Читайте также:
|
Уголь является наиболее распространенным полезным ископаемым.
Общие мировые ресурсы угля оцениваются в 148 триллионов тонн, из них 60% каменные угли и 40% - бурые. Распределение по материкам неравномерное: большая часть в северном полушарии. В Азии 54%, в Северной Америке 28%, в Европе 9%. Прогнозные ресурсы углей всех типов России составляют 3,9 трлн. т (четвертое место в мире), в том числе ресурсы категории P1 – 0,5 трлн. т; 95% прогнозных ресурсов приходится на восточные районы страны и лишь 5% - на европейскую часть и Урал (рис.4).
Разведанные запасы угля России составляют 198 млрд. т (второе место в мире после США).
Рисунок 4. Распределение прогнозных ресурсов угля по угольным бассейнам России, %
Угли делятся на бурые и каменные, в числе последних - антрациты и коксующиеся.
Бурые используются в основном в энергетических целях, для сжигания в топках, в меньших масштабах - для газификации, изготовления брикетов и углещелочных реагентов. Характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп. Мягкие бурые угли содержат уран, селен, германий.
К попутным компонентам всех углей относятся минералы, металлы и их соединения, другие элементы, в том числе, редкие и рассеянные. Эти элементы не имеют определяющего значения для промышленной оценки месторождения, но в случае их промышленной значимости могут быть рентабельно извлечены из добытой массы при обогащении углей, при коксовании, из золы сжигаемого топлива или же путем выщелачивания горной массы. Для такого элемента, как германий, угольные месторождения являются одним из основных источников получения.
К попутным полезным ископаемым, залегающим в виде самостоятельных пластов или тел в угленосном массиве, относятся огнеупорные и тугоплавкие глины, каолины, бокситы, карбонатные породы, а также руды. Специальная добыча попутных полезных ископаемых усложняет технологию разработки месторождения из-за селективной выемки и выделения наиболее ценных сортов или видов пород.
К природным ресурсам угольных месторождений, мало используемым в отечественной практике добычи угля, следует относить также вмещающие породы, извлекаемые из недр при строительстве шахты, проведении выработок и добыче угля, а также метан угольных пластов, шахтные и дренажные воды.
К оценке ресурсов этой группы можно подходить двояко. С одной стороны - это фактор, снижающий эффективность и безопасность производства (особенно это относится к метану и подземным водам). С другой это ресурсы, обладающие потенциально высокой ценностью как сырье для индустрии (породы). Как топливо (метан), как вода для технических и сельскохозяйственных нужд.
Использование этих ресурсов требует соответствующей технологической подготовки, следовательно, затрат. Но отнесение попутно добываемых пород, метана, шахтных и дренажных вод к отходам производства экономически не выгодно и экологически не безопасно.
Отличительной особенностью ресурсов этой группы являются то, что без извлечения их из недр не может быть реализована традиционная и основная на перспективу механизированная технология разработки угольных месторождений. Поэтому прогрессивные технологические схемы современных угледобывающих предприятий должны предусматривать использование указанных ресурсов для создания материальных и потребительских ценностей.
Таким образом, сопутствующие минеральные ресурсы угольных месторождений могут быть условно разделены на три группы.
Первая - залегающие в виде самостоятельных пластов и тел полезные ископаемые, вскрышные и вмещающие породы, без извлечения которых из недр может быть реализована технология добычи угля.
Вторая — попутные полезные компоненты, содержащиеся в угле и минеральных примесях и извлекаемые из добытой обычными способами горной массы при ее переработке (исключение представляет подземное выщелачивание, например урана и германия).
Третья - попутно добываемые рудничные газы, шахтные и дренажные воды, извлечение которых из недр, несмотря на усложнение ведения горных работ, органически входит в технологические схемы добычи угля преимущественно для обеспечения безопасных условий труда.
В первую группу входят породы осадочного происхождения, главным образом, пески, глины, их сцементированные аналоги-песчаники, аргиллиты, алевролита, конгломераты. В четвертичных отложениях ряда бассейнов (Канско-Ачинского, Подмосковного и др.) распространены суглинки, пригодные для производства керамических материалов каолиновой группы. Обнаружены бентонитовые глины на месторождениях, расположенных в районах с вулканической деятельностью (Дальний Восток и о. Сахалин).
В целом, твердые отходы угольного производства или хотя бы их часть, представленная наиболее высококачественными разностями, являются заменителем традиционных источников сырья для стройиндустрии, особенно после классификации и термической обработки пород.
Ко второй группе сопутствующих минеральных ресурсов угольных месторождений относятся некоторые редкие и радиоактивные элементы, цветные, благородные и черные металлы. Содержания большинства их компонентов в углях обычно близки к кларковым значениям и лишь в отдельных случаях они образуют высокие концентрации. Такие элементы именуют малыми, поскольку среднее их фоновое содержание в сухом угле не превышает 0.1%. Малые элементы в углях в зависимости от их геологических особенностей, типов углей и стадий метаморфизма могут входит в состав органической части угля или его минеральных компонентов.
В первую очередь представляет интерес выделение следующих элементов: германий, уран, литий, титан, ванадий, сурьма, благородные металлы. Товарные угли отдельных предприятий России представляют также интерес для создания перспективных технологий извлечения циркония, стронция, цинка, галлия и других потенциально ценных элементов.
Промышленно ценные содержания германия установлены в коксующихся углях марки «К» на шахтах «Западная» и «Центральная» в Донецком бассейне (13- 20 г/т угля). Концентрации лития в углях Интинского месторождения, юга Кузнецкого бассейна и в Донецком бассейне достигает 53-106 г/т угля. Повышенным содержанием титана (1500 -1600 г/т) характеризуются концентраты обогатительных фабрик Подмосковного бассейна. В углях половины угледобывающих предприятий Кузбасса содержание титана находится в пределах от 1500 до 2500 - 3500 г/т. Ванадий концентрируется до 115 г/т в углях Кизеловского бассейна.
К наиболее ценным редким элементам, технологий извлечения которых из углей и продуктов переработки в настоящее время не разработано, относятся иттрий, редкоземельные, рений, платиноиды.
К третьей группе сопутствующих ресурсов угольных месторождений относятся рудничные газы, шахтные и дренажные воды. Метан является основным компонентом природных газов каменноугольных месторождений, Содержание метана в смеси природных газов, находящихся в угольных пластах вне зоны газового выветривания составляет 80 – 98 %, остальная часть смеси - тяжелые углеводороды (до 10-20%), водород и другие компоненты особенно высокой метанообильностью отличаются шахты европейских стран, Японии, России, Украины, Казахстана.
В течение всей истории развития подземной добычи угля метан в угольных шахтах рассматривался только как фактор повышенной опасности, вызывающий рудничные взрывы и пожары, внезапные газодинамические явления, отрицательно влияющий на интенсивность работы очистных и подготовительных забоев и требующий для своей нейтрализации дополнительных затрат труда и материальных средств. В отечественной промышленности капитальные затраты на строительство и реконструкцию газообильных шахт на 25-30% выше, чем для не газовых, себестоимость добываемого угля выше в 1,5-2,5 раза, а производительность труда рабочих ниже в среднем на 25-28%.
В странах мира при разработке угольных месторождений ежегодно выделяется от 23 до 30-35млрд. м3 метана (по разным оценкам). На долю России и других стран СНГ приходится порядка 35%. И только около 4,6 млрд. м3 каптируется средствами шахтной дегазации. Весь остальной метан выбрасывается в земную атмосферу вентиляционными системами при концентрации его в исходящей струе до 1%. Этот метан не утилизируется и активно участвует в усложнении экологической обстановки в районах добычи угля.
Таким образом, исходя из двойственной геолого-экономической сущности метана угольных пластов, его следует оценивать с двух различных позиций:
- как самостоятельное полезное ископаемое, извлечение которого из недр может осуществляться независимо от добычи угля по промысловым технологиям подобным технологиям газового производства, при условии их рентабельности; в этом случае может быть получен практически чистый метан;
- как попутное полезное ископаемое, извлекаемое из недр совместно с подготовкой шахтных полей к эксплуатации и с добычей угля с целью обеспечения безопасности условий труда, т.е. путем дегазации разрабатываемых пластов и спутников и извлечения метана из выработанного пространства.
В последнем случае рентабельность дегазации играет подчиненную роль, а весь экономический эффект определяется возможностью интенсификации ведения горных работ на шахтах, т.е. повышением темпов проходки пластовых выработок и нагрузок на очистные забои.
Угленосные отложения, как правило, обводнены. Гидрогеологические условия угольных месторождений характеризуются большим разнообразием, зависящим от климата, рельефа земной поверхности, гидрологии, специфики геологического строения и собственно гидрогеологических факторов. Наиболее важны характер и степень водоносности пород, количество и мощность водоносных горизонтов, их фильтрационные свойства, условия питания, величина гидростатического и гидродинамического давления на кровлю и почву угольных пластов, степень изоляции водоупорными слоями, химический состав вод.
Для обеспечения безопасной и эффективной разработки угольных пластов шахты отрасли ведут работы по предварительному осушению угленосного массива и систематически откачивают воды, поступающие в горные выработки. Ежегодный объем откачиваемых и сбрасываемых вод на предприятиях отрасли составляет 1,3 млрд. м3, из которых не более 30% подвергается механической и биологической очистке. В общем сбросе сточных вод промышленностью России на долю угольной отрасли приходится 7,5%. Это хотя и меньше, чем доля энергетической промышленности и черной металлургии, но следует учитывать, что сточные воды угольных предприятий вносят в естественные водоемы десятки тысяч тонн взвешенных веществ и миллионы тонн минеральных солей и солей тяжелых металлов.
Минерализованные шахтные воды чаще всего бывают жесткими из-за, наличия в них солей кальция и магния, что ограничивает использование их в хозяйственных целях. Минерализация не только неблагоприятно влияет на растительный и животный мир водоемов, но и снижает их самоочищающую способность. Значительный вред водоемам наносят кислые шахтные воды, несущие с собой большое количество соединений железа.
Несмотря на значительные объемы попутно извлекаемых из недр вод, угольные предприятия в своей деятельности используют большое количество забираемой из вне питьевой и технической воды. Так, в Кузнецком бассейне на каждую тонну добываемого угля используется 1,5 м3 питьевой и хозяйственной воды, а шахтные и карьерные воды используются для производственных целей только на 60%. Коэффициент водооборота составляет 0,79. Из сброшенных в поверхностные водоемы сточных вод более б5% представлено загрязненными водами и только 10% нормативно чистыми. Очистные сооружения, обладающие обшей мощностью, превышающей суммарный объем сточных вод, в связи в большей части с устаревшей технологией требуют реконструкции.
Каменные угли используются в металлургической и химической промышленности, в атомных электростанциях. Угли с мелкой пористостью (3,5-4 микрона) обладают высокой сорбционной способностью, что позволяет использовать их для очистки гражданских промышленных вод (углефильтры), в гидрометаллургии для осветления продуктивных растворов и извлечения редких и благородных металлов.
Угольные месторождения представлены в основном пластами и залежами значительной протяжённости. В настоящее время считается, что промышленное значение имеют пласты и залежи каменного угля, залегающие на глубине до 1,5 км и имеющие продуктивную мощность более 0,6 м. Для бурых углей эти значения составляют: глубина до 600 м, мощность более 2 м.
Месторождения угля России в географическом отношении распределены неравномерно и отдалены от основных потребителей. Центральная Сибирь - главный угольный регион России. Здесь сконцентрировано 66% российских прогнозных ресурсов, 78% разведанных запасов каменных, 80% - коксующихся и 81% - бурых углей. Запасы для открытой разработки составляют 87% разведанных запасов углей всех типов. Наиболее крупные запасы разведаны в пределах Кузнецкого (43% от общероссийских) и Канско-Ачинского (21%) бассейнов, которые обеспечивают почти 60% товарной добычи угля в стране. На Урал и европейскую часть страны приходится немногим более 10% запасов энергетических углей, а коксующихся - менее 10%.
Качество сырьевой базы угледобывающих предприятий в других регионах часто не соответствует современным требованиям. Это связано с тем, что в применяемой ранее в СССР практике подсчета запасов применялись заниженные кондиционные требования к рабочей мощности пластов и зольности углей. На действующих предприятиях разведанные запасы составляют 24,6 млрд. т углей, из них на шахтах – 10,6 млрд. т, на разрезах - 13,6.
Наиболее крупные запасы разведаны в пределах Кузнецкого (56 млрд. т) и Канско-Ачинского (45,8 млрд. т) бассейнов. В Кузнецком бассейне заключено 72,3% российских запасов коксующихся углей - 29 млрд. т. Угли Кузнецкого бассейна отличаются низкой сернистостью и разнообразием марочного состава. Высокое качество кузнецких углей дает возможность использовать их в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Наиболее крупными по разведанным запасам являются месторождения Кузбасса Итатское (11,8 млрд. т), Урюпское (7,66 млрд. т), Киселёвское (3,124 млрд. т), Томское (2,9 млрд. т), Талдинское (2,2 млрд. т).
Вторая после Кузбасса стратегическая топливно-энергетическая база России - Канско-Ачинский угольный бассейн в Красноярском крае. Балансовые запасы углей бассейна составляют почти 45,8 млрд. т, или более 23% всех запасов России, причём залегают они на небольшой глубине. Угли Канско-Ачинского бассейна характеризуются самой низкой себестоимостью добычи, по марочному составу преобладают бурые угли. Наиболее крупные разрабатываемые месторождения этого бассейна Березовское (16,51 млрд. т разведанных запасов), Назаровское (1,78 млрд. т), Бородинское (1 млрд. т).
В Печорском угольном бассейне разрабатываются: Воргашорское и Воркутинское месторождения. Из-за сложных горно-геологических условий добываемые здесь угли имеют высокую себестоимость и весьма низкую рентабельность добычи. Месторождения Восточного Донбасса в значительной степени отработаны, при этом здесь добывается 95% антрацитов страны. Разведанные запасы угля составляют 6,5 млрд. т, из которых 87% - антрациты. Донецкий уголь имеет высокую себестоимость из-за подземного способа добычи, что определяет высокую себестоимость и низкую рентабельность добычи. Запасы углей Челябинской области находятся в стадии доработки. Практически все шахты подмосковного бассейна закрыты.
Обеспеченность России разведанными запасами угля составляет сотни лет. Обеспеченность рентабельными запасами угледобывающих предприятий при существующем и проектном уровнях добычи очень неравномерна и колеблется от 3-5 до многих десятков лет.
Технический и технологический уровень добычи угля в России остаётся существенно более низким, чем в развитых странах, прежде всего в США и Австралии. Половина шахт многие годы не реконструировалась. Экологическая ситуация на предприятиях угольной промышленности сложная. Ежегодно увеличивается доля отходов производства, размещаемых во внешних отвалах (терриконах). Около 30% источников вредных выбросов не оснащены пыле- и газоулавливающими установками. С вентиляционными выбросами шахт в атмосферу ежегодно поступает свыше 390 тыс. т метана, который можно было бы использовать для местных энергетических нужд. Продолжают гореть, загрязняя атмосферу токсичными веществами, 47 породных отвалов.
Обогащение угля, как правило, производится в непосредственной близости от угледобывающих предприятий.
Ввиду неравномерности распределения запасов на территории России и удаленности потребителей европейской части страны от основных горнодобывающих регионов, часть спроса удовлетворяется за счет импорта, в основном, из Казахстана. Доля казахстанских углей в угольной составляющей топливного баланса России составляет около 21%. В то же время российский уголь экспортируется в ряд зарубежных стран, и на протяжении последних лет сохраняется тенденция к росту поставок угля на внешний рынок.
Отечественная минерально-сырьевая база угля в состоянии обеспечить потребности страны в угле. В то же время угледобывающая промышленность России находится в тяжелом положении, которое в значительной степени обусловлено низким качеством запасов на многих эксплуатируемых месторождениях, технической и технологической отсталостью отрасли и низким уровнем менеджмента. В результате значительное число угледобывающих предприятий являются нерентабельными.
Закрытие нерентабельных шахт и разрезов порождает ряд социальных проблем, решение которых требует крупных финансовых средств и осуществляется в России весьма медленно, однако это единственный способ вывода отрасли из кризиса. Перспективным также является вовлечение в разработку новых угольных месторождений Ленского и Якутского бассейнов.
Применение ископаемых углей разнообразно. Большое количество каменных углей идет на производство кокса и полукокса с получением побочных химических продуктов (нафталина, фенолов, пека и др.). Перспективным направлением использования каменных углей является сжижение (гидрогенизацию) с получением жидких топлив и производство водоугольного (суспензионного) топлива.
Бурые угли используются также преимущественно в качестве энергетического сырья для пылевидного и слоевого сжигания в промышленных топках и как бытовое топливо и в меньших масштабах они идут на изготовление брикетов, для газификации, на производство углещелочных реагентов и горного воска («монтан-воска»).
К высокоуглеродистому сырью относятся природные термоантрациты и графиты.
Происхождение природных термоантрацитов связано с преобразованием угольного вещества под воздействием повышенных температур при внедрении пластовых интрузий. В результате этого происходила их термическая обработка в природных условиях.
Природные термоантрациты характеризуются, в большей части, низкой зольностью (3-8%) и содержанием серы (0,02-0,5%), высокой микропрочностью.
Эти свойства позволяют использовать природные термоантрациты в атомной, металлургической и электродной промышленности в электроплавильных процессах в качестве восстановителя, при производстве электродов большого диаметра и электролизеров, в огнеупорном производстве и др.
В России природные термоантрациты обнаружены в Таймырском угольном бассейне в месторождениях промышленных размеров и на Лебединском участке в Кузбассе.
Графиты Таймырского бассейна представляют собой пластовые залежи мощностью до 2,3 м, прослеживаемые на десятки километров, В основном в них преобладает скрытокристаллический графит при содержании углерода 85-98%, зольности до 11% и содержании серы до 0,05%
В ряде технологических процессов таймырские графиты могут заменять дефицитный кристаллический графит. По своей природе они схожи с графитом эксплуатируемого Норильского месторождения, но более высокосортны и в естественном виде отвечают техническим требованиям на тигельные и литейные графиты. Помимо использования в металлургической и огнеупорной промышленности, таймырские графиты пригодны в качестве сырья для получения искусственных технических алмазов.
Комплексность месторождений угля их многокомпонентность и сложный вещественный состав предопределяют необходимость решения следующих задач:
1. Повышение качества угольной продукции до уровня мировых стандартов за счет внедрения технологий обогащения углей и создания индустрии глубокой комплексной переработки сырья на месте добычи с извлечение в ходе обогащения угля попутных элементов.
2. Внедрение технологии дегазации месторождений и полезного промышленного использования угольного метана.
3. Производство новых форм товарной продукции в виде жидкой угольной суспензии, брикетов, которые имеют более высокую энергоёмкость и легко транспортируются.
4. Очистка и попутное использование дренажных и шахтных вод, создание систем оборотного водоснабжения.
5. Внедрение технологий подземной газификации угля.
6. Поиск новых технологий производства новых видов товарной продукции.
7. Изыскание безопасных технологий ликвидации отработанных угольных разрезов и шахт и рекультивации нарушенных территорий.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 73 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |