Карагандинский бассейн

07.11.2020

Общие сведения. Карагандинский угольный бассейн расположен в Карагандинской области Казахстана и занимает площадь около 3000 км2. Из всех месторождений угля и угленосных районов Казахстана этот бассейн имеет наиболее важное значение.

Коксующиеся угли Карагандинского бассейна используются заводами Казахстана и Южного Урала, а также на железнодорожном транспорте и электростанциях.

Развитие бассейна началось только после Октябрьской социалистической революции, когда по поручению Геологического Комитета проф. А.А. Гапеев обследовал Карагандинское и Саранское месторождения.

В 1930 г. были заложены первые 4 шахты. В настоящее время, благодаря широко поставленным геологоразведочным работам, была установлена промышленная угленосность в Чурубай-Нуринском и в Гентекском районах. В результате выполненных работ бассейн определился как крупная угольная база союзного значения.

По характеру геологического строения на площади бассейна выделяются следующие районы (с востока на запад): Верхне-Сокурский, Карагандинский, Чурубай-Нуринский и Тентенский (рис. 32). Наиболее освоен Карагандинский район (Промышленный и Саранский участки).

Стратиграфия. Стратиграфическое изучение Карагандинского бассейна производилось многими исследователями — А.А. Ганеевым, М.Л. Залесским. Д.В. Наливкиным, Н.Г. Кассиным и другими геологами, а в последнее время Академией Казахстана и Академией наук России.

До настоящего времени единого стратиграфического расчленения отложений Карагандинского бассейна не существует. Наиболее распространенная схема расчленения отложений бассейна и литологический состав комплекса слагающих его пород приведены в табл. 43.

Угленосные отложения Карагандинского бассейна относятся к карбоновому и юрскому возрастам. Их фундаментом являются морские верхнедевонские осадки, а также метаморфизованные эффузивные и осадочные породы средне- и нижнедевонского и силурийского возрастов, выходящие на окраинах бассейна, где они образуют его естественную границу. В центральной части бассейна выходят отложения карбона, перекрытые в восточной части юрскими отложениями (cм. рис. 32).



Угленосная толща мощностью 4500—5000 м начиняется с отложений верхнего турне. В нижней части этой толщи содержится морская фауна и флора, а также по степени угленосности и литологическому cоставy в этой толще выделены свиты аккудукская, ашлярикская, карагандинская, надкарагандинская, долинская, тентекская (наддолинская) и шеханская. Все эти свиты залегают между собой согласно (рис. 33).

Пластам углей продуктивных свит приданы буквенные наименования: буква А — для пластов ашлярикской свиты, К — для карагандинской, Д — для долинской, T — лля тентекской: последовательность нумерации пластов ашлярикской свиты идет сверху вниз, остальных — снизу вверх.

Тектоника. Карагандинский бассейн представляет собой синклинорий широтною направления с пологим северным крылом и крутым опрокинутым на север южным. С запада ограничен крупным дизъюнктивным нарушенном меридионального направления — Тентекским взбросом — с амплитудой около 400 м. Вдоль южной границы проходит крупный Джартасский, или Джаланрский, надвиг с крутым (до опрокинутого) залеганием пород и многочисленными нарушениями. В бассейне выделяются три крупные мульды (с востока на запад): Верхне-Сокурская, Карагандинская и Чурубай-Hуринская.

Строение Верхне-Сокурской мульды, покрытой мощными мезозойскими отложениями, изучено слабо. Карагандинская мульда отделяется от Верхне-Сокурской Май-Кудукским взбросом, приводящим продуктивные отложения в северной части бассейна в соприкосновение с эффузивами девона. Строение северного крыла мульды простое, с некрутыми углами падения (рис. 34). На западе границей Карагандинской мульды служит Алабасская антиклиналь, сложенная породами ашлярикской свиты и Саранским выступом пород фундамента. Южное крыло мульды разбито множеством нарушений и осложнено Джалаирским надвигом, имеющим чешуйчатое строение.

Чурубай-Нуринская мульда представляет собой крупную брахисинклинальную складку, суживающуюся к северу. Южное крыло мульды имеет крутое (до опрокинутого) падение и осложнено мелкой складчатостью с многочисленными дизъюнктивными нарушениями широтного простирания. На северо-восточном крыле преобладают согласные взбросы с углами падения 15—35°. Западное крыло ограничено Тентекским взбросом, что привело в контакт эффузивный девон с угленосными свитами карбона. В центральной части мульды Чурубай-Нуринский взброс отделяет ее восточную часть, сложенную Долинской синклиналью, от Тентекской, слагающей крайнюю западную часть мульды и выполненную довольно спокойно залегающей здесь угленосной толщей, включая долинскую и тентекскую свиты. Южнее Долинской и Тентекской синклиналей расположены две небольшие брахисинклинальные складки — Kapaгoгская (западная) и Джаиминская, выполненные породами долинской свиты.

На дислоцированных породах карбона в виде пологих брахискладок с падением пород на крыле 10—15° и с небольшими нарушениями залегают мезозойские отложения.

Послеюрские тектонические движения на формирование палеозойских структур бассейна, по-видимому, существенного влияния не оказали, Третичные и четвертичные отложения не нарушены.

Угленосность. Каменные угли Карагандинского бассейна приурочены к нижнему и среднему карбону. В юрских отложениях развиты бурые угли.

Промышленная угленосность бассейна связана с осадками карбона, в которых выделяют четыре свиты — ашлярикскую, карагандинскую, долинскую и тентекскую. Для ашлярикской свиты и низов карагандинской характерен паралический тип накоплений.

Во времена отложения долинской и тентекской свит наблюдалось изолированное от моря осадконакопление.

В разрезе свит заключено до 58 рабочих пластов угля суммарной мощностью 90—105 м (рис. 35). Средняя мощность пласта 15—2,0 м, иногда до 5,0—8,0 м. Число рабочих пластов по районам и их мощность приведены и табл. 44.

Ашляринская свита содержит 20 пластов угля которые индексируются сверху вниз от а1 до а30.

В Карагандинском районе угольные пласты ашлярикской свиты имеют сложное строение, часто переслаиваются породными прослойками. Мощность основных пластов (а5-а8, а12, а14, а15) значительная: рабочих пластов в среднем 1—2 м, максимальная— 4,5 м (пласт а5). В Чурубай-Нуринском, Верхне-Сокурском и Тентекском районах стратиграфия ашлярикской свиты почти не изучена.

Карагандинская свита наиболее полно изучена на северо-западном крыле Карагандинской мульды, где значительная часть угольных пластов свиты разрабатывается шахтами. Вследствие доюрского размыва карагандинская свита отсутствует в Верхне-Сокурском районе. Всего в Карагандинской свите содержится 30—40 угольных пластов и пропластков, из них 11—18 пластов имеют выдержанную рабочую мощность. Мощность угольных пластов карагандинской свиты колеблется от 0,8 до 5—8 м. При этом верхние пласты характеризуются малой и неустойчивой мощностью и сложным строением. Некоторые пласты расщепляются на более тонкие пласты, имеющие простое строение.

Рабочие угольные пласты индексируются снизу вверх от K1 до K21 (см. рис. 35).

По характеру строения в свите выделяются три группы угольных пластов. К нижней группе относятся угольные пласты от K1 до K3. По сложности строения, высокой зольности и трудной обогатимости углей они схожи с пластами ашлярикской свиты. Их мощность достигает 1,5—2,0 м и иногда 3,5—4,5 м. Изменения мощности угольных пластов небольшие и происходят постепенно.

Средняя группа угольных пластов (K4—K14) удалена от нижней группы (K1—K3) на 80 м и также имеет сложное строение, но уголь менее зольный и лучшей обогатимости, чем угольные пласты в нижней группе.

Дол и некая свита прослеживается в Чурубай-Нуринском и Тентекском районах, в Карагандинском районе местами сохранились только ее низы (до пласта Д6).

Угольные пласты свиты индексируются сверху вниз от Д1 до Д12.

Количество угольных пластов свиты и их мощность различны: на Тентекском участке, где она имеет полную мощность, в ней содержится до 20 пластов угля, на Дубовском участке, где в результате размыва от нее сохранилось лишь 370 м, содержится 11 угольных пластов. В других местах, где эта долинская свита сохранилась на 100—112 м, наблюдается лишь 5 тонких пластов угля.

Средняя мощность рабочих пластов до 1,5 м, строение их обычно простое. Пласт Д6 — Кассинский, самый мощный (3,5—6,6 м) выдержанный. С юга на север его мощность уменьшается.

Тентекская свита содержит угольные пласты, имеющие сложное строение (содержат прослойки кремнистых аргиллитов). Пласты индексируются снизу вверх от T1 до T12. Преобладавшая мощность рабочих пластов 1—1,5 м, пласт T6 достигает 2—8 м, пласты T12 и T13 имеют на отдельных участках мощность 3—3,5 м.

Для угленосных свит карбона Карагандинского бассейна намечаются следующие закономерности угленакопления:

1) угли пластов ашлярикской и тентекской свит содержат наибольшее количество минеральных примесей;

2) мощность угольных пластов ашлярикской и карагандинской свит уменьшается с востока на запад.

Пo петрографическим особенностям и условиям образования А.А. Любер в угленосной толще выделяет три типа углеобразования: ашлярикский, карагандинский и долинский.

Ашлярикский тип свойствен ашлярикской свите и нижней части карагандинской (до К3). Он характеризуется сложным строением угольных пластов, невыдержанностью их по простиранию и преобладанием в них тонкослоистых матовых и полуматовых углей, структурный витрен и фюзенизированное вещество основной массы в них почти полностью отсутствует.

Карагандинский тип наблюдается в пластах от K4 до K14 включительно, распределение их по разрезу довольно равномерное. При сложном строении угольные пласты обладают меньшим количеством прослоев породы, большей мощностью и большей выдержанностью угольных пачек, а иногда и простым строением. В сложении пластов участвуют преимущественно полублестящий сложнослоистый фюзено-ксиленовый фюзен с витреном и клареном. Часто встречаются сравнительно крупные полосы структурного витрена.

Долинский тип охватывает все вышележащие пласты небольшой мощности, имеющие сложное или простое строение. Пласты между собой сближены в группы. Петрографический состав углей разнообразный, но с явным преобладанием блестящих и полублестящих клареновых углей.

Качество углей карбона Карагандинского бассейна в общем закономерно изменяется по разрезу и по площади как в отношении содержания золы, так и степени метаморфизме.

В пластах ашлярикской свиты преобладают преимущественно матовые, сильно зольные угли, засоренные дисперсно распределенными минеральными примесями, удалить которые обогащением практически невозможно. Такой же характер углей в пластах К1—K3 карагандинской свиты.

Пласты K4—K14 (карагандинской свиты) малозольные, трудной и средней обогатимости и состоят, главным образом, из полосчатых полублестящих и блестящих углей. Содержание спор и витренизированного вещества редко превышает 50—55%. Пласты K2—К20 содержат еще больше блестящих разностей н лучше коксуются.

Пласты долинской свиты также представлены полосчатыми разностями с содержанием до 70% и более однородного витренизированного вещества, чем и определяются повышенные коксующие свойства этих углей.

В углях тентекской свиты преобладают матовые разности. Эти угли труднообогатимы.

Степень метаморфизма углей повышается от стратиграфически вышележащих пластов к нижележащим, а по площади о запада на восток и с юга на север (рис. 36).

Влажность углей 1,4—7%; зольность — 25—43% (ашлярикская свита) и 20—25% (карагандинская свита). Содержание серы в углях ашлярикской и карагандинской свит около 1%, по некоторым пластам более 2%. Угли долинской и тентекской свит несколько более сернисты — по отдельным пластам содержание серы достигает 3,5—4%. Содержание фосфора в углях ашлярикской свиты 0,003—0,015%, в углях карагандинской свиты содержание фосфора увеличивается от нижележащих пластов к вышележащим от 0,012 до 0,05% (пласты K1 и K2 — 0,012%, пласты K4—K12 — 0,02%, K18 — 0,05%). Угли долинской и тентекской свит содержат фосфора 0,045—0,06%.

Теплота сгорания горючей массы 8370—8870 ккал/кг Пластический слой в обогащенных углях с зольностью менее 12—15% для пластов карагандинской свиты равен 9—18 мм, для пластов долинской свиты — 14—32 мм. Угли Карагандинского бассейна в зависимости от выхода летучих веществ и спекаемости, выраженной в толще пластического слоя, подразделяются на марки Ж, КЖ, К, К2 и ОС.

Для углей Карагандинского бассейна, идущих на коксов максимальная зольность концентрата принимается 10%. В связи с чем большинство угольных пластов карагандинской и тентекской свит и всех пластов ашлярикской свиты для коксования не пригодны и могут использоваться лишь как энергетическое топливо.

Для коксования могут быть использованы угли всех пластов долинской свиты и некоторых пластов карагандинской свиты (К18, K18в1, K18в2 и др.), а также нижних пластов тентекской свита.

Угольные пласты карагандинской свиты при полукоксовании дают выход первичного дегтя (на горючую массу) 12%, полукокса — 76—87%.

Зона окисления углей, считая по вертикали от поверхности карбона, распространяется в среднем до 25—35 м. В Тентекском районе глубина выветривания 30—40 м. На участках, покрытых мезозойскими отложениями, зона окисления углей не превышает 5—10 м. С глубины 5—10 м от поверхности окисленный уголь для коксования не пригоден и используется как энергетическое топливо.

В Карагандинсхом бассейне имеются угла юрского возраста, заключенные в дубовской и михайловской свитах.

Дубовская свита распространена в Карагандинском и Верхне-Сокурском районах и содержит до 7—10 пластов и линз бурого угля, преимущественно нерабочей мощности. Строение пластов сложное, мощность невыдержанная. Линзообразное залегание и затрудненность корреляции угольных пластов даже на коротких расстояниях (200—300 м) осложняют промышленную оценку пластов.

Михайловская свита развита в центральной части карагандинской мульды (Михайловское буроугольное месторождение). Здесь, на площади 10 км2, в пределах небольшой мульды простого строения, с падением крыльев до 5° залегает мощный и сложный пласт бурого угля — Михайловский. Пласт состоит из нескольких пачек, разделенных прослоями аргиллитов и алевролитов, общей мощностью от 14 до 28 м.

Угли юрского возраста — бурые, плотные; качественные показатели их как в дубовской, так и в михайловской свитах почти полностью совпадают. В этих углях преобладают полуматовые разновидности с линзовидными прослоями и штрихами блестящего угли. Полосчатые угли занимают подчиненное положение. Качественные показатели углей: содержание влаги на рабочую массу углей в среднем 30%, золы на сухую массу 10—15%, выход летучих веществ на горючую массу 27—51 % (в среднем около 40%), серы — 0,4—1,7%; теплота сгорания на сухой уголь 6200 7100 ккал/кг и выход смолы 4—15%.

Газоносность, пыленосность и самовозгорание углей. Газоносность (метаноносность) угольных пластов Карагандинского бассейна приобретает в настоящее время особое значение, потому что с разработкой нижних горизонтов начинает быстро нарастать газообильность шахт.

Результаты исследований газоносности бассейна позволяют сделать выводы о химическом составе газов и об основных закономерностях их распределения в угленосной толще. Эти выводы необходимы для обоснования прогноза газоносности угольных пластов.

Детальное изучение газов угольных месторождений Карагандинского бассейна показало, что газы в основном азотные, азотнометановые (переходные к метановым) и метановое (рис. 37). Следует отметить следующее весьма интересное явление: в Карагандинском бассейне почти нет углекисло-азотных газов, характерных для самой верхней (от поверхности) зоны, установленной Г.Д. Лидиным для Донбасса (рис. 38).
Карагандинский бассейн

В составе газов, извлеченных на пласта Двойного (Asl, относящегося к ашлярикской свите, в некоторых пробах встречается до 7% этапа (C2H6), что, по-видимому, объясняется иными условиями углеобразования для данной свиты.

Метанообильность шахт (количество газа в м3, выделившееся на 1 m добычи) до глубины 200 м нарастает постепенно, а далее Интенсивность ее резко повышается. Так, на глубине до 50 м интенсивность метановыделения составляет 0,00 м3/т, от 50 до 100 м — 0,30 м3/т; от 100 до 150 м — 1,15м3/т; от 150 до 200 м — 2.44 м2 т, а на глубине более 200 м — 14,60 м3/т. Причина резкого нарастания метановыделения со сравнительно небольшой глубины, по-видимому, объясняется тем. что Карагандинский бассейн неглубоко вскрыт эрозией, которой в значительной степени определяется глубина деметанизации.

Наличие хлоридных вод, вскрываемых горными выработками и буровыми скважинами сравнительно близко от поверхности, также свидетельствует об очень неглубоком распространении зоны активного водообмена, а следовательно, и зоны деметанизации. Это объясняется всей историей геологического развития бассейна и прежде всего тем, что угольные пласты после их образования были покрыты мощной толщей (свыше 500 м) песчано-глинистых пород верхнекаменноугольного возраста, что создало благоприятные условия для сохранения в угольных пластах больших количеств газа. Вышележащие толщи пород препятствовали миграции газов к дневной поверхности. Особенно это относится к меловым и третичным глинистым породам, почти повсюду прикрывающим угольные пласты.

Интенсивность метановыделения и газоносности угольных пластов не только нарастает с глубиной, но и не остается постоянной по простиранию.

Как видно из кривой глубины появления метана в горных выработках (рис. 39), для всех пластов промышленного участка Карагандинского бассейна намечается повышение газовыделения с востока на запад до центральной части. Далее на запад в сторону крупного поперечного нарушения (нарушение № 5) газовыделение понижается. Таким образом, наиболее газоносной является центральная часть Промышленного участка.

Неравномерное распределение метана по простиранию зависит от различия в геологических условиях. Глубокая деметанизация на востоке объясняется крутым залеганием угольных пластов и вмешавших их горных пород на периклинальном окончании Карагандинской котловины, а также наличном крупного Май-Кудукского сброса, который дегазировал угленосную толщу. Отмечаемое повышение интенсивности метановыделения, а также и обшей газоносности угольных пластов с востока на запад следует объяснять увеличением степени метаморфизма в этом направлении.

Интенсивность метановыделения в горные выработки (для шахт Промышленного участка) повышается для пластов с большей степенью углефикации (табл. 45).

Таким образом, в Карагандинском бассейне метановыделение в горные выработки, а также метаноносность угольных пластов закономерно растут с глубиной залегания пластов и по простиранию с востока на запад.

Метанообильность шахт на глубине 500 м будет составлять на Промышленном участке в наиболее газоносной его центральной пясти (рис. 39) 50—70 м3/т суточной добычи, a в районах с малой газоносностью (западная часть) не более 20—30 м3/т суточной добычи. Метанообнльность шахт, вскрывающих пласты долинской спиты, должна быть значительной, так как в кернах углей с глубины 200—250 м содержится метан и имеет место фонтанирование газа из скважин. Следует ожидать, что относительная метанообильность шахт на глубине 500 м будет достигать 40—60 м3/т суточной добычи. Вероятно, не меньшую метанообильность будут иметь шахты, заложенные на углях долинской и, возможно, тентекской свит в Тентекском районе.

Bcе пласты бассейна опасны по пыли. Наиболее взрывоопасна пыль малозольных углей — верхних пластов карагандинской свиты к пластов долинской свиты. Подземные пожары на шахтах бассейна наблюдались неоднократно, особенно по пласту K18.

При длительном хранении на поверхности в больших штабелях уголь подвержен самовозгоранию.

Гидрогеология бассейна. В Карагандинском бассейне выделяется несколько типов подземных вод, приуроченных к отложениям различных стратиграфических горизонтов. Пластовые воды мезозойских отложений распространены на большой площади и образуют обширный артезианский бассейн. Трещинно-пластовые воды девона и карбона приурочены в основном к трещиноватым и закарстованным известнякам. Общее синклинальное залегание известняков при хорошем водоупоре подстилающих сланцев и мергелей обусловливает накопление значительного количества напорных вод. В продуктивных свитах водоносные горизонты приурочены к угольным пластам и мощным пластам песчаника. Большинство шахт при незначительном притоке имеют слабую обводненность и рабочие лавы в основном сухие. В большинство шахт приток воды не превышает 10 м3/ч.

Химический состав вод девона и карбона различен. В большинстве случаев они не пригодны для питьевых и технических целей. Общая жесткость 40—70°.

Водоснабжение бассейна осуществляется за счет вол аллювиального потока р. Нура. юрского артезианского бассейна, и вод аллювиального потока р. Чурубай-Нура. В меньшей степени используются воды известняков турне и верховодка.

Геологопромышленные районы. В Карагандинском бассейне выделяется несколько районов, где вскрывается полный разрез угленосных свит с многочисленными промышленными участками и пластами. Наибольшее значение имеет Карагандинский район. Значительная часть площади Карагандинского района освоена промышленностью и здесь находятся почти все шахты бассейна. В этом районе сосредоточено окаю 60% всех выявленных и учтенных запасов угля.

Большое промышленное значение приобретает Чурубай-Нуринский район в связи с открытием ценных коксующихся малозольных и легко обогатимых углей долинской свиты. Угольные месторождения района в настоящее время быстро осваиваются.

Перспективным является также Тептекский район, в строении которого принимают участие все четыре продуктивные свиты карбона — ашлярикская, карагандинская, долинская и тентекская. В этом районе подготовлено 15 участков для шахтного строительства.

Верхние горизонты бассейна почти полностью освещены геологоразведочными работами. Резерв участков для закладки новых шахт на коксовые угли в освоенных промышленностью районах весьма ограничен. Перспективным районом на коксовые угли является Тентекский район, в пределах которого в долинской и тентекской свитах установлено наличие малозольных углей, явившихся объектом разведки последних лет.

В 60 км к западу от Карагандинского бассейна выявлены Самарское и Завьяловское месторождения, а на северо-востоке — Куу-Чекинское месторождение, весьма перспективные на коксующиеся угли. В настоящее время месторождения находятся в стадии изучения.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна