Перспективы освоения Барзасского геолого-экономического района Кузбасса

Ю.Ф. Патраков, д.х.н., профессор, зав. лабораторией научных основ технологий обогащения угля, ФГБУН Институт угля СО РАН (Кемерово);

С.В. Шаклеин, д.т.н., ведущий сотрудник, ФГБУН Институт угля СО РАН, Кемеровского филиала Института вычислительных технологий СО РАН;

М.В. Писаренко, к.т.н., ученый секретарь, ФГБУН Институт угля СО РАН

Работа выполнена в рамках программы Президиума РАН №27. Проект №27.6 «Обоснование научных и технологических решений организации добычи, обогащения и комплексной переработки сапропелитовых углей и горючих сланцев Барзасского месторождения Кузбасса.

Барзасский геолого-экономический район расположен в северной части восточной окраины Кузнецкого каменноугольного бассейна. Район мало освоен промышленностью. Самый крупный населенный пункт района п. Барзас находится в 52 км от города Кемерово. До поселка имеется железная дорога и автодорога. В настоящее время на территории района работает Барзасский карьер. Предприятие ведет добычу щебня и гравия из природного камня и песчано-гравийных материалов объемом 700–1000 м3 в год, обеспечивая потребности Кемеровской области.№5 (117) 2014

В районе обнаружены уникальные угли, горючие сланцы, известняки, огнеупорные глины, основные изверженные породы, различные строительные материалы, бокситы, бурые железняки и золото.

Из многочисленных полезных ископаемых наибольший интерес представляют своеобразные девонские угли, известные сначала как сапромикситы (М.Д. Залесский), а позднее – кутикуловые псилофитовые липтобиолиты или барзасситы (З.В. Ергольская), которые отнесены к особой генетической группе псилофитовых липтобиолитов, занимающих промежуточное положение между липтобиолитами и сапропелитами. Применение собственного наименования для данных углей объясняется исключительным своеобразием микроструктуры и состава углей [1].

Особенностью барзасситов является их промежуточное положение между тяжелыми нефтями и высокометаморфизованными углями. Высокое содержание водорода (8–12%) и высокие выходы летучих веществ (50–60%, иногда до 90%) позволяют рассматривать их как ценное химическое сырье [2].

С использованием технологий традиционного пиролиза или высокотемпературной сверхкритической экстракции [3, 4] возможно получение широкого спектра углеводородной продукции: компонентов моторных топлив, органического связующего, флотореагентов и др. Барзассит является естественным природным концентратором липтинита (содержание липтинита достигает 85–90% на горючую массу). В связи с этим его предлагается использовать в качестве модифицирующей добавки в коксовую шихту для снижения в ней доли дефицитных коксующихся марок угля [5].

Ресурсы барзасситов до глубины 600 м, по имеющейся геологической информации [6], оцениваются в 116 млн т и 207 млн т до глубины 1200 м (табл. 1). На государственном балансе числятся 30,9 млн т по трем наиболее детально изученным участкам (I, II и III шахтные поля).

Кедровский участок расположен на севере района. Промышленная ценность неясна. Однако, вероятно, мощность пласта не более 2 м. Уголь этого пласта характеризуется бурым цветом и брекчиевидным сложением.Табл. 1 Ресурсы и запасы барзасситов, тыс. т

Наиболее детально изучено I шахтное поле, на котором эксплуатировалась опытная шахта Барзасская. Однако небольшой объем запасов этого участка и расположенность под поселком Барзасс делают его неперспективным для освоения. II шахтное поле расположено на правобережье р. Барзаса, изучено шестью разведочными линиями, двумя скважинами. На всем этом протяжении пласт падает спокойно на запад. Мощность пласта постоянно уменьшается по направлению на север и колеблется от 0,88 до 2,88 м, средняя 1,78 м.

Угол падения пласта 5–27°. Запасы этого участка представляют собой наибольший интерес, так как горно-геологические условия благоприятны для высокоэффективной их разработки. Кроме того, угли этого участка характеризуются более высоким выходом смолы на органическую массу, который составляет около 35–41%, в то время как по другим участкам – до 28%. Однако большая часть II шахтного поля расположена под болотистой поймой р. Барзаса, поэтому освоение этого участка требует осушения участка разработки.Рис. 1 Схема расположения участков полезных ископаемых Барзасского геолого-экономического района

Рис. 1 Схема расположения участков полезных ископаемых Барзасского геолого-экономического района

III шахтное поле пересечено пятью разведочными линиями. Мощность пласта колеблется от 0,76 до 5,2 м, средняя 2,28 м. Угол падения пласта 10–40°. Технологические свойства углей данного участка недостаточно изучены.

Горючие сланцы образуют две полосы, подчиненные моноклинально падающему на запад крылу под углом около 20° (рис. 1). Одна из этих залежей – так называемое Дмитриевское месторождение – представляет собой довольно значительную (0,5S9 км) полосу выходов сланцевой толщи, прослеженную по правому борту долины Барзаса между его притоками Калиновкой и Топкой 2-й, и разведано наиболее полно. Разведочные работы показали, что горючие сланцы образуют пачку пластов суммарной мощностью до от 35 до 55 м. При пологом падении в этой полосе сконцентрировано значительное количество горючих сланцев (порядка 131 млн т до глубины 150 м), потенциально пригодных для разработки открытыми горными работами (табл. 2).Табл. 2 Ресурсы горючих сланцев Дмитриевского месторождения, млн т [6]

Вторая полоса прослеживается в верховьях р. Перебоя и известна под названием Перебойского месторождения горючих сланцев. По простиранию эта полоса прослежена лишь немного на север, по тому же правому притоку р. Перебоя, в русле которого и выступают горючие сланцы. Горючий сланец в этом районе образует ряд пластов (до 15) мощностью от 0,6 до 4,5 м, отделенных друг от друга значительными прослойками пустой породы. Суммарная мощность сланца достигает 40 м. По внешнему виду он аналогичен сланцу Дмитриевского месторождения, но по качеству хуже (содержание первичных смол в нем не превышает 3,8%). Ввиду недостаточной геологической изученности оценка ресурсов горючих сланцев этого месторождения не проводилась.

Горючие сланцы являются высокозольными, содержание золы колеблется в пределах 63–74%, причем минеральная часть их содержит иногда до 50% карбонатов. Влажность сланцев невелика и колеблется в пределах 1,5–2,5%. Выход летучих веществ изменяется в пределах от 9 до 25% [6].

При полукоксовании сланцы дают от 1,5 до 10% легкоподвижной смолы, по своему внешнему виду и составу близкой к естественной нефти, с удельным весом 0,863.

В отличие от барзасситов, условия разработки горючих сланцев, особенно Дмитриевского месторождения, следует считать исключительно благоприятными. Точно так же и перегонка их не представляла бы каких-либо затруднений, ибо сланцы не прилипают к стенкам реторт.

Оценка обогатимости проб барзассита и дмитриевского горючего сланца выполнена на основе результатов фракционного анализа в среде тяжелой жидкости (раствор ZnCl2 ), согласно которым по ГОСТу 10100-84 анализируемые образцы отнесены к трудной категории обогащения. Проведенные исследования по обогащению методами гидродинамической сепарации («гидросайзер») и пенной флотации показали, что труднообогатимый уголь барзасского и сланец дмитриевского месторождений принципиально могут быть переработаны до необходимых кондиций (зольность менее 10%) данными методами, однако выход концентрата невысок. Поэтому необходимо продолжить работы по поиску наиболее эффективного метода обогащения.Рис. 2 Оксидный состав золы горючего сланца и барзассита после термической обротки (при температуре 800°С)

Анализ элементного состава золы анализируемых образцов показал, что она является низко кальциевой (10–17%) (рис. 2). Расчетный модуль кислотности для барзасситов как отношения суммы содержания оксидов кремния и алюминия к сумме оксидов кальция и магния, составил Мк = 2,69.

Для сланца это показатель составил Мк = 5,1, что говорит о возможности использования золы для производства минеральной ваты. Рассчитанный глиноземистый модуль (отношение содержания оксидов кремния к алюминию) имеет достаточно высокие значения и составил около 5 для барзассита и 8.7 для сланца . Полученные данные говорят о том, что зола может быть использована также и в качестве добавки для производства высококачественного цемента.

Значительным развитием в районе пользуются основные изверженные породы – базальты и долериты (диабазы). Проведенные предварительные исследования получения каменного литья из барзасских базальтов показали, что некоторые их разности при плавке дают хорошие результаты, показывая хорошую литьевую и кристаллизационную способность [6].

Качественный и количественный минералогический состав таких месторождений, как Трудное, Одиночное, Васильевское и уч. Южный, отвечает требованиям для каменного литья (табл. 3).Табл. 3 Номенклатура лицензионных участков общераспространённых полезных ископаемых

Испытания диабазов Васильевского II месторождения показали, что они удовлетворяют требованиям промышленности для использования в качестве сырья для железнодорожного балласта.

Сила базальтовых порфиритов в пределах Дмитриевско-Перебойской толщи, где выделены участки Перебой и Марьинский, сложена крепкими монолитными породами с редкими трещинами открытого типа, цвет которых от темно-серого до черного. По своим характеристикам отвечают требованиям к блочному камню с хорошими декоративными свойствами. По своему химическому составу базальты соответствуют требованиям камнелитейной промышленности и могут найти комплексное применение в облицовочной и камнелитейной промышленности.

В Барзасском районе имеют значительное развитие известняки кембросилурийского возраста, известняки девонские и нижнекаменноугольные. Наибольший интерес представляет балахонский известняк нижнекаменноугольного возраста, характеризующийся значительной мощностью. Он образует многочисленные выходы, многие из которых могут разрабатываться, например, участки Андреевский, Кайгурский и другие.

В районе развития древних толщ, часто наблюдается развитие железистых пород. Ожелезненные породы в большинстве случаев встречаются в виде галек в руслах речек, и особенно мелких ключиков, причем количество их возрастает по мере продвижения к их верховьям. В районе р. Березовой они имеют наибольшее распространение, возможно, некоторые залежи могут иметь промышленное значение. Бурые железняки развиты либо в коре выветривания, либо непосредственно на поверхности фундамента в виде прерывистых, горизонтально лежащих тел, неправильных гнезд, желваков или рыхлых глинистых масс с обломками известняков. Руды от темно- до светло-бурой окраски представлены пористыми охристо-глинистыми разностями, реже сливными бурыми железняками. В составе руд – лимонит, гетит, кварц, каолинит, слюда. Содержание железа растворимого от 25 до 54%. Получение из этих руд железных концентратов возможно в условиях применения метода электромагнитной сепарации с предварительным магнитизирующим обжигом. Установлено также, что бурые железняки могут применяться как минеральный пигмент – охра железистая [6].

Огнеупорные глины установлены на правом берегу р. Тугановского Кельбеса к северу от пос. Придорожного (Придорожское месторождение). Огнеупорная глина образует здесь до 6 пластов линзовидного характера, не всегда хорошо сопоставляющихся по отдельным разрезам. Запасы месторождения оцениваются в 2,3 млн т [6].

Условия разработки этого месторождения затрудняются значительными наносами. Часть пород вскрыши можно было бы утилизировать, как, например, кварцевые пески, а также галечники, которые могли бы найти применение при дорожном строительстве и каковые к тому же являются золотоносными. Однако месторождение удалено от железной дороги (около 30 км).

Значительный интерес представляет и Барзасское проявление минеральных вод, располагающееся в междуречье рек Барзас и Кельбес, а также в долинах рек Барзас и Яя. На отмеченном участке выявлены минеральные воды неспецифического состава – сульфатно-хлоридные натриевые с минерализацией 2,8 г/дм3, а также минеральные сульфатные натриевые воды с минерализацией 2,0 и 3,6 г/л. В водах установлено значительное количество очень полезного и столь необходимого для данного региона компонента – йода (0,8 мг/дм3) [10].

Таким образом, учитывая технологические свойства барзасситов и горючих сланцев Барзасского геолого-экономического района, а также то, что в непосредственной близости от этих месторождений находятся лицензионные участки месторождений базальтов и известняков, можно говорить о реальной возможности и перспективности их разработки, в первую очередь сланцев Дмитриевского месторождения.

Следует отметить, что освоение рассмотренных месторождений интересно не только с коммерческих, но и общегосударственных позиций. Наличие на ограниченной площади компактно расположенных месторождений разнообразных по характеру полезных ископаемых, отработка которых возможна единым открытым способом, является предпосылкой к отработке технологической и организационных решений по комплексному освоению недр. Именно недр, а не месторождений, что существенно отличает решаемую задачу от ее традиционного восприятия как задачи отработки месторождений с комплексом полезных компонентов.

Наличие на территории России и ряда зарубежных государств, близких по типу месторождений (особенно сланцевых), позволит в условиях наличия отработанных на практике технологий переработки повысить полноту использования минерально-сырьевой базы страны и создать систему наукоемких экспортно-востребованных технологий нового технического уровня. Понятно, что наименее затратно выполнить эту работу можно только в инфраструктурно развитом регионе, к которым относится Кемровская область [11–13].


ЛИТЕРАТУРА:

1. Ларищев А.А. К вопросу о природе углей Барзасского типа// Ученые записки Томского государственного университета им. В.В. Куйбышеваю. 1948. №11. – с. 79–100.

2. Патраков Ю.Ф. Состояние и перспективы процессов глубокой переработки углей// Химия в интересах устойчивого развития, 2005, Т. 13, №4, с. 593–597.

3. Патраков Ю.Ф.,Федорова Н.И., Павлуша Е.С.Термическое растворение горючего сланца Дмитриевского месторождения бензолом под давлением при сверхкритических условиях// Химия твердого топлива, 2009, №4, с. 42–45.

4. Патраков Ю.Ф.,Федорова Н.И., Павлуша Е.С. Термическое растворение сапромикситового угля Барзасского месторождения в среде бензола с добавкой этилового спирта в сверхкритических условиях. //Химия твердого топлива, 2011, №4, с.32–37

5. Станкус В.М., Патраков Ю.Ф., Анферов Б.А. Легирующая присадка к коксовой шихте для производства металлургического кокса из твердых природных компонентов. Патент РФ на изобретение №2323956, опубл.10.05.2008, Б. №13.

6. Тыжнов А.В. Материалы по геологии Западной Сибири №3 (45). Геологический очерк барзасского района Кузнецкого бассейна. Томск, 1938. 155 с.

7. Мысина Л.М., Щербинин И.З. Запасы углей и горючих сланцев СССР, 1958.

8. Угольная база России, том 2: Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири. М.: Геоинформцентр, 2003, – 602 с.

9. Геология СССР. Том XIV. Западная Сибирь (Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская области, Алтайский край). Полезные ископаемые / Под ред. Е.А. Козловского. В 2х книгах. Книга 1.М., Недра, 1982, 319 с..

10. Геология СССР. Том XIV. Западная Сибирь (Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская области, Алтайский край). Полезные ископаемые / Под ред. Е.А. Козловского. В 2х книгах. Книга 2.М., Недра, 1982, 196 с.

11. Патраков Ю.Ф., Писаренко М.В., Шаклеин С.В. Оценка ресурсов альтернативных твердых горючих ископаемых Кузбасса. – ГИАБ отдельный выпуск №6, 2013, С. 177–186.

12. С.В. Шаклеин, М.В. Писаренко. Концепция развития сырьевой базы Кузнецкого угольного бассейна. ФТПРПИ. №3.2014, с. 118–125.

13. Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Нетрадиционные технологии добычи угля – основа интенсивного освоения минеральносырьевой базы Кузбасса. Горная Промышленность, №4 (92)/2010. с. 22–25.

Ключевые слова: освоение, Барзасский, Кузбасс, перспективы

Журнал "Горная Промышленность" №5 (117) 2014, стр.24