Угленосные бассейны

Угленосные формации образовались в результате ряда природных процессов, таких как: органо-минеральное осадконакопление, диагенез и метаморфизм органического вещества.

Накопление остатков древних растений-углеобразователей происходило в условиях гумидного климата, начиная с середины девонского времени, с начала распространения наземной растительности. Особенно продуктивными были каменноугольный и пермский периоды палеозойской эры, в мезозое — юрский и меловой периоды, в кайнозойскую эру — палеоген и неоген. Основные максимумы накопления органического вещества, образовавшего угли, связаны со средним-поздним карбоном (22%), пермью (27%), мелом (16%) и средним-поздним палеогеном (27%).

Угольные бассейны и месторождения образовались в отрицательных структурах земной коры при различных геодинамических режимах и обстановках. В результате сформировались угленосные структурно-вещественные комплексы, сложенные песчаниками, алевролитами, аргиллитами, слоями гравелитов и конгломератов, прослоями туфогенных и вулканогенных пород, известняков, и главное — пластами каменных или бурых углей. Вмещающие породы и угли обычно закономерно чередуются, образуя ритмы разных порядков. Возрастной (девон–неоген) и геоструктурный (впадины внутриконтинентальных рифтов, авлакогены, позднеорогенные краевые прогибы и внутренние межгорные впадины коллизионных поясов, бассейны стабильных частей континентальных плит и др.) диапазон распространения угленосных формаций в земной коре, высокая чувствительность угольного вещества к изменению термодинамических условий в недрах (угли широкого спектра метаморфизма от бурых до антрацитов), цикличность строения угленосных отложений — это последствия различных палеогеодинамических ситуаций.

Специфическая особенность формирования угленосных формаций России со среднего девона до неогена, включительно, происходящего с некоторыми перерывами, заключалась в проявлении закономерностей разного порядка. К общим закономерностям глобального характера относится чередование вышеуказанных стратиграфических максимумов и минимумов угленакопления. Другая общая закономерность выражается в омоложении угленосных отложений на территории России в направлении с запада на восток.

При характеристике общей угленосности учитываются все пласты и пропластки, независимо от мощности и промышленной ценности. В этом случае их число меняется в бассейнах России разного типа от 5–10–20 до 50–100–300. Выделяют рабочую угленосность, в которую включают пласты кондиционной мощности. При мощности пластов 0,5–1,0 м число рабочих пластов составляет от 2–5–10 до 30–50. Среди рабочих пластов выделяют основные рабочие пласты, которые отличаются повышенной мощностью, выдержанностью, содержат подавляющую часть запасов и, состветственно, имеют наибольшую ценность. Число таких пластов меняется от 1–5 до 10–20.

Коэффициент угленосности (отношение мощности угольных пластов к мощности углевмещающих пород) для большей части угольных бассейнов и месторождений колеблется в пределах 2–5%. Величины порядка 10% свойственны угленосным объектам, содержащим мощные пласты, со сравнительно малой мощностью разреза угленосной толщи.
Угольные пласты, как основные носители угленосности, характеризуются, прежде всего, пространственно-морфологическими признаками: размером площади распространения, мощностью, строением (простое, сложное), изменчивостью на площади.

Технологические марки, группы по ГОСТ 25543-88 и метафоризм (R0, %) углей основных угольных бассейнов России

Угли Российской Федерации характеризуются большим разнообразием качества — марочного и вещественно-петрографического состава, химико-технологических и физических свойств.
Угли разделяются на три вида: бурые, каменные и антрациты, образование которых связано, в основном, с изменениями органического вещества в процессе метаморфизма. Выделение их определяет направление использования углей в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях.

Бурые (землистые и плотные) угли отделяются от каменных по теплоте сгорания на влажное беззольное состояние топлива (Qsaf) — менее 24 МДж/кг, и дают определенное количество растворимых в щелочи гуминовых кислот, количество которых закономерно падает по мере уплотнения бурых углей и приближения их (по внешнему виду) к каменным углям. В этом же направлении отмечается возрастание в углях содержания углерода. При маркировке и кодировании бурых углей используются показатели: значение отражения гуминита-витринита — R0 (менее 0,6%), петрографический состав (сумма отощающих компонентов — ? ОК, %, состоящая из инертинита и 1/3 семивитринита ), максимальная влагоемкость — Wafmax (70–20% и менее), выход смолы полукоксования — Тdafsk ( до 20% и более ).

Каменные угли не дают щелочной вытяжки гуминовых кислот. Согласно классификации по генетическим и технологическим признакам каменные угли имеют средний показатель отражения витринита R0 — от 0,40% до 2,59%, теплоту сгорания на влажное беззольное состояние Qsaf — 24 МДж/кг и более, выход летучих веществ Vdaf — 8% и более. Для определения марки каменных углей используются: R0, ? ОК Vdaf, а также показатель спекаемости углей — толщина пластического слоя — “у” (в мм) и дополнительно (при необходимости) индекс Рога — RI (ед.). Особую ценность представляют каменные коксующиеся угли.

К антрацитам относятся угли с R0 от 2,20% и выше. Другие маркирующие параметры: ? ОК, в %, объемный выход летучих веществ — Vобdaf (в см3/г), анизотропия отражения витринита — AR (в %). Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние Vdaf составляет менее 8%. Антрацит — угольвысшей степени углефикации. Он характеризуется наиболее высокими показателями плотности, электропроводности, механической прочности и термической стойкости.
Угли также дифференцируются по зольности, сернистости, теплоте сгорания (высшей и рабочего топлива).

Размещение разведанных запасов углей на территории Российской Федерации неравномерно: в Европейской и Уральской ее частях находится лишь 10% от разведанных запасов, в Сибири — около 80%, на Дальнем Востоке — 10%.

На территории России выделяют 4 угольных бассейна Российского значения: Печорский, Кузнецкий, Канско-Ачинский и Южно-Якутский.

Прогнозные ресурсы углей Российской Федерации — 3816,7 млрд т составляют 92% от всех угольных ресурсов. При этом около 94% прогнозных ресурсов (3590 млрд т ) находятся в районах Сибири и Дальнего Востока (Тунгусский, Ленский, Южно-Якутский, Канско-Ачинский, Кузнецкий бассейны), а на Европейскую часть России и Урал (Печорский, Донецкий,Подмосковный, Челябинский бассейны, месторождения Свердловской области) приходится 6% или 227 млрд т. По степени изученности основное количество прогнозных ресурсов (67%) относится к категории Р3, доля наиболее изученных ресурсов категории Р1 — 14%.

Печорский угольный бассейн расположен в республике Коми и Ненецком автономном округе, с каменными углями, часть которых представлена ценными коксующимися разновидностями (Воркутинское, Воргашорское, Усинское месторождения), другая — энергетическими (Интинское месторождение). Фонд угледобывающих предприятий (шахт) в бассейне представлен суммарными запасами угля 1,7 млрд т, из которых 0,8 млрд т относятся к энергетическим, 0,9 млрд т — к коксующимся.

Мощность пластов 0,7–1 м, тепловая способность угля — высокая.

Для нового шахтного строительства подготовлено несколько участков с запасами угля 2,4 млрд т, в том числе с коксующимися углями — 1,5 млрд т. Резервные участки имеют худшие, по сравнению с действующими шахтами, геологические показатели, в основном, из-за приуроченности преобладающей части запасов угля к тонким пластам.
Из-за повсеместного развития мощного чехла покровных отложений (100 м и более) в бассейне практически отсутствуют возможности применения открытого способа разработки углей, поэтому себестоимость добычи высокая и возрастает за счет того, что угольный бассейн расположен в суровых климатических условиях.

Донецкий угольный бассейн. Российская часть бассейна — старейший угледобывающий регион России, на балансе которого числится 1,7 млрд т запасов каменных, в основном энергетических углей.

Для бассейна характерно преобладание в разрезе угленосной толщи тонких пластов: 85% промышленных запасов сосредоточено в пластах мощностью менее 1,2 м, в том числе 23% в пластах мощностью менее 0,7 м. Следует отметить диспропорцию: пласты мощностью более 1,2 м содержат всего 15% запасов, а участие их в добыче составляет 46%. Разработка угля осложнена значительными глубинами залегания пластов. Большинство шахт ведет очистные работы глубже 500 м.

Перспективы нового шахтного строительства следует оценивать как ограниченные, выявление новых перспективных площадей в пределах бассейна маловероятно.

Кузнецкий угольный бассейн (площадь 26,7 тыс. км2) является главным угольным регионом России. Две основные угленосные толщи (кольчугинская и балахонская серии) содержат пласты с каменными углями от длиннопламенных до антрацитов.

Разнообразны и структурные условия залегания пластов: нарушенные многочисленными разрывами складки в северной части бассейна, сжатые линейные складки с крутым залеганием пород, осложненные надвигами и взбросами в крайней западной части, малонарушенные брахискладки в центральной части и пологое моноклинальное залегание в южной части бассейна.

Всего в пределах бассейна имеется около 126 рабочих угольных пластов, из них мощностью менее 1,3 м — 19%, 1,3–3,5 м — 43%, 3,5–10 м (редко до 20–30 м) —38%. Угли каменные полосчатые с участием фюзинита — балахонские и однородные витринитовые — ерунаковские от Д до А, малозольные, низкосернистые — 0,4–0,6% и фосфористые — до 0,12%.

Уголь добывается двумя способами: шахтным и карьерным. Следует отметить еще одну особенность бассейна. В угольных пластах в сорбированном виде содержится метан — альтернативный энергоноситель, который может быть извлечен и утилизирован по существующим технологиям при разработке угля, а также вне связи с ней. Прогнозные ресурсы метана в угольных пластах Кузнецкого бассейна по экспертной оценке составляют 13 трлн м3.

Угольный потенциал Кузнецкого бассейна позволяет достигнуть практически любых уровней добычи угля для различных направлений использования, однако ограничением служат экологически допустимые нагрузки на окружающую природу. Здесь добывают 40% угля Российской Федерации.

Канско-Ачиннский угольный бассейн расположен в Восточной Сибири между городами Канск и Ачинск и Красноярского края и частью в Кемеровской области. Это крупнейший в России и мире бассейн с энергетическими бурыми углями, заключенными в выходящем на поверхность пласте преобладающей мощностью 30–50 м и горизонтальным или очень пологим залеганием. Качество углей характеризуется низкой серой — 0,3–0,6%, золой — менее 10%, влагой — 25–30%, малой теплотой сгорания горючего топлива — 13–15 МДж/кг.

Разработка углей ведется тремя крупными разрезами, среди которых крупнейший в России “Бородинский” годовой мощностью 29 млн т. Общие запасы угля на разрезах — 5,9 млрд т.

Для строительства новых разрезов подготовлен резерв из 20 участков с общими запасами угля 42 млрд т.

Бассейн уникален по масштабам. Протяженность пластов составляет 700 км при их ширине от 100 до 300 км. Уголь лежит на поверхности и добывается только открытым способом. Это самый дешевый уголь в стране. Используется, в основном в качестве топлива для электростанций и для производства жидкого топлива. Все это позволяет считать бассейн главным энергетическим источником России.

Южно-Якутский угольный бассейн расположен в Дальневосточном районе, на юге Республики Саха (Якутия). Сложен коксующимися и энергетическими углями, где под открытую разработку пригодны верхние угольные пласты Нерюнгринского и Эльгинского месторождений. Ресурсы составляют — 190 млрд м3.

Бассейн стал развиваться благодаря строительству Байкало-Амурской магистрали.

Уникальный по прогнозным ресурсам Тунгусский угольный бассейн (площадь свыше 1 млн км2). Геологические запасы 1883 млрд т. Ресурсы — 13 186 млрд м3. Угли от БЗ до А и графитов. В бассейне мощность угольных пластов изменяется от нескольких до 20–60 м в южной части (на Кокуйском месторождении). На региональный метаморфизм углей наложен широко распространенный магматермальный, связанный с трапповыми и другими магматическими формациями.

Ленский угольный бассейн (площадь около 600 тыс. км2). Резко отличаются по угленосности западная и центральная части с пологозалегающими пластами бурых и длиннопламенных углей и восточная складчатая Приверхоянская часть с пластами каменных углей от Д до К. Перспективы промышленного освоения установлены для Кангаласского, Сангарского и Джебарики-Хайяского районов, где возможна отработка мощных угольных пластов как подземным, так и открытым способами. Ресурсы составляют – 8411 млрд м3.

Практика работы угольных предприятий России в условиях рынка показала необходимость увеличения кондиций рабочих пластов по мощности во всех угольных бассейнах и регионах.

Актуальна геолого-экономическая переоценка запасов углей нераспределенного фонда недр по рыночным критериям, определение реальных перспектив развития сырьевой базы угля, переоценка запасов по новой классификации запасов/ресурсов твердых горючих ископаемых, адаптированной к Международной рамочной классификации запасов/ресурсов ООН.

Также как для других энергоносителей, прирост рентабельных угольных запасов возможен на основе изучения как предварительно оцененных запасов категории С2 посредством осуществления работ на стадии предварительной разведки, так и на базе оценки прогнозных ресурсов, на поисковой и оценочной стадиях геолого-разведочных работ. В настоящее время рациональными для изучения, постановки геолого-разведочных работ с целью подготовки будущей рентабельной угледобычи, являются угольные объекты с прогнозными ресурсами, составляющими всего около 1%–1,5% (40–50 млрд т) от общего количества прогнозных ресурсов углей России.