышенным выходом летучих веществ. С увеличением степени метаморфизма ископаемых углей, выход летучих веществ на горючую массу, как правило, закономерно уменьшается, поэтому Vг является одним из классификационных показателей маркиров-ки каменных углей (табл. 2). Особенно четко эта закономерность проявля-ется в гумусовых углях однородного петрографического состава (Донец-кий бассейн и др.). Для углей сложного петрографического состава выход летучих веществ не отражает действительной степени метаморфизма уг-лей, поскольку витрен и фюзен сами по себе на одной и той же стадии метаморфизма обладают неодинаковым величинами Vг. Поэтому различные соотношения витрена, фюзена, спор, кутикулы, смолы в углях одной и той же стадии метаморфизма оказывают влияние на этот показатель. При определении выхода летучих веществ образуется также твердый (нелетучий) остаток, который может быть в виде порошка, если уголь не спекается или в виде сплавленного кусочка- кокса, если уголь обладает спекаемостью. Спекаемость. Это способность зерен измельченного угля давать при нагревании (без доступа воздуха) до определенной температуры связан-ный, плотный нелетучий остаток- кокс (коксовый королек). Это свойство угля находится в тесной зависимости степени метаморфизма угля и петрографического состава, т.е. от способности отдельных компонентов углей при нагревании размягчаться и переходить в пластическое вязкое состояние. Коксовый остаток углей представляет собой смесь углерода и золы. Для характеристики лабораторных коксовых корольков разрабо-тан специальный ГОСТ, в котором по степени и характеру спекания ко-рольков, а также выхода летучих веществ можно определять марку угля, т.е. возможность использования угля в металлургии.. Для количественного определения спекаемости широкое применение в. СССР получил гостированный пластометрический метод А.И. Сапожни-кова (в международной классификации принят метод Poгa): каждая марка угля при нагревании дает характерную для нее пластометрическую кри-вую, по которой определяют два основных параметра: толщину пластиче-ского слоя – «y» в мм; усадку (изменение первичного объема навески) – «х» в мм. Спекаемость появляется в углях марки Д, растет до марки Ж, где достигает максимума, затем понижается и на границе марок ОС и Т исчезает. При равной степени метаморфизма спекаемость зависит от ве-щественно- петрографического состава углей. В настоящее время на основании двух показателей: выход летучих веществ на горючую массу и пластометрического параметра «y», для ка-менных углей каждого бассейна утвержден свой ГОСТ. В табл. 2 приведена классификация каменных углей и антрацитов Донецкого бас-сейна. Таким образом, по данным технического анализа определяется при-годность угля для производства кокса, который используется в металлу-ргическом процессе, как бездымное высококалорийное топливо (для пла-вки металла) и как восстановитель руд. Хорошей коксующейся особенностью обладает гумусовые угли сред-ней стадии метаморфизма (марки Ж, KЖ, К). Бурые угли и антрациты не коксуются. Хотя в принципе из торфов и бурых углей и получают кокс,
Таблица 2. Классификация по маркам и группам каменных углей и антрацитов Донецкого бассейна (ГОСТ 8180-59)
но он не удовлетворяет требованиям по крепости. Из некоторых антрацитов получают термоантрациты, используемые в металлургии. Коксуемость сапропелитов и липтобиолитов изучена слабо, т.к. круп-ных месторождений они не слагают, особенно липтобиолиты. Используется в основном для получения жидких топлив и химических продуктов. Сера. В углях различают три формы серы: органическую (Sсорг), пирит-ную (Sспир) и сульфатную (Sссульф). Основная роль принадлежит неорганиче-ским соединениям серы. Органическая сера входила в состав углеобразую-щих растений и формы органических соединений серы в углях не известны. Пиритная, сульфидная, колчеданная - определяется наличием в углях сульфидов железа, меди. Сульфатная сера обусловлена присутствием в углях гипса. Технический анализ углей определяет серу общую на абсолютно сухое топливо (Sсобщ) с разделением на серу органическую (Sсорг) пиритную (Sспир) и серу сульфатную (Sссульф). Общее количество серы в углях (Sсобщ) колеблется от 0,3 (некоторые пласты угля Кузнецкого бассейна) до 6- 8% (угли Кизеловского бассейна), реже до 12%.
По содержанию серы угли подразделяются на 4 группы; I группа – ма-лосернистые угли с содержанием серы до 1,5%; II группа- среднесернистые угли с содержанием серы 1,6-2,5%; III группа - сернистые угли с содержа-нием серы 2,6-3,5%; IV группа - многосернистые угли с содержанием серы 3,6% и выше. Сера - одна из наиболее вредных примесей в углях. Она резко снижает производительность доменной печи, на 1% серы в коксе производитель-ность доменной печи уменьшается на 10%. Кокс, полученный из сернистых углей, нельзя применять при выплавке качественных металлов. В углях, используемых как энергетическое топливо или как сырье для газификации, сера также весьма вредна, будучи источником образования газов, отравля-вших атмосферу и вызывавших коррозию металлов. Она вникает теплоту сгорания угля (потеря теплоты на 1% серы ккал. 60 ккал на I кг угля). Фосфор является вредной примесью в углях и чаще входит в состав органических соединений. Содержание его в углях различных бассейнов колеблется в широких пределах: донецкие угли от 0,007 дo 0,062%; кузнецкие - то 0,12 до 0,17%. Фосфор целиком переходит в кокс и приводит к большим трудностям в доменном производстве. Допустимое содержа-ние фосфора в углях, используемых для производства кокса, не > 0,03%. Теплота_сгорания углей в технический анализ не входит. Для оценки энергетических углей большое значение имеет теплота сгорания угля, под которой понимается количество тепла, выделенное при полном сгорании одного грамма угля (малая калория), одного килограмма угля (большая калория). В практике принято выражать теплоту сгорания углей в больших калориях, Теплоту сгорания углей, которая получается в результате опыта, без поправок называют теплотой сгорания по бомбе и обозначают Qб. При сжигании углей в топках азот углей и образующийся сepнистый газ удаляется вместе с дымом, а в процессе горения угля в бомбе они вступают в химическую реакцию с водой и образуют азотную и серную кислоты. Эти реакций протекают в выделением тепла. В связи с этим в данные опыта (Qб) вводят поправку на исключение тепловых эффектов образования и растворения серной и азотной кислот и получают теплоту сгорания (Qв). Эта теплота сгорания может быть получена только при сжигании угля герметических сосудах. При сжигании углей в топках вода испаряется, на что расходуется Результаты измерений пересчитываются на рабочее топливо (Qнр) и органическую массу (Qнг). Теплоту сгорания углей можно подсчитать по данным элементного анализа, пользуясь формулами (Д.И. Менделеева и др.). Теплота сгорании углей зависит oт природы угля, степени метамор-физма, петрографического состава, содержания влаги и золы. С повышением степени углефикации теплота сгорания углей увеличива-ется от бурых до коксовых (за счет резкого уменьшения кислорода), быстро-го увеличения углерода и медленного уменьшения водорода), затем умень-шается (за счет резкого уменьшения в углях водорода, замедленного уменьшения кислорода и замедленного увеличения углерода). Ниже приводится таблица теплоты сгорания некоторых видов топлив (табл.3). Таблица 3
Для сопоставления разных видов топлив по теплоценности в качестве эталона последней применяется понятие условного топлива Qн = 7000 ккал/кг (табл. 4). Таблица 4 (по С.Г. Aронову, Л.Л. Нестеренко)
Порядок выполнения работы. На основе одного из вариантов, рекомендованного преподавателем (каждый вариант содержит пять анализов), составить качественную характеристику угля по следующей схеме: а). группа угля (гумиты, сапропелиты); б). степень метаморфизма (буроугольная, каменноугольная, антрацитовая) в).для гумусовых углей определить их марку, группу по золе, по cере. Вариант I
Вариант 2.
Вариант 3.
Вариант 4.
Вариант 5.
Вариант 6.
Вариант 7.
Вариант 8.
Вариант 9.
Вариант 10.
Вариант 11.
Вариант 12.
Вариант 13.
Вариант 14.
Вариант 15.
Вариант 16.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ
Цель работы: овладеть навыками распознавания составных частей гумусовых углей, определения петрографического типа угля и степени углефикации, научиться методике описания угля в штуфах и документа-ции угольных пластов.
МАКРОСКОПИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ
В соответствие С генетической классификацией ископаемых углей, приведенной в лабораторной работе №1, ниже рассмотрены основные макроскопические признаки углей по группам и классам.
Группа гумолитов. Класс гумитов – гумусовых углей. Начальный период образования гумусовых углей связан с накопле-нием растительного материала, его разложением и превращением в торф. После образования торфяной залежи в процессе физико-химических превращений происходит уплотнение торфа и его последовательное преобразование в бурый уголь, каменный уголь и, далее, в антрацит. Бурые угли. Бурые угли заметно отличаются по внешнему виду. Они характеризуется бурым, темно-коричневым или черным цветом в куске и обладают бурым или коричневым цветом в порошке (цвет черты). Среди бурых углей встречается плотные и рыхлые разности. Большинство бурых углей матовые, наиболее плотные из них характеризуются смолоподобным и жирным блеском. Излом: землистый, занозистый, волокнистый; у блестящих разновидностей – полураковистый. Твердость по шкале Мооса – I. Удельный вес- от 0,8 до 1,25 г/см3. Органическая масса бурых углей обладает невысоким содержанием углерода (61-75%); содержание водороде изменяется от 4,5 до 5,5%, азота - oт 0,5 до 1,5%. Бурые угли содержат много влага (Wр от 14 до 60%), они нестойки при высоких температурах, лают выссокий выход летучих веществ (Vг oт 45 до 55%). Теплота сгорания их не превышает Qн= 7100 ккал/кг. В атмосферных условиях бурые угли быстро теряют влагу, растрескиваются и рассыпаются в порошок. Среди бурых углей макроскопически различает торфоподобные, лигнитовые, землистые, плотные матовые, плотные блестящие и плотные полосчатые типы. Первые три типа является наименее углефицированными. Торфоподобные бурые угли. Представляют собой легкую рыхлую или плотную породу темно-бурого или коричневого цвета; черта бурая, излом занозистый, неровный. На поверхности наслоения невооруженный глазом видно сложное переплетение растительных остатков различной степени разложениях. Остатки растений целиком слагает массу угля и сцементированы коричневым гумусовым веществом. Химический состав угля по данным Я.М. Черноусова: Wр = 40-50%; Cг - 61- 68%; НГ - 5,5 – 7,5%; ОГ + Np – 25- 33%. Торфовидный уголь известен в Днепровском, Южно-Уральском и др. бассейнах. Лигнитовые бурые угли. Макроскопически представляют собой почти низменные обломки древесины, включенные в торфовидных и землистых разностях бурых углей. Размеры обломков изменяются в широких пределах, достигая в отдельных случаях 2-3 м. Лигниты подразделяются нa два типа: «гнилушка» и плотные лигниты. Лигниты первого типа характеризуются светло-коричневым цветом, хорошей сохранностью древесного волокна, сравнительно рыхлым строением. В массиве они мало отличаются от свежей древесины. При высыхании происходит расщепление древесной ткани параллельно годичным слоям. Плотные лигниты отличаются несколько более темной окраской и ясно выраженными признаками остудневания растительного вещества. Вязкие в массиве, при высыхании они приобретают особую плотность, темную окраску, смолоподобный блеск выраженный на поперечном изломе. Излом полураковистый. Поверхность кусков матовая. Химический состав по Я.М. Черноусову: Wp – 14-30%, Cг- 63-68%, Нг- 5,0-5,5%; (О+ N)г- 25- 32%. Лигниты часто встречаются в буроугольных бассейнах Украины, Урала, Сибири, Средней Азии. Землистые бурые угли. Представляют собой землистое (порошкообразное) вещество бурого, темно-коричневого цвета, состоящее из углефицированного мелкого детрита. Землистый бурый уголь часто слагает мощные платы среди других разновидностей бурых углей в буроугольных бассейнах Украины, Урала, Белоруссии и др. Плотные: матовые, блестящие и полосчатые бурые угли. Представляют собой темно-бурую, реже - черную породу плотного сложения. Цвет черты -темно-коричневый. Блестящие разновидности обладают тусклым смолоподобным блеском. В плотных бурых углях различаются основные петрографические ингредиенты, характерные для каменных углей: витрен, кларен, дюрен, фюзен (см. ниже). Полосчатые бурые, угли представлены чередованием блестящих и матовых разностей. Химический состав плотных бурых углей, по данным Я.М. Черноусова: Wг- I5-35%, Сг - 66-75%, Нг - 4,5-5,5%, (О + N)г - 10-26%. Плотные бурые угли широко распространены во многих бассейнах нашей страны. Каменные угли. При промышленном использовании бурые и каменные угли различается по теплоте ex сгорания (на влажную беззольную массу). Угли с теплотой сгорания 5700 ккал/кг или выше и выходом щелочного экстракта менее 3% относят к каменным углям. В отличие от бурых углей каменные обладают черным цветом различной степени интенсивности. Угли переходные от бурых к каменным имеют буроватый оттенок, их черта коричневая; угли близкие к антрацитам имеют сероватый оттенок, серую черту. Плотность высокая, твердость по шкале Мооса до четырех. Удельный вес - 1,25-1,45. Органическая масса углей характеризу-ется следующими показателями: Сг - 78-95%, Нг -3,5-5,55, N- 1-3%; Vг- 49-9%. Разнообразие каменных углей по их внешнему виду и по хими-ко-технологическим свойствам обусловлено различиями в петрографи-ческом составе и в степени метаморфизма угольного веществе. В 1919 году английской исследовательницей М. Стопе в гумусовых углях были выделены четыре ингредиента или четыре составные части угля, различающиеся по блеску. Блестящие ингредиенты она назвала витреном и клареном, матовые - дюреном и фюзеном. Указанные ингредиенты неодинаковы по своему строению, физическим и химико-технологическим свойствам. Ниже приводится подробная характеристика ингредиентов гумусовых углей. Витрен ( vitreus- стеклянный). Блестящий ингредиент. В угольных пластах витрен встречается обычно в виде обособленных тонких полос и линз (или «штрихов»,)» резко отграниченных от всех других ингредиентов, Мощность его обычно колеблется от долей миллиметра до 3-5 им, и очень редко достигает 1-2 су. Как исключение известны прослойки до 10-12 см. Витрен выделяется в углях своей однородностью и наиболее сильный блеском по сравнению с другими ингредиентами. Блеск и цвет витрена изменяются в зависимости от стадии метаморфизма углей. В плот- ных бурых углях (Б3) блеск витрена тусклый, вароподобный; в низкоме-таморфизованных каменных (марок Д, Г) - смолоподобный; в среднеме-таморфизованных (марок Ж, Й, ОС) - блеск витрена стеклоподобный; в высокометаморфизованных углях (марок Т, ПА, А) - алмазоподобный, металлоподобный. С увеличением степени метаморфизма цвет витрена изменяется от черного до черного с сероватым оттенком. Витрен по сравнению с другими ингредиентами углей обладает наиболее развитой эндогенной трещиноватостью (трещины всегда пер- пендикулярны к напластованию). Различают две, иногда почти взаимно-перпендикулярные, системы трещин, направленных под прямым углом к напластованию. Эти трещины часто выполнены минералами (пиритом, кальцитом и др.) и хорошо распознаются в углях макроскопи-чески. Благодаря наличию эндогенной трещиноватости, витрен очень хрупкий, при механическом воздействии легко выкрашивается, особенно на средней стадии метаморфизма, для которой характерно максимальное развитие эндогенной трещиноватости. При перебурке угольных пластов большая часть витрена уходит в шлам. Излом витрена ступенчатый (за счет интенсивного развития эндогенной трещиноватости), раковистый, полураковистый (присущий телам однородного строения). Часто поверхность излома глазковая (на поверхности излома наблюдаются кружки или «глазки» размером от миллиметра до 3-4 мм). В некоторых случаях «глазки» оказываются плоскими, а иногда выпуклыми. Под микроскопом в проходящем свете витрен представляет собой однородную гелефицированную массу красно-бурого цвета без каких-либо растительных фрагментов (споры, смола, кутикула и т.д.). Поэтому витрен называют простым ингредиентом. В низкометаморфизованных углях в витрене заметна структура растительных тканей. Содержание витрена в гумусовых углях зависит от общего строения угольных пластов и. изменяется от 5-10% (в матовых типах углей) до 20-25% (в блестящих типах углей). Для витрена характерны наилучшие химико-технологические свойства. В углях одной и той же стадии метаморфизма в витрене, по сравнения с другими ингредиентами, содержится больше водорода; он обладает повышенным выходом летучих веществ и высокой спекаемостью. Содержание минеральных примесей небольшое, 2-3%. Кларен (cilarus - светлый, ясный) относится к блестящим разновидностям гумусовых углей. Если учитывать относительную степень блеска, то его можно отнесли к полублестящим, т.к. его блеск неско-лько, чем у витрена. В процессе метаморфизма блеск кларена подобно блеску витрена изменяется от тусклого вароподобного у плотных бурых углей, стеклоподобного - в углях средней стадии метаморфизма и до металлоподобного, алмазоподобного в высокометаморфизованных гумусовых углях (антрацитах). Цвет кларена изменяется в процессе метаморфизма от черного (в В кларене иногда наблюдается линзовидно-слоистая и линзовидно-штриховатая текстура благодаря наличию в ней тончайших прослоев, линз, штрихов (мощностью миллиметр или доли миллиметра) витрена и фюзена. Нередко наблюдаются постепенные переходы кларена в матовый уголь. Для кларена также характерно наличие двух систем эндогенных трещин, но в отличие от витрена число трещин на единицу поверхности у кларена значительно меньше. В большинстве случаев трещины также выполнены различными минералами (пирит, кальцит, каолинит и др.) и легко распознаются. Излом кларена полураковистый, ступенчатый, поверхность излома часто глазковая. Под микроскопом в проходящем свете видно, что кларен является сложным ингредиентом. В ней различают основную гелефицированную массу красно-бурого цвета (образовавшуюся в результате полного разложения растительных тканей), форменные элементы (споры, кути-кулу, смолу, коровые ткани) и простые ингредиенты, витрен и фюзен. В случае преобладания в кларене каких-либо форменных элементов выделяются кларены: споровые, кутикуловые, смоляные и коровые. В качественном отношении кларен является одним из лучших инградиентов гумусовых углей, несколько уступая витрену. Для него также характерен повышенный выход летучих веществ и хорошая спекаемость. Содержание минеральных примесей в кларене колеблется в широких пределах, иногда не превышая 20%, но нередко достигает 30%. Дюрен ( durus -твердый) является матовым ингредиентом углей, обладает слегка маслянистым блеском и шероховатой поверхностью. Очень часто в дюрене отчетливо видны невооруженным глазом тонкие, мельчайшие линзочки витрена и фюзена. Дюрен встречается в виде отдельных штрихов, линз, прослоев са-мой различной мощности, а иногда он целиком слагает угольные плас-ты. Часто дюрен имеет линзовидную или штриховатую текстуру за счет присутствия в нем мельчайших линзочек (от долей миллиметра до 2-3 им) витрена и фюзена. Чередуясь с клареном, при участии витрена и фюзена, дюрен образует так называемые полосчатые угли. Цвет дюрена коричневато-черный, черный или темно-серый и в большинстве случаев зависит от наличия в нем минеральных примесей. Эндогенная трещино-ватость наблюдается в виде единичных трещин. Дюрен обычно плот-ный, крепкий, иногда вязкий (на низкой степени метаморфизма). Излом неровный, угловатый, часто поверхность излома зернистая. Под микроскопом в проходящем свете видно, что дюрен является сложным ингредиентов. В нем преобладает фюзенизированная основная масса, цементирующая форменные элементы (споры, кутикулу, смолу, коровые ткани) и простые ингредиенты, витрен, фюзен. Очень часто для дюрена характерно преобладание каких-либо форменных элементов, в связи с чем выделяют: кутикуловые, споровые, смоляные и коровые дюрены. Химико-технологические свойства дюренов разнообразны и опреде-ляются характером основной массы, преобладанием тех или иных фор-менных элементов и минеральных примесей. По сравнению с витреном и клареном (на одной и той же стадии метаморфизма) дюрен характеризу-ется пониженным выходом летучих веществ. Однако в случае повышен-ного содержания в дюрене форменных элементов (спор, кутикулы и др.) наблюдается повышенное содержание в нее водорода и выхода летучих веществ, что повышает их спекающуюся способность (нижнекарбоновые угли марки «Г» Кизеловского и Донецкого бассейнов). Содержание минеральных примесей в дюрене иногда достигает 20-25%. Фюзен (fusus - вытянутый) - матовый ингредиент гумусовых углей. В угольных пластах большинства бассейнов по плоскостям напластования угля он в изобилии присутствует в виде линз, примазок и тонких прослоев от долей миллиметра до 2-3 мм, реже до 5 см, имеет четкие контакты. Количественное содержание фюзена в угольных плас-тах в большинстве случаев небольшое - от 1-2 до 10%, за исключением месторождений Средней Азии, где встречаются мощные пласты угля, в сложении которых преобладает фюзен (до 70%). По внешнему виду фюзен напоминает древесный уголь, при прико-сновении пачкает пальцы, руки. Имеет шелковистый блеск. Различают фюзен волокнистого строения и сажистый. В последней разновидности волокнистость неразличима. Фюзен может быть мягким – не минерализованным и твердым - насыщенным минеральными примесями. Неминерализованный фюзен чрезвычайно хрупок и при растирании легко превращается в черный порошок. Цвет фюзена интенсивно черный, черный, серо-черный и изменя-ется по степени метаморфизма (в низко метаморфизованных и средне метаморфизованных углях цвет интенсивно черный, в высоко метамор-физованных – серо-черный), а также от количественного и веществен-ного состава минеральных примесей. Эндогенная трещиноватость в фюзене, как правило, отсутствует. Излом у мягкого фюзена землистый, у твердого, сильно минерализованного, - неровный, занозистый. Под микроскопом в проходящем свете цвет фюзена черный и в нем отчетливо видна клеточная структура растений. В зависимости от хара-ктера клеточных тканей, она иногда очень мелкая, изящная, иногда крупная. Стенки клеток непрозрачны (черные), полости клеток, если они не заполнены минеральным веществом, светлые. Фюзен характеризуемся низкими технологическими показателями. Он не обладает спекающей способностью и дает порошкообразный кок- совый остаток. Минералогическая твердость по шкале Мооса для витрена, кларена, дюрена и фюзена изменяется от 2 до 4 в зависимости от стадии метамор-физма и степени минерализации. Ингредиенты: витрен, кларен, дюрен и фюзен встречаются в углях в самых различных количествах и взаимоотношениях, слагая петрографические типы углей. Таким образом, под петрографическим типом углей понимаются горные биогенно- осадочные породы органического происхождения, формирующиеся в определенных фациальных условиях отличающиеся между собой генезисом, вещественным составом. В основу подразделения углей на петрографические типы положено содержание гелефицированного вещества. В ряде бассейнов СССР выделяют следующие петрографические типы углей: блестящие (клареновые)- содержание гелефицированного вещества > 80% полублестящие (дюро- клареновые) - - « - 80 – 65% полуматовые (кларо- дюреновые) - - « - 65 – 40% матовые (дюреновые) - - « - 40% Следует отметить, что кларен и дюрен преобладают в массе угля. Неоднородные петрографические типы углей (полублестящие, полума-товые) в зависимости от толщины включений других ингредиентов подразделены на: штриховые – в включениями до 1 мм; тонкополосчатые – с включениями 1- 3 мм; среднеполосчатые - с включениями 3- 7 мм; грубополосчатые - с включениями 7 мм. В 1958 г. на Втором Всесоюзном Совещании был предложен новый проект вещественно- петрографической типизации гумусовых углей:
Каждый из четырех классов углей подразделяется на типы, под Эта вещественно-петрографическая типизация гумусовых углей Антрациты. Антрациты характеризуются серовато- или желтовато-черным цветов, темно-серой или черной чертой. Сложены в основном клареном с металлоподобным или алмазным блеском. Плотные, крепкие. Излом раковистый, полураковистый. В штуфах наблюдаются редкие эндогенные трещины. Удельный вес - 1,4-1,7. Органическая масса антрацита содержит более 92% углерода, содержание водорода - 1-2,5%, азота - не более 1%, влаги не более 3%. Выход летучих на горючую массу (Vг) - менее 9%, коксовый остаток всегда не сплавленный, порошкообразный.
Класс липтобиолитов
По внешнему виду липтобиолиты представляют собой породы коричневого или коричнево-черного цвета с невысоким удельный весом (~1 - 1,2), обычно плотные, вязкие, массивного или слоистого сложения, с матовым, полуматовым, смоляным блеском на поверхности напластования. Тонкие пластинки легко загораются от спички и горят коптящим пламеней. Для всех липтобиолитов типично высокое содержание водорода, большой выход летучих веществ и первичного дегтя. Среди липтобиолитов выделяются кутикуловые, споровые, смоляные и коровые разности. Кутикуловый липтобиолит образован спрессованный кутикулой древних растений, которая расслаивается на отдельные листочки. Отсю-да происходит другое название этой разности - листоватый бумажный уголь. Цвет его коричневый, черта - коричневая, излом занозистый, отдельность листоватая, пластинчатая. Споровый липтобиолит сложен в основном оболочками макро- и микроспор. Цвет темно-коричневый, черта коричневая, блеск матовый, излом неровный, поверхность зернистая. Слагает маломощные пласты и прослойки среди гумусовых углей нижнего карбона. Смоляной липтобиолит образован смоляными телами. Цвет бурова-то-коричневый, черта коричневато-желтая. Блеск матовый. Плотность высокая, вязкий. Слагает маломощные пласты и прослои среди мезозойских и кайнозойских углей. Коровый (субериновый) липтобиолит сложен пробковой тканью растений. Цвет черный, черта коричневая, плотный, на поверхностях напластования блестящие участки с рисунком коры растений. Излом неровный. Встречается редко.
Класс собственно сапропелитов.
Данный класс включает различные типы углей от чисто сапропелевых до смешанных гумусо- сапропелевых. Среди гумусо- сапропелитов различают кеннели (основная масса гумусово-сапропелевая с большим количеством микроспор), касьяниты (основная масса гелефицированная с небольшим количеством водорослей), оболенскиты (основная масса участками гелефицированная, участками сапропелевая с включениями микроспор и водорослей. К собственно сапропелитам относятся богхеды. Для всех гумусо-сапропелевых углей характерно массивное сложе- ние. Цвет тёмно-серый с буроватым оттенком, черта желтая, коричневато-желтая. Угли плотные, касьянит и кеннель вязкие, легко полируются и обрабатываются. Кеннель и оболенскит матовые, иногда кеннель обладает слегка жирным блеском; касьянит - полублестящий (за счет тонких линзочек витрена). Излом полураковистый (кеннель, оболенскит), раковистый (касьянит). Богхед - собственно сапропелит, нацело сложен водорослями и ос-новной сапропелевой массой. Цвет богхеда - от серого, желтого, зелено-вато-бурого до темно-коричневого и черного. Цвет черты желтый. Стру-ктура массивная или слоистая. Угли плотные, однородные, матовые. Излом раковистый, иногда струйчатый.
Класс сапроколлитов.
Сапроколлиты состоят из аморфного сапропелевого вещества, образовавшегося при разложении водорослей. Среди сапроколлитов выделяются матаганит и хахареит. Цвет сапроколлитов - темно-серый, почтя черный, черта желтая. Угли матовые или со слабым жирным блеском. Массивные, однородные, вязкие, почти без трещин. Излом четко выра-женный раковистый, струйчатый. Все сапропелита (за исключением оболенскита) легко загораются oт спички; горение сопровождается запахом резины.
Порядок выполнения работы.
I. Используя коллекцию образцов петрографических типов углей, самостоятельно составить подробное микроскопическое описание штуфа в нижеследующем порядке: а) составляют схематическую зарисовку образца угля, выделив ингредиенты; б) описать каждый ингредиент: форма выделения ингредиента в образке (линзы, прослои, штрихи ж т.д.), мощность, цвет, цвет черты, блеск, наличие и характер эндогенной трещиноватости, излом, твердость, присутствие минеральных примесей; в) дать заключение о петрографическом типе угля и, если возможно, о степени метаморфизма угля (в диапазоне: уголь низко-, средне- , высоко метаморфизованный). II. Используя региональную коллекцию углей по бассейнам и месторождениям, схематические зарисовки пластов, колонки пластов угла, составить развернутое описание угольного пласта в соответствие с нижеприведенной схемой документации угольных пластов.
Схема документации угольных пластов.
Детальная документация угольных пластов непосредственно в об- нажении, забое или по керну скважин заключается в послойной харак-теристике ингредиентов угля и сопровождается соответствующим опро-бованием. Описание - по ниже приведенной схеме проводится в свежем сколе, перпендикулярном наслоению и по возможности не совпадающем с плоскостями эндогенных и экзогенных трещин. I. Общая характеристика мeста описания (обнажение, штольня, скважина и т.д.), дата. 2. Условия описания (освещенность, обводненность и т.д.). 3. Характеристика угольного пласта: а) взаимоотношение угольного пласта с покрывающими и подстилающими породами. Элементы залегания. Краткая литологическая характеристика кровли и почвы. Мощность, строение угольного пласта (простое или сложное). При сложном строении следует отметить мощность отдельных пачек угля, породных прослоев и поведение их по простиранию. Зарисовка видимой части угольного пласта. Если описание проводится по отдельным образцам или керну - фиксируется их размер; б) текстура угольного пласта: однородная, штриховатая, полосчатая (обусловленная чередованием блестящих и матовых ингредиентов в угле). Мощность отдельных ингредиентов и поведение их по в) зaтем по блеску угля выделяют слои мощностью не менее 5 см и составляется стратиграфическая колонка угольного пласта no одной линии от кромки до почвы, вкрест простирания. Слева колонки указывают номер слоя (1, 2 и т.д.); справа – мощность слоя в метрах. Проводится описание каждого слоя по следующим физическим признакам: цвет в куске, цвет черты, блеск, эндогенная трещиноватость (с подсчетом количества трещин в интервале 5 см), твердость, излом и характер его поверхности, отдельностъ. 4. В целой для видимой части пласта (или образца, керна) прово-дится характеристика экзогенной трещиноватости. Выделяются сис- темы трещин, степень их проявления (пересекают весь пласт, образец; средние; мелкие и т.д.), интенсивность. 5. Минеральные примеси в углях - вещественных состав, характер включений, приуроченность их к определенным ингредиентам, степень минерализации угля (слабо-, средне-, сильно минерализованы). 6. Степень окисления угля - наличие каких макропризнаков свидетельствует об окислении углей. Зона окисления. 7. На основании приведенного описания дается заключение о генетическом типе угля (гумусовый, липтобиолит, сапропелит). Для гумусовых углей указывается петрографический тип, степень метаморфиз-ма в диапазоне: уголь низко-, средне-, высоко метаморфизованный.
Цель работы: изучение ритмичности строения угленосных толщ и положение угольных пластов в ритмах.
Строение угленосных толщ.
Угленосные толщи сложены в основном монотонным чередованием терригенных песчаных и глинистых пород (аргиллитов, песчаников, реже гравелитов и конгломератов) с подчиненным значением углей, а в некоторых случаях известняков, эффузивных и интрузивных пород. Мощность угленосных отложений колеблется от десятков метров до 10 км (Донецкий бассейн); ее величина обусловлена тектоническим режимом области угленакопления. В разрезе угленосной толщи наблюдается многократное чередование пластов угля с вмещающими породами. По условиям накопления последних угленосные толщи являются полифациальными образованиями и, в большинстве случаев, характеризуются повторяемостью аналогичных комплексов пород, чередующихся в определенной закономерной последовательности. Эта повторяемость, обусловленная колебательными движениями земной поверхности, отчетливо фиксируется изменением гранулометрического состава пород. В любой фациальной обстановке накапливаются осадки определенного гранулометрического состава, обладающие соответствующими типами слоистости. Различают горизонтальную слоистость, (характери-зующую малую подвижность или застойность среды), волнистую (отра-жающую наличие волновой динамики), а также косую однонаправлен-ную и косую перекрестной (указывающую на наличие направленных потоков). В любой фациальной обстановке осадки располагаются по крупно-сти зерна в плане не случайно, а закономерно в зависимости от измене-ния активности действующего гидродинамического фактора. При повто-ряющихся колебательных движениях происходит непрерывное передви-жение береговой линии и вместе о тем мигрирование полосы береговых болот и торфяников. В результате происходит смена одной фациальной зоны другой, соседней с ней. Эта закономерная смена изменения гранулометрического и фациального состава пород находит полное отражение и в вертикальном разрезе угленосной толщи, образуя определенные гранулометрические циклы (ритмы). Таким образом, цикл (ритм) - это комплекс отложений нескольких фаций, генетически связанных между собой и закономерно сменяющих друг друга. Для цикла (ритма) характерны два основных признака: I) закономерная связь слагающих цикл пород (фаций) внутри цикла; 2) повторя-емость в разрезе. В основе циклического строения угленосных толщ лежит представ-ление о том, что каждый слой в угленосной толще является выражением определенной стадий регионального колебательного движения земной поверхности. За начало цикла обычно принимается переломный момент в смене фаций: 1) от морских отложений к континентальным - регрессивный ряд; 2) от континентальных к морским – трансгрессивный ряд. Большинство исследователей за начало цикла принимают регресси-вный ряд (угольный пласт находится в середине цикла). В этом случае каждый цикл возникает благодаря поднятию, которое сначала проявля-ется интенсивной эрозионной деятельностью и накоплением кластиче-ского материала. Затем по мере ослабления эрозионных процессов про-исходит накопление мелкозернистого обломочного материала. За эти следует долгий период устойчивости, в течение которого эрозия выра-батывает равнину с продуктами выветривания в виде подстилающей угольный пласт глины. На равнине развиваются обширные болота, где накапливается торф. Впоследствии превращающийся в уголь. Эти ус-ловия заканчиваются опусканием и вся область оказывается затопленной неглубоким морем. Пока новое поднятие не вызовет появление следую-щего цикла и т.д. Таким образом, в одном цикле (ритме) присутствуют регрессивный и трансгрессивный набор фаций. Другие исследователи за начало цикла принимают трансгрессивный ряд, т.e, ритм начинается и заканчиваемой образованием угольного пласта. Гранулометрические циклы подразделяются (Иванов, 1956): 1. По полноте набора различают! 1).полные циклы - изменение крупности зерна осадков снизу вверх происходит от наиболее мелкозернистых к грубозернистым и вновь к мелкозернистым (трансгрессивный ряд); 2) неполные циклы - от наиболее грубых к мелкозернистым (и наоборот). П. По мощности различают: 1)основные (1-го порядка) - от нескольких метров до 20 –30 м, а иногда и 100 м; 2)элементарные - в 3-4 раза меньше основных. I) простые циклы; 2) сложные циклы; 3) срезанные циклы. IV. По наличию или отсутствию угольных пластов различает: I) угольные; 2) беэугольные. Выделяет также фациальные ритмы (закономерная смена более мелководных фаций отложениями более глубоководных фаций и в обратной последовательности - трансгрессивный ряд) - прибрежно-морские, лагунные, дельтовые, речные, озерно-болотные и т.д. Ритмичное строение угленосных толщ впервые было установлено на примере паралических бассейнов (Донбасс), для которых характерно многократное чередование морских и континентальных фаций. Позднее ряд геологов начал выделять циклы (ритмы) и в других бассейнах. Явление ритмичности с успехом используется в угольной геологии для корреляции угленосных отложений, угольных пластов и т.д.
Угольным пластом называется скопление ископаемого угольного вещества между приблизительно параллельными напластованиями вмещающих пород и распространенного на значительной площади. Иногда вмещающие породы не параллельны, в этих случаях скопления угля в недрах приобретают неправильные формы и наряду о термином «уголь- ный пласт» существуют понятия «угольная залежь, линза». Породы, покрывающие угольный пласт (около 1 м) называются Изучение пород кровли и почвы имеет большое значение для установления условий образования месторождения, и в значительной мере определяют горнотехнические условия эксплуатации. В большин-стве случаев кровлей и почвой угольного пласта являются глинистые породы, хотя имеются многочисленные отклонения от этого правила. Угольные пласты различаются по: строению, мощности, выдержан-ности по площади. По строению различают общую мощность, определяемую по норма-
ли от кровли до почвы, включая все пачки угля и прослои пустых пород, и полезную, состоящую из сумм мощностей угольных пачек, принимаемых к подсчету запасов. По мощности угольные пласты подразделяются на весьма тонкие (мощность до 0,5 м), тонкие (0,5-1,3 м), средние (мощностью 1,3 - 3,5 м) и мощные (более 3,5 м), По степени выдержанности как по мощности, так и по площади,
I. Пользуясь вариантами описания последовательности пород в скважинах, построить стратиграфическую колонку угленосной толщи по конкретному пересечению. Масштаб для колонки выбрать в зависимос-ти от мощности разреза. Справа от колонки на том же листе миллимет-ровой бумаги построить гранулометрическую кривую, характеризую-щую изменение состава пород в разрезе угленосной толщи (по Г.И. Иванову, 1956). Гранулометрическую кривую построить, выделяя горизонтальными линиями разной длины против каждого слоя следующие разновидности пород: I) уголь, известняк; 2) углистая порода; 3) аргиллит (глина) - мельче 0,01 ми; 4) алевролит (алеврит) мелкозернистый – 0,01- 0,05 мм; 5) то же крупнозернистый - 0,05-0,10 мм; песчаник (песок) мелкозерни-стый 0,1- 0,25 мм; то же среднезернистый - 0,25-0,50; то же крупнозер-нистый 0,50-1,00 мм; то же грубозернистая 1,00-2,00 мм; конгломерат (галечник) мелкогалечный 2,0-10 мм; то же среднегалечный - 10-50 мм; то же крупногалечный - 50-100 мм. Самая короткая горизонтальная ли-ния соответствует известняку и углю, самая протяженная – крупногалеч-ному конгломерату. Соединив концы горизонтальных линий, получим гранулометрическую кривую. II. Пользуясь гранулометрической кривой, выделить ритмы (цик-лы). За начало ритма принимать угольный пласт или наиболее мелкооб-ломочную породу. Составить письменную характеристику выделенных ритмов (по полноте набора пород, мощности, строению, по наличию пластов угля и проч.). III. Составить колонки угольных пластов по пересечению в масшта-бе 1:200 и привести характеристику угольных пластов по их строению, мощности, использовав существующие классификации. Вариант I (скв. 5089)
Вариант 2.
Вариант 3.
Вариант 4.
Вариант 5.
Вариант 6
Вариант 7.
Вариант 8 (скв. 3830)
Вариант 9.
Вариант 10 (скв.5087)
Вариант 11 (скв. № 5087)
Вариант 12 (скв.5087).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. РАЗМЕЩЕНИЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ СССР.
Цель работы: проанализировать приуроченность угольных месторождений к основным структурным элементам земной коры в пределах угольных месторождений. Академик П.И. Степанов, проанализировав мировые запасы углей (по состоянию на 1937 год), пришел к выводу о закономерном стратиграфическом и географическом размещении угольных месторождений на земном шаре, выдвинул гипотезу «О поясах и узлах угленакопления». Пол поясом угленакопления П.И. Степанов понимал «площади земной поверхности, в пределах которых «в определенный геологический период произошло наиболее обильное накопление угленосных отложений и угольных масс». Под узлом угленакопления - «площади в пределах поясов угленакопления наиболее насыщенные угольной массой». Подмеченные закономерности в размещении угольных месторождений на поверхности Земли П.И. Степанов объяснял сложным комплексом геологических явлений. Идея П.И. Степанова имели большое значение для дальнейшего направления поисковых и разведочных работ на уголь, а также развития теоре-тических взглядов в области угольной геологии. Накопленный на сегод-няшний день материал позволяет считать, что пространственные законо-мерности размещении угольных месторождений подчинены, в основном, палеоклиматической зональности и эволюции тектонических структур на поверхности Земли. Пространственное размещение поясов контролируется положением зон гумидного климата соответствующего геологического времени. Узлы угленакопления совпадают с отрицательными тектоническими структурами, с которыми было связано торфонакопление. Климатический фактор создает благоприятные предпосылки для возможного угленакопления, однако реализация этих предпосылок могла осуществиться только при наличии благоприятных тектонических структур. Эти структуры могли быть как в пределах платформ, так и в пределах геосинклинальных и орогенных зон. Следует иметь в виду, что в процессе развития Земли постоянно проис-ходило усложнение ее геологического строения и основную роль в этом играли тектонические движения. Они создавали новые структурные формы, что приводило к изменению рельефа и дифференциации климатических условий. Большинство исследователей при формировании угольных месторож-дений признают наиболее важными геотектонические условии, поэтому в основу ряда генетических классификаций угольных месторождений положен геотектонический фактop. Наиболее широкое распространение получила в свое время классификация угольных месторождений Г.И. Иванова (1959), согласно которой все месторождения угля подразделяются на геосинкли-нальные, платформенные и переходные. Однако в связи с дальнейшим разви-тием учения о геосинклиналях эта классификация устарела и сам ее автор считает неправильным относитъ угольные месторождения типа Донецкого бассейна к геосинклинальным. По мнению большинства тектонистов (Белоусов B.B.; Mypaтов M. B. и др.) геосинклинальная область в ходе своего развития два этапа: собственно геосинклинальный и орогенный. Собственно геосинклинальный этап - это этап общего погружения, этап морского и океанического осадконакопления. Главнейшие прогибы, в которых происходило осадконакопление, располагались ниже уровня моря. Пониженные участки, где могло происходить торфообразование, занимали узкие полосы побережий вдоль островных геоантиклинальных гряд (на фоне геосинклинальной зоны), небольшие участки на относительно приподнятых срединных пассивах. В этих условиях формировались угленосные толщи мощностью от первых сотен до нескольких сотен метров. В разрезе этих толщ континентальные отложения часто сменяются морскими и туфогенными образованиями. Общее количество угольных пластов иногда достигает несколько десятков, но рабочую мощность имеют единичные пласты (около 1-2 м). Угли каменные и антрациты. Геологическое строение месторождений очень сложное ( запасы угля невелики. К месторождениям такого типа относятся месторождения восточного склона Урала: Бредихинское, Полтавское, Домбаровское и др. Орогенный этап соответствует эпохе общего поднятия и горообра-зования. Геосинклинальной области, в строгом понимании, на этом этапа не существует, она превращается в складчатую горную область. Межгорные впадины, внутренние и внешние прогибы, возникающие в эпоху подня-тия (орогенные структуры), испытывающие активное погружение, явля-лись наиболее благоприятными для заболачивания и торфообразова-ния. В период всеобщего поднятия могут накапливатъся мощные угле-носные формации как в пределах бывшей геосинклинальной зоны - во внутренних впадинах и прогибах, окруженных горными сооружениями (Кузнецкий бассейн и др.), так и на краях платформ - в краевых прогибах, в глубоких приразломных внутриплатформенных прогибах - авлакогенах (Донецкий бассейн). Угленосные формации, образовавши-еся на орогенном этапе, характеризуются большим площадным развитием, огромными мощностями угленосных отложений (до 20 км), большим числом угольных пластов, преобладанием гумусовых углей. Торфонакопление и последующее углеобразование в осадочном чехле на платформах происходило на протяжении всего геологического времени, начиная с девона, смещаясь от прибрежных равнин, расположенных на крыльях крупных синеклиз к впадинам различного генезиса (посторо-генные, унаследованные, наложенные, неотектонические) внутри мате-риков. Мало амплитудные колебательные движения на платформах обус-ловили небольшую мощность угленосных отложений (десятки, первые сотни метров), малое число угольных пластов, низкую степень углефи-кации. Угли гумусовые и сапропелевые. Тектонический фактор в условиях гумидного климата оказывает решающую роль в направленном формирования угольных месторождений и их размещении в современных структурах земной коры. Угольные месторождения приурочены почти ко всем тектоническим элементам современной структуры земной коры: древним и молодым платформам, к областям байкальской, каледонской, герцинской, мезозойской и кайнозойской складчатости. Однако возраст угленосных толщ, их строение, угленасыщенность, структуры угольных месторождений в каждом тектоническом элементе характеризуются специфическими особенностями, которые являются основой для прогноза их промышленной значимости.
Порядок выполнения работы.
I. Ha контурную карту нанести границы основных структурных элементов земной коры СССP согласно рис. I и раскрасить в соот-ветствии с прилагаемыми условными обозначениями (см. вкладку). 2. На полученной тектонической основе обозначить положение бас-сейнов и месторождений в соответствии с прилагаемым списком. Конту-ры каменноугольных бассейнов провести сплошной черной линией; бу-роуголъных – пунктирной. Месторождения каменных углей на карте изобразить квадратом со сплошной заливкой черного цвета, для месторо-ждений бурых углей - квадрат со штриховкой. В контуре бассейнов и рядом со знаком месторождений индексом обозначить возраст угленос-ной толщи и номер месторождения (бассейна) по списку. 3. На примере нескольких месторождений (по заданию преподавате-ля), сформировавшихся в различной тектонической обстановке, проана-лизировать их особенности по показателям, приведенным в табл.5. При заполнении таблицы использовать учебник проф. А.И. Кравцова «Гео-логия горючих ископаемых». М., Высшая школа», 1981 г.
I. Древние платформы. 1. Щиты - красный цвет 2. Плиты - розовый цвет II. Складчатые геосинклинальные пояса: Урало- Монгольский пояс Выступы складчатого основания: 1. Байкальские и салаирские складчатые системы - синий цвет; 2. Каледонские складчатые системы -сиреневый цвет; 3. Герцинские складчатые системы - коричневый цвет; Плиты. 1. На палеозойском основания - серый цвет; На байкальском основании - синие точки по серому цвету; Средиземноморский пояс. 1. Плиты на палеозойском складчатом основании - серый цвет; 2. Альпийская складчатая область - желтый цвет; 3. Альпийские краевые прогибы - желтая штриховка; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 794; Нарушение авторского права страницы
Группа сапропелитов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ.
УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ.
Угольный пласт.
Порядок выполнения работы.