CC BY
30
622.82:552.57
Ф.А. Голынская
ВЛИЯНИЕ ТЕКТОНИЧЕСКОЙ НАРУШЕННОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА НА САМОВОЗГОРАНИЕ КАМЕННЫХ УГЛЕЙ
Рассмотрены причины, вызывающие самовозгорание каменных углей в тектонически нарушенных угольных пластах, характер тектонической нарушенности, обуславливающий повышенную опасность самовозгорания углей; дается анализ уровня опасности эндогенных пожаров в зависимости от степени нарушенности угольных пластов шахт «Распадская» (Кузнецкий бассейн) и «Воргашорская» (Печорский бассейн). Автор объясняет причину самовозгорания каменных углей в нарушенных участках угольных пластов изменением физико-химических свойств угольного вещества и облегченным доступом кислорода в угольный массив.
Ключевые слова: самовозгорание углей, тектонические нарушения, эндогенные пожары, угольный пласт, эндогенный кливаж, дизъюнктивные нарушения, трещиннова-тость, степень метаморфизма, гранулометрический состав.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-43-47
Нарушенность угольных пластов обусловлена, преимущественно, двумя причинами: тектоническими движениями земной коры в постформационный период и карстовыми процессами в подстилающих угольный пласт породах. Установлено, что каменные угли менее склонны к самовозгоранию, чем бурые. Однако в Кузнецком, Донецком, Печорском и некоторых других каменноугольных бассейнах отмечается высокий уровень эндогенной пожароопасности. Исследования показали, что одним из важнейших факторов, влияющих на самовозгораемость каменных углей этих бассейнов, является интенсивная тектоническая нарушенность угольных пластов. Так, например, к тектонически нарушенным участкам пластов в Донецком бассейне приурочено 86,4% эндогенных пожаров, в Кузнецком — 75% и т.д.
Повышение опасности самовозгорания углей в местах нарушенности пластов объясняют существенным изменением в этих условиях их физико-химических свойств. H. Briggs еще в 1922-1923 гг. провел лабораторные испытания углей и установил, что каменный уголь при раздроблении до размера 0,08 мм показывает повышение температуры на 29 °С [6]. H. Schroeder изучала корреляцию между гранулометрическим составом, мощностью угольного пласта, степенью метаморфизма и тенденцией угля к самовозгоранию. Как видно из таблицы, начальная температура самовозгорания снижается с уменьшением его гранулометрического состава независимо от степени метаморфизма [7].
Эту мысль подтвердили известные уг-лепетрографы (Э. Штах, М.-Т. Маковски, М. Тайхмюллер, Т. Тейлор, Д. Чандра,
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 43-47. © Ф.А. Голынская. 2017.
Изменение начальной температуры самовозгорания углей в зависимости от гранулометрического состава, мощности угольного пласта и степени метаморфизма
Начальные температуры
Размеры фракции, мм 1,0-0,2 0,2-0,1 < 0,1
Вес образца, г 0,2 1,0 2,0 0,2 1,0 2,0 0,2 1,0 2,0
Выход летучих
38,9 321 234 207 234 195 189 188 147 142
34,4 - - - 301 212 195 196 164 154
27,4 334 249 211 322 228 219 204 177 172
22,1 342 255 220 328 236 224 205 182 178
19,1 384 287 238 353 272 246 230 190 184
14,0 377 312 291 360 273 263 234 193 182
9,1 414 326 296 350 299 291 257 208 205
6,6 396 347 333 396 341 314 333 280 239
3,8 453 427 411 442 392 372 - - -
Рис. 1. Тектоническая нарушенность угольных пластов поля шахты «Распадская» Кузнецкого бассейна
Рис. 2. Тектонические зоны дизъюнктивных нарушений угольных пластов поля шахты «Воргашор-ская» Печорского бассейна
Р. Тайхмюллер, 1978): «опасность возгорания существенно увеличивается с уменьшением класса (гранулометрического состава — Г.Ф.) угля» и, таким образом, наиболее вероятным является возникновение самопроизвольного возгорания «в тектонически нарушенных зонах, а не в сохраняющем целостность пласте» В дополнение к этому было высказано предположение о том, что «самовозгорание более вероятно в угольной мелочи,
обогащенной витринитом, чем в крупнокусковом угле» [5].
Сложной тектонической нарушенно-стью и высокой пожароопасностью угольных пластов отличается Кузнецкий бассейн. Угленосные отложения в этом регионе образуют крупные синклинальные складки и складки более низкого порядка, которые осложнены крупными дизъюнктивными нарушениями. В границах поля шахты «Распадская», которое рас-
положено в центральной части Распад-ского месторождения Кузнецкого бассейна, отмечено крупное дизъюнктивное нарушение сбросового характера, которое пересекает его по линии северо-запад - юго-восток. Сбросы также ограничивают площадь шахтного поля с трех сторон (рис. 1). Исследования самовозгорания углей рабочего пласта показали, что вблизи нарушенных участков уровень опасности самовозгорания углей повышается (скв. 226, 243, 250), а на некоторых становится высоким (скв. 182, 188, 329, 297) [1].
В Печорском бассейне, несмотря на условия многолетней мерзлоты и высокую степень метаморфизма, угли склонны к самовозгоранию, что в значительной степени обусловлено высокой тектонической нарушенностью пластов. Угленосная толща поля шахты «Воргашорская» осложнена серией дизъюнктивных нарушений сбросово-взбросового характера, которые образуют тектонические зоны. Эти зоны приурочены к участкам изменчивости простирания. Плоскости сместитетелей имеют крутое падение -70-90° (рис. 2). Следствием высокой тектонической нарушенности пласта является принадлежность большей части
углей в границах шахтного поля среднему уровню опасности самовозгорания, а в отдельных скважинах - высокому уровню опасности (скв. 1562, 1655, 1703 и др.) [2]. Следовательно, в местах тектонических нарушений, даже в пластах, не склонных к самовозгоранию, существует опасность его возникновения. Особенно опасны тектонические нарушения дизъюнктивного характера с большой амплитудой смещения.
Резюме
Тектонически нарушенные участки угольных пластов являются зонами повышенной трещиноватости, что облегчает доступ кислорода воздуха во внутреннюю часть угольного массива. В образованной в результате тектонических нарушений угольной мелочи концентрируются активные к окислению и самовозгоранию органические и неорганические компоненты угля (сульфиды железа, микрокомпоненты групп инер-тинита, витринита и др.). В местах тектонических нарушений изменяются физические свойства угля: он становится мягким, рыхлым, перемятым, более тусклым и влажным, что делает его активным к окислению и самовозгоранию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Голынская Ф.А., Смирнова О. С., Никонов Р.А. Применение метода многомерной классификации по эталонным точкам для определения степени самовозгораемости углей на примере шахты «Распадская» Кузнецкого бассейна // Известия вузов. Геология и разведка. -2015. - № 4. - С. 15-21.
2. Голынская Ф.А., Смирнова О. С., Никонов Р.А. Применение метода многомерной классификации по эталонным точкам для определения степени самовозгораемости углей поля шахты «Воргашорская» Печорского бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2017. - № 2. - С. 284-295.
3. Долженко Е. С. и др. Участки Распадские У1-УИ-УШ и 1Х-Х-Х1 Томь-Усинского района Кузбасса (Геологическое описание, качество и запасы каменного угля по состоянию на 01.01.59 г.). - Ленинск-Кузнецкий, 1959. - 749 с.
4. Комаров А. С., Зимовец А. М., Кочеванова Н. Н. и др. Отчет о детальной разведке южного крыла поля шахты № 4 «Воргашорская» и доразведке площади первоочередной отработки ее запасов (с пересчетом запасов по всему полю). Состояние ГРР и подсчет запасов на 01.07.97. - Воркута, 1997. - 1323 с.
5. Штах Э., Маковски М.-Т., Тайхмюллер М., Тейлор Т., Чандра Д., Тайхмюллер Р. Петрология углей. - М.: Мир, 1978. - С. 456-458.
6. Briggs H. The possibility of spontaneous combustion being initiated by the heat produced in crushing // Trans. Inst. Min. Eng., 1922-1923. - T. LXIV. - P. 227-248.
7. Schroeder H. Untersuchungen uber das Verhalten von Kohlen beim Erhitzen im Sauer Stoffstram Brennst // Chemie, 1954. - 35. - S. 13-23. та
КОРОТКО ОБ АВТОРE
Голынская Фарида Асхатовна - кандидат геолого-минералогических наук, доцент, e-mail: [email protected], НИТУ «МИСиС».
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 43-47.
UDC 622.82:552.57
F.A. Golynskaya
INFLUENCE OF TECTONIC DAMAGE ON AUTOGENOUS IGNITION IN COAL BEDS
The article discusses the causes of spontaneous combustion of coal in tectonically disturbed coal seams, the nature of tectonic disturbance, causing an increased risk of spontaneous combustion of coal; an analysis of the level of risk of endogenous fires depending on extent of disturbance of the coal seam mines, "Raspadskaya" (the Kuznetsk basin) and Vorgashorskaya (Pechora basin). The author explains the cause of spontaneous combustion of coal in disturbed areas coal seams change the physico-chemical properties of coal substance and a facilitated access of oxygen in the coal array.
Key words: spontaneous combustion of coals, tectonic disturbance, endogenous fires, coal seam, endogenous cleavage, disjunctive disturbances, tremendously, degree of metamorphism, grain-size composition.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-43-47
AUTHOR
Golynskaya F.A., Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected],
National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia. REFERENCES
1. Golynskaya F. A., Smirnova O. S., Nikonov R. A. Izvestiya vuzov. Geologiya irazvedka. 2015, no 4, pp. 15-21.
2. Golynskaya F. A., Smirnova O. S., Nikonov R. A. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017, no 2, pp. 284-295.
3. Dolzhenko E. S. Uchastki Raspadskie VI-VII-VIII i IX-X-XI Tom'-Usinskogo rayona Kuzbassa (Geo-logicheskoe opisanie, kachestvo i zapasy kamennogo uglya po sostoyaniyu na 01.01.59 g.) (Areas Raspadsky VI-VII-VIII and IX-X-XI of the Tom-Usinsk area of the Kuznetsk basin (Geological description, quality and reserves of coal as of 01.01.59), Leninsk-Kuznetsky, 1959, 749 p.
4. Komarov A. S., Zimovets A. M., Kochevanova N. N. Otchet o detal'noy razvedke yuzhnogo kryla polya shakhty № 4 «Vorgashorskaya» i dorazvedke ploshchadi pervoocherednoy otrabotki ee zapasov (s pereschetom zapasov po vsemu polyu). Sostoyanie GRR i podschet zapasov na 01.07.97 (Report on detailed exploration of the South wing of the mine field No. 4 Vorgashorskaya and further exploration of the area of the primary mining of its stocks (conversion stocks across the field). As exploration and reserve calculation 01.07.97), Vorkuta, 1997, 1323 p.
5. Shtakh E., Makovski M.-T., Taykhmyuller M., Teylor T., Chandra D., Taykhmyuller R. Petrologiya ugley (Petrology of coals), Moscow, Mir, 1978, pp. 456-458.
6. Briggs H. The possibility of spontaneous combustion being initiated by the heat produced in crushing. Trans. Inst. Min. Eng., 1922-1923. T. LXIV. P. 227-248.
7. Schroeder H. Untersuchungen uber das Verhalten von Kohlen beim Erhitzen im Sauer Stoffstram Brennst. Chemie, 1954. 35. S. 13-23.
