Болтышевское местораждение сланцев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БОЛТЫШСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ

 

ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Постоянный, интенсивный рост мирового энергопотребления, уже превысивший 10 млрд. т. условного топлива, сопровождается быстрым истощением удобных для освоения месторождений традиционных энергетических источников, в первую очередь нефти и газа. Это, в свою очередь, вызывает необходимость изыскания альтернативных сырьевых источников – заменителей нефти, как в производстве энергии, так и в большой химии. Одним из таких источников имеющих большое будущее являются горючие сланцы.

Горючие сланцы – комплексное органо-минеральное сырье. Они могут быть использованы в качестве топлива на электростанциях и для технологической переработки.

Сланцевая смола («синтетическая нефть») является одним из источников получения топливно-энергетической (смазочного и топливного масла, бензина, керосина, мазута и др. продуктов), сланцехимической, пластополимерной и радиотехнической продукции, медицинских и сельскохозяйственных препаратов.

На базе зольных остатков сжигания и термической переработки сланцев может быть организовано производство разнообразных строительных материалов.

Крайне напряженный топливно-энергетический баланс Украины, устойчивая тенденция к повышению цен на нефтепродукты и уголь обуславливает необходимость возврата к изучению месторождений горючих сланцев на территории Украины. По промышленной значимости наиболее перспективным является Болтышское месторождение с запасами горючих сланцев около 3,8 млрд. тонн.

 

1.ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

В НЕКОТОРЫХ СТРАНАХ МИРА.

Таблица 1.

СТРАНА, КОНТИНЕНТ	ПЕРИОДЫ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ	СРЕДНИЙ ВЫХОД СМОЛ НА СЛАНЕЦ, %	СПОСОБ ДОБЫЧИ	ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА
АВСТРИЯ	С 1576 г. периодически по настоящее время	10,0 – 20,0	подземный	Медицинские препараты, асфальтовая мастика, нефть, смола, ихтиол.
АВСТРАЛИЯ	С 1924 г по 1952 г периодически. В конце 80-х годов добыча и переработка возобновилась	5 – 30 и выше	подземный	Бензин, керосин, битум и др.
ЮЖНАЯ АФРИКА (Трансвааль)	С 1935 г по настоящее время.	13-38	Подземный и открытый	Топливные продукты.
БРАЗИЛИЯ	С 1881 г периодически, опытные установки, с 1972 г работает завод.	7,0 – 8,0	открытый	Топливные продукты.
КНР	С 1920 г по настоящее время	5,5	открытый	Смазочные масла, парафин, кокс и др.
СССР (бывш.)	С 1860 г по настоящее время (Волжский район, РСФСР) с 1918 г по настоящее время (Прибалтийский бассейн, Эстонская ССР, РСФСР)	13,0   22,0	Подземный   Открытый и подземный.	Топливные масла, газ, мазут, битум, бензин, бензол, толуол, лаки, фенолы, дубители, кокс, мастики.

 

Одной из крупнейших в мире, как по добыче, так и по переработке сланцев являлась сланцевая промышленность в бывшем СССР. Добыча сланцев сосредоточена на Эстонском и Ленинградском месторождениях Прибалтийского бассейна и Кашпирском месторождении Волжского бассейна. Основная масса сланцев добывается подземным способом, в меньшей мере открытым (табл. 2)

Общая добыча сланцев в 1980 году превысила 37 млн. т. (табл. 3). 

Таблица 2.

Количество действующих горнодобывающих предприятий.

ПОКАЗАТЕЛИ	МЕСТОРОЖДЕНИЯ
	ЭСТОНСКОЕ			ЛЕНИНГРАДСКОЕ (ШАХТЫ)	КАШИРСКОЕ (ШАХТЫ)
	ВСЕГО	ШАХТЫ	РАЗРЕЗЫ
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ	11	7	4	3	2
ДОБЫЧА НА 1978 г. млн. т.	36,48	15,30	14,92	5,30	0,968

 

Таблица 3.

Добыча горючих сланцев в бывшем СССР, тыс. т.

ГОД	СССР	РСФСР			ЭСТОНСКАЯ ССР	КАЗАХСКАЯ ССР
		ВСЕГО	ЛЕНИНГР.ОБЛ	ВОЛЖСК. РАЙОН
1940	1683	734	403	307	947	2
1945	1384	512	-	512	860	12
1950	4716	1156	347	809	3543	17
1955	10793	3783	2068	1715	7010	-
1960	14148	4902	3480	1422	9246	-
1965	21259	5425	4145	1280	15834	-
1970	24319	5417	4249	1168	18902	-
1980	37389	6055	5163	892	31334	-

 

На базе горючих сланцев Прибалтийского бассейна работает Прибалтийская и Эстонская ГРЭС мощностью 1600 Мвт каждая. Электростанции потребляют около 70% общей добычи горючих сланцев. Остальные 30% добываемых горючих сланцев используются в химико-технологическом направлении. Четыре действовавших в бывшем СССР сланцеперерабатующих завода выпускали свыше 60 сланцехимических продуктов, часть из которых экспортировалось за рубеж.

Разработка горючих сланцев в крупных масштабах в Австралии относятся к началу ХІХ в. Осуществлялось она периодически на многих месторождениях. Переработка сланцев позволяла получать бензин, керосин, парафин светильный газ, дизельное, тракторное топливо, битум и др.; однако к 1952 г была прекращена. После длительного перерыва в Австралии вновь возобновились добыча и переработка горючих сланцев. К концу 80-х годов планировалось довести производительность завода до 38160 м3/сут.

В КНР разработка сланцев ведется на Фушунськом (30-35 млн. т./год) и Маоминськом (10-20 млн. т/год) месторождениях. В результате термической переработки сланцев получают дизельное топливо, смазочные масла, парафин, кокс и др.

В Израиле горючие сланцы являются почти единственным национальным источником топлива. На базе горючих сланцев планировалось строительство сланцеперерабатывающего завода производительностью 3200 – 6400 м3/сут. смолы.

Добыча сланцев в Бразилии началась в конце ХІХ века. Создано немало промышленных установок по получению смолы и газа. Построенный промышленный комплекс с ежесуточной переработкой сланца 108 тыс. т.

Опыты по химико-технологической переработке сланца ведутся во многих странах мира (табл. 1). Важность и значение сланцевой проблемы были подчеркнуты еще в 1968 г, когда Организация Объединенных Наций созвала специальный симпозиум по проблеме горючих сланцев, актуальной для многих стран. Энергетические проблемы второй половины ХХ века с особой остротой поставили вопросы использования горючих сланцев взамен истощающихся запасов нефти и газа. В этом отношении характерно принятое в США решение о выделении 20 млрд. $ на освоение методов получения жидких топлив из горючих сланцев и битуминозных песков в 80-90-е годы.

 

2. БОЛТЫШСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ  ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ.

2.1. Геологическое строение, запасы (ресурсы) полезного

ископаемого и рекомендуемые способы добычи.

 

Болтышское месторождение горючих сланцев расположено в Александровском районе Кировоградской области и частично в Каменском районе Черкасской области и приурочено к Болтышской впадине в кристаллическом фундаменте, глубина которой достигает 600 м, диаметр около 25 км. (рис. 1)

В геоморфологическом отношении участок работ представляет собой холмистую лесостепную равнину с довольно густой сетью балок и оврагов. Максимальные абсолютные отметки поверхности, до 200-210 м, наблюдаются в северо-восточной и южной частях района. Минимальные отметки – 108 – 110 м, в долине р. Тясмин. На территории месторождения с востока на запад протекает р. Тясмин с притоками р. Болтышка на юге и р. Осытняжка на севере. По долинам этих рек имеются большие пруды, частично обеспечивающие, потребность в воде животноводческие фермы и предприятия. Среднегодовой расход воды по р. Тясмин, в центральной части месторождения, равен 0,85 м3/сек.

Болтышская впадина заполнена осадочными образованиями мезозойского возраста, представленными глинами, алевритами, глинистыми и горючими сланцами и др. (рис. 2,3). Мощность продуктивной толщи, содержащей пласты горючих сланцев, достигает 400 м. Условно она делится на 5 горизонтов, сложенных темноцветными, слоистыми глинами и алевритами. Горючие сланцы встречаются по всей толще, однако практический интерес по мощности, выдержанности и качеству представляют IV и II горизонты. В IV горизонте, включающем основную часть запасов (82%), выделено 5 пластов: А, Б, В1, В2 и Г. Эти пласты мощностью более 2-х метров и с минимальной теплотой сгорания сухого топлива 2000 ккал/кг. Два пласта нижнего горизонта ІІ распространены в центральной части впадины и залегают в 40-50 м ниже почвы пласта Г. Пласты горючих сланцев залегают практически горизонтально и только в прибортовой части впадины они наклонены под углом 1-40 в сторону центральной части.

В горно-геологических условиях Болтышского месторождения горючих сланцев, возможно, применение как открытого, так и подземного способа разработки. Выполненные институтом «УкрНИИпроект» (1998 г.) технико-экономические расчеты показали перспективность разработки Болтышского месторождения карьерами. На месторождении выделено 5 карьерных полей, из которых карьерное поле №1, как наиболее перспективное, предложено для дальнейшего изучения (рис. 4).

Таблица 4.

Количественная характеристика пластов горючих сланцев.

Наименование  показателей	Пласты IV горизонта					Всего по гори-зонту	ІІ горизонт	ВСЕГО по месторож-дению	В т.ч. по карьерному полю №1
	А	Б	В1	В2	Г
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Площадь, км2	57,2	251,9	11,4	151,4	46,6				31,8
Мощность, м	3,5	4,6	2,5	2,9	2,6				34,6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Запасы (кат.С2+ Р1), млрд. т.	0,28	1,62	0,4	0,61	0,17	3,08	0,71	3,79	1,29
лубина залегания, м от до преобладающая	17 300 100 240	24 330 120 275	70 335 120 285	75 340 130 290	135 350 140 295		150 370 150 300		20 350 100 300

 

2.2 Качественная характеристика  горючих сланцев.

Горючие сланцы представляют собой серую массивную и слоистую породу. Органическая часть сланцев, преимущественно сапропелевого состава, и составляет более 25% состава сланцев.

По качеству все пласты почти одинаковы. С глубиной отмечается слабо заметное ухудшение показателей. Тоже наблюдается и по площади, от центра впадины к ее краям.

Основные показатели качества болтышских сланцев при бортовой теплоте сгорания 2 000 ккал/ кг приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Показатели	Еди-ницы изме-рения	В числителе – крайние значения показателей (от - до) В знаменателе – среднее значение по площади подсчета запасов
		IV горизонт					ІІ горизонт
		А	Б	В1	В2	Г
Зольность (Ad)	%	47.4-70.0 66.4	42.4-70.0 63.8	49.8-70.0 63.7	43.9-70.0 63.8	48.5-70.0 67.1	46.0-70.0 68.2
Влажность рабочего топлива (Wtr)	%	33	33	33	33	33	33
Удельная теплота сгорания (Qsdaf)	ккал кг	2000-4150 2280	2000-4762 2560	2000-4148 2780	2000-4739 2790	2000-3079 2100	2000-4382 2140
Выход смолы (Tsk)	%	6,0-27,2 12,2	6,0-32,0 14,2	6,0-27,9 15,3	6,0-26,8 15,7	6,0-22,1 11,4	6,0-28,5 11,3
Содержание серы (Std)	%	0,5-3,5 1,5	0,3-6,8 2,5	0,9-3,7 2,1	0,9-4,5 1,8	0,4-2,9 1,7	0,4-5,1 1,3