XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бурый уголь Окино-Ключевского угольного разреза
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Уголь один из самых известных из используемых человеком видов топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив ее более современными технологиями.
Уголь играет важную роль в электроэнергетике там, где до сих пор нет альтернативных видов топлива или они пока не доступны, как например, у нас в Кяхтинском районе, Республики Бурятия.
Ближайшее угольное месторождение от п. Хоронхой расположено в с. Окино-Ключи Бичурского района. Тема моего исследования актуальна, Окино-Ключевской разрез оказывает влияние на экономическое, энергетическое, социальное состояние не только нашего района, но и региона. В 89 км. от угольного разреза, в нашем поселке Хоронхой, расположена станция и проходит железная дорога, по которой осуществляется транспортировка бурого угля из месторождения до места назначения.
Бурым углём называют осадочную породу, которая образуется при разложении остатков древних растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Процесс образования и состав бурого угля сходен с каменным, но бурый является менее ценным. Однако месторождений бурого угля на планете больше, а залегает он на меньшей глубине. Поэтому добыча такого угля является менее затратной.
Цель работы: исследование физических свойств бурого угля в углехимической лаборатории Окино-Ключевского угольного разреза, с дальнейшим выявлением его практического применения как вида топлива.
Задачи:
- рассмотреть географическое положение Окино-Ключевского угольного разреза;
- изучить этапы добычи бурого угля;
- рассмотреть физические свойства каменного угля в условиях углехимической лаборатории;
- раскрыть особенности практического применения бурого угля;
- проанализировать возможности перспективного роста предприятия ООО «Угольный разрез».
При проведении исследования были применены следующие методы:
- знакомство с научной литературой;
- работа с сетью Интернет;
- анализ и синтез;
- наблюдение.
1. Теоретическая часть
1.1 Образование и виды угля.
Уголь – вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода.
Сначала формируются залежи торфа, затем бурый уголь, после - каменный, затем антрацит. Самая высокая теплотворная способность у антрацита (твердого блестящего черного угля), а самая низкая - у бурого угля (лигнита).
Бурый уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (главным образом углерода – до 78%), а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы.
Для образования полезного ископаемого необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный материал должен был накапливаться быстрее, чем происходит его разложение. Бурый уголь образовывался в основном на древних торфяных болотах, где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода практически отсутствовал. Исходным материалом для образования угля является торф, который также раньше активно использовался в качестве топлива. Уголь же появлялся в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял газы и воду, в результате чего образовывался уголь. Процесс превращения торфа в уголь называется метаморфизмом или углефикацией. Основными условиями для углефикации являются три основных фактора: температура, давление, время. Ученые сходятся во мнении, что процесс образования новых залежей угля не возможен. Это связано с остыванием ядра, изменениями климата и другими причинами. Поэтому уголь называют невозобновимым ископаемым.
Бурый уголь возникал при залегании спрессованных торфяных пластов на небольшой глубине (при залегании их глубже образовывался каменный уголь). Поэтому месторождений бурого угля больше, а расположены они ближе к поверхности. Пласты угля также приподнимались во время тектонических движений, в результате чего некоторые из них оказались на глубине нескольких метров от поверхности. Благодаря этому, большинство буроугольных месторождений разрабатывается открытым способом.
Различают 3 основных разновидности бурого угля: лигнит (с ясно различимой древесной структурой материнских растений), рыхлый землистый и плотный блестящий. Для более точного определения вида угля изучают его состав и свойства. Состав бурого угля - влажность бурого угля колеблется от 40% до 70%. Бурый уголь распространён в отложениях различного возраста, начиная от девона и карбона, но наиболее богатые месторождения относятся к мезозойскому и третичному возрастам [1].
Бурый уголь используются в качестве энергетического топлива, для отопления в домашних котлах и для промышленных и производственных котельных и как химическое сырьё для получения жидкого топлива и разных синтетических веществ, газа и удобрений. При специальной обработке из бурого угля получают кокс, пригодный для металлургического производства.
Несмотря на то, что лучше всего горит каменный уголь, бурый уголь используют на ТЭЦ чаще из-за пониженной зольности. Чем меньше золы образуется при горении, тем чище выбросы ТЭЦ в атмосферу. Высококалорийные угли используют в основном в черной металлургии.
Более 66 % всего добываемого угля используется в электроэнергетики. В условиях, когда высокие цены на нефть и газ тормозят дальнейшее развитие мировой экономики, относительно дешевый уголь становится все более популярным энергоносителем. Прогнозные ресурсы угля на Земле составляют более 14810 млрд.т, что значительно превосходит запасы и ресурсы других энергоносителей. Мировые промышленные запасы угля составляют свыше 1 трлн.т. При нынешнем уровне потребления их должно хватить на 210 лет. (Для сравнения – доказанных запасов газа хватит минимум на 67 лет, нефти – на 41 год).
2. Практическая часть
2.1 Географическое положение
Окино-Ключевского угольного разреза
На территории Бурятии известно около 30 угленосных впадин – Удинская, Джидинская, Прибайкальская, Гусиноозерская и другие. Из 11 месторождений угля особенно интенсивно разрабатываются Гусиноозерское, Тугнуйское, Сангинское, Дабан-Горхонское, Окино-Ключевское.
Окино-Ключевское месторождение расположено в предгорьях Малханского хребта, в широкой долине нижнего течения р. Хилок, в 8-10 км в юго-западном направлении от реки. Долина реки окаймлена горами. На северо-западе – отроги Заганского хребта, на юге – отроги Малханского хребта. В административном отношении угольный разрез располагается на территории Республики Бурятия в Бичурском районе. Районный центр с. Бичура находится в 50 км к востоку. Расстояние от месторождения до районного центра Бичура - 50 км, пристани Харлун - 7 км, железнодорожной станции Харанхой - 89 км. Ближайшим населенным пунктом (2,5 км на восток от месторождения) является крупное село Окино-Ключи.Находится в 154 км к юго-востоку от Гусиноозерской ГРЭС.
Официальное открытие Окино-Ключевского угольного разреза состоялось 10 сентября 2008 года. Образовалось общество с ограниченно ответственностью «Угольный разрез». Начались геологоразведовательные работы, которые проводились в период 2009-2010 годы, где было обнаружено месторождение бурого угля. На 01.01.2013 г общие запасы в пределах лицензионного участка составляют более 66 млн. тонн.
2.2 Физические свойства бурого угля
Окино-Ключевского угольного разреза.
Уголь Окино-Ключевского разреза относят к бурым углям. Этот уголь образовался в раннесреднеюрской эпохе, с которой связан второй максимум угленакопления на территории Республики Бурятия, когда сформировались высококачественные, малозольные угли, которые могут быть использованы как топливо.
Качество угля определяет специально расположенная на территории угольного разреза углехимическая лаборатория, которая постоянно берет пробы угля и определяет состав, калорийность, зольность, содержание других веществ в добываемом полезном ископаемом.
На внешний вид этот уголь представлен в виде полосчатой, тонкоштрихованной, блестящей углистой массы с угловатым, полураковистым и ступенчатым сколом. В некоторых углях можно увидеть хорошо сохранившуюся растительную древесную структуру; излом полураковистый; цвет бурый или черный. По данным углехимической лаборатории, отличительной чертой этого угля является невысокое содержание углерода и значительно большее содержание попутных летучих веществ. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит. Так как в буром угле содержится меньше углерода и больше выход летучих веществ, следовательно, он менее калорийный, чем каменный.
При наблюдении за работой лаборантов в углехимической лаборатории угольного разреза, я выяснила следующее. Углехимическая лаборатория осуществляет технический анализ и физико - химические испытания углей согласно действующим стандартам. Определяют зольность, теплоту сгорания, выход летучих веществ, влагоемкость, массовую долю серы, мышьяка, хлора. Для получения результатов качества угля используются испытательное оборудование и средства измерения: весы лабораторные электронные СЕ 124 - С, печь лабораторная муфельная LOIP, калориметр, спектрофотометр, сушильный шкаф, эксикатор для хранения посуды. Пробы берутся ежедневно с карьера, со штабеля, с отгрузки на железнодорожный участок, с вагонов. Для проб берется 700 грамм угля. Для определения зольности в печи устанавливается определенная температура – 815 градусов, для определения влаги – 160, для сушки – 110 градусов, для определения содержания серы – 1350.
Данный сорт угля относится к малозольным углям. Его зола имеет порошкообразную форму, с характерным серовато-желтым цветом.
Вывод: бурый уголь относится к малозольным, высококалорийным углям. Он легко воспламеняется, хорошо сгорает. Чем ниже зольность, тем выше теплота сгорания.
2.3. Способ и этапы добычи угля
На разрезе в с.Окино-Ключи используют открытый способ добычи, так как глубина залегания угольных пластов составляет 8-15 м.
Режим работы разреза круглогодовой - 365 дня в году, при непрерывной рабочей неделе, в две смены по 12 часов каждая.
Работы могут быть остановлены только в случае плохих погодных условий. Поле Окино-Ключевского разреза условно разделено на два эксплуатационных участка: Западный и Восточный (Приложение 1). Залежи разведанных участков состоят из 11 угольных пластов. Добыча производится горизонтальными уступами с последовательной отработкой уступов послойно сверху вниз, углубляясь с каждым слоем все глубже (Приложение 2, 3).
Экскаваторы (Приложение 4) извлекают уголь из забоя, загружая его в машины, машины вывозят уголь на поверхность на промежуточный угольный склад в угольные штабеля.
Штабель – это размещение полезных ископаемых в виде насыпей, штабель формируется слоями и утрамбовывается бульдозерами. Штабеля имеют определенную длину и ширину, расстояние между штабелями строго выдерживается согласно ГОСТа, так как уголь склонен к нагреванию и самовозгоранию (Приложение 5).
Штабеля формируются по качеству угля.
Затем идет транспортировка угля из штабелей до ближайшей железнодорожной станции, которая расположена в 79 км в нашем п. Хоронхой. Для этого уголь загружается в машины – Вольво и Скания. (Приложение 6).
Объем угля поступающего на склад составляет 1500 тыс. тонн в год. В сутки завозится 6500-7000 т. угля на участок железнодорожной погрузки в п. Хоронхой. В среднем каждая машина делает по 3-5 рейсов в сутки, перевозя за один раз по 75-80 тонн угля. За 1,5 – 2 часа машины оказываются в Хоронхое, проходя через весовой контроль. Затем едут на разгрузку. Уголь теперь предстоит сгрузить с машин. Некоторые машины – это самосвалы, которые могут разгрузить уголь самостоятельно. Другие машины требую разгрузки, для этого ежесменно работают два погрузчика – Вольво и LW. Своим ковшом они производят выгрузку, дальше приступают к работе грузчики, которые вручную производят зачистку угля, который остался в машине.
Дальше углю предстоит перевалка для формирования штабелей. Каждую смену работаю два бульдозера марки Dressta. Бульдозеры толкают уголь от места разгрузки к железнодорожным путям, формируя при этом штабель. Этот процесс называется « перевалкой угля».
В дальнейшем два других погрузчика производят погрузку угля в вагоны. Одновременно на железнодорожных путях могут грузится 12-13 вагонов. Погрузчики берут уголь из штабеля и, раз за разом, аккуратно высыпают его в вагон. Мастер участка внимательно следит по камерам за погрузкой. Каждый вагон должен взвешиваться на весах, чтобы не возникло перегруза. Перегруз опасен и для вагонов, и для путей железной дороги.
2.4 Практическое использование угля
Качество бурых углей Окино – Ключевского разреза по основным показателям близко к качеству бурых углей Забайкалья, которые соответствуют Государственным стандартам и могут использоваться для сжигания на ГРЭС или ТЭС, и для бытовых нужд [2]. В 2008 году произведено проведено опытное сжигание крупнообъемной партии бурого угля на Гусиноозерской ГРЭС. И на сегодняшний день основным потребителем угля Окино-Ключевского месторождения является Гусиноозерская ГРЭС. Выполненные работы по опытному сжиганию непроектных углей из разрезов Канско-Ачинского, Сибирского и Забайкальского регионов позволили сделать вывод, что наиболее приемлемым для сжигания на котлах Гусиноозерской ГРЭС по качественным характеристикам является уголь Окино-Ключевского месторождения.
На Гусиноозерскую ГРЭС уголь поставляется вагонами по железной дороге со станции Хоронхой. Электроэнергией Гусиноозерской ГРЭС обеспечивается не только Бурятия, она так же поступает за границу – в Монголию.
Также потребителем бурого угля данного разреза является ООО «Коммунальщик» п. Хоронхой, обеспечивающий теплом многоквартирные дома и инфраструктуру поселка.
Уже три года подряд предприятия Бичурского и Кяхтинского районов, занимающееся электроэнергетикой (подачей тепла) используют для своих котельных уголь с Окино-Ключевского месторождения.
Местным населением уголь используется в меньшей степени, т.к. угольный разрез работает с крупными потребителями, где объемы отгрузки большие.
Не исключены международные договора, для продажи угля за рубеж. Такая практика начала развиваться, но на ней неблагоприятно сказался коронавирус в период 2020-2022, когда международное пассажирское и транспортное сообщение было нарушено.
Вывод. Бурый уголь Окино-Ключевского месторождения в настоящее время рассматривается как основное энергетическое топливо для Гусиноозерской ГРЭС.
2.5 Возможности перспективного роста Окино-Ключевского разреза
Окино-Ключевской разрез, наверное, единственный крупный проект промышленности, который запущен в наших южных районах республики. С его появлением появилось множество перспектив развития не только Бичурского и Кяхтинского районов, но и в целом нашего региона – это экономическое, миграционное, социальное.
Общий срок службы разреза в соответствии с величиной промышленных запасов угля в технических границах отработки и производственной мощностью по добыче угля составляет примерно 43 года.
С 2010 года в нашем регионе созданы новые рабочие места: кроме основных рабочих мест, это и рабочие места для персонала столовой, общежития, автомехаников, строителей, диспетчеров, службы обеспечения безопасности, IT-технологий, рабочих по содержанию автомобильной и железнодорожных путей. Сегодня численность всех занятых в данной сфере работников, включая офисных работников г. Улан-Удэ и железнодорожного участка, расположенного в п. Хоронхой насчитывает порядка тысячи человек.
Для перевозки угля был введен в строй автомобильный мост через реку Чикой в 2010 году.
Проводятся мероприятия по охране окружающей среды. Задачами контроля за выбросами в атмосферу являются:
- контроль за содержанием вредных веществ в выбросах предприятия;
- контроль за уровнем загрязнения атмосферного воздуха на границе санитарно- защитных зон и в зоне жилой застройки;
- участие в разработке планов и мероприятий по охране воздушного бассейна.
В п. Хоронхой в 2010 году произведена реконструкция участка, запущен в эксплуатацию участок железнодорожной погрузки.
Ежегодно происходит наращивание объемов угля за счет развития предприятия, увеличения финансирования, приобретения новой спецтехники, развития и применения новых технологий добычи.
Привлекаются в наш регион дополнительные инвестиционные средства.
Заключение
Итак, в ходе исследования я определила географическое положение Окино-Ключевского разреза, выяснила, что бурый уголь этого разреза имеет определенные физические свойства, которые зависят от процесса его образования и времени. Применение угля имеет зависимость от его физических свойств: зольности, калорийности. Удобное расположение станции Хоронхой на территории нашего поселка Хоронхой имеет важное значение для экономического развития Кяхтинского района.
В результате выполнения своего исследования я пришла к следующим выводам:
свойства угля зависят от его геологической истории;
изучая свойства бурого угля в условиях углехимической лаборатории, убедилась в том, что он имеет определенные физические свойства, что влияет на его качество;
выявила практическое применение угля;
Произведен сбор данных в процессе посещения Окино-Ключевского разреза, углехимической лаборатории и участка железнодорожной погрузки п.Хоронхой.
Таким образом, применение бурого угля Окино-Ключевского разреза в хозяйстве и расположение железной дороги определяет и в дальнейшем его использование и транспортировку, которые, несомненно, таят в себе еще скрытые от нас перспективы.
Список использованных источников и литературы
Войлошников В.Д, Войлошникова И.А. Книга о полезных ископаемых. М.: Мир, Недра, 1991. – 175с.
Вестник ЧитГУ №6 (73) 2011
Угольная база России. Том 4. Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири (Тунгусский и Таймырский бассейны, месторождения Забайкалья). М.: ЗАО «Геоинфомарк», 2001. – 493 с.
Федорова Л.Г., Приходько В.И., Приходько С.С. Окино- Ключевское буроугольное месторождение. Отчет угольного отряда за 1985-1994 гг. Результаты предварительной разведки с подсчетом запасов на 01.10.1993. Улан – Удэ: АООТ «Селенгео». Бурятгеоколком, 1994. – 245 с.
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8