ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УЧАСТКОВ «БАРЗАССКИЙ» И «БАРЗАССКИЙ-2» ГЛУШИНСКОГО КАМЕННОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПО ДАННЫМ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РАБОТ

АННОТАЦИЯ

Проведена геолого-экономическая оценка участков «Барзасский» и «Барзасский-2» Глушинского каменноугольного месторождения на основе обобщения геологоразведочных работ 1949–2011 гг. и эксплуатационных данных разреза «Барзасский». Выполнен анализ этапов разведки, методики подсчёта запасов и сопоставление разведочных параметров с фактическими эксплуатационными данными. Установлено, что угли участков относятся к маркам КС, КО и СС, характеризуются невысокой зольностью (9,4–15,9 %), малосернистые (0,24–0,61 %), однако для ряда пластов отмечено критическое расхождение в определении толщины пластического слоя между разведочными и эксплуатационными данными, что повлияло на марочную принадлежность. Выполненная оценка позволяет обосновать направления промышленного использования углей и оптимизировать дальнейшие геологоразведочные работы.

Ключевые слова: Геолого-экономическая оценка, подсчёт запасов, геологоразведочные работы, качество углей, марочный состав.

Участки «Барзасский» и «Барзасский-2» Глушинского каменноугольного месторождения находятся в Кемеровском районе Кемеровской области. Геологоразведочные работы на Глушинском месторождении ведутся непрерывно с 1949 года. За этот период в пределах лицензионных участков пробурено 267 скважин общей длиной 46204 погонных метра. Плотность разведочной сети достигала 35 скважин на 1 км², при расстояниях между скважинами от 20 до 340 м и между линиями разведки 70–800 м. Работы осуществлялись поэтапно с применением различных методик и технических средств [1].

На первом этапе (1948–1958 гг.) велись поисковые и предварительные работы вдоль Кайгурской перспективной разведочной линии и на участках Сосновские 1-2. Бурение выполнялось станками КА2М-300 и КАМ-500 с применением безнасосного сухого способа проходки угольных пластов, что обеспечивало высокий выход керна, однако приводило к загрязнению проб буровым шламом. Геофизические исследования ограничивались каротажем сопротивлений и токовым каротажем в поисковом масштабе. Надёжность данных данного периода оценивается как низкая.

Второй этап (1949–1982 гг.) характеризовался детальной разведкой участков Ломовский I и поля шахты Глушинская. Было пробурено 51 скважина (11353 п. м) на Ломовском I и 113 скважин (21417 п. м) на поле шахты Глушинская. Формировался комплекс геофизических методов, включающий каротаж сопротивлений (КС), гамма-каротаж (ГК), гамма-гамма-каротаж (ГГК) и кавернометрию (КМ). Для отбора керна применяли двойные колонковые снаряды. По итогам этих работ запасы каменного угля были утверждены Протоколом ГКЗ СССР № 9122 от 01 декабря 1982 года [2].

Третий этап (2008–2011 гг.) касался разведки Северного блока участка «Барзасский-2», на разведочных линиях А, В, Е, Ж. Использовалась современная буровая установка УКБ-5СА с применением двойных колонковых снарядов. Геофизические исследования включали боковой каротаж (рк), измерение проводимости (эк), гамма-каротаж (ГК), селективный гамма-гамма-каротаж (ГГК-С) и кавернометрию. В процессе исследований выявлено сложное тектоническое строение Северного блока с множеством взбросово-надвиговых нарушений, а вскрытые угольные пласты характеризовались небольшой площадью распространения и относились к категории весьма тонких и тонких - 8 пластов имеют среднюю мощность менее 0,70 м. Технико-экономический расчёт с коэффициентом вскрыши 37 м³/т показал неперспективность Северного блока для открытой разработки.

Четвёртый этап (2009–2013 гг.) представлял собой эксплуатационную разведку, проводимую в ходе горных работ на разрезе «Барзасский». Были пробурены скважины для уточнения выходов пластов под наносами, контроля качества угля и гидрогеологического мониторинга.

Угленосные отложения участков относятся к балахонской серии верхнебалахонской подсерии (P₁bl₂) и представлены кемеровской (P₁kr), ишановской (P₁is) и промежуточной (P₁pr) свитами. Кемеровская свита, характеризующаяся угленосностью около 8 %, вскрыта на Южном блоке и включает пласты Кемеровский, Волковский, Подволковский, Владимировский I, Владимировский II, Лутугинский. Ишановская свита (угленосность порядка 3 %) развита на Северном блоке и содержит пласты Ишановский I, Ишановский II, Надлюковой I, Надлюковой II. Промежуточная свита (около 5 % угленосности) также распространена на Северном блоке и включает пласты Люковой, Гурьяновский, Крохалевский, Слоёный, Надабрамовский, Абрамовский. Значительное влияние на геологическое строение участков оказывает разрывная тектоника, представленная взбросово-надвиговыми нарушениями с амплитудами смещения от 8 до 270 м. Основным подразделением является линия нарушений I-I и 1-1, разделяющая участок на Южный и Северный блоки и сопровождаемая зонами дробления толщиной до 40–80 м. Пликативная тектоника проявляется в виде синклиналь-антиклинальных структур с углами падения крыльев от 10 до 60 градусов [3].

Подсчёт запасов каменного угля выполнен согласно постоянным разведочным условиям, утверждённым Протоколом ГКЗ РФ № 350-к от 05 августа 2013 года. Пласт Кемеровский исключён из подсчёта балансовых запасов в связи с несоответствующей мощностью. Запасы, расположенные за пределами оптимального контура проектируемого разреза, но входящие в лицензионные границы, отнесены к забалансовым.

Подсчёт запасов осуществлялся с использованием метода геологических блоков на горизонтальных и вертикальных проекциях пластов масштаба 1:2000. При угле падения пластов менее 45° структурные карты совмещались с подсчётными планами, при угле более 45° строились вертикальные проекции. Для каждого пласта построены структурные карты, на планах выделены блоки с учётом тектонических нарушений, зон выкола и окисления, лицензий и обоснованного контура карьера. Средние мощности и зольности рассчитывались как среднеарифметические значения по ключевым скважинам внутри блоков. Кажущаяся плотность угольных пачек определялась исходя из среднеарифметической зольности для каждого блока.

Общий объём балансовых запасов по состоянию на 01.01.2013 г. в границах лицензий участков «Барзасский» (КЕМ 00523 ТЭ) и «Барзасский-2» (КЕМ 01345 ТЭ) составляет 2322,6 тыс. тонн, из них по категории С1 – 2297,1 тыс. тонн и по категории С2 - 255 тыс. тонн. Забалансовые запасы составляют 7546 тыс. тонн (615 тыс. тонн по категории С1 и 6931 тыс. тонн по категории С2). В пределах оптимального карьерного контура, но вне лицензионных границ, подсчитан запас категории С1 в объёме 12674 тыс. тонн. Наибольшее количество запасов приходится на пласты Волковский, Владимировский II и Лутугинский. Северный блок характеризуется преобладанием запасов категории С2 и в значительной мере относится к забалансовым из-за тонкой мощности и высокого уровня тектонических нарушений.

Качество угля оценивалось по керновым пробам из разведочных скважин и образцам из горных выработок. Марочному составу углей соответствуют ГОСТ 25543-2013. Угли относятся к средне- и высокометаморфизованным с витринитовой отражательной способностью от 1,10 до 1,30 %. По марочному составу угли распределяются следующим образом: марка КС (коксующийся слабоспекающийся), марка КО (коксующийся отощённый), марка СС (слабоспекающийся.

Зольность угольных пачек варьируется от 7,2 % до 23,8 %. Основные рабочие пласты Южного блока характеризуются зольностью в диапазоне 10–14,9 %. Выход летучих веществ демонстрирует тенденцию к уменьшению с увеличением глубины, изменяясь от 19,0–23,1 % в кемеровской свите до 17,0–21,2 % в ишановской и промежуточной свитах. Высшая теплота сгорания на сухое беззольное топливо находится в диапазоне 8509–8650 ккал/кг (35,63–36,22 МДж/кг). Массовая доля общей серы варьируется от 0,24 до 0,61 %, что позволяет отнести угли к малосернистым. Фосфорное содержание находится в пределах 0,004–0,010 %, исключая единичные образцы Северного блока с повышенными значениями. Таким образом, угли характеризуются низким содержанием фосфора. Концентрации токсичных элементов (бериллий, свинец, ванадий, никель, хром, марганец, мышьяк) не превышают установленных норм, что подтверждается спектральными и фотоколориметрическими анализами.

Гидрогеологические условия разрабатываемых блоков определяются водопроницаемостью угленосной толщи, интенсивностью атмосферных осадков и площадью горных работ. Основной водоприток возникает за счёт подземных вод коренных пород и осадочных вод. Водоносный комплекс формируется водами верхнечетвертичных отложений (суглинки, глины, гравийно-галечниковые толщы) и водоносным комплексом нижнепермских отложений балахонской серии. Наибольшая водообильность отмечается в зонах песчаников, на кровле пластов Кемеровский и Волковский. Прогнозные водопритоки оцениваются для Южного блока в 303 м³/час (среднегодовые) и до 1600 м³/час в максимальные периоды (учитывая ливневые осадки). Для Северного блока прогнозные водопритоки колеблются от 340 м³/час в водораздельной части до 611 м³/час вблизи реки Кайгур. Фактические водопритоки на разрезе «Барзасский» в период эксплуатации составили 73–101 м³/час, что значительно ниже прогнозных значений, вероятно, из-за завышения параметров при использовании метода аналогии [4].

Сопоставление разведочных и эксплуатационных данных показало высокую степень совпадения по мощности и строению пластов. Качественные параметры (зольность, выход летучих веществ, теплота сгорания, содержание серы и фосфора) также находятся в пределах допусков. Вместе с тем выявлено существенное расхождение по толщине пластического слоя: согласно разведочным данным, этот слой либо отсутствует, либо достигает минимальных значений в единичных местах, а по эксплуатационным данным толщину пластического слоя стабильно превышает минимального порога определения. В связи с этим марочная категория угля была пересмотрена с марки СС на КС, что подтверждается сертификатами качества отгружаемого угля и результатами независимого контроля Центральной испытательной лаборатории ООО «КСМ». Данное расхождение вероятно связано с длительным хранением керновых образцов в прошлом (до трёх месяцев и более) и применением менее совершенного оборудования на этапе разведки.

Сравнение запасов с ранее утверждёнными показало увеличение по участку «Барзасский» на 1440 тыс. тонн (примерно 94 %) за счёт включения в расчёт ранее не учитываемых пластов Владимировский I и Владимировский II. По участку «Барзасский-2» рост запасов составил 1745 тыс. тонн (около 8 %), что связано с переинтерпретацией зон тектонических нарушений I и 1 и учётом пластов в данных зонах. Для Северного блока, где ранее запасы не учитывались в государственном балансе, подсчитаны забалансовые запасы в объёме 6931 тыс. тонн.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что угли участков «Барзасский» и «Барзасский-2» обладают высокими качественными характеристиками и пригодны для металлургической промышленности в качестве коксующегося сырья, а также для энергетических нужд. Перспективным направлением является использование углей марок КС и КО в шихтах при производстве доменного кокса. Угли марки СС могут служить энергетическим топливом и одновременно использоваться в качестве отощающей добавки при коксовании. Низкое содержание серы и фосфора, высокая теплота сгорания и коксующие свойства углей обеспечивают их востребованность как на внутреннем, так и на внешнем рынках [5].

Северный блок участка «Барзасский-2» по результатам технико-экономического обоснования безнадежен для открытой разработки на текущем этапе из-за присутствия пластов малой мощности (более 70 % пересечений пластов имеют мощность ниже 0,70 м), невыдержанности по простиранию и высокой тектонической нарушённости, что подтверждается коэффициентом вскрыши 37 м³/т. Участки «Барзасский» и Южный блок участка «Барзасский-2» могут рассматриваться как подготовленные к промышленному освоению [6].

Список литературы:

1. Викторов Л.В. и др. Поле шахты Глушинской в Кемеровском геолого-экономическом районе Кузбасса (геологическое строение, качество и запасы каменного угля по состоянию на 01.01.1982 г.) / Л.В. Викторов, Т.П. Курдюкова и др. – Новокузнецк, 1982. – 190 с.
2. Мысина А.М., Надеждина Л.Г. и др. Отчет по детальной разведке участков Ломовских I, II и Глушинский I, II, III в Барзасском районе Кузбасса / А.М. Мысина, Л.Г. Надеждина и др. – Ленинск-Кузнецкий, 1954. – 6877 ф.
3. Яркова Н.М., Лялина Ж.В. Участок Барзасский 2 Глушинского каменноугольного месторождения в Кемеровском геолого-экономическом районе Кузбасса (оперативный подсчет запасов каменного угля по состоянию на 01.05.2008 года) / Н.М. Яркова, Ж.В. Лялина. – Кемерово, 2008. – 22935 ф.
4. Инструкция и методические рекомендации по изучению инженерно-геологических свойств боковых пород и прогнозу их устойчивости на угольных месторождениях / ВНИИ гидрогеологии и инж. геологии. – М. : ВСЕГИНГЕО, 1982. – 94 с.
5. ГОСТ 25543-2013. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. – М. : Стандартинформ, 2014. – 18 с.
6. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (углей и горючих сланцев). – М. : МПР РФ, 2007. – 47 с.