Экибастузский угольный бассейн способ добычи угля

Экибастузский угольный бассейн

Экибастузский угольный бассейн — расположен в Павлодарской области Республики Казахстан. Крупнейшее угольное месторождение Казахстана [1] . Близ бассейна проходят железнодорожная магистраль Павлодар — Астана, канал Иртыш-Караганда и автострада Павлодар — Караганда. Приурочен к замкнутой котловине площадью 155 км² при длине 24 км и максимальной ширине 8,5 км. Общие геологические запасы углей около 10 млрд т. Центр добычи — город Экибастуз [2] .

Содержание

История

Открытие месторождения

В 1886 году геолог-самоучка и рудознатец Косум Пшембаев (кстати, его именем назван городской музей) открыл месторождение угля. В заявке, поданной хозяину, Пшембаев написал, что пометил он место двумя глыбами соли, которые притащил с соседнего озера. Отсюда и пошло название: «Еки бас туз» — «Две головы соли» [3] .

В 1893 году для выяснения благонадежности месторождения в Экибастуз отправляется небольшая поисково-разведочная партия. Однако эта разведка из-за неопытности изыскателей не дала положительных результатов. Весной 1895 года павлодарский купец Деров вместе с Косымом Пшембаевым приступают к новым работам. Разведочный шурф глубиной 6,4 метра закладывается в 2,5 километра от западной части соленого озера Экибастуз. Пробы угля из этого шурфа показала наличие здесь весьма мощного крутопадающего пласта с хорошей качественной характеристикой. В 1895 году Деров на Экибастузском месторождении закладывает три разведочных шахты (Владимирская, Мариновская, Ольговская).

В 1896 году начальник Западно-Сибирской горной партии А. А. Краснопольский направляет в Экибастуз своего помощника — главного инженера А. К. Мейстера, который в течение четырех месяцев производит детальную разведку месторождения. Анализ результатов этой разведки оправдал надежность экибастузского угля. Весной 1896 года Деров вводит в строй небольшой угольный разрез. После Мейстера в 1897—1988 годах более детальным исследованием Экибастузского угольного месторождения занимается известный французский горный инженер Жорж де Кателен и Киевский коммерческий банк в лице русского инженера А. Э. Страуса.

В своей книге «Очерки исследований рудных владений А. И. Дерова в Южной Сибири», изданной на французском языке в Париже в 1897 году, Кателен писал:

«Угольное богатство Экибастузского бассейна громадное, мы даже не думаем, чтобы в Европе существовало другое подобное накопление минерального топлива».

Своим исследованием Кателен подчеркнул особенность подземного клада Экибастуза — концентрацию на сравнительно ограниченной площади крупных запасов каменного угля. Тем самым впервые обратил внимание русских горнопромышленников на уникальность Экибастуза и его благоприятные перспективы. В 1898 году на западной стороне озера Экибастуз возникает небольшой населенный пункт под названием Экибастуз. [4]

Развитие угольного бассейна

После Октябрьской революции, в мае 1918 года, В. И. Ленин подписал декрет о национализации предприятий Риддера и Экибастуза. Была начата работа по составлению плана ГОЭРЛО. В одном из разделов плана В. И. Ленин писал

Из других месторождений наибольшее значение имеют Экибастузские копи близ Павлодара

В те годы Экибастуз был самым крупным в Казахстане угольным предприятием. Президиум ВСНХ 16 марта 1922 года выделил специальные средства на восстановительные работы. Но поднять и развить производство в Экибастузе в те годы стране было не по силам.

В 1925 году Экибастузские копи законсервировали, заводы демонтировали, рельсы, оборудование и подвижной состав продали.

Строительство экибастузских разреров началось в 1948 году. В 1954 году— введен в эксплуатацию разрез № 1 мощностью 3 млн тонн угля в год. А в 1959 году начал работать разрез № 2 мощностью 3 млн тонн угля в год. К этому времени была введена в эксплуатацию Экибастузская ТЭЦ мощностью 18 мегаватт, которая до 1966 года обеспечивала электроэнергией разрезы и город.

В то же время сооружались объекты разреза № 3, ввод которого был осуществлен в 1963 году. Строили его на более прогрессивных проектных решениях: вывозка вскрышных пород и угля предусматривалась электротягой, внедрена электрическая централизация в управлении стрелочными переводами, более мощные экскаваторы применены на вскрыше, отвале и добыче угля (ЭКГ-4, ЭКГ-4,6, частично ЭКГ-8). Таким образом, в течение 15 лет было построено 3 разреза общей мощностью 9 млн тонн угля в год.

Реконструировались разрезы № 1 и № 2.Произведена замена паровозов на электровозы, построены тяговые подстанции, питающие ЛЭП и контактные сети на железнодорожных путях. Горное оборудование заменено на более производительное (вместо экскаваторов ЭС-3 стали работать ЭКГ-4, ЭКГ-4,6). На всех железнодорожных станциях и постах внедрена электрическая централизация в управлении стрелочными переводами. Увеличены были мощности ремонтных мастерских. В результате проведенной реконструкции суммарная мощность 3-х разрезов возросла в 1966 году до 14 млн тонн угля в год [5] .

В 1964 году началось строительство самого мощного в стране и в мире разреза «Богатырь».При этом были приняты принципиально новые, самые передовые технические решения. В 1979 году были начаты первоочередные работы по строительству разреза «Восточный» проектной мощностью 30 млн тонн угля в год. В проекте были предусмотрены новейшие технические достижения на тот момент. Впервые на открытых работах применена новая технология угледобычи. Транспортировку угля до погрузочного пункта на поверхности предполагалось осуществлять конвейерами, погрузку угля в вагоны МПС производить не в разрезе, а на станции, находящейся на поверхности, осуществлять усреднение угля по теплотворной способности, что значительно снижало колебание зольности отгружаемого угля, а это имеет большое значение для электростанций, работающих на экибастузских углях.

Характеристика бассейна

Характеристика угля

высокозольный(более 40%), с относительно высоким содержанием примесей.

Тип угля Экибастузский 1СС Общая влага в рабочем состоянии топлива, Wр 6,5 % Влага гигроскопическая, Wг 4% Зольность в сухом состоянии топлива, Ad 36,9 % Сера общая в сухом состоянии топлива, Sd 0,7 % Летучие вещества в сухом беззольном состоянии топлива, Vdaf 25 % Низшая теплота сгорания в рабочем состоянии топлива, Qр 17,38 МДж/кг Коэффициент размолоспособности топлива методом ВТИ, Gr 1,29 Сера колчеданная в сухом беззольном состоянии топлива, Sdafp 0,3 % Сера органическая в сухом беззольном состоянии топлива, Sdafo 0,4% Углерод в сухом беззольном состоянии топлива, Cdaf 44,8 % Водород в сухом беззольном состоянии топлива, Hdaf 3 % Азот в сухом беззольном состоянии топлива, Ndaf 0,8 % Кислород (по разности) в сухом беззольном состоянии топлива, Odafd 7,3%

Источник

Экибастузский угольный бассейн: история открытия и современность

Киргизские степи – огромная территория, простирающаяся от Урала до самого предгорья Тянь-Шаня. Но это не просто обширная область, а природные богатства, разные виды металлов и полиметаллических руд и каменноугольные бассейны.

Месторождение угля в Казахстане

Одним из крупнейших месторождений угля в Казахстане является Экибастузский угольный бассейн. Находится он в Павлодарской области, около железнодорожной ветки Павлодар-Астана.

Общие запасы оценивают в 10 миллиардов тонн. Замкнутый котлован занимает площадь в 155 кв. км., с общей длиной в 24 километра и шириной в 8,5 км.

Как был найден уголь?

Еще в 1886 году рудознатец Косум Пшембаев (самоучка-геолог) подал заявку своему хозяину, в которой указал месторасположение месторождения. При этом пометил границы двумя глыбами соли, которые принес из соседнего озера. Отсюда и пошло современное название Экибастузского угольного бассейна – «Еки баз туз», то есть «Две головы соли».

В 1893 году, чтобы проверить информацию, в эти места была направлена разведывательная группа. Однако ничего не было найдено и скорее всего, что это произошло из-за неопытности исследователей.

В 1895 году Косум и его купец Деров начали новые поиски. Им удалось заложить разведочный шурф недалеко от западной части озера Экибастуз на глубину в 6,4 метра. Они получили прекрасные результаты, подтверждающие, что здесь находится мощный пласт угля. И в тот же год купец заложил три разведочных шахты.

Богатства Экибастузского угольного бассейна привлекли внимание и других людей. В 1896 году начальник горной партии направил в эти места своего помощника, который определил, что действительно месторождение является надежным. В этом же году Деров уже ввел в эксплуатацию небольшой угольный разрез.

В 1898 году с западной стороны озера начинается формироваться небольшое поселение, которое затем разрослось до размеров города.

Современные исследования

На сегодняшний день недра Экибастузского угольного бассейна полностью изведаны. Исследования проводились на протяжении 8 лет, с 1940 по 1948 года.

Значение для промышленности имеют только три верхних слоя, состоящие из целого угольного комплекса:

• 1 слой – 25 метров;
• 2 слой – до 43 метров;
• 3 пласт до 108 метров.

Качество угля

В Экибастузском угольном бассейне уголь определяют как высокозольный, марки 1СС, то есть слабоспекающийся. Несмотря на то, что такой уголь достаточно сложно разжечь, у него длительное время горения, с высокой степенью теплоотдачи. Зольность на уровне 40%, изменяющаяся в зависимости от пласта и с большим содержанием примесей.

По всей территории месторождения уголь может добываться открытым способом.

Основное предназначение – использование в качестве топлива для электрических станций.

Общая химическая характеристика (в сухом беззольном состоянии):

Источник

Химико-технологическая характеристика углей Экибастузского каменноугольного бассейна

Средние показатели качества углей основных пластов Экибастузского бассейна приведены в табл. 254. Вопросы качества углей пластов I—XV не рассматриваются вследствие непромышленного их значения. Укажем лишь, что зольность этих углей редко снижается до 25%, обычно же она более 30%. Выход летучих веществ колеблется от 35 до 40%, подчиняясь правилу Хильта.

Зольность. Угольная масса всех пластов имеет крайне высокую зольность, обусловленную дисперсным распределением в ней минеральных примесей. Исключение составляют лишь угли пачки 1а, приуроченной к верхней части пласта 1, зольность которых обычно колеблется в пределах 15—20%. Общей закономерностью для бассейна является увеличение зольности углей вниз по разрезу (табл. 255).

Для Экибастузского бассейна кондициями 1960 г. установлены следующие верхние пределы по зольности углей: для балансовых — 45%, для забалансовых — 50%.

По разрабатываемым пластам 3, 2 и 1 угли с зольностью 45—50%, залегающие пачками среди балансовых углей (с зольностью до 45%), учтены как засоряющая породная часть пласта с определенными коэффициентами участия. С учетом этого зольность углей основных пластов приведена в табл. 256.

За 15 лет эксплуатации разрезов 1, 2 и 3 зольность товарного угля колебалась по первому пласту в пределах 36,4—37,3%, по второму 32,1—34,1% и по третьему 37,2—38,9%, что указывает на стабильность этого показателя, определяющего практическую ценность экибастузских углей как энергетического топлива. По тем же разрезам расчетная зольность товарного угля пласта 3 на 3% выше фактической. Снижение ее достигается в процессе разработки пласта за счет селективной выемки разубоженных и высокозольных угольных пачек.

Расчетная зольность товарного угля пласта 4 близка к предельной кондиционной или превышает ее. По многим пластопересечениям она возрастает до 47 и даже 50%. Лишь на участке 1, расположенном в северо-западной замковой части брахисинклинали, выделена небольшая площадь, где пласт представлен балансовыми по зольности углями. На остальной площади бассейна запасы его утверждены ГКЗ по группе забалансовых.

Комплексным проектом освоения Экибастузского бассейна разработка пласта 4 не предусмотрена из-за высокой зольности товарного угля и расположения его в разрезе на 20—150 м ниже рабочей части пласта 3, хотя на отдельных участках он попадает в разносы бортов карьера.

Состав и плавкость золы. Химический состав золы экибастузских углей и продуктов их обогащения по данным исследований и сульфатная — 4%, т. е. преобладает сера органическая, что вообще характерно для малосернистых углей. При обогащении углей содержание серы практически не снижается.

Фосфор. Все угли бассейна являются многофосфористыми (Рс = 0,03—0,21%). Количество фосфора, так же как и серы, увеличивается вверх по разрезу, достигая максимальной величины в относительно малозольных спекающихся углях пачки 1a пласта 1. Содержание фосфора в ее концентратах обычно более 0,1%.

Выход летучих веществ на горючую массу. Этот показатель колеблется в пределах 22—35% по обогащенным и 27—34% по необогащенным углям основных пластов бассейна. Изменение его по разрезу происходит в соответствии со стратиграфической глубиной. Пониженный на 2—3% выход летучих в углях пласта 2 против углей залегающего непосредственно под ним пласта 3 связан с первичной окисленностью значительной части витренизированных компонентов (структурного витрена) углей пласта 2, что согласуется с низкой их спекаемостью.

Элементарный состав и теплота сгорания. Из сопоставления результатов анализов необогащенных и обогащенных углей видно, что для вторых содержание углерода и теплота сгорания выше. Co стратиграфической глубиной оба показателя увеличиваются в обогащенных и уменьшаются в необогащенных углях. Последнее не согласуется с явлениями регионального метаморфизма и обусловлено неизбежной ошибкой, связанной с прямым определением (посредством озоления) неорганической составной части углей и поправок на нее для вычисления содержания органического вещества. При высокой зольности экибастузских углей эти поправки, по-видимому, весьма значительны.

В концентратах углей основных рабочих пластов бассейна содержание углерода на горючую массу 84,2—89,2%, водорода 5,0—5,2%, азота (по ограниченному количеству анализов) до 1,5%. Элементарный состав их подчинен правилу Хильта. Теплота сгорания горючей массы необогащенных углей по бомбе 7650—8160 ккал/кг, низшая рабочего топлива — 3540—5850 ккал/кг. Увеличивается теплота сгорания углей вверх по разрезу параллельно с уменьшением их зольности. Средняя теплота сгорания товарного угля пластов 1, 2 и 3, отгружаемого потребителям из разрезов 1, 2, 3 (по данным OTK разрезов), в 1965 г. составила 4110 ккал/кг, в 1966 г. — 4080, в 1967 г. — 4190, в 1968 г. — 4270 ккал/кг. Средняя теплота сгорания 4170 ккал/кг.

Спекаемость. Необогащенные угли пластов 1, 2, 3 и 4 не спекаются: нелетучий остаток первых трех порошкообразный или слипшийся, последнего — слипшийся или слабоспекшийся. Спекаемость углей, обогащенных по удельному весу 1,4, характеризуется следующей толщиной пластического слоя: 7—9 мм для пласта 1, 6—7 мм для второго, 10—12 мм для третьего и 14—18 мм для четвертого. Однако, несмотря на это, концентраты углей описываемых пластов не представляют интереса для коксохимической промышленности в связи с высокой их зольностью и малым выходом. Несоответствие показателя спекаемости концентрата углей пласта 2 (у = 6—7 мм) их петрографическому составу (сумма плавких компонентов 70%) связано, по мнению А.А. Кузнецовой, с тем, что около 60% компонентов группы витринита представлено телинитом (структурным витреном), отражательная способность которого близка к таковой компонентов группы семивитринита.

Лучше обогащаются угли пачки 1а, концентраты которых дают сплавленный плотный королек при толщине пластического слоя до 13 мм. Однако в связи с высоким содержанием фосфора (обычно более 0,1%) для получения доменного кокса они непригодны. В то же время наличие в коксе такого количества фосфора не является препятствием для использования его в цветной металлургии. В настоящее время пачка 1a разрабатывается совместно с пластом 1 и уголь ее утилизируется как энергетическое топливо.

Полукоксование углей. При сухой перегонке угли дают невысокий выход смол — от 4,5 до 8% на горючую массу — и не могут быть рекомендованы для переработки методом полукоксования. Данные о выходе первичного газа при сухой перегонке угля, его составе и теплоте сгорания приведены в табл. 258.

Газификация углей. Экибастузские угли, за исключением углей пачки 1а, пригодны для газификации. С 1946 по 1952 г. в бассейне работала газогенераторная установка, обеспечивавшая высококалорийным газообразным топливом экибастузский стекольный завод.

Ситовый состав. Угли Экибастуза обладают высокой крепостью. В валовых пробах, вырубка которых произведена отбойными молотками в квершлагах дренажных шахт разреза 1, преобладают крупные классы (+13 мм), что свидетельствует о значительной сопротивляемости углей дроблению (табл. 259).

Для всех пластов зольность угля по классам изменяется в узких пределах, однако с выраженной тенденцией к снижению ее в сторону мелких классов.

Ситовый состав пластов 1 и 2 по валовым пробам незначительно отличается от ситового состава эксплуатационных проб. В последних отмечается повышение выхода класса +150 мм до 12—15% за счет изменения соотношения выхода крупных классов при добыче угля экскаваторами. Ситовая характеристика углей пласта 3 по представительным эксплуатационным пробам пока отсутствует.

Около 1,1 млн. т угля из общей добычи поступает на технический комплекс (проектная производственная мощность 7 млн. т/год), где его додрабливают до размера 180 мм. Остальной уголь непосредственно из разрезов отправляется на электростанции. Несмотря на ряд мер, принимаемых для уменьшения крупности угля посредством рыхления его при буровзрывных работах в массиве добычного уступа, а также путем неоднократного сбрасывания угля в забое с высоты подъема ковша экскаватора, размеры глыб часто достигают 500—900 мм при норме 300 мм. С переходом на выемку угля роторными экскаваторами это будет устранено.

С целью решения вопроса о возможности обогащения экибастузских углей методом центробежной сепарации, являющимся для высокозольных углей наиболее эффективным, в 1957 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом обогащения угля были подвергнуты исследованию пластово-промышленные пробы пластов 1, 2 и 3. На основе полученных результатов был сделан вывод о нецелесообразности обогащения углей этим методом.

Промышленные испытания обогатимости углей пластов 1 и 2 проведены на пластово-промышленных пробах из разреза 1. Обогащение велось по удельному весу 1,8 двух машинных классов: —50+13 мм и —13+0 мм. Крупный уголь обогащался на реожелобах, а мелкий — на отсадочной машине (табл. 262). Вопрос о экономической целесообразности обогащения экибастузских углей окончательна пока не решен.

Выветривание и окисление углей. Нижняя граница зоны выветрелых углей, непригодных для сжигания в пылевидном состоянии, обычно не опускается глубже 7—12 м от основания покровных отложений. Выше этой глубины уголь теряет свои физические и теплотехнические свойства и на выходах превращен в сажу. Исключение составляет участок 1, где зона угля, непригодного для использования, практически отсутствует. По-видимому, это обусловлено тем, что покровные отложения здесь представлены жирными палеогеновыми глинами мощностью до 7 м, предохранившими в какой-то мере уголь от интенсивного физического выветривания.

Нижняя граница зоны окисления углей, установленная по многочисленным специальным горным выработкам и буровым скважинам, пройденным по пачке 1а, не превышает 15—20 м от поверхности коренных пород (табл. 263).

Самовозгорание углей. Угли пачки 1a пласта 1 наиболее склонны к самовозгоранию. В 1921 г. в шахте 1, расположенной на площади ныне действующего разреза 2, возник подземный пожар, очаг которого, по-видимому, не был тогда локализован и продолжал распространяться и после закрытия шахты в 1925 г. Об этом свидетельствуют горные выработки разреза 2, вскрывшие по пачке 1a участки, охваченные в свое время пожаром до глубины 60 м.

Случаев самовозгорания углей пластов 1—3 в обнаженных добычных уступах разрезов, независимо от длительности влияния на них атмосферных осадков, не наблюдалось. Однако в разрыхленном и увлажненном состоянии уголь этих пластов склонен к самовозгоранию, поэтому к методам его хранения должны предъявляться повышенные требования. Уголь, уложенный в сухую погоду в штабеле с плотной послойной укаткой (через каждые 0,8—1,5 м по высоте), как показал опыт складирования его на Среднеуральской ГРЭС, надежно сохраняется в течение трех лет и более. При таком способе складирования случаи появления очагов самовозгорания редки и носят эпизодический характер.

Теплотехнические и другие свойства углей. Низшая теплота сгорания рабочего топлива экибастузских углей изменяется от 4080 до 4270 ккал/кг. Расход условного топлива на 1 квт*ч вырабатываемой на ТЭЦ электроэнергии составляет 0,447 кг.

Угли характеризуются средней твердостью. Относительный лабораторный коэффициент размолоспособности их (Кло) 1,3—1,4. Насыпной вес угольной пыли 0,7 т/м3.

Экономически оптимальная тонкость помола угля находится в пределах R90 = 14—20% (где R — остаток на сите с отверстиями в 90 микрон).

Экибастузский уголь, как показал опыт его использования на Среднеуральской ГРЭС, обладает хорошей сыпучестью. Явлений замазывания тракта топливоподачи, застревания или образования сводов в бункерах не наблюдалось.

Возможные направления использования углей. Экибастузские угли высокозольны, труднообогатимы, низкокалорийны и для использования в виде технологического топлива непригодны. Незначительна эффективность их применения и в топках слоевого сжигания, что связано с большими потерями в шлаке от механического недожога (10—15%). Поэтому экибастузские угли в пылевидном состоянии сжигаются в топках паровых котлов ТЭЦ и ГРЭС Урала и Казахстана (в 1968 г. 95% от общей добычи в бассейне).

Качество углисто-битуминозных аргиллитов из кровли пласта 1 характеризуется следующими показателями: влага аналитическая 2,1%, зольность 71,5%, теплота сгорания горючей массы по бомбе 7110 ккал/кг; выход продуктов полукоксования (на сухое топливо): полукокс 86,4 %, вода пирогенная 4,0%, смола 5,4%, газ И потери 4,2%. При выветривании они расслаиваются на тонкие пластинки, легко загораются от спички и издают при этом запах жженой резины.

Источник