Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Рациональное использование минеральных ресурсов горючих сланцев

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Рациональное использование минеральных ресурсов горючих сланцев"

На правах рукописи

4856769

ДЖИМИЕВА РИТА БОРИСОВНА

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Специальность: 25.00.36- Геоэкология (науки о Земле)

- 6 ОКТ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург 2011

4856769

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ» и Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Научный руководитель- кандидат технических наук,

доцент Чекушина Татьяна Владимировна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

профессор Болтыров Владимир Босхаевич

кандидат геолого-минералогических наук Широков Михаил Юрьевич

Ведущая организация- Государственное образовательное учреждение «РОС-

СИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Серго Орджоникидзе»

Защита состоится « 20 » октября 2011 г. в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ФГЪОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, ГСП, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (3-й учебный корпус, конференц-зал, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан « 20 » сентября 2011г.

Ученый секретарь л /у и

диссертационного совета Д 212.280.01 ^—А.Б.Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена тем, что в связи с истощением активно разрабатываемых в настоящее время традиционных месторождений нефти (рис. 1) необходимо всё большее внимание уделять развитию методов получения нефти из твердых полезных ископаемых, в первую очередь - путем освоения месторождений горючих сланцев, запасы которых составляют около 6,5-1013 т. В пересчете на эквивалентную нефть (условное топливо), выделяемую в стандартной реторте, запасы нефти в горючих сланцах составляют 630 млрд т, что значительно превышает мировые ресурсы жидких углеводородов - 280 млрд т.

При добыче полезного компонента (нефти) из пластов горючих сланцев традиционными методами происходит воздействие природных и горнотехнических факторов на развитие деформационных процессов во вмещающем горном массиве, что приводит к сдвижению пород и руд и образованию провалов.

Кроме этого, применяющиеся в настоящее время на практике технологии освоения месторождений горючего сланца (открытая и подземная разработка) способствуют существенному загрязнению окружающей среды газами, пылью, сточными водами, токсичной горной массой. К тому же они не являются особо ресурсосберегающими.

Все эти факторы предопределяют необходимость и возможность разработки новых ресурсосберегающих методов освоения месторождений горючих сланцев, обеспечивающих защиту верхней части литосферы (до глубины 300 м) от последствий техногенной нагрузки. Основой таких методов будет являться перевод органической состав-| ляющей горючих сланцев по месту их залегания в литосфере в жидкую фазу (прежде всего за счет их термообработки), целенаправленное и контролируемое перемещение образуемой сланцевой нефти (на основе воздействия знакопеременного напряжения) по продуктивному пласту к эксплуатационной скважине (пробуренной с земной поверхности), т.е. полный уход от традиционных шахтных или карьерных систем разработок, от извлечения сланцевой руды на дневную поверхность (отсутствие отвалов и обрушения (опускания) земной поверхности), ее обогащения (отсутствие отсева), прямого сжигания сланцевого концентрата на ТЭС (отсутствие золоотвалов).

Вместо того, чтобы добывать горючий сланец и затем его перерабатывать в заводских условиях, на земной поверхности целесообразно обеспечить конверсию керо-гена (твердого органического вещества, содержащегося в минеральной матрице) в высококачественный промпродукт - жидкие углеводороды на месте залегания в пласте.

Целью работы является обоснование рационального использования минераль-

Тяжелая нефть 11%

Рис. 1. Соотношение разведанных запасов легкой и тяжелой нефти, битума и сланцевой нефти

ных ресурсов горючих сланцев.

Задачи, которые необходимо решить для достижения указанной цели:

1. Исследование геологических особенностей приповерхностных слоев литосферы, как основной компоненты, вмещающей месторождение горючих сланцев, обеспечивающих ресурсосберегающую и геоэкологачески безопасную добычу ископаемого.

2. Исследование термодеструкционных свойств горючих сланцев, обеспечивающих их рациональное использование.

3. Определение и исследование геомеханических характеристик горного массива, повышающих эффективность рационального недропользования на месторождениях горючего сланца.

Идея работы заключается в использовании имеющихся закономерностей горного массива для рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца.

Методы исследований:

— анализ научной литературы и патентов в области обоснования защиты верхнего

слоя литосферы и возможностей рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца;

— научная систематизация и группирование известных и разработанных автором возможностей геоэкологачески щадящего освоения месторождений горючего сланца;

— лабораторные эксперименты. На защиту выносятся:

1. Интенсивность воздействия на окружающую среду разработки месторождений горючих сланцев определяется их геологическими особенностями, обусловливающими технологию добычи полезного ископаемого. Минимальным геоэкологическим воздействием на окружающую среду обладают скважинные методы.

2. Освоение минеральных ресурсов горючих сланцев рационально с использованием технологии скважинной термодеструкции и выщелачивания. Интенсивность процессов определяется физико-химическими свойствами вмещающих пород и РУД-

3. Рациональное использование минеральных ресурсов горючего сланца зависит от проницаемости горного массива, повышение которой основано на выявленных тенденциях её деформации с использованием возможностей знакопеременного воздействия на продуктивный пласт.

Научная новизна работы заключается в следующем:

определена взаимосвязь геологических особенностей и способов освоения месторождений горючего сланца, обусловливающих интенсивность геоэкологического воздействия на окружающую среду;

выявлены закономерности процессов термодеструкции при скважинном освоении месторождений горючего сланца;

впервые предложено использование знакопеременного воздействия на продук-

тивный пласт для формирования зон деформации горного массива, определяющего эффективность освоения месторождений горючего сланца. Практическая значимость работы состоит в том, что определены оптимальные характеристики горного массива, обеспечивающие существенное повышение коэффициента получения полезного компонента, а также значения ресурсосбережении снижение геоэкологической нагрузки на окружающую среду.

Реализация результатов работы. Научные положения диссертации были использованы в курсах лекций: «Комплексное использование минерального сырья», «Управление качеством минерального сырья», «Физические и химические процессы горного и нефтегазового производства», «Геоэкология» и ((Инновационные методы шахтной разработки месторождений горючего сланца», читаемых студентам на кафедре нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела в Российском университете дружбы народов, Южнорусском государственном технологическом университете и Владикавказском горно-металлургическом техникуме.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным подходом к решению задач диссертации, высокой надежностью использованных методов экспериментальных и теоретических исследований и удовлетворительной сходимостью их результатов.

Личный вклад автора. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в соавторстве.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на научных семинарах кафедры нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела РУДН (г. Москва, 2006-2010 гг.) в Российском государственном геологоразведочном университете (г. Москва, 2008 г.) и Владикавказском горно-металлургическом техникуме (г. Владикавказ, 2004-2009 гг.), на Международной научно-технической конференции «ISTIQLOL» «Современная техника и технология горно-металлургической отрасли и пути их развития» (г. Навоий, Узбекистан, 2008,2010 гг.), VI, VH, УШ и IX Международных конференциях «Ресурсовоспроиз водящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г. Караганда, Казахстан, 2007г.; г.Ереван, Армения, 2008 г.; г. Таллинн, Эстония, 2009 г.; г. Котону, Бенин (Африка), 2010 г.), П, Ш и IV Международных конференциях ((Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в XXI веке» (г. Кызыл-Кия, Кыршзтан, 2007г.;г. Горно-Алтайск, Россия,2008 г.; г. Алушта, Крым, 2009 г.; г. Грозный, Россия, 2010г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 учебных пособия, 1 монография, 10 статей (в том числе 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для специальности ((Геоэкология») и 18 тезисов докладов (на международных и российских конференциях).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 159 страницах машинописного текста и включает введение, заключение, пять глав, 63 рисунка и 20 таблиц, а также библиографию из 145 наименований; каждая глава завершается выводами.

Работа выполнена в рамках Инновационной образовательной программы Рос-

омского университета дружбы народов «Создание инновационных образовательных программ и формирование инновационной образовательной среды» (руководитель УМКд.т.н., проф. А.Е. Воробьев) и по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Государственный контракт №111436 от 3 сентября 2009 г., проект: «Разработка технологии экологически безопасного освоения месторождений горючего сланца»),

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Первое защищаемое положение. Интенсивность воздействия на окружающую среду разработки месторождений горючих сланцев определяется их геологическими особенностями, обусловливающими технологию добычи полезного ископаемого. Минимальным геоэкологическим воздействием на окружающую среду обладают сква-ясинные методы.

В пределах Прибалтийского сланцевого бассейна (включающего Ленинградское месторождение горючих сланцев) исследован горизонт, представленный доломигази-рованными и глинистыми известняками, в которых расположены слои кукерсита (рис. 2). _

Индекс слоёв Литология Толщина, м Калорийность ГДж/т Кероген % Сжимающая сила, МРа Объем, т/м3

Ъ 0.17 6.7 19 24 1.72

тт 1 1 0.18 2.9 8 65 2.10

и 0.20 11.5 31 19 1.51

г -О с-1 0.42 11.5 33 18 1.51

Е 0 а Л1, 0.58 17.5 50 18 1.28

Э/Е 0.07 2.9 8 67 2.10

и 0.06 9.4 27 29 1.59

ст Г '1 0.29 0.6 2 82 2.45

с Л Ь 1 0.41 14.2 40 26 1.38

в/с 1 1 ' 0.12 2.9 8 75 2.10

в 0.38 19.2 54 40 1.22

А1/В 1 1 1 0.18 1.3 4 65 2.25

А1 0.09 7.5 21 26 1.42

А/А1 1 1 ' 0.06 2.9 8 32 2.10

А 0.12 15.1 43 32 1.37

Рис. 2. Характеристика геологического разреза месторождения горючего сланца

Непосредственно кукрузеский горизонт делится на два подгоризонта.

Верхний (хумалаский) содержит тонкие слои горючего сланца с многочисленными включениями конкреций известняка и в границах Прибалтийского бассейна промышленного значения не представляет.

Нижний подгоризонг (кохтлаский) имеет мощность 5-6 м и включает в себя две кондиционные пачки горючего сланца.

Нижняя его пачка состоит из 4-6 разделенных известняком слоев горючего сланца мощностью от 0,1 до 0,9 м и представляет в настоящее время промышленный пласт

- объект горных разработок. Однако сложное строение этого пласта значительно затрудняет его эксплуатацию. Вмещающими породами являются известняки, местами доломитизированные и битуминозные, изредка содержащие тонкие прослои горючего газа.

Ордовикские известняки (в том числе кукрузеского горизонта) пересекаются вертикальными трещинами, заполненными преимущественно глинисто-песчаным материалом. Трещины северо-восточного направления часто связаны генетически с карстовыми явлениями. Закарстованные зоны достигают по ширине 10-200 м и по дайне 1002000 м. Для них характерны большие водопритоки, что дополнительно затрудняет добычу горючего сланца.

Не все горные массивы являются устойчивыми длительный период времени. Так, общеизвестном явление оседания земной поверхности (а для морских нефте- и газоразработок - морского дна) вследствие добычи нефти и газа. Также довольно неустойчивыми являются горные породы, вмещающие, пласты горючих сланцев.

Визуальные наблюдения вмещающих массивов по стенам горных выработок выявляют следы взаимного перемещения их слагающих отдельных блоков между собой, а также следы скольжения (рис. 3), что позволяет отнести налегающую над месторождениями полезных ископаемых геологическую толщу к довольно подвижным структурам (независимо от способа их отработки).

Рис. 3. Борозды скольжения по кальциту (фото Каткова Г.А., 2009 г.)

В общем случае разработка пластов горючего сланца приводит к изменению напряженного состояния налегающей геологической тсшщи и их существенному сдвижению, проявляющемуся в образовании обширных зон деформаций во вмещающем горном массиве и на земной поверхности. Данное обстоятельство предопределено тем, что при проведении горных выработок в районе пласта горючих сланцев исходная устойчивость массива близлежащих горных пород нарушается. В частности, под воздей-

станем изменившегося давления горные породы кровли будут неизбежно деформироваться и смещаться. Поэтому оставшиеся после ликвидации сланцевых шахт в геологической толще пустоты (не заложенные горные выработки) являются потенциальными источниками сдвижений подработанной земной поверхности многие десятки и даже сотни лет. Например, в 2001 г. произошло обрушение земной поверхности над горными выработками в г. Макеевке, Украина (рис. 4).

Рис. 4. Провал на устье старого шахтного ствола (фото Феофанова А.Н., 2007 г.)

В зависимости от сочетания влияющих факторов процесс сдвижения горных пород может локализоваться в прилегающем горном массиве или достигать земной поверхности и проявляться в форме воронок, провалов, террас, уступов, трещин, плавных сдвижений (мульд оседаний и сдвижений) и их различных сочетаний.

В соответствии с проведенными исследованиями, к наиболее перспективным для освоения карьерным способом относятся месторождения горючих сланцев, с нефтена-сыщенностью свыше 15%. Так, открытыми методами разрабатываются горючие сланцы на глубине до 90 м, при коэффициенте вскрыши менее 3:1 и мощности продуктивного пласта более 5 м. Однако разработка горючих сланцев открытым способом (рис. 5) при большой вскрыше (свыше 100 м и при мощности продуктивного пласта равной 1,4-1,6 м), экономически бесперспективна. Причем степень извлечения полезного компонента из недр напрямую зависит от применяющегося метода добычи (рис. 6) и составляет: при карьерном методе - 65-85 %, а при скважинном - 25-40 %. Применение шахтных методов разработки целесообразно при освоении сланецсодер-жащих пород, залегающих в продуктивных пластах, мощностью более 5 м, расположенных на глубине 100-400 м, с битумонасыщением свыше 15 %.

□ 50 к» 1ьа аш

Глубина залегания нефтесодержащих пластов, м

Рис. 5. Зависимость эффективности и геоэкологичности технологии открытой разработки от глубины залегания месторождений горючего сланца: 55228 - зона оптимума

1

20% 2

50% 1

20% 2

30%

Рис. 6. Сравнительная эффективность различных систем разработки месторождений горючего сланца: а - извлечение полезного компонента из недр; б - геоэкологическая безопасность; в - себестоимость получения полезного компонента; г - внешние ограничения применимости (глубина залегания, трещиноватость массива, климатические факторы и др.); 1 - открытая разработка; 2 - сква-жинная разработка; 3 - шахтная разработка

Принципиальное отличие шахтной разработки месторождений горючего сланца от известных методов открытой разработки заключается в переносе технологических процессов по добыче полезного ископаемого с поверхности непосредственно в продуктивный пласт или в близлежащие к нему горизонты. Этим достигается существенное снижение геоэкологической нагрузки на окружающую среду.

В целом способы подземной добычи горючих сланцев можно подразделить на рудные и шахтно-скважинные.

При рудном способе разработки горючий сланец извлекается на дневную поверхность. Впоследствии в заводских условиях содержащийся в них полезный компонент (сланцевая нефть) экстрагируется растворителями, паром или горячей водой (зачастую - с добавкой поверхностно-активных веществ).

К недостаткам рудных способов разработки месторождений сланца относятся существенные объемы горных пород, неизбежно извлекаемые при ведении подземных горных работ и являющиеся впоследствии загрязнителями окружающей среды (почв, вод и атмосферы) при долговременном хранении в отвалах.

Кроме этого, шахтные технологии, реализуемые в настоящее время на Ленинградском месторождении горючих сланцев (Россия), характеризуются завышенными размерами охранных целиков, что приводит к заниженному извлечению полезного ископаемого из недр (рис. 7). Причем при имеющихся глубинах горных работ (50-150 м) применение различных технологий подземной выемки неизбежно приводит к деформации подрабатываемого массива горных пород, включая земную поверхность (ее обрушение в выработанное пространство шахты - рис. 8).

По окончании горных работ и последующего дробления горной массы на обогатительных фабриках до крупности 300 мм, в ней неизбежно остаются нераскрытыми сростки, которые после обог ащения попадают в породные отвалы, и с ними теряется до 5-7 % извлеченного из недр сланца.

Рис. 7. Потери горючих сланцев в опорных целиках

Рис. 8. Фото обрушения земной поверхности в выработанное пространство сланцевой шахты: а - провал на автодороге; б - крупный план провала; в - завершение провала в выработке

Хранение в условиях земной поверхности минеральных отходов обогащения, содержащих определенное количество горючего сланца, также оказывает негативное влияние на окружающую среду. Кроме того, при долговременном хранении такие отвалы зачастую самовозгораются (рис. 9) в результате происходит значительное загрязнение атмосферы образующимися токсичными газами (СОг, СО, БОг, Нг8 и др.).

При последующем сжигании горючих сланцев на ТЭЦ (для нужд энергетики) возникает большое количество токсичных отходов, поступающих в золоотвал (рис. 10), объем которых напрямую связан с качеством сжигаемого сланца определенной линейной зависимостью. Причем все разновидности серы (содержащейся в горючем сланце) при термической обработке на ТЭС претерпевают значительные изменения в химическом составе. Так, органическая сера частично переходит в сероводород и другие летучие сернистые соединения, а все остальное остается в золе (обусловливая ее повышенную токсичность).

При обеспечении технологии подземной разработки месторождений горючего сланца наблюдается более полное извлечение минерального сырья из недр и более высокое (надежное) сохранение дневной поверхности от проседания и обрушения (рис. 11). В частности, если карьеры негативно влияют на естественный рельеф местности и на геоэкологическую ситуацию в целом, то шахтно-очистная система тоже отрицательное влияние оказывает на окружающую среду, обладая при этом многими преимуществами карьерной и скважиной добычи.

Рис. 9. Зависимость случаев самовозгорания отвалов

обогатительных фабрик горючих сланцев от содержа- Рис. 10. Золоотвал Таллиннской ТЭС ния полезного компонента в горной массе

Отвалы

Потери полезного ископаемого

15,0%

Рис. 11. Характеристика геоэкологических проблем на сланцевых шахтах:

провалы

5,5 %

1,8%

Кроме того, в случае ликвидации шахт (например, в ОАО «Ленинградсланец») возникнет необходимость постоянных бюджетных затрат на их поддержание в сухом состоянии из-за опасности геоэкологического загрязнения фенолами грунтовых вод и прилегающего водного бассейна в районе северо-западной Государственной границы России (Нарвское водохранилище, Финский залив). Объем водоотлива на этих шахтах достигает 50 млн м3 в год с высотой подъема более 100 м, при этом 80 % воды требует обязательной очистки.

Таким образом, интенсивность воздействия на окружающую среду разработки месторождений горючих сланцев определяется их геологическими особенностями, обусловливающими технологию добычи полезного ископаемого. Минимальным геоэкологическим воздействием на окружающую среду обладают скважинные методы.

Второе защищаемое положение. Освоение минеральных ресурсов горючих сланцев рационально с использованием технологии скважинной термодеструкции и выщелачивания. Интенсивность процессов определяется физико-химическими свойствами вмещающих пород и руд.

Для существенного повышения темпов добычи углеводородного сырья и обеспечения полноты выработки запасов горючего сланца используют разнообразные способы теплового (термического) воздействия на продуктивный пласт.

Условия проведения экспериментов по пиролизу горючих сланцев:

- субстрат - кероген горючих сланцев;

- размер частиц субстрата: < 0,5 мм;

- навеска субстрата - 200 г; температурный диапазон - 250 - 480°С;

- период обработки -2-4 часа.

Влияние температуры на значение массопереноса углеводородов предлагается учитывать с помощью следующей формулы:

где Ъ - эмпирический коэффициент.

Сланцевая нефть в минеральной матрице горючих сланцев находится в химически связанном состоянии, и для ее перевода в текучее состояние требуется значительная энергия, что может дать термообработка (подвижной очаг горения). Так, энергия диссоциации связи С-Н (в зависимости от молекулярной массы и структуры молеку-

/(Ту ) =' ~ ехр(—6 Ту ),

лы) колеблется в пределах 320-435 кДж/моль, а энергия диссоциации связи С-С - 250348 кДж/моль. Причем при разрыве связи С-Н от углеводородной молекулы отрывается водород, а при разрыве связи С-С углеводородная молекула разрывается на две неравные части.

Для эффективного разрыва подобных связей в молекулах углеводородных соединений горючего сланца необходимо обеспечить многофакторное энергетическое воздействие. Причем, характер разрушения химических связей керогена при термическом разложении в большей мере зависит от значения скорости нагревания горючих сланцев. Так, при медленном нагреве керогена избирательно разрушаются наименее прочные связи. При большой скорости нагревания ускоряется и деструкция, но отстаёт от темпа повышения температуры, поэтому сдвигается в область более высоких температур.

При термической обработке горючего сланца происходят сложные превращения, характер которых зависит как от химического строения веществ, составляющих органическую массу, так и от условий их нагревания. В результате протекающих при этом термохимических превращений керогена образуются в неодинаковом количестве и разного состава жидкие, газо- и парообразные, а также твердые продукты горения.

Это объясняется тем обстоятельством, что при нагреве сланцев до 450 °С органический материал разлагается со следующим примерным содержанием: 66 % его превращается в нефтепродукты, 9%-вгази25%-в кокс.

В процессе подземной термодеструкции горючих сланцев наблюдается несколько зон:

зона обильного выделения газа и подсмольной воды (в режиме от 200 до 400 °С). Происходит выход ароматических углеводородов, в том числе сланцевого бензина, толуола, бензола и сольвента;

зона обильного выделения смолы (в режиме от 350 до 600 °С). При выходе смолы в пределах 20-25 % можно получить 1 т сланцевой смолы с 6 т сортового сланца; зона экзотермической реакции и образования пиролизных газов (в режиме от 600 до 950 0 С) (ориентировочный состав газа: Н2 - 37 %; СН4 - 20-30 %; СОг - 20-18 %; СО - 13-16 %; НгБ - 0,5-2,3 %; непредельные углеводороды - 5 %); зона превращения углеродного коксового остатка с помощью кислорода в горючие газы (в режиме от 950 до 1300 °С).

Суть термоскважинной разработки горючих сланцев с получением энергоносителей и металлов заключается в комплексировании двух известных способов сква-жинной разработки полезных ископаемых: подземного пиролиза и подземного выщелачивания металлов. Поэтому при разработке металлоносных горючих сланцев задачей подеемного пиролиза ставится не только получение экономически целесообразного количества горючего газа и сланцевой нефти, но и подготовка месторождения для последующего подземного выщелачивания.

При осуществлении подземного выщелачивания при годовой отработке 1 млн т горючего сланца можно получить:

энергетический газ, калорийностью не ниже 960 ккал/м3, в объеме 0,7 млрд м3 и

нефтепродуктов в объеме 163 тыс. т;

объем подготовленной золы к отработке, при зольности 70 %, составит 750 тыс. т.

С коэффициентом извлечения при выщелачивании 0,75 % и потерях до 30 % объем добычи металлов может составить (т): Sr - 1240; Mo - 310; V - 300; Те - 206; U - 2445 и т.д.

Таким образом, освоение минеральных ресурсов горючих сланцев рационально с использованием технологии скважинной термодеструкции и выщелачивания. Интенсивность процессов определяется физико-химическими свойствами вмещающих пород и руд.

Третье защищаемое положение. Рациональное использование минеральных ресурсов горючего сланца зависит от проницаемости горного массива, повышение которой базируется на выявленных тенденциях деформации горного массива с использованием возможностей знакопеременного воздействия на продуктивный пласт.

В ходе исследований было установлено, что развитие деформационных процессов в массивах горных пород (горючих сланцев) зависит как от их исходного физико-механического состояния, так и в значительной степени от вида и скорости нагружения. Причем разрушение горных пород массива под влиянием внешнего воздействия начинается с дефекта (зародыша трещины), который первоначально проявляется в виде микротрещин (рис. 12).

Система трещин в пластах горючего сланца активно реагирует на внешние динамические воздействия (рис. 13), такие как взрыв зарядов ВВ или гидроразрыв пласта (ГРП). При этом в пласте не только возникают новые, но и «оживляются» старые трещины, обусловленные в прежние периоды вследствие тектонических движений.

Важным представляется соотношение потенциальной эффективности термической и динамической составляющих в обеспечении целенаправленной миграции синтезируемой (выжимаемой из сланца) нефти. Такая неравномерность объясняется силами, приводящими к миграции сланцевой нефти по пласту, т.е. особенностями их воздействия.

Если термическая составляющая обеспечивает некоторое увеличение исходного

I II Ш

Рис. 12. Рост трещин в массиве горючих сланцев: I - II - Ш - этапы развития трещиноватости

J

1

0 10 20 30 40

Эффективная трещиноватость, %

Рис. 13. Зависимость передвижения объема сланцевой нефти по пласту от его трещиноватости

объема сланцевой нефти, что приводит к ее миграции (вытеснению) и одновременно -к тепловой миграции, то горное давление (динамическая составляющая) производит механическое выдавливание сланцевой нефти в результате раскрываемости трещино-ватости.

Знакопеременный метод воздействия на пласт горючего сланца характеризуется следующими особенностями:

- создаются значительно более высокие сжимающие и растягивающие градиенты

давления в масштабе, соизмеримом с размерами трещин;

- существует возможность локального и направленного воздействия на определенные зоны продуктивного пласта (как по его радиусу, так и по мощности);

- происходит совместное воздействие на продуктивный пласт теплом и высокими

знакопеременными градиентами давления.

В результате такого знакопеременного физического воздействия увеличивается выход сланцевой нефти из продуктивного пласта и одновременно снижается имеющееся геоэкологическое воздействие на окружающую среду при уменьшении энергетических затрат.

Таким образом, рациональное использование минеральных ресурсов горючего сланца зависит от проницаемости горного массива, повышение которой базируется на выявленных тенденциях деформации горного массива с использованием возможностей знакопеременного воздействия на продуктивный пласт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научно-техническая задача обоснования рационального использования минеральных ресурсов горючего сланца.

Основные выводы заключаются в следующем.

1. Разработка пластов горючего сланца неизбежно приводит к изменению напряженного состояния горных пород вмещающего массива (налегающей толщи) и их сдвижению, проявляющемуся в образовании обширных зон деформаций в горном массиве и на земной поверхности. В зависимости от преобладания тех или иных факторов процесс деформации вмещающего выработку горного массива может проявляться в виде воронок, провалов, террас, уступов, трещин, мульд оседаний и их различных сочетаний. Причем вид, форма и направление возможной деформации земной поверхности под подземной выработкой определяется её типом, характеристиками (параметрами) и условиями залегания.

2. Показано, что экономичность и геоэкологичность горного производства зависят от выбора конкретной технологии разработки месторождений горючих сланцев, которая определяется особенностями их геологического строения. Так, разработка горючих сланцев открытым способом бесперспективна при большой вскрыше (от 100 м, при усредненной мощности пласта 1,4-1,6 м). Степень извлечения полезного компонента из недр (значение рационального недропользования) зависит от метода до-

бычи и составляет: при карьерном методе - 65-85 %, при скважинном - 25-40 %. Произведено сравнение эффективности традиционных систем разработай месторождений горючего сланца и установлено, что по показателю «извлечение полезного компонента из недр» наиболее эффективна открытая разработка (45 %), а по показателю «геоэкологическая безопасность» - скважинная разработка /СГД/ (50 %).

Охарактеризованы геоэкологические проблемы на сланцевых шахтах, среди которых значительное место занимают отвалы горной массы (75,5 %) и потери полезного ископаемого (15 %).

3. Предложен термоскважинный способ разработки горючих сланцев с получением энергоносителей и металлов, который заключается в комплексировании двух известных способов скважинной разработки полезных ископаемых: подземного пиролиза и подземного выщелачивания металлов. Поэтому при разработке металлоносных горючих сланцев задачей подземного пиролиза ставится не только получение экономически целесообразного количества горючего газа и сланцевой нефти, но и подготовка месторождения для последующего подземного выщелачивания.

4. Разработана технология знакопеременного нагружения рабочего пласта горючего сланца, в плоскости которого расположены добычные скважины, путем подработки нижележащего пласта. «Выдавливание» флюидов в нужном направлении горного массива обусловлено условиями закрытия системы вертикальных трещин и открытия горизонтальных, т.е. знакопеременной пригрузкой рабочего пласта горючих сланцев.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК

1. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б., Чекупшна Т.В. Инновационные технологии шахтной разработки высоковязкой нефти // Маркшейдерия и недропользование. - 2008.-№ 5-С. 34-40.

2. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б., Чекупшна ЕВ. Смена поколений технологий шахтной разработки месторождений высоковязкой нефти // Горный информационно-аналитический бюллетень.—2008. - № 7. - С. 123-128.

3. Чекупшна Е.В., Джимиева Р.Б. Современные технологии разработки месторождений высоковязких нефтей // Естественные и технические науки. - 2008. - № 3 (35).-С. 138-140.

4. Янкевский A.B., Кушеков К.К., Джимиева Р.Б. Система имитационного динамического моделирования производственных процессов // Вестник РУДН, сер. Инженерные исследования. - 2008. - № 3 - С. 112-118.

5. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б., Торресе М.З. и др. Современные природоохранные методы освоения месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2009. - № 6. - С. 5255.

6. Воробьев А.Е., Молдабаева ГЖ, Джимиева Р.Б. Повышение экологической

безопасности освоения месторождений горючих сланцев //Безопасность труда в промышленности. - 2011.- N 2.- С. 16-19.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

1. Воробьев AJE., Джимиева Р.Б. Обоснование инновационных технологий шахтной разработки месторождений сланца и высоковязкой нефти. - Владикавказ: Изд-во СКГТУ, 2008. - 122 с.

2. Воробьев А.Е., Разоренов Ю.И., Игнатов В.Н., Джимиева Р.Б. Инновационные геотехнологии разработки месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти: Учебное пособие. - Новочеркасск, Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2008. - 213с.

3. Воробьев AJE., Шамшиев Olli., Сабанов С.М., Джимиева P.R, Маралбаев А.О. Эколого-технологические основы инновационной разработки месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти. - Бишкек (Кыргызстан): Kl ТУ, 2011.-214 с.

4. Воробьев А.Е., Норов Ю Д., Джимиева Р.Б. Инновационные методы газификации и термодеструкции месторождений горючего сланца / под ред. д,т.н. К.С. Са-накулова. Гриф НТС Навопйского горно-металлургического комбината. Бухара (Узбекистан): Изд-во Бухоро, 2011.168 с.

5. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б Основные пути рационального использования минеральных ресурсов горючих сланцев //Горный журнал Казахстана. -2011. — №1.-С. 10-14.

6. Воробьев А.Е., Джимиева P.R, Чекушина Е.В. Инновационные технологии шахтной разработки месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти // Горный вестпик Узбекистана. - 2009. -N 1 .-С. 25-34.

7. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б Природоохранная разработка месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти // Электронный журнал EnergyFuture.ru / http://eneigyfiiture.ru/slanec_eco.

8. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б. Современные методы прогнозирования возможного развития технологий недропользования // Материалы VII Международной конференции «Ресурсовоспроизводяпще, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». — М: Изд-во РУДН, 2008. - С. 85-88.

9. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б Экологические основы инновационных геотехнологий на месторождениях горючего сланца и высоковязкой нефти // Труды XVI Международной конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии». — Новороссийск, 2008. — С. 119-122.

10. Воробьев А.Е., Бызеев A.B., Джимиева Р.Б Обоснование возможности подготовки горючих сланцев для комплексной разработки // Материалы IX Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Москва (Россия) — Котону (Бенин). - М: РУДН, 2010.-С. 283-289.

11. Воробьев А .Е., Джимиева Р.Б Целенаправленное управление вмещающего массива при добыче сланцевой руды // Проблемы природопользования и экологаче-

екая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. - Белгород; Константа, 2010. - С. 370-371.

12. Абдурахмонов С А., Курбонов Ш.К., Холикулов Д JG., Джимиева Р.Б. Выделение органических веществ из горючих сланцев Кызылкумов термопарообработкой // Материалы международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», г.Москва (Россия) - Котону (Бенин). - М., РУДН, 2010. - С. 206-208.

13. Воробьев А.Е., Поргаов B.C., Турсунбаева Ait, Джимиева Р.Б. Обоснование методов газификации месторождений горючего сланца Н Труды международного симпозиума «Информационно-коммуникационные технологии в индустрии, образовании и науке». Часть 1. - Караганда: КарГТУ (Казахстан), 2010. - С. 20-25.

14. Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б. Инновационная технология подземной дегазации горючего сланца // Вестник ЗабГК: Агошковские чтения. N 3. - Чита: ЗабГК, 2010. С. 19-22.

Подписано в печать 16.09.2011 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная.

Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 38 . Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Джимиева, Рита Борисовна, Екатеринбург

61 12-4/23

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ»

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ДЖИМИЕВА РИТА БОРИСОВНА 7 ^

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

Научный руководитель-кандидат технических наук, доцент Т.В. Чеку шина

Екатеринбург 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ.....................................................................................Ю

1.1. Запасы горючих сланцев............................................................................10

1.2. Общая характеристика минеральной массы горючих сланцев...........255

1.3. Строение верхней части геологической среды вмещающей Ленинградское месторождение горючих сланцев.................................26

1.4. Выводы....................................................................................................3030

2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗОН ДЕФОРМАЦИИ ГОРНОГО МАССИВА НАД ПОДЗЕМНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ..............................................................322

2.1. Исследование устойчивости древнейших выработок..........................322

2.2. Исследование не устойчивых горных массивов, вмещающих выработки...................................................................................................35

2.3. Виды деформаций горного массива под подземными выработками....38

2.4. Основные факторы, определяющие деформации горного массива под подземными выработками........................................................................58

2.5. Выводы........................................................................................................64

3. ВЛИЯНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ РАЗРАБОТОК МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГОРЮЧЕГО СЛАНЦА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ...............................65

3.1. Основные тенденции разработки месторождений горючих сланцев ...65

3.2. Карьерный способ добычи горючих сланцев.................. .........................67

3.3. Практика обогащения горючего сланца..................... ..............................75

3.4. Шахтный способ добычи горючих сланцев................... ..........................84

3.5. Выводы........................................................................................................93

4. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ГОРЮЧИХ

СЛАНЦЕВ..........................................................................................................95

4.1. Анализ горючих сланцев на содержание основных компонентов........95

4.2. Разложение образцов горючих сланцев при их термообработке с разным температурным режимом..........................................................101

4.3. Физико-химическая модель теплового размягчения керогена горючих сланцев......................................................................................................103

4.4. Термоскважинная разработка месторождений горючих сланцев с получением энергоносителей и металлов.............................................106

4.5. Подземная газификация горючих сланцев.................. ..........................116

4.6. Выводы.......................................... ............................................................120

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗНАКОПЕРЕМЕННОЙ ПРИГРУЗКИ

РАБОЧЕГО ПЛАСТА ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ............................................123

5.1. Исследование технологических приемов, увеличивающих проницаемость массива горючих сланцев............................................123

5.2. Технология знакопеременной пригрузки рабочего пласта горючих сланцев......................................................................................................127

5.3. Влияние характеристик искусственных массивов на формирование знакопеременных напряжений в горном массиве................................135

5.4. Выводы......................................................................................................139

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................141

ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................................143

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы обусловлена тем, что в связи с истощением активно разрабатываемых в настоящее время традиционных месторождений нефти (рис. 1) необходимо всё большее внимание уделять развитию методов получения нефти из твердых полезных ископаемых, в первую очередь - путем разработки месторождений горючих сланцев. Это обусловлено тем, что запасы горючих сланцев составляют около 6,5Х1013 т. Так, в пересчете на эквивалентную нефть (условное топливо), выделяемую в стандартной реторте, запасы нефти в горючих сланцах составляют 630 млрд. т, что значительно превышает мировые ресурсы жидких углеводородов - 280 млрд. т

Рис. 1. Соотношение разведанных запасов легкой и тяжелой нефти,

битума и сланцевой нефти

Кроме этого применяющиеся в настоящее время на практике технологии разработки месторождений горючего сланца (открытая и подземная разработка) являются существенным загрязнителем окружающей среды - газами, пылью, сточными водами, токсичной горной массой.

Для эффективной и безопасной добычи полезного компонента (нефти) из пластов горючих сланцев необходимо исследовать воздействия природ-

Тяжелая нефть

Легкая ь

Битум 32%

ных и горнотехнических факторов на развитие деформационных процессов во вмещающем горном массиве, что позволит прогнозировать параметры сдвижения.

Современные технологии недропользования должны соответствовать следующим требованиям - иметь высокую экономическую эффективность, являться малоотходными и обладать существенной геоэкологической безопасностью.

Все эти факторы предопределяют необходимость и возможность разработки новых методов освоения месторождений горючих сланцев, обеспечивающих защиту верхней части геологической среды (до глубины 300 м) от последствий техногенной нагрузки, основной идеологией которых служит перевод органической составляющей горючих сланцев по месту их залегания в литосфере в жидкую фазу (прежде всего за счет их термообработки), целенаправленное и контролируемое перемещение образуемой сланцевой нефти (на основе воздействия знакопеременного напряжения) по продуктивном пласту к эксплуатационной скважине (пробуренной с земной поверхности), т.е. полный уход от традиционных шахтных или карьерных систем разработок, от извлечения сланцевой руды на дневную поверхность (таким образом - отсутствие отвалов), ее обогащения (отсутствие отсева), прямого сжигания сланцевого концентрата на ТЭС (отсутствие золоотвалов).

Вместо того, чтобы добывать горючий сланец и затем его перерабатывать в заводских условиях на земной поверхности более целесообразно обеспечить конверсию керогена (твердого органического вещества, содержащегося в минеральной матрице) в высококачественный промпродукт - жидкие углеводороды на месте залегания в пласте.

Термическое воздействие (температура которого может достигать соответственно 22500 К) на горючий сланец обеспечивает перевод в жидкое состояние химически связанных с минеральной матрицей горной породы высокомолекулярных соединений парафина, асфальтенов и смолистых веществ.

Целью работы является обоснование методов рационального использования минеральных ресурсов горючих сланцев.

Задачи, которые необходимо решить для достижения указанной цели:

1. Исследование состава и свойств приповерхностных слоев, как основной компоненты вмещающей месторождение горючих сланцев.

2. Исследование устойчивости вмещающего подземные выработки горного массива.

3. Проанализировать имеющиеся особенности традиционных горных систем разработок, которые можно применить для рационального использования месторождений горючего сланца.

4. Определить и исследовать основные факторы, повышающие эффективность рационального недропользования на месторождениях горючего сланца.

Идея работы заключается в использовании имеющихся закономерностей деформации горного массива для рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца. Методы исследований:

анализ научной литературы и патентов в области обоснования защиты верхнего слоя литосферы и методов рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца; научная систематизация и группирование известных и разработанных автором геоэкологически чистых методов инновационных технологий разработки месторождений горючего сланца; лабораторные эксперименты. На защиту выносятся: 1. Впервые проведен анализ состояния верхней части геологической среды, находящихся под техногенным влиянием разработки месторождения горючих сланцев.

2. Разработан комплекс новых методов защиты верхней части геологической среды, позволяющий с минимальным геоэкологическим воздействием на нее эксплуатировать месторождения горючих сланцев.

3. Обоснование рационального использования минеральных ресурсов горючего сланца, базирующееся на выявленных тенденциях деформации горного массива с использованием методов знакопеременного воздействия на продуктивный пласт.

Научная новизна работы заключается в следующем: произведен анализ верхней части геологической среды Прибалтийского сланцевого бассейна, включающего горизонт доломитизированных и глинистых известняков со слоями (18-22 м) кукерсита; исследованы основные виды зон деформации горного массива над подземными выработками;

впервые осуществлено группирование основных факторов, определяющих эффективность геоэкологически чистого освоения месторождений горючего сланца.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложены оптимальные параметры применения принципиально новых методов воздействия на пласт горючего сланца, обеспечивающие существенное повышение коэффициента получения полезного компонента, снижение геоэкологической нагрузки на окружающую среду, а также повышение значения ресурсосбережения.

Реализация результатов работы. Научные положения диссертации были использованы в курсах лекций «Комплексное использование минерального сырья», «Управление качеством минерального сырья», «Физические и химические процессы горного и нефтегазового производства», «Геоэкология» и «Инновационные методы шахтной разработки месторождений горючего сланца», читаемых студентам на кафедре Нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела Российского университета дружбы народов, Юж-

норусского государственного технологического университета и Владикавказского горно-металлургического техникума.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным подходом к решению задач диссертации, высокой надежностью использованных методов экспериментальных и теоретических исследований и удовлетворительной (не менее 89%, рассчитанное статистическими методами) сходимостью их результатов.

Личный вклад автора. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в неделимом соавторстве.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на научных семинарах кафедры Нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела РУДН (г. Москва, 2006-2010 гг.), Российского государственного геологоразведочного университета (г. Москва, 2008 г.) и Владикавказского горно-металлургического техникума (г. Владикавказ, 2004-2009 гг.), международной научно-технической конференции «ISTIQLOL» «Современная техника и технология горно-металлургической отрасли и пути их развития» (г. Навоий, Узбекистан, 2008, 2010 гг.), VI, VI, VIII и IX Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г. Караганда, Казахстан, 2007 г.; г. Ереван, Армения, 2008 г.; г. Таллинн, Эстония, 2009 г.; г. Котону, Бенин /Африка/, 2010 г.), II, III и IV Международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в XXI веке» (г. Кызыл-Кия, Кыргызстан, 2007 г.; г. Горно-Алтайск, Россия, 2008 г.; г. Алушта, Крым, 2009 г.;

г. Грозный, Россия, 2010 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 2 учебное пособие, 1 монография, 10 статей (в том числе - 5 статьи в журналах рекомендуемых ВАК РФ для специальности «Геоэкология») и 18 тезисов докладов (на международных и российских конференциях).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 159 страницах машинописного текста и включает введение, заключение, пять глав, 63 рисунка и 20 таблиц, а также библиографию из 145 наименований; каждая глава завершается выводами.

Работа выполнена в рамках Инновационной образовательной программы Российского университета дружбы народов «Создание инновационных образовательных программ и формирование инновационной образовательной среды» (руководитель УЖ д.т.н., проф. А.Е. Воробьев) и по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Государственный контракт №П1436 от 3 сентября 2009 г., проект: Разработка технологии экологически безопасного освоения месторождений горючего сланца».

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

1.1. Запасы горючих сланцев

Примерно 3/4 ресурсов горючих сланцев сосредоточено в недрах Америки, из них 220 млрд. т - в бассейне-гиганте Грин-Ривер (США) и 112 млрд. т в бассейне Ирати (Бразилия) [44].

Запасы горючих сланцев распределяются между континентами следующим образом (млрд. т) [88]:

Азия - 500;

Африка - 370;

Северная Америка - 220;

Южная Америка - 180;

Европа - 120;

Австралия - 90.

Так, в Китае и Монголии имеются месторождения горючих сланцев, запасы соответственно 20 млрд. т (свыше 180 месторождений и добычей в основном производится на юге и северо-востоке Китая) и 180 млн. т.

На территории Израиля есть залежи, содержащие примерно 12 миллиардов баррелей сланцевой нефти - горючие сланцы на плато Ротем. На плато Ротем слой горючих сланцев находится на глубине от 22 метров.

В Верхнем Конго (Заире) имеются запасы горючих сланцев, которые

еще не разрабатываются.

Месторождения горючих сланцев разведаны и в Болгарии - Красава, Гурково, Копринкаи др. озёрно-болотного типа.

Горючие сланцы в Таджикистане известны в палеогеновых отложениях Юго-Западного Тянь-Шаня. В частности, Тереклитауское, Гараутинское и Кызымчекское месторождение представлены маломощными прослоями и

линзами горючих сланцев с высокой зольностью (84%), низкой теплотой сгорания (6,4 МДж/кг) и низким выходом дёгтя (4,5%). Прогнозные ресурсы составляют 216 млн. т.

В Казахстане на юго-востоке Зайсанского района разведано месторождение горючих сланцев Кендерлик.

В Узбекистане в Кызылкумском регионе также разведано крупное Бай-сунское месторождение, обладающее перспективными запасами 55 млн. т: при протяженности залежи до 50,5 км, глубине 600 м, мощности пласта 0,52 м (при колебаниях от 0,1 до 0,9 м).

Горючие сланцы этого месторождения приурочены к стратиграфическому уровню низов нижнего эоцена, относящихся к зоне развития планктонных фораминифер 01оЬога1аНа аесиа. Выше и ниже этой зоны черные пи-ритсодержащие глины с минимальными карбонатной и терригенной примесями характеризуются развитием бентосных форм фораминифер [89].

Горючие сланцы этого месторождения отнесены к известково-глинистому углепетрографическому типу и сложены тремя основными компонентами: глинистым веществом гидрослюдистого состава, бесструктурным гелефицироваиным веществом, состоящим из коллоальгинита (80-89%) и витринита (15-20%о), и кутинизированными элементами (споры, пыльца высших растений).

В горючих сланцах Сангрунтау и Уртабулака (табл. 1.1) установлены содержания смолы от 8-10 до 11-12% соответственно, известные ранее только на Байсунском месторождении (10-12%).

Горючие сланцы повсеместно обогащены молибденом, ванадием, ураном, вольфрамом, рением и другими металлами (находящимися в прямой зависимости от содержаний органического углерода).

Подсчитаны запасы горючих сланцев и металлов, причем содержания последних, в пересчете на сухой сланец, сланцевую золу и пирит составляют до 5-10% массы сланца.

Техническая характеристика горючих сланцев и смола ряда месторождений Узбекистана

Показатели Месторождение

Байсун Уртабулак Сангрунтау

1 2 3 4

Рабочая влага, % 4,39 7,2 8,7

Содержание на сухое вещество, %

Углекислота СО2 5,53 0,6 1,3

Зола прокаливания, Ас 57,6 60,3 74,8

Условная органическая масса, 100(С02+Ас) 30,0 31,1 23,9

Сера общая, 8е 4,71 4,56 4,57

Теплота сгорания,ккал/т 3085 2520 2072

Перегонка сланца в алюминиевой реторте/загрузка 20-Ь, %

Смола 11,7 9,4 6,1

Вода разложения 4,0 4,8 4,4

Полукокс 78,6 73,7 84,9

Выход смолы от орг.массы, % 39,0 30,1 25,5

Химический состав золы, %

8Ю2 45,5 34,7 55,0

К20+Ка20 в расчете на К20 2,2 7,1 1,6

N^0 3,6 зд 3,2

СаО 19,2 23,6 12,4

БО, 8,3 11,8 6,2

Выход смолы, %

В расчете на сухой сланец 10,2 6,4 3,7

От выхода в реторте 87,7 67,7 60,7

От усл.орг. массы 34,0 1,5 1,43

Плотность при 20°С, г/см 0,968 0,973 0,989

Вязкость при 75°С, ВУ 1,47 1,5 1,43

Окончание табл. 1.1

1 2 3 4

Механические примеси, % 0,33 0,03 0,12

Температура вспышки, °С 64 96 88

Зольность, % 0,09 0,01 0,06

Фракционный состав, об.%

Начало кипения, °С 92 179 90

Вскипает до 200°С 7 3 4

250°С 19 19 17

300°С 36 40 40

350°С 62 73 70

Содержание фенолов, вес.% 2,5 3,4 3,1

Лучепреломление 1,493 1,348 1,349

Теплотасгорания ккал/кг 9830 9720 9590

Мол. масса 256 258 255

Содержание бензопирента 40 28 25

Элементный состав, %

�