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

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

239

Якісна характеристика вугілля Донбасу

У Донбасі відоме різне за якісним складом вугілля – від бурого до

антрациту. Майже всі пласти складені гумусовим вугіллям класу гуму-

літів. Ліптобіоліти зустрічаються зрідка у вигляді тонких прошарків у

вугільних пластах серпуховського ярусу, сапропелево-гумусові – тіль-

ки в покрівлі деяких пластів, їх потужність не перевищує 0,1 м.

Вугіл-

ля середнього і верхнього карбону належить до гумусового, де пере-

важають кларен, вітрен і дюрен. Вміст вітриніту в цьому вугіллі ста-

новить 80–95 %, ліптиніту – 2–10, фюзиніту – 3–15 %. Вугілля нижньо-

го карбону клареново-дюренове з вмістом ліптиніту 10–30 %, фюзині-

ту 15–30 і вітриніту 45–70 %. За однакового речовинно-

петрографічного складу і ступеня метаморфізму властивості вугілля

залежать від особливостей

геліфікованої речовини. У зв’язку з цим

введено поняття про типи вугілля за ступенем відновленості гелефіко-

ваної речовини. За цим принципом виокремлюють чотири типи ву-

гілля: маловідновлене (“а”), відновлене (“в”), проміжне (“б”) і дуже від-

новлене (“вв”). У Донецькому басейні найширше розповсюджене ву-

гілля типів “а”, “б”, “в”.

Маловідновлене вугілля

відрізняється від відновленого відносно по-

ниженими значеннями виходу летючих речовин, теплоти згорання,

спікливості і більш високими значеннями відбивної здатності, механі-

чної міцності, вмісту кисню, гігроскопічної вологості.

Відновлене вугілля у більшості випадків є високосірчаним, а мало-

відновлене – малосірчаним. Зольність відновленого вугілля вища ніж

маловідновленого.

У нижньому карбоні Донбасу переважає вугілля проміжного типу

“б”, близьке до маловідновленого; рідше трапляється маловідновлене

вугілля і зовсім зрідка – відновлене. Для середнього і верхнього карбо-

ну характерний широкий розвиток відновленого і проміжного типів

вугілля. Тільки в південно-західній частині регіону значна кількість

пластів складена маловідновленим вугіллям.

Дуже відновлене вугілля ("вв") має найвищі показники теплоти зго-

рання, спікливості та

виходу летючих речовин.

За ДСТУ-3472-96 донецьке вугілля класифікують за такими пара-

метрами, як вихід летючих речовин, показник відбиття вітриніту, те-

плота згорання і спікливість (табл. 3.13).

Зольність і вміст сірки вугілля Донбасу коливаються в широких

межах. Середній вміст золи в більшості вугільних пластів становить

7–25 %. Малозольного вугілля із зольністю менше 8 % мало. Найчис

тіше таке вугілля трапляється в південно-західній частині Донбасу.

В цьому районі зосереджена більша частина малосірчаного вугілля

Розділ 3. Вугільні басейни України

240

< 1,5 %). Дуже мало сірки (0,5–0,7 %) містить намюрський пласт

у Червоноармійському районі. В Донбасі переважає середньосірча-

не (1,5–3,0 %) і високосірчане (3,05 %) вугілля. Сірчаність вугілля

збільшується в північно-східному напрямі, де у вугленосній товщі

зростає кількість і потужність пластів вапняків. Відомі малозольні

малосірчані пласти l

, m

, i

, h

, розповсюджені на значній

площі. Вихід смоли із середньо- і верхньокарбонового вугілля стано-

вить 8–17 %, а нижньокарбонового – до 24 %. Для коксування ви-

користовують вугілля марок Г, Ж, К, ПС, які додатково поділяють

на технологічні марки, де вміст сірки не має перевищувати 3 %, а

для вугілля, що надходить для збагачення на фабрики коксохіміч-

них заводів – 4,5 %.

Таблиця 3.13

Класифікація вугілля Донбасу [15]

Класифікаційні показники

Марка

вугілля

Відбивна

здатність

вітриніту

, %

Вихід

летючих

речовин

daf

, %

Товщина

пластично-

го шару

“У”, мм

Ін-

декс

Рога

RL,

од.

Теплота

згорання

daf

МДж/кг

Буре (Б)

< 0,40

50–70 - -

< 24

Довгополуменеве

(Д)

0,4–0,6 35–50

< 6

- -

Довгополуменеве

газове (ДГ)

0,5–0,8 35–48 6–9 - -

Газове (Г) 0,5–1.0 35–46 10–16 - -

Жирне (Ж) 0,85–1,2 28–36 17–38 - -

Коксівне (К) 1,21–1,6 18–28 13–28 - -

Піснувате спікливе

(ПС)

1,3–1,9 14–22 6–12 13–50 -

Пісне (П) 1,6–2,59 8–18

<6 <13

35,2–36,5

Антрацит (А) 2,6–5,6

< 8

- -

< 32,5

За ступенем збагачуваності вугілля більшості пластів є легко- і се-

редньозбагачуваним. Вихід концентрату за питомою вагою 1,5 для

легкозбагачуваного вугілля становить 80–90 % із зольністю концент-

рату 5–6 %, для середньозбагачуваних – приблизно 65 % із зольністю

8–9 % і для важкозбагачуваних – 40–45 % із зольністю 11–12 %.

Вміст фосфору у вугіллі Донбасу не перевищує 0,001–0,02 %.

На якість вугілля впливають і процеси вивітрювання – сукупність

змін

горючої корисної копалини під впливом кисню, води, різниці

температур, що відбуваються поблизу денної поверхні в зоні аера-

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

241

ції. Потужність вугільних пластів у зоні вивітрювання зменшується

в 8–10 разів, змінюються фізичні, технологічні властивості та хіміч-

ний склад. Вугілля перетворюється на крихку землисту речовину,

яка при контакті з вапняками набуває білястого забарвлення і має

назву “крейдянка”. Нижньою межею зони вивітрювання вважаєть-

ся глибина залягання вугілля, починаючи з якої воно має постійний

і близький до нормального склад. Зона окиснення вугілля, що вико-

ристовується для коксування, розповсюджується до глибини 70–80

м по вертикалі. На вододілах крихке вугілля, сажа і “крейдянка”,

непридатні для використання, мають потужність 30–40 м.

Гірничо-геологічні умови експлуатації

Гірничо-геологічні умови експлуатації в Донецькому басейні склад-

ні, що зумовлено великою глибиною розробки, високою загазованістю

вугілля і порід, частими викидами та вибухами метану.

У складі шахтних газів басейну міститься метан, азот, вуглекислий

газ, сірководень, водень, важкі вуглеводні (етан) та рідкісні гази. Ос-

новні з них –

метан, азот і вуглекислота. Їх вміст закономірно зміню-

ється з глибиною: вміст метану збільшується, азоту – спочатку зрос-

тає, а потім знижується. Шахти Донбасу за метаноносністю поділя-

ються на такі категорії (в м

на 1 т горючої маси):

н/г (не газовані) 0

І 0–5

ІІ 5–10

ІІІ 10–15

н/к (надкатигорійні)

> 15

У Донбасі 45 % всього вугілля видобувають на шахтах ІІІ категорії

та надкатегорійних, 8 – на шахтах ІІ категорії, 22 – І категорії і 25 % –

на негазованих шахтах. Виділяють чотири газові зони (табл. 3.14):

• азотно–вуглекислих газів: вміст СО

– 20 %, N

– до 80 %, метан відсут-

ній; виділення СО

досягає 15 м

/т; за категорією шахти негазовані;

• азотних газів: вміст N

більше 80 %, СО

і СН

у сумі менше 20 %; га-

зифікованість за СО

становить 4 м

/т, за СН

– до 4 м

/т; шахти на-

лежать до І і ІІ категорій;

• азотно–метанова: вміст СН

– 50–70 %, інші елементи (N

, СО

) прису-

тні в незначній кількості; кількість метану – 10–15 м

/т; шахти ІІІ кате-

горії по газоносності;

• метанова: вміст СН

більше 80 %, метаноносність становить 10–15

/т; шахти належать до ІІІ категорії і надкатегорійних.

Розділ 3. Вугільні басейни України

242

Таблиця 3.14

Газова і гідрохімічна зональність вугільних пластів Донбасу

Вміст, %

Газова зона

Гідрохімічна зона

Азотно-вуглекисла 0 80 20 Гідрокарбонатно-кальцієва

Азотна 0–10 80–100

0–10 Гідрокарбонатно-

сульфатно-натрієва

Азотно-метанова 50–70 30–50 0–5 Сульфатно-натрієва

Метанова 80–100 0–30 0–5 Хлоридно-натрієва

Зональній зміні газового режиму відповідає зміна гідрохімічних ти-

пів підземних вод. Гідрокарбонатно-кальцієві і гідрокарбонатно-

сульфатно-натрієві води, присутні в зоні активного водообміну, від-

повідають зоні азотно-вуглекислих і азотних газів. До азотно-

метанової зони приурочені сульфатно-натрієві води, з якими часто

пов’язано виділення сірководню. Глибинні сильно мінералізовані хло-

ридно-натрієві води відповідають зоні метанових газів.

Активна циркуляція підземних вод спричиняє винос метану з вугі-

льних пластів до денної поверхні і сприяє обміну метаморфічних пові-

тряних газів. Тому пласти, розташовані близько до водоносних гори-

зонтів, характеризуються пониженою метаноносністю. В закритій ча-

стині басейну (Луганський, Лисичанський райони) трапляються водо-

носні горизонти

, насичені метаном у розчиненому і вільному стані.

Консервація метану відбувається за умов закритого синклінального

і антиклінального залягання пластів, переважання в розрізі вугленос-

ної товщі глинистих порід. Дегазації метану сприяють відкриті анти-

кліналі з розмитим куполом, відкриті дрібні синкліналі, переважання

тріщинуватих пісковиків, вапняків, наявність відкритих тріщин. Ме-

таноносність окремих вугільних пластів

коливається від 0 до 35–40 м

на тонну горючої маси. Максимальної метаноносності досягають ан-

трацити (30–35 м

/т). При подальшому зростанні ступеня метаморфі-

зму відбувається зменшення їх метаноносності.

Найбільша метаноносність виявлена в шахтах Донецько-

Макіївського, Чистяково-Сніжнянського, Боково-Хрустального і Цент-

рального районів; найменша – Лисичанського, Довжано-Ровенецького

і Шахтино-Несвітаєвського.

Вугленосна товща карбону містить численні водоносні горизонти,

приурочені до пластів пісковиків і вапняків. У ній виділено 330 водо-

носних горизонтів, у тому числі 105 у вапняках і 225 у пісковиках.

Водоносні горизонти продуктивної товщі карбону, як правило, да-

ють невеликі притоки води в ході пересічення виробками закарсто-

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

243

ваних вапняків або сильно тріщинуватих пісковиків, які сягають

1000–2000 м

/год (шахта Ломоватська в Алмазно-Мар’їнському райо-

ні). Середній приплив у шахти досягає 50–100 м

/год, зрідка до 300–

500 м

/год. Ступінь тріщинуватості порід карбону зменшується з гли-

биною, тому приплив води у гірничі виробки з глибини 300 м у біль-

шості випадків знижується, а нижче 600 м інколи припиняється.

Шахтні води характеризуються підвищеною кислотністю та вміс-

том заліза. Це пов’язане з розкладом піриту в гірничих виробках,

збагаченням води вільною сульфатною

кислотою, в результаті чого

вона стає агресивною, розчиняє карбонатні породи і руйнує устат-

кування. Мінералізація води становить у середньому 10–20 г/л, іно-

ді до 66 г/л. Величина рН у кислотних шахтних водах досягає 2,8.

Стійкість порід збільшується із зростанням ступеня метаморфіз-

му, найбільша спостерігається в антрацитових шахтах, найменша –

на шахтах, що розробляють

слабометаморфізоване вугілля марки Д.

Геотермічний градієнт у басейні становить 2,6° на 100 м глибини, в

окремих районів – 1,7–3,8°. Середня температура порід на глибині 1800

м дорівнює 55 °С, а на глибині 1000 м – 25–52 °С. У цілому геотерміч-

ний режим на площі басейну характеризується зниженням температу-

ри із заходу на схід і від центру

регіону в напрямі до Воронезької анте-

клізи та Приазовського масиву на півдні. Геотермічний градієнт зумов-

лений структурними факторами, він збільшується в склепіннях анти-

кліналей і зменшується в донних частинах синкліналей.

Основні особливості гірничотехнічних умов Донбасу такі:

• незначна потужність вугільних пластів, що належать за діючою кла-

сифікацією до тонких і дуже тонких;

• порівняно велика кількість пластів, які зберігаються в стратиграфіч-

ному розрізі на значній площі басейну;

• проста тектонічна будова на більшій частині вугленосної площі;

• достатня стійкість гірських порід, що вміщують вугільні пласти;

• незначні

або помірні припливи підземних вод у гірничі виробки;

• сприятливі умови розкриття родовищ на площі відкритого Донбасу

(50 % запасів) і складні умови на всій іншій площі.

Запаси, ресурси та перспективи розвитку

Підтверджені запаси кам’яного вугілля в Донбасі підраховано до

глибини 1200–1500 м, прогнозні ресурси – до 1800–2000 м. У Донбасі

зосереджено 92,3 % підтверджених запасів вугілля України. На

01.01.2004 р. підтверджені запаси кам’яного вугілля за категорією

А+В+С

становили (млн т) 41555,3, у тому числі антрациту – 6326,4,

бурого вугілля – 286,7. Ймовірні запаси кам’яного вугілля за категорі-

Розділ 3. Вугільні басейни України

244

єю С

становили (млн т) 10783,3 (антрацит – 1381,1). Прогнозні запа-

си кам’яного вугілля (млн т) становлять 30431,9 (антрацит – 2948,6,

буре вугілля – 1284,1). Загальні ресурси становлять (млн т) 84341,3

(кам’яне вугілля – 82770,5, антрацит – 10656,1, буре вугілля – 1570,8).

Експлуатується 159 об’єктів (шахт, вуглерозрізів, ділянок), де роз-

робляється 8835,5 млн т вугілля. Глибину залягання до 1000 м мають

80 ділянок, розташованих поблизу діючих шахт.

Вони мають незнач-

ну кількість запасів і зосереджені в ізольованих блоках, які поки що

недоцільно розробляти. Нині відбувається масове закриття шахт, за-

паси яких не відпрацьовані і подальша перспектива не з’ясована.

За прогнозними ресурсами кам’яне вугілля Донбасу залягає на гли-

бинах від 1200–1400 до 1800–2000 м, і сучасні технології розробки

поки

що не спроможні забезпечити освоєння таких родовищ.

В Україні відбувається перебудова галузі, прийнята програма

“Українське вугілля до 2010 р.”, де передбачено збільшити видобуток

вугілля в 2010 р. до 110 млн т на рік, а в подальшому створити перед-

умови для будівництва та введення в експлуатацію нових вугледобу-

вних підприємств. Це дасть можливість до

2030 р. підвищити видо-

буток вугілля до 120–125 млн т на рік.

ЛЬВІВСЬКО-ВОЛИНСЬКИЙ ВУГІЛЬНИЙ БАСЕЙН

Львівсько-Волинський басейн (ЛВБ) розташований на території

Львівської і Волинської областей (рис. 3.7). Перші відомості про ба-

сейн з’явилися у 1810 р., а в 1950 р. тут були закладені перші шахти.

Вугленосні відклади протягаються вздовж р. Західний Буг на 120 км

від міст Рава-Руська і Львів на півдні до міста Володимир-Волинський

на півночі завширшки 50–60 км. На заході басейн продовжується на

території Польщі, де має назву Люблінського басейну.

Геологічна будова

У геологічній будові басейну бере участь складний комплекс палео-

зойських, мезозойських і четвертинних відкладів, які залягають на

докембрійському фундаменті [1, 2].

Докембрій складений архейськими біотит-плагіоклазовими гнейса-

ми, палеопротерозойськими сланцями, гранітами та гранітоїдами.

Верхня частина докембрію, а саме неопротерозой (рифей) представ-

лений строкато-кольоровими піщано-гнейсовими утвореннями і по-

тужною товщею базальтів

у середній частині розрізу. Загальна поту-

жність докембрійських утворень 12 км.

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

245

Рис. 3.7. Схематична карта Львівсько-Волинського вугільного басейну [20]

Розділ 3. Вугільні басейни України

246

Розділ 3. Вугільні басейни Укераїни

247

Стратиграфія

Найважливіші стратиграфічні підрозділи басейну: кембрій, ордо-

вик, силур, девон, карбон, юра, крейда, неоген, четвертинна система.

Кембрій представлений трьома відділами, складений різноманіт-

ними пісковиками, строкатокольоровими алевролітами і глинами за-

гальною потужністю 520 м.

Ордовик представлений карбонатною і теригенною товщами всіх

трьох відділів. Це кварцитоподібні, темно-зелені глауконітові піскови-

ки, глинисті дрібнозернисті

вапняки та мергелі потужністю 50 м.

Силур розвинутий широко, залягає трансгресивно на розмитих рі-

зновікових горизонтах ордовіку, складений вапняками, мергелями,

карбонатними сланцями і вулканічними туфами потужністю 225 м.

Девон широко розповсюджений в межах басейну, має велику по-

тужність (2300 м). Нижній девон складений потужною товщею кон-

тинентальних червоних пісковиків і піщано-глинистих порід;

середній

– чергуванням доломітів, вапняків, пісковиків і алевролітів; верхній –

доломітами з пісками у нижній частині, вапняками – у верхній.

Карбон незгідно залягає на породах верхнього девону і представ-

лений нижнім і частиною середнього ярусу (табл. 3.15).

Нижній карбон включає відклади турнейського, візейського та сер-

пуховського ярусів.

Турнейський ярус в північній і північно-східній

частині басейну

складений піщано-конгломератовою і вапняково-аргілітовою товщами

(хоревська світа). Вугільних пластів у ньому не виявлено.

Відклади візейського ярусу залягають трансгресивно на породах ту-

рнейського ярусу, представлені аргілітами, алевролітами, пісковика-

ми, вапняками і вугіллям, об’єднані у шість світ:

• куличківська – гравеліти, кварцові пісковики з прошарками аргілітів і

алевролітів, у верхній частині трапляються каолінові глини;

• олеськівська –окременілі вапняки V

потужністю 28–41,5 м;

• винниківська, нестерівська, володимирська – чергування вапняків з

аргілітами й алевролітами; трапляються до 13 вапнякових прошарків,

найбільш витриманим надано індекс від V

до V

;

• устилузька – вапняки V

(10–115 м).

Загальна потужність візейського ярусу зростає від 102 м на півночі

до 200 м на південному заході.

У складі серпуховського ярусу представленого теригенними і вап-

няковими породами, виділяються світи:

• порицька (від покрівлі вапняку V

до підошви вапняку V

) – аргіліти й

алевроліти з прошарками вапняків V

, V

і вугілля;

Розділ 3. Вугільні басейни України

248

• іванічевська (від вапняку V

до підошви вапняку N

) – чергування ар-

гілітів, алевролітів, пісковиків з прошарками вапняків і вугілля;

• лишнянська (між вапняками N

та N

) – теригенні породи з прошар-

ками вапняків і вугілля;

• бужанська (між вапняками N

і N

) – пісковики, алевроліти, аргіліти з

малопотужними прошарками доломітизованих мергелів; до верхньої

частини світи приурочені майже всі промислові вугільні пласти басей-

ну – до 20 вугільних пластів і прошарків, значна кількість з них розро-

бляється (n

, n

); потужність світи – 150–305 м.

Таблиця 3.15

Стратиграфічне розчленування вугленосної формації ЛВБ [1, 15, 22]

Си

сте

ма

Від

діл

Яр

ус

Світа Граничні

вапняки

Пласти

вугілля

Потужність,

Кречівська

70–100

Паромівська В

50–90

Середній

Башкирський

Морозовицька

30–80

Бужанська

150–305

Лишнянська

30–180

Іванічевська

95–150

Серпуховський

Порицька

75–200

Устилузька V

10–115

Володимирська V

Нестерівська V

Винниківська V

до 150

Кам’яновугільна

Нижній

Візейський

Олеськівська V

28–41,5