Качество углей Прокопьевско-Киселевского угленосного района

Угли района разнообразны по вещественному составу и степени углефикации, вследствие чего марочный состав и технологические свойства их также изменяются в широких пределах.

Все пласты углей имеют полосчатое строение, обусловленное чередованием блестящих, полуматовых и матовых литотипов. При этом в углях усятской подсвиты преобладают полублестящие и блестящие, а в кемеровской, ишановской и промежуточной подсвитах — полуматовые и матовые разности. Отчетливо прослеживается уменьшение витринита и увеличение фюзинита от верхних Внутренних пластов угля верхнебалахонской свиты к нижним — Угловому, Пятилетка, Сложному. В самом нижнем пласте Метровом, принадлежащем верхним горизонтам нижнебалахонской свиты, вновь отмечается высокое содержание витринита (табл. 107). Изменение петрографического состава углей происходит не только по стратиграфическому разрезу, но и в пределах одних и тех же стратиграфических горизонтов по площади. Наиболее ярко это изменение выражено вкрест простирания основных структур района в направлении с юго-запада на северо-восток (рис. 94). Повышенное содержание витринита и уменьшение фюзинита и лейптинита в III синклинали свидетельствует о наиболее обводненных условиях захоронения торфяников в пределах этой центральной структуры района на протяжении всего верхнебалахонского времени. Менее заметны изменения вещественного состава углей по простиранию структур, хотя и в этом случае они также имеют направленный характер.

Основные закономерности изменения степени метаморфизма углей района были выявлены И.И. Молчановым. Метаморфизм углей возрастает со стратиграфической глубиной от верхних пластов к нижним, затем вкрест простирания с запада на восток и по простиранию в направлении воздымания осей складок. В замках синклиналей угли всегда более метаморфизованы, чем в замках антиклиналей. Угли самой низкой стадии метаморфизма — газовой — приурочены к Нулевой и I синклиналям, а тощие угли наблюдаются в северной части района на Краснобродских участках и в крайней юго-восточной части на полях шахт Черная Гора, Маганак и Красный Углекоп. На остальной площади преобладают угли коксовой и жирной стадий метаморфизма.

Изменения степени метаморфизма углей в районе наблюдаются не только со стратиграфической глубиной и в широком плане по площади, но также с глубиной по одним и тем же пластам в пределах одного шахтного поля. В табл. 108 показано, как изменяются выход летучих веществ и толщина пластического слоя в связи с повышением метаморфизма некоторых угольных пластов с глубиной в пределах отдельных крыльев складок. Об этом же свидетельствует и изменение показателей качества товарных углей ряда шахт, переходящих на отработку второго и третьего горизонтов (табл. 109). Для средних (III и IV) стадий метаморфизма уменьшение выхода летучих веществ по падению пласта с глубиной составляет в среднем 1% на 100 м по вертикали. На участках с повышенными геотермическими градиентами эта величина достигает 1,3—1,5% на 100 м. Различный вещественный состав и довольно быстрые изменения метаморфизма углей как по площади, так и на глубину привели к образованию широкого ряда каменных углей — от тощих до газово-жирных (табл. 110). Выход летучих веществ изменяется от 36 до 10%, а толщина пластического слоя — от 0 до 22 м. На некоторых шахтных полях при исключительно высоком содержании витринита (до 70—72%) и стадии метаморфизма III2—III3 пластический слой в углях достигает 25—26 мм (пласт VI Внутренний шахты Красногорской). По технологическим свойствам они приближаются к марке жирных.

В соответствии с вышеуказанными закономерностями изменение марочного состава на шахтном поле происходит не только от пласта к пласту, но нередко и в пределах одного пласта. Такое различие свойств углей требует организации 2—3 и даже более раздельных выдач.

Лучшими для коксования являются угли усятской подсвиты в пределах II, III, IV и V синклиналей и Маганакской антиклинали. Многочисленные шахты из этой подсвиты добывают здесь ценнейшие в бассейне угли марок К и КЖ14. Несколько худшие по петрографическому составу угли марки К2 и технологической группы K10 относятся в основном к нижележащим пластам, среди которых, однако, угли отдельных маломощных пластов (Спорный, Подспорный, Садовый) благодаря повышенному содержанию витринита при соответствующей стадии метаморфизма принадлежат к группам КЖ14 и К13. Энергетические угли марки ГЖ приурочены к Нулевой синклинали и частично I синклинали, в пределах которых наряду с низким метаморфизмом установлено также повышенное содержание фюзинита в углях. Самым низким содержанием спекающихся компонентов повсеместно характеризуются пласты Мощный, Безымянный II, Двойной, Ударный, Угловой, Сложный, угли которых на большинстве шахт относятся обычно к марке CC, реже КЖ6 или К2.

Элементарный состав органической массы угля, находясь в тесной зависимости от метаморфизма и петрографического состава, изменяется по району в широких пределах: углерод от 82,4 до 91,0%; водород от 5,4 до 4,0%; кислород от 9,6 до 4,0%; азот от 2,6 до 1,6%. Соответственно этому изменяется и теплота сгорания горючей массы углей от 7700 до 8700 ккал/кг.

Содержание серы низкое: для абсолютного большинства пластов угля 0,3—0,6%. Фосфор содержится обычно в значительном количестве — 0,05—0,15%, но некоторые пласты (Характерный, иногда II и I Внутренние) характеризуются низким содержанием фосфора — до 0,004—0,014%.

Рабочая влага товарных углей по мере уменьшения степени метаморфизма увеличивается от 3,0 до 10,0%. Угли марок К, К2, T шахт Коксовой 1, 3—Збис, Черная Гора, Маганак, им. Вахрушева, № 12, № 4—6, № 5 имеют рабочую влагу 3,0—4,7%; марок КЖ и 2СС шахт Зиминка 1—2, Красногорская, Тайбинская, Суртаиха, Северный Маганак — 4,0—7,0%; марок ГЖ, 1CC шахт № 13, Дальние Горы, Зиминка 3—4 — 6,0—10,0%. Заметно также некоторое увеличение влаги (на 1—2%) в углях с повышенным содержанием компонентов группы фюзинита. На разрезах № 8, Киселевском и им. Вахрушева, разрабатывающих угли зоны окисления, рабочая влага колеблется от 10 до 17—20%.

Угли района хотя и обладают хорошими коксующимися свойствами и высокой теплотой сгорания, но не представляют большого интереса для перегонных целей. Даже в крайней юго-западной части, в пределах Нулевой синклинали, самые верхние пласты при газовой стадии метаморфизма и несколько увеличенном (до 3—4%) содержании лейптинита (споры и кутикула) дают при полукоксовании выход смол не более 9—10%, подсмольной воды до 3% и газообразных продуктов 6-8%.

Глубина зоны окисления в районе обычно не более 25 м от поверхности коренных пород. Только на некоторых участках при сильно расчлененном рельефе, например на поле шахты Тайбинской, она опускается местами до 50 м. Глубина зоны негодного сажистого угля 1—3 м.

По зольности угли района весьма разнообразны (см. табл. 110): наряду с малозольными пластами (4—6%) встречаются и высокозольные (до 25%). Ho все же примерно для 2—3 пластов даже эксплуатационная зольность не превышает 10—12% и только 5—7 пластов имеют зольность более 16%. Увеличение дисперсно рассеянных минеральных примесей в угле отмечается для нижних пластов, в пластах усятской подсвиты повышенная зольность при добыче обычно обусловлена только породными прослоями или слабыми боковыми породами.

Как правило, наименее зольны выдержанные и простые по строению пласты Мощный, Горелый, VI, IV, II Внутренние и Двойной, являющиеся или легкими, или (редко) средними по обогатимости. Теоретический выход концентрата удельного веса 1,4 по этим пластам достигает 80—90%) при зольности 3,5—6,0%). Высокозольными являются неустойчивые и сложные по строению и мощности пласты V Внутренний, Проводник IV Внутреннего, Характерный, Прокопьевские, Лутугинские, Сложный, Садовый, Подспорный, которые наряду с трудной местами имеют и среднюю обогатимость. Состав золы углей района приведен в табл. 111.