Михайлов В.А., Курило М.В. та ін. Горючі корисні копалини України

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

209

Вища питома теплота згоряння гумолітів збільшується з підвищен-

ням ступені вуглефікації: буре вугілля – 25,5–32,6 МДж/кг, кам’яне –

30,6–36,8, антрацит – 33,5–35,6 МДж/кг. Для порівняння теплового

ефекту від спалювання фізичних видів палива і вугілля різної якості

використовують поняття ”умовне паливо” з нижчою питомою тепло-

тою згоряння 29,3 МДж/кг (7 000 ккал/кг).

У результаті згоряння

вугілля утворюється кокс – нелетючий го-

рючий залишок після термічного розкладу вугілля без доступу пові-

тря і видалення з нього летючих речовин. За зовнішнім виглядом і

міцністю він змінюється від порошкоподібного (у бурого вугілля й

антрацитів) до добре сплавленого зі сріблястим блиском (коксове і

частина жирного вугілля). Кокс із вугілля інших стадій

вуглефікації

має меншу міцність. Для отримання з нього якісного коксу для ме-

талургії в необхідних пропорціях використовується суміш-шихта.

У процесі утворення коксу відбувається спікання вугілля – воно

стає пластичним, однорідним, окремі зерна зв’язуються або спікають-

ся. Спікливість вугілля визначається пластометричним і дилатометри-

чним методами, а коксивність – дилатометричними методами і

за си-

стемою Грей-Кінга..

Пластометричним методом встановлюють числове значення усадки

Х і товщини пластичного шару Y у вугіллі. Усадка в результаті змен-

шення об’єму вугілля у зв’язку з виділенням газоподібних продуктів

вимірюється від початкової висоти вугільного навантаження. Товщи-

на пластичного шару – це потужність частини проби вугілля, що міс-

титься

в пластичному стані і визначається проколюванням голкою.

Показник Рога RJ характеризує механічну міцність нелетючого за-

лишку (жирне і коксове вугілля – більше 45, газове і пісно-спікливе –

20–45, решта – 5–20, антрацити – 0).

Дилатометричні дослідження виконуються під час нагрівання по-

рошкоподібного вугілля у вузькій каліброваній трубці, що має по-

ршень (дилатометр). У процесі нагрівання відбувається стискання і

розширення вугілля. Коксівна здатність – це показник максимального

розширення (витискання) вугілля.

Тип коксу за системою Грей-Кінга встановлюється порівнянням зо-

внішнього вигляду і міцності коксу, отриманого з вугілля з інертним

матеріалом і шкалою еталонних коксів: А – порошкоподібний, В – лег-

ко спікливий, D – помірно твердий, Е – дуже розтрісканий твердий,

F – твердий, G – твердий з чітким

металічним звуком,G

– легко вип-

нутий, G

– помірно випнутий, G

– дуже випнутий.

Розділ 3. Вугільні басейни України

210

Галузі використання і вимоги до сировини

Природне вугілля є механічною сумішшю кусків вугілля та пустої

породи. Існують такі методи обробки вугілля: сортування, збагачення,

брикетування. Тільки після цього його відправляють споживачам.

Сортування вугілля – це поділ його на класи за розміром кусків

(табл. 3.1) методом просіювання. Дрібняк – це куски вугілля не рядо-

вого розміром менше 6 мм. Вугілля менше 0,5 мм

належить до шламу.

Таблиця 3.1

Класифікація вугілля за розміром кусків

Клас вугілля Умовне позначення Розмір кусків, мм

Плитне

Крупне

Горіх

Дрібне

Сім’ячко

Штиб

Рядове

100–200 (300)

50–10

25–50

13–25

6–13

0–6

0–200 (300)

Збагачення – це підвищення концентрації органічної маси шляхом

видалення мінеральних домішок.

Брикетування – це окускування крихкого бурого вугілля, дрібняку

та відходів збагачення кам’яного вугілля під тиском.

У народному господарстві вугілля використовують в енергетиці,

технологічному і енерготехнологічному процесах.

Переважну частину (60–65 %) видобутого в Україні вугілля викори-

стовують в енергетиці для шарового спалювання, спалювання

в пило-

подібному стані у відбивних печах, спалювання в топках суден, енер-

гопоїздів, для комунальних і побутових потреб. Для шарового і пило-

подібного спалювання застосовують вугілля марок Г, Ж, П, що не ви-

користовується для коксування, марок Д і А із зольністю А

до 30 %,

вологістю W

не більше 16 % і теплотою згорання Q

не нижче 20,2

МДж/кг. Для плавки мідних концентратів і спікання глиноземних

шихт у відбивних печах використовують вугілля марок Г і ПС із золь-

ністю A

до18,5 %, вологістю W

не більше 11,5 % і виходом летючих

компонентів V

не менше 37 %. У топках суден використовують сор-

товане малозольне (10–12 %) вугілля марки Г, антрацити і несортоване

вугілля марки Ш (А

– 10–12 %). Для паровозів призначено вугілля ма-

рок Д, Г, П, А (не придатне для коксування) із зольністю до 25 %, во-

логістю не більше 15,5 % і температурою плавлення золи не менше

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

211

1200 ºС. Для побутових потреб використовують вугілля марок Д, Г, П,

А (не придатне для коксування) із зольністю до 20 %, вологістю не бі-

льше 14 %, теплотою згоряння не менше 22 МДж/кг.

Технологічне використання вугілля (приблизно 20 % видобутого),

вимагає застосування особливих способів його переробки. Передусім

це суха перегонка без доступу повітря: високотемпературна – 900–

1050 ºС (коксування) і

низькотемпературна – 500–550 ºС (напівкоксу-

вання) з отриманням високоякісного палива, рідких і газоподібних

продуктів розкладу вугілля – цінної хімічної сировини.

Для коксування використовують донецьке вугілля марок Г, Ж, К, П

і А із зольністю до 36 %, сірчаністю не більше 4,5, вологістю не вище

12, виходом летючих речовин 22–42 % і товщиною пластичного шару

не менше 6 мм. Для напівкоксування

використовують вугілля марки

Д, із зольністю до 5,5 %, вологістю не більше 9 %, середньою питомою

теплотою згорання – 27,8 МДж/кг.

Важливими методами переробки вугілля є також газифікація та гі-

дрогенізація.

Газифікація – перетворення органічної маси твердого палива в га-

зогенераторах різних систем. Залежно від виду дуття отримують ге-

нераторний газ певного складу. Для газогенераторів стандартного

ти-

пу використовують донецьке збагачене кам’яне вугілля й антрацити

(марки Д, Г, А) із зольністю до 8,5 %, вологістю не більше 7, сірчаністю

не вище 3 %, температурою плавкості золи не менше 1250 ºС.

Великий інтерес представляє підземна газифікація вугілля, коли

органічна маса перетворюється на газ, а на місці вугільного пласта

залишається зола і шлам

. Вперше в світі процес підземної газифікації

вугільного пласта здійснено в м. Горлівці. Отриманий газ мав такий

склад: СО

– 9-11 %, СО – 15–19, Н – 14–17, СН

– 1,4–1,5, N – 55 %, Q

– 4,2 МДж/м

. Зараз підземні газогенератори працюють у Росії, США,

Великій Британії та Чехії.

Гідрогенізація – це обробка вугілля воднем під тиском 5–30 МПа за

температури 380–550

С, в результаті чого відбувається руйнування

високомолекулярних сполук, утворюються ненасичені молекули і до

них приєднується водень. Для гідрогенізації використовують малозо-

льне і малосірчане вугілля з вмістом вуглецю не більше 85 % і водню

не менше 4,5 %. При сучасній технології гідрогенізації 1 т горючої ма-

си можна отримати 650–700 кг рідких продуктів – моторне паливо,

мастила, хімічні продукти

і 150–180 м

газів для органічного синтезу.

Виробництво електродів, термоантрациту, карбіду кальцію і крем-

нію, електрокорунду здійснюється за високих температур і для цього

потрібне вугілля з малим виходом летючих речовин (антрацит) і кокс.

Розділ 3. Вугільні басейни України

212

Вимоги до антрациту для технологічного використання наведено в

табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Вимоги до антрациту для технологічного використання

Граничні показники, %

Призначення

CаO

Термічна

стійкість,

Меха-

нічна

міцність,

Граничний

вміст

дрібняку,

Електродний

антрацит

Ливарний тер-

моантрацит

Електрокорунд

Карбід кальцію

Карбід кремнію

6,0

6,5

5,0

10,0

7,0

6,5

2.0

2,0

2,5

2,0

1,5

1.5

0,05

0,4

≥ 60

≥ 32

≥38

5–17

Екстрагування бітумів здійснюється для отримання жирів, воску і

смол. Найбільший промисловий інтерес представляє гірський віск

(монтан-віск), що використовується в електротехнічній та ливарній

промисловості. Його отримують з бурого вугілля Б

Гумінові кислоти використовують для очищення котлів, виробниц-

тва вуглелужних реагентів, для буріння свердловин, отримання доб-

рив. Їх отримують з бурого вугілля з А

30 %, W

≤ 58 %, виходом гу-

мінових кислот НА не менше 60 %.

Для виробництва активованого вугілля, що має високі адсорбційні та

гідрофобні властивості, використовують вугілля марок ПС і Т із зольніс-

тю до 6 %, вологістю до 10, сірчаністю до 0,5 %, виходом летючих ре-

човин до 22 %, питомої теплоти згорання не менше 27,6 МДж/кг.

Вугілля використовують для виробництва цегли,

цементу, вапна,

термографіту, спікання глинозему, агломерації руд.

Для вапнякових печей (шахтні пересипні печі та печі з виносними

газовими топками) використовують донецьке збагачене вугілля марок

Д, Г, А із зольністю не більше 15 і вологістю 10 %; для цементних пе-

чей (обертові та шахтні печі) – марок Ж із зольністю не більше 15 і во-

логістю не

більше 12,5 %; для випалювання цегли в кільцевих і туне-

льних печах – марок Д, Г, П, А із зольністю не більше 37,5 %, вологіс-

тю не більше 16 %, питомою теплотою згорання 18,6–29,4 МДж/кг.

Вихідним продуктом для агломерації (окускування) руд є шихта,

яка крім руд і концентратів містить коксовий дрібняк (до 3 мм), ан-

трацитовий штиб (до 3

мм), пісне вугілля (до 3 мм), вапняк і поворот

(бракований дрібний агломерат). Донецький антрацитовий штиб по-

винен мати зольність до 15 %, вологість до 9 %, сірчаність до 2 %.

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

213

Стійке до вивітрювання, в’язке і міцне вугілля, що добре поліруєть-

ся (гагат), часто використовують для виготовлення художніх виробів,

скульптур і як облицювальний матеріал [5].

Розділ 3. Вугільні басейни України

214

Економічні відомості

В Україні підтверджені запаси кам’яного та бурого вугілля станов-

лять 45 312,1 млн т, загальні ресурси – 99 698,1 млн т (табл. 3.3). За-

паси кам’яного вугілля підраховано до глибини 1200–1500 м, прогно-

зні ресурси – до 1800–2000 м, бурого вугілля – до 100–300 м [6, 13].

Таблиця 3.3

Запаси та ресурси вугілля України (млн т)

Об’єктів Запаси (на 01.01.2004 р.)

Басейн,

вугленосна площа

усьо-

го

екс-

плуа-

уєтьс

підтвер-

джені

(А+В+С

кспл

туються

Імовірні

(С

)

Прогноз-

ні ресур-

си

Україна всього 981

180 45312,1

9142,0

11341,7

43044,3

Кам’яне вугілля, 807

173 42717,5

9051,4

11042,5

37962,5

у т.ч. антрацити - 41 6326,4 1695,1

1381,0 2948,6

Буре вугілля 174

7 2594,6 90,6 299,2 5081,8

у т.ч. для відкритої розроб-

ки

32 6 914,7 74,7 3,3 1018,9

Донбас, усього 749

159 41841,0

8835,5

10783,3

31716,0

кам’яне вугілля 746

159 41555,3

8835,5

10783,3

30431,9

у т.ч. антрацити - 41 6326,4 1695,1

1381,1 2948,6

буре вугілля 3 - 286,7 - - 1284,1

Львівсько-Волинський

басейн, усього

45 14 1162,2 216,0 259,2 1103,4

кам’яне вугілля 45 14 1162,2 216,0 259,2 1103,4

Дніпровський басейн, буре

вугілля

149

1878,7

89,0

299,2

1750,0

у т.ч. для відкритої розроб-

ки

29 5 523,2 73,1 3,3 451,8

ДДЗ, усього 34 - 389,9 - - 8317,5

кам’яне вугілля 16 - - - - 6427,2

буре вугілля 17 - 389,9 - - 1890,3

у т.ч. для відкритої розроб-

ки

1 - 389,9 - - 491,8

Закарпатська вугленосна

площа, буре вугілля

4 1 39,2 1,6 - 7,1

у т.ч. для відкритої розроб-

ки

1,6

Прикарпатська вугленосна

площа, буре вугілля

1 - - - - 150,3

у т.ч. для відкритої розроб-

ки

1 - - - - 150,3

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

215

Основна частина підтверджених запасів (94,3 %) представлена

кам’яним вугіллям: довгополуменевим, довгополуменевим газовим,

газовим вугіллям, антрацитами. Підтверджені запаси бурого вугілля

становлять 914,7 млн т. У Донецькому басейні зосереджено 92,3 %

підтверджених запасів вугілля.

Кам’яне вугілля добувають 173 шахти, підтверджені запаси яких

становлять 9 051,4 млн т. У Донбасі будують чотири шахти з проект-

ною потужністю 7,5 млн т на

рік, запаси яких становлять 866,4 млн т,

представлені коксівним вугіллям та антрацитами. Підготовлено ре-

зерв розвіданих ділянок кам’яного вугілля для будівництва вугільних

шахт, що залучає 51 ділянку потужністю100,6 млн т вугілля на рік,

запаси їх становлять 8423,8 млн т (коксівного – 39,5 %, антрацитів –

11,4 %).

Резерв для будівництва нових підприємств з видобутку бурого ву-

гілля становить

1063,4 млн т і включає 16 ділянок з виробничою по-

тужністю 24,3 млн т вугілля на рік; з них для будівництва шахт –

шість ділянок потужністю 5,8 млн т і для будівництва розрізів – де-

сять ділянок потужністю 18,5 млн т.

У 2003 р. в Україні видобували вугілля 180 підприємств, з них 173

шахти – кам’яне вугілля, одна шахта і

шість розрізів – буре (табл. 3.4).

Таблиця 3.4

Видобуток вугілля по басейнах у 2003 р.

Видобуток, млн т

у тому числі по басейнах

Корисна копалина

Усього

Донець-

кий

Львівсько-

Волинський

Дніпровсь-

кий

Вугілля кам’яне 78,673

53,444

75,692

51,962

2,981

1,482

у тому числі коксі-

вне

37,509

26,443

37,509

25,413

____

1,030

Антрацити 17,418

13,326

17,418

13,326

- -

Буре вугілля 0,637

0,598

- - 0,637

0,598

у тому числі для

відкритої розробки

0,637

0,597

- - 0,637

0,598

Чисельник – дані Держкомстату, знаменник – маркшейдерські виміри

В Україні виникла парадоксальна ситуація, коли виробничі потуж-

ності шахт і розрізів використовуються на 65–70 %, в основному че-

рез нестачу коштів для своєчасної підготовки очисних забоїв, а кошти

споживачів вугільної продукції використовують на закупівлю вугілля

Розділ 3. Вугільні басейни України

216

в інших державах. Держави, з якими Україна здійснює торгівлю

кам’яним вугіллям, наведені в табл. 3.5.

Таблиця 3.5

Зовнішня торгівля України кам’яним вугіллям (млн т)

Країна-експортер,

річний обсяг

Країна-імпортер, річний обсяг

1–5 до 0,1 0,5–1,5 0,01–0,4

Росія

Польща

Казахстан

Австралія

Болгарія

Словаччина

Молдова

Бельгія, Велика Британія, Греція,

Єгипет, Ірландія, Італія, Нідерланди,

Польща, Румунія, США, Туреччина,

республіки колишньої Югославії

Починаючи з 1993 р. експортні поставки українського вугілля зме-

ншилися через посилену конкуренцію з боку російських і польських

експортерів, які пропонують дешевше і часто якісніше вугілля. Не-

зважаючи на складну ситуацію, частина споживачів в Європі має по-

требу саме в українському вугіллі, а близькість морських портів до ос-

новних центрів видобутку

дає змогу зменшувати ціну вугілля. Для ву-

гілля марок Д і Г потенціальними ринками є Греція, Болгарія, Данія,

Албанія, які використовують вугілля для комунально-побутових по-

треб. Невеликі запаси у світі антрацитового палива, яке характеризу-

ється високою калорійністю, а головне – бездимністю, зумовлює попит

на нього на європейському (Італія, Франція), північно-африканському

(Єгипет) і близькосхідному регіонах, що відкриває додаткові можли-

вості для України.

Генетична і промислова класифікація родовищ вугілля

Існує значна кількість класифікацій вугілля: генетичних, заснова-

них на особливостях його походження, промислових – на технологіч-

них властивостях, промислово-генетичних та ін.

Перша класифікація вугленосних басейнів і родовищ запропонова-

на у 1862 р. К. Науманом [15], в якій автор відокремив два типи вуг-

ленагромадження: паралічний (прибережний) та лімнічний (озерний).

Ці уявлення збереглися й

донині [19].

Зараз найпоширенішою є генетична класифікація вугленосних ба-

сейнів, побудована за тектонічним принципом з урахуванням геотек-

тонічних умов нагромадження вугленосних формацій [7]. За характе-

ром тектонічних режимів виокремлюються басейни трьох типів: гео-

синклінальні, платформні і перехідні [16].

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

217

Для геосинклінальних басейнів характерна велика потужність вуг-

леносних відкладів (10–15 км) з чітким і частим чергуванням порід

різного складу, значна кількість (до декількох сотень) пластів

кам’яного вугілля помірної потужності, їх витриманість, лінійна скла-

дчастість, розвинена система розломів, наявність зональності мета-

морфізму вугілля по вертикалі (правило Хільта-Скока) і по площі.

Платформним

басейнам властива мала потужність вуглистої товщі

(від сотень метрів і менше), наявність бурого вугілля, невелика кіль-

кість пластів (десятки – перші десятки метрів), які характеризуються

незначною витриманістю і мають різну потужність (від десятків до

сотень і більше метрів). Залягання вугленосних відкладів горизонталь-

не або пологе, амплітуда розривних порушень незначна.

Для басейнів

перехідного типу характерні проміжні значення по-

тужностей вугленосної товщі та пластів вугілля, їх кількості і ступеня

витриманості. Особливістю тектонічної будови таких басейнів є роз-

виток брахіантиклінальних складок, у тому числі куполоподібних.

Існують політичні басейни, де розвинуті декілька типів, наприклад,

Донецький, де зі сходу на захід спостерігається послідовна зміна гео-

синклінального

типу на платформний. Відповідно антрацити зміню-

ються довгополуменевим, а в західній частині – бурим вугіллям.

За складом вихідного рослинного матеріалу виокремлюються групи

гумолітів і сапропелів, які поділяються на класи та підкласи.

Промислово-генетичні класифікації, як правило, мають регіональ-

ний характер і належать до локальних басейнів з властивими їм особ-

ливостями умов утворення

і якості вугілля.

Найрозповсюдженішими є промислові (марочні) класифікації вугіл-

ля, за показниками, що характеризують його придатність до промис-

лового використання. ГОСТом 2543-88, прийнятим для вугільних ба-

сейнів, викопне вугілля за величиною показників (вітриніту, теплоти

згоряння беззольного палива і виходу летючих речовин у перерахунку

на сухий беззольний стан) поділяється на три види:

буре, кам’яне, ан-

трацити (табл. 3.6).

Таблиця 3.6

Розподіл викопного вугілля на види [16]

Вид

вугілля

Показник відбиття

вітриніту в імерсій-

ному середовищі, R

, %

Вища питома теплота

згоряння Q

daf

МДж/кг (ккал/кг)

Вихід летючих

речовин V

daf

Буре

Кам’яне

Антрацит

< 0,60

0,40–2,59

≤ 2,20

< 24 (100,56)

≥ 24 (100,56)

≥ 8

< 8

Розділ 3. Вугільні басейни України

218

У кожному з видів за показником відбиття виокремлюють класи, за

петрографічним складом – категорії та типи. За вологістю палива

max

) виділяють 6 типів бурого вугілля, за масовим виходом летю-

чих речовин (V

daf

) - 21 тип кам'яного вугілля, за об’ємним виходом ле-

тючих речовин (V

daf

) – 4 типи антрацитів.

Залежно від ступеня вуглефікації та технологічних властивостей

(показник відбиття вітриніту – R

, сума фюзенізованих компонентів –

∑ ОК, максимальна вологомісткість – W

max

, вихід летючих речовин –

daf

і V

daf

, вихід смоли напівкоксування – T

daf

, товщина пластичного

шару – Y, анізотропне відбиття вітриніту – А

) в промисловій класифі-

кації виокремлюють такі марки вугілля: буре (Б), довгополуменеве (Д),

газове (Г), жирне (Ж), коксове (К), пісне скіпливе (ПС), пісне (П) і ан-

трацит (А). Трапляються і перехідні різновиди: довгополуменеве газо-

ве (ДГ), газове жирне (ГЖ), коксове жирне (КЖ), коксове слабоспікли-

ве (КС), напівантрацити (НА) (табл. 3.7).

Таблиця 3.7

Схема промислової (марочної) класифікації вугілля [16]

На беззольну і безводну речовину, %

Вміст

Марка

вугілля

Вологість

, %

Вихід

летючих,

daf

C H O

Теплота

згоряння

daf

МДж/кг

Спікли-вість

мм

Буре (Б) 10–25 39–67 58–76 4,5–5,9 20–29

< 23,9

овгополуме

еве (Д) 4–10 76–80 4,9–5,6 15,7

32,2–33,5 0–14

Газове (Г) 1,3–2,5

35–46

80–84,5 5,4–5,8 33,0–35,7 0–30

ирне (Ж) 0,4–1,7 25–40 84–89 4,9–5,7 35,5–35,9 9–40

Коксове (К) 0,3–0,9 18–28 88,5–90,5

4,5–5,0 35,7–36,6 5–32

Пісне спікливе (ПС) 14–19 90–91,7 4,5–4,9 36,4–36,8 –

Пісне (П)

0,5–0,8

4–14 90,7–92,7

3,7–4,3 35,7–36,4 0–25

Напівантрацити (НА)

0,7–0,8 5–6 92,2–92,5

3,3–3,5 35,7–35,9 0

нтрацити (А) 0,9–3,2 1–2 95,1–97,5

0,8–1,9

Зменшення

До 0,2–1,5

33,5–34,5 0

Широко використовується кодова Міжнародна класифікація вугіл-

ля, за якою кам’яне вугілля поділяється на 9 класів і 4 групи з десять-

ма підгрупами, які позначаються кодом з трьох цифр. Перша вказує

на клас вугілля (виходід летючих речовин на горючу масу, теплота

згоряння); друга – на групу (здатність до спікливості); третя – здат-

ність вугілля

до коксування (тип коксу). Кодові значення відповіда-