3. типизация углесодержащих терриконов анализ, систематизация и обобщение материалов предыдущих исследований



Скачать 219.35 Kb.
Дата24.04.2016
Размер219.35 Kb.

3. ТИПИЗАЦИЯ УГЛЕСОДЕРЖАЩИХ ТЕРРИКОНОВ

3.1. Анализ, систематизация и обобщение материалов предыдущих исследований


По породным отвалам накоплен значительный объем разнообразных материалов. В научно-исследовательских трудах Алехина В.И., Мигули П.С., Проскурни Ю.А., Выборова С.Г., Панова Б.С., Зборщика М.П., Осокина В.В. [3-8] отражены экологические, геохимические, минералого-петрографические особенности породных отвалов угольных шахт. Все исследователи сходятся во мнении, что породные отвалы представляют экологическую опасность,занимают значительную территорию города и могут служить в качестве вторичного сырья.

Считается, что экологическая опасность породных отвалов обусловлена процессами горения породной массы [Горбачева]. В настоящее время достаточно детально исследован механизм самовозгорания породной массы, разработаны мероприятия по тушению и профилактике очагов горения. Веселовский В.С., Алексеева Н.Д., Виноградова Л.П., Саранчук В.И., Скочинский А.А., Огиевский В.М. [9-11] считают, что единственной причиной самовозгорания угля является взаимодействие его с кислородом атмосферного воздуха. Однако в работе Стадникова Л.Г. [12] приводится высказывание одного из специалистов Либиха, касающееся того,что самовозгорание каменных углей обуславливается содержанием в них сернистого железа в тонкораспыленном виде, а присутствие воды и воздуха является ближайшим условием самовозгорания.

Веселовским В.С., Алексеевой Н.Д., Виноградовой Л.П. было установлено [9], что процесс самонагревания инициируется биохимическим окислением, в котором участвуют микроорганизмы [6].

В породных отвалах г. Донецка преобладают обогащенные органикой осадочные породы каменноугольного возраста, имеющие вполне определенную геохимическую специализацию [Горбачева]. Считается, что в этих отложениях в повышенных концентрациях могут находится германий, уран, редкие металлы, халькофильные элементы [13].

Определение перспектив отвальных пород в качестве сырья для извлечения полезных компонентов рассматривалось в работах Алехина В.И., Арбатова А.А., Астахова А.С., Воробьева А.Е., Лаверова Н.П., Мигули П.С., Панова Б.С., Толкачева М.В., Тумановой Е.С, Цибизова А.Н. и др.

Существует большое число данных о перспективах породных отвалов для получения глинозема (Al2О3), Ge, Sc, Ga, Y, V, Ni и пр. [3-5,14,15].


3.2. Классификация породных отвалов и определение факторов и процессов воздействия на геологическую среду


В настоящее время в пределах г. Донецка, расположено более 140 породных отвала, занимающих площадь около 10 млн. м2 [Горбачева]. Высота породных отвалов угольных шахт изменяется в пределах 8–124 м.

Существует типизация отвалов по ряду признаков [Горбачева].

По тепловому состоянию породные отвалы делятся на горящие, потухшие и не горевшие. Значительная доля действующих породных отвалов являются горящими (№1 ш. Горького, №1 ш. им. Челюскинцев, №3 ш. Абакумово) – 28 из 32. Среди терриконов, выведенных из эксплуатации, 25 горящих (№12 Ф. Кона,№1-7Ветка) и 81 не горящих или потухших (№2 Ф. Кона, №2 Паровичная,№1-2 ш. Горького).

По морфологии шахтные отвалы подразделяются на:



  • конические (№1 ш. Кировская, №20 ш. Мушкетовская, №1-7 Ветка и др.);

  • усеченные конические (№1 ш. Панфиловская, №1 ш. 6 - Красная Звезда, №30 ш. и др.);

  • хребтовидные;

  • плоские (№2 ш. Заперевальная, №1 ш. Горького, №3 ш. Абакумова).

По наличию рекультивации на:

  • озелененные (№1 и 2 ш. Ливенка, №7-8 им. Калинина, №1-7 Ветка);

  • не озелененные (№2 Ф. Кона, №1 ш. Заперевальная).

Породная масса как компонент геологической среды представляет собой техногенные осадки, находится в неравновесном состоянии и под действием внутренних и внешних факторов претерпевает закономерные преобразования, которые определяются понятием диагенеза [Горбачева]. При этом ведущая преобразующая роль принадлежит аэробным и анаэробным микроорганизмам при активном участии метеорных вод.

В теле породных отвалов формируется временная или постоянная зона водонасыщения [Горбачева]. При этом залегающие в основании отвала суглинки, аллювиальные глины или глинистые коры выветривания, служат водоупором для формируемого техногенного водоносного горизонта. Верхняя часть зоны водонасыщения обогащена кислородом, что в присутствии высокой концентрации сульфидной серы и органического вещества благоприятствует развитию окислительных процессов с выделением тепла.

Температурное воздействие на отвальные породы сопровождается преимущественно их выгоранием и спеканием [Горбачева]. Гораздо реже процесс горения породной массы приводит к плавлению.

Наиболее широко распространены окислительные изменения отвальных пород без значительного температурного воздействия [Горбачева].

Наибольшую экологическую опасность представляют активно горящие породные отвалы [Горбачева]. В процессе проведенных исследований на всех обследованных отвалах даже при отсутствии очевидных очагов горения отмечаются следы окислительных процессов, проявленные выделениями свежей фумарольной сульфатной минерализации.

Анаэробные процессы преобразования породной массы терриконов, проявлены в нижней части зоны водонасыщения [Горбачева].

Вся совокупность процессов преобразования отвальных пород представляет экологическую опасность. Окислительные процессы сопровождаются выбросами различных окислов, паров серной кислоты, летучих соединений металлов и токсичных элементов [Горбачева]. Анаэробные процессы сопровождаются выбросами аммиака, сероводорода. При этом аэробные и анаэробные процессы с разной степенью активности могут одновременно происходить в одном отвале.

Обследование поверхности отвалов позволяет разделить их по температурному режиму, прошедших ранее процессов окисления и горения [Горбачева]. Наиболее высокие температуры (более 800 оС), вызвавшее плавление пород, установлены на отвале ш. Путиловская и №1 ш. Панфиловская (рис. 1).



отвал ш. путиловская. в образце аргиллита отчетливо проявлено послойное плавление. продукты плавления в виде пористого шлакообразного материала

Рисунок 1 – Отвал ш. Путиловская [Горбачева]. В образце аргиллита отчетливо проявлено послойное плавление. Продукты плавления в виде пористого шлакообразного материала

На значительной части отвалов установлено очаговое горение породной массы, сопровождавшееся спеканием и литификацией обломков [Горбачева]. Признаки такого уровня температур (200-800 оС)установлены на отвалах: ш. им. Ф. Кона, №1 шх. Мария, ш. им. Калинина№7-8 и др.

Около половины обследованных отвалов с поверхности, даже при наличии глубоких срезов вершины и склонов, не обнаруживают признаков активного горения породной массы [Горбачева]. Подобными признаками отличаются отвалы: ш. Владимир, №4 ш. им. Горького.

Отвалы ш. Центрально-Заводская и №1 ш. Шверинка, могут быть выделены в связи с незначительными процессами окисления породной массы.



3.4. Методика выполнения эколого-геохимических работ


В настоящее время методики отбора проб породной массы не существует, поэтому при проведении опробования была использована методика отбора литохимических проб [17]. Данной методикой предусмотрен отбор проб с учетом структурно-вещественных признаков пород. При этом отбор проб осуществляется по определенной сети с определенной площадки при отборе площадных проб. Площадные пробы отбираются при изучении площадных изометричных структур или рыхлых перемешенных природных или техногенных образований. Площадные пробы составляются из нескольких точечных проб. Вес конечной пробы должен превышать 1 кг. Площадные пробы отбирались с разных частей терриконов.

Наиболее разнообразны по составу участки окисления и горения терриконов [Горбачева]. Здесь отмечается разнообразие техногенных минералов, среди которых преобладают сульфаты фумарольного происхождения. Вокруг очагов горения выделяются зональное распределение новообразованных минералов. Поэтому при опробовании были учтены все разнообразие первичных и техногенных вторичных пород.

Наиболее перспективными на предмет обнаружения полезных компонентов являются аргиллиты – тонкодисперсные породы, изначально формировавшиеся в качестве донных отложений каменноугольных бассейнов осадконакопления [Горбачева]. Площадные пробы отбирались с поверхности склона, верхушки, вдоль эрозионных врезов, характеризуют всю его поверхность или ее часть. Всего в соответствии с программой было отобрано 100 литохимических проб с поверхности 29 отвалов.

5. Оценка влияния породных отвалов на компоненты окружающей природной среды

В процессе проведенных исследований было изучено распределение 42 химических элементов в отвальных породах по данным 100 проб, отобранных из 29 отвалов [Горбачева]. Для определения закономерностей распределения химических элементов в выделенных лито- и петротипах пород были составлены соответствующие разным типам пород выборки проб.

Вся совокупность проб была разделена на группы [Горбачева]: условно первичные аргиллиты темно-серого черного цвета (35 проб); аргиллиты из действующих зон окисления с высыпками, пропиткой и налетами фумарольной минерализации (16 проб); окисленные и горелые кирпично-красные породы (36 проб); пестро окрашенные комковатые аргиллиты – тонштейны (13 проб).

В результате обработки в выделенных петротипах установлен однотипный геохимический спектр и численно близкий уровень концентрирования элементов (табл. 1).


Таблица 1

Средние кларки концентрации (Кс) элементов, рассчитанные по выборкам проб разных типов породных образований и по породным отвалам в целом [Горбачева]


Петротипы пород

Аргиллиты черные

Зоны окисления

Аргиллиты красные

Аргиллиты пестрые

Средние Кс по отвалам

Pb

1,49

1,76

1,41

1,48

1,5

V

0,81

0,79

0,81

0,79

0,81

Ga

0,59

0,63

0,64

0,6

0,62

Ni

0,97

1,01

0,96

1

0,98

Cr

1,32

1,27

1,28

1,32

1,3

Ge

0,69

0,7

0,68

0,75

0,7

Co

0,97

0,97

0,99

0,97

0,98

Bi

4,89

4,93

5,19

4,86

5

Be

0,71

0,71

0,71

0,71

0,71

Nb

1,64

1,73

1,72

1,71

1,69

Mo

0,87

0,9

0,95

0,89

0,91

Sn

1,39

1,36

1,39

1,34

1,38

Li

0,57

0,63

0,59

0,57

0,58

Cu

1,01

1,18

1,08

1

1,06

Zr

1,01

0,99

1,05

1,01

1,02

Yb

1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

Y

0,62

0,6

0,62

0,62

0,62

La

0,4

0,39

0,4

0,41

0,4

Ti

0,92

0,91

0,91

0,98

0,92

Mg

0,63

0,66

0,66

0,7

0,65

Mn

0,82

0,82

0,84

0,82

0,83

Ca

2,2

2,32

2,3

2,4

2,28

Zn

1,5

1,5

1,67

1,67

1,58

Sc

0,6

0,6

0,59

0,62

0,6

Ag

0,27

0,28

0,26

0,47

0,29

B

0,46

0,41

0,41

0,41

0,43

Hg

0,74

0,8

0,86

0,67

0,79

Основными факторами воздействия на геологическую среду прилегающих к породным отвалам территорий являются воздушная и водная миграция компонентов отходов [Горбачева]. В процессе воздушной миграции вокруг терриконов в почвах формируются ореолы рассеивания. В процессе водной миграции в зоне аэрации и в верхней части зоны водонасыщения формируются ореолы гидрогенного замещения.

В зонах влияния отвалов с очагами горения и окисления устанавливается ореол загрязнения атмосферного воздуха, проявленный ростом концентраций пыли, двуокиси серы, двуокиси азота, окиси углерода и сероводорода [Горбачева]. Максимальное загрязнение устанавливается на расстоянии до 300-600 м. Динамика загрязнения определяется климатическими условиями.

В результате воздушной миграции компонентов выбросов в почвах прилегающих территории формируется ореол загрязнения[Горбачева] . Превышения ПДК отмечаются для Pb, As, Cd, Zn, Mo, Hg, Cu, SO42-.

Водная миграция компонентов отходов начинается внутри тела отвала, этому способствуют процессы преобразования отвальных пород [Горбачева]. Данные ореолы контролируют аномальные концентрации широкого спектра токсичных элементов: Cd, Pb, Cu, Zn, Mo, As, Hg, Bi.

Экологическая опасность породных отвалов (рис. 2) определяется тем, что даже при фоновых концентрациях токсичных компонентов в породной массе процессами окисления и горения они переводятся в подвижное состояние, мигрируют воздушным и водным путем в окружающую среду прилегающей территории [Горбачева]. При этом токсичные элементы могут образовывать ореолы загрязнения в почвах, водоносных горизонтах, концентрироваться на различных барьерах, накапливаться в донных отложениях.



схема негативного влияния породных отвалов на окружающую среду

Рисунок 2 – Схема негативного влияния породных отвалов на окружающую среду


Полученные результаты позволили разделить породные отвалы по концентрации глинозема в слагающих их аргиллитах [Горбачева]. Наименьшие концентрации глинозема (11,7 %) установлены в аргиллитах отвала ш. №3 Трампарковая. В основной части отвалов содержание глинозема находится на уровне 20-25 %. Лишь в нескольких пробах концентрация глинозема превысили 25 %: пр. 28 (25,22 %, отвал №2 ш. им. Горького); пр. 37 (26,26 %, отвал №1 ш. Панфиловская); пр. 83 (25,22 %, отвал №1 ш. Заперевальная); пр. 33 и 35 (25,48 % и 29,90 %,соответственно, отвал №1 ш. Мария); пр. 94 (29,40 %, отвал №2 ш. №4 Ливинка). На диаграмме изображено соотношение породной массы отвалов с определенной концентрацией глинозема (рис. 3).

диаграмма соотношения количества породной массы отвалов в соответствии с уровнями концентрации al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Рисунок 3. – Диаграмма соотношения количества породной массы отвалов в соответствии с уровнями концентрации Al2O3 [Горбачева]



  1. Алехин В.И., Мигуля П.С., Проскурня Ю.А. Минералого-петрографические и эколого-геохимические особенности пород терриконов Донбасса (на примере Донецко-Макеевского промышленного района) // Сб. научн. тр. НГА Украины. – Днепропетровск. – 1998. – Т.5, №3. – С. 35-39.

  2. Алехин В.И., Проскурня Ю.А.Экологические аспекты геохимии породных отвалов шахт // Сб. мат. конф. ”Актуальные проблемы геологии Украины”. – Киев. – 1998. – 53 с.

  3. Изучение шахтных терриконов Донецко-Макеевского района как новых видов минерального сырья / Панов Б.С., Алехин В.И., Мигуля П.С. и др. // Отчет по НИР. – Донецк: Фонды ДонГТУ. – 1993. – 70 с.

  4. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение самовозгорания горных пород.– К.: Техніка, 1990. – 176 с.

  5. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение экологически вредных проявлений в породах угольных месторождений. – Донецк: ДонГТУ, 1996. – 178 с.

  6. Панов Б.С. Некоторые вопросы экологической минералогии Донецкого бассейна // Минералогический журнал. – 1993. – Т.15, №6. – С. 43-50.

  7. Веселовский В.С., Алексеева Н.Д., Виноградова Л.П. Самовозгорание промышленных материалов. – М.: Наука, 1964. – с.242.

  8. Саранчук В.И.Окисление и самонагревание угля. – К.: Наук. Думка, 1982. – 168 с.

  9. Скочинский А.А., Огиевский В.М. Рудничные пожары. – М.:Углетехиздат, 1954. – 387 с.

  10. Стадников Л.Г. Самовозгорающие угли и породы, их геологическая характеристика и методы опознавания. – М.: Углетехиздат, 1956. – 478 с.

  11. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 602 с.

  12. Нетрадиционные ресурсы минерального сырья / А.А. Арбатов, А.С. Астахов, Н.П. Лаверов, М.В. Толкачев. – М.: Недра, 1988. –253 с.

  13. Техногенные ресурсы минерального строительного сырья / Туманова Е.С, Цибизов А.Н., Блоха Н.Т. и др. – М.: Недра, 1991.–208 с.

  14. Аммосов И.И. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. – М.: Гостехиздат, 1963. – Т. 1: Донбасс. – 1210 с.

  15. Дубровский Е.М. Организация породного хозяйства угольных шахт. – М.: Недра, 1979. – 112 с.

3.1. Возможные типы терриконов

Специфика подземной добычи угля состоит в том, что на каждые 1000 т добытого угля на дневную поверхность извлекается и выбрасывается до 12 кг угольной и породной пыли, 50-570 тыс. м3 метана, 7,5-15 тыс. м3 углекислого газа, около 5,5 тыс. м3 окислов, образующихся при взрывных работах, 1,5-9 тыс. м3 шахтных вод, 200-800 т вмещающих пород [39].



В результате извлекаемая углепородная масса обычно складируется в различного рода отвалы и терриконы, имеющие довольно сложное строение, зачастую обусловленное различным гранулометрическим составом (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Гранулометрический состав пробы отвальной горелой породы шахты “Ольховатская” [49]


Минеральные отходы угледобывающих предприятий представлены терриконами, хребтовидными (в сумме 92%) и плоскими (8%) отвалами (рис. 3.2).

Терриконы и хребтовидные отвалы отсыпаются около угольных шахт и обогатительных фабрик (они получают такую форму вследствие отсыпки горной массы непосредственно конвейером). А плоские отвалы зачастую располагаются около угольных разрезов.

Нами были изучены терриконы, расположенные в пределах Кызылкийского буроугольного месторождения, отсыпка которых была начата в 60-е годы и завершена в 80-90 годы ХХ века.

Отвалы Кызылкийского месторождения имеют различную геометрию и подразделяются на два типа:


  1. Конические отвалы (терриконы) - высотой 60-70 м и объемом более 250000 м3 (рис. 3.2, а). Они отсыпались на территории разрабатываемого месторождения вплоть до 1988 года.

  2. Хребтовидные отвалы - высотой до 20-30 м, объемом более 200 000 м3, складируются так же, как терриконы (рис. 3.2, б).

новый рисунок (10)

а)


новый рисунок (11)

б)




новый рисунок (12)

в)
Рис. 3.2. Типы отвалов (фото автора):



а) террикон; б) хребтовидный отвал; в) горелый отвал
Складирование терриконов, определяющее их последующую структуру, часто зависит от рельефа местности. С учетом горного рельефа местности Кыргызстана большинство углеотходов Кызылкийского месторождения складировались на ближайших хребтах. В результате они в большинстве случаев имеют вид хребтовидных отвалов.

Сводная таблица основных показателей и характеристик терриконов и хребтовидных отвалов Кызылкийского буроугольного месторождения приведена в табл. 3.1.


Таблица 3.1

Сводная таблица некоторых терриконов и хребтовидных отвалов Кызылкийского буроугольного месторождения



N отв.



Тип отвала



Высота, м



Площадь основания, м2



Объем, тыс., м3



Время эксплуатации

начало

конец

1

Хребтовидный

20

1800

36

1960

1988

2

Террикон

60

16000

250

1960

1988

3

Хребтовидный

20 - 30

6000

200

1960

1988

В настоящее время наиболее предпочтительной формой складирования пустой породы признаны плоские отвалы. Данное обстоятельство обусловлено тем, что размещение плоского отвала может быть довольно четко спланировано с учетом направления преобладания ветров (западные и северо-западные), оптимальной освещенности (что важно при последующей его рекультивации), а также согласовано с имеющимся рельефом местности.



Кроме этого у плоских отвалов по сравнению с терриконами и хребтовидными отвалами есть и другие преимущества [10]:

1) они гораздо реже подвергаются самовозгоранию;

2) их гораздо проще рекультивировать;

3) посредством их отсыпки можно осуществлять планировку (выравнение) нагорных территорий, размещая их в первую очередь в естественных понижениях рельефа - оврагах, балках или депрессиях.



3.2. Модель строение террикона

Для выделенного технологического типа терриконов, как наиболее распространенного на территории Кызылкийского буроугольного месторождения, были построены базовые графические модели (рис. 3.3), отражающие особенности их внутреннего строения и характерного физического состояния.

При моделировании внутреннего строения терриконов угольных шахт в качестве основного вещественно-структурного аналога был принят негорящий террикон.

Этот террикон характеризовался следующими параметрами: длина 120 м, высота около 60 м, средняя ширина по основанию около 100 м, объем складированной породы примерно 250 000 м3, угол откоса примерно 45°.

Для получения объемного представления о внутреннем строении терриконов было проведено натурное моделирование процессов сегрегации горной массы в лабораторных условиях (с использованием методик В.М. Меркулова), на основе прозрачной стенки.

Материалом для такого физико-механического моделирования служила дробленая горная порода, выдаваемая из угольной шахты, гранулометрический состав которой соответствовал гранулометрическому составу породы, поступающей в отвал (с учетом масштаба моделирования).


рисунок 3

Рис. 3.3. Структура террикона по гранулометрическому составу:

Зоны: 1 - крупноблоковая; 2 - среднеблоковая; 3 - мелкоблоковая
Проведенные лабораторные исследования подтвердили вывод о том, что при отсыпке дробленных горных пород под откос более крупные куски горной массы катятся преимущественно дальше мелких, скапливаясь в нижней части террикона.

В результате, при отсыпке терриконов происходит естественная гравитационная сегрегация кусков породы, т.е. разделение отсыпаемых пород по размерам обломков и удельному весу.

При этом наиболее крупные и тяжелые обломки концентрируются у подножья отвалов, а углистое вещество распределяется неравномерно [50].

конвейер

Рис. 3.4. Отвалообразование


При складировании происходит фракционирование кусков породы по крупности. Мелкие фракции остаются в верхней части терриконика, начиная от разгрузочной рамы и кончая нижним положением рештаков, по которым пропускается порода по склону.

Перепуск пород по металлическим листам производится в настоящее время почти на всех шахтах Кузбасса, что обеспечивает расширение основания конуса и более редкую передвижку разгрузочной рамы.

При движении по наклонной плоскости более тяжелые крупные куски в силу инерции долетают до нижнего слоя, тогда как мелочь осыпается и остается вверху.

Получается, что нижний слой (15-20% всей высоты) состоит из крупных кусков и представляет собой своеобразную колосниковую решетку, через которую может происходить движение воздуха к местам скопления угля.

Как видно из рисунка рис. 3.3, 3.4 верхней части террикона скапливаются мелкие фракции (глинистые). В подошве отвала – более крупные фракции, а внутри этих фракций наблюдается чередования крупнообломочных слоев со слоями мелочи.

Отобранные геологоразведочные пробы, с учетом внутреннего строения террикона, были объединены в три гранулометрические контрастные сопряженные зоны, которые наиболее отчетливо проявляются в его продольном вертикальном разрезе (рис. 3.3).

Как видно из рисунка, выделенные зоны, имея приблизительно равные мощности, отличаются по гранулометрическому составу и содержанию горючих материалов. Эти зоны, с учетом выявленных различий были названы соответственно: крупноблоковой (более 150 мм), среднеблоковой (50–150 мм) и мелкоблоковой (менее 50 мм), а внутри этих фракций также имеется определенное чередование крупнообломочных слоев со слоями мелочи.

Результаты моделирования изученных терриконов Кызылкийского бассейна показали, что складирование дробленных горных пород в конических отвалах (терриконах) обусловливает выраженную зональность внутреннего строения, которая должна учитываться при ее опробовании, исследовании возможностей самовозгорания породных отвалов, а также при их технической и биологической рекультивации.


3.3. Качественный состав и характеристика угольных терриконов

Горные породы, попадающие в террикон, образуются за счет проходки выработок по горному массиву (52%) и их ремонта (48%) [8].

Поэтому средний литологический состав терриконов отражает состав разрабатываемой угленосной толщи. Это аргиллиты (60-80%), алевролиты (10-30%), песчаники (4-10%), известняки (редко до 6%, обычно меньше), а также значительные примеси угля (5-20%).

Кроме того, терриконы содержат существенную долю техногенных материалов - деревянной крепи, металлических изделий, проводов пластика и пр.



Таким образом, исходная масса отвалов (терриконов) состоит из:

  • глинистых пород;

  • алевролитов;

  • примеси кусков дерева (крепь);

  • доломита;

  • анкерита - окаменелое дерево (рис. 3.5);

  • угольной мелочи;

  • технического мусора.




новый рисунок (2)

новый рисунок (3)

Рис. 3.5. Окаменелое дерево из угольных терриконов [41]
Важным из процессов изменения физико-механических свойств при обжиге представляется микроструктура глинистых пород [52]

В частности внутримикроагрегатные поры в глинах представлены большим числом межчастичных ультрамикропор со средней шириной 0,06 мкм и анизометричными тонкими межультрамикроагрегатными порами размером 0,24 мкм (составляющими 4-7 % измеренной пористости). В глинистых сланцах и аргиллитах эти поры полностью отсутствуют или их число резко сокращается.

Крупнодисперсную, высокоориентированную, преимущественно кристаллизационно-цементационную микроструктуру (см. табл. 7.2) имеют морские высоколитифицированные средние и легкие аргиллитоподобные глины, алевролиты, аргиллиты [ ]. Все они имеют твердую консистенцию. Содержание глинистых частиц обычно не превышает 35 %, а в их составе преобладают смешаннослойные минералы и гидрослюда.

Прочность на сжатие рассматриваемых горючих пород изменяется от 1,4 до 9,2 МПа, а максимальная прочность на сдвиг — от 0,8 до 1,72 МПа [ ]. Модули упругости и общей деформации составляют соответственно 30—110 и 6—108 МПа.

Для этих пород характерен упругий характер деформирования с хрупким разрушением, что также подтверждается высокими значениями параметров єу0 = = 0,72—1 и тшахі/тшіпj. = 12—48.

Рассчитанная прочность индивидуальных контактов между структурными элементами изменяется от 10-7 до10-6 Н.

Эти породы не набухают в ненарушенном сложении и довольно слабо набухают в нарушенном. Все эти особенности позволяют говорить о наличии в таких породах преимущественно фазовых контактов кристаллизационной природы.

Электронно-микроскопические исследования показали, что крупнодисперсная микроструктура алевролитов сформировалась в результате воздействия на глинистую породу, обогащенную обломочным материалом, процессов уплотнения, цементации и спекания. Все эти процессы привели к тому, что основные структурные элементы представляют собой утолщенные до 10 мкм, вытянутые вдоль напластования линзовидные микроагрегаты с высокой ориентацией глинистых частиц и ультрамикроагрегатов.

Линзовидные микроагрегаты могут образовывать микрослои. Значительную роль в формировании микроструктуры этих пород играют обломочные зерна, имеющие удлиненную форму и ориентированные вдоль микрослоев глинистых микроагрегатов. Размер зерен по максимальной оси составляет 15—30 мкм (рис. 7.14,1 что это? где это?). [52]



Рис. 3.6. Известняк водорослевый
Порода на основе известняка сложена на 60-65% сгустками (размером 0,13-0,5 мм), и комками (комки — до 1 мм) пелитоморфного кальцита.

Сферы, сгустки и комки сцементированы кальцитом мелко-тонкозернистым, частично выщелоченным до 25%. Наблюдаются крупные кристаллы кальцита (0,3-0,6 мм), которые частично заполняют пустоты выщелачивания.

Поровое пространство так породы представлено, в основном, межформенными, реже внутриформенными порами от 0,05-0,08 мм до 0,3 мм. Породы пересечаны тонкими извилистыми трещинами с крупными полостями выщелачивания и неравномерной кальцитизацией (рис. 3.7).

а б


Рис. 3.7. Состав и структура породы (СЭМ)

а) общее строение породы; б) структура кристаллов


Основная часть матрицы образована сгустками из перекристаллизованного кальцита неправильной формы. Среди сгустковой массы можно выделить комки кальцита изометричной и неправильной формы. В отдельных участках матрицы встречены кристаллы кальцита ромбоэдрической или близкой к ней формы.

Таблица 3.2

Характерисктика минеральной матрицы кальцита

Генетическая принадлежность

Минерал и форма его выделения

Форма структурных

элементов



Размер, мкм

Мин.

Макс.

Преоблад.

Матрица


Сгустки кальцита

Изометричная, неправильная

1,5

20

5

Комки кальцита

Крупная, нелравипьная

10

300

40

Кристаллы кальцита

Ромбоэдрическая или близкая к ней

200

300

200


Рис. 3.8. Порометрическая характеристика породы

Таблица 3.3.

Характеристика поровых каналов породы



Теоретическая проницаемость, мД

Содержание пор радиусов не менее 0,1 мкм, %

Диапазон распределения поровых каналов, мкм

Средний радиус пор, мкм

Всей совокупности

фильтрующих

Всей

совокупности



фильтрующих

1,6

36,1

0,0078 – 25,0

2,6 - 25,0

0,625

5,0


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал