Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Изменение степени метаморфизма в стратиграфическом разрезе («Правило Хильта»)

05.04.2020

Справедливость правила Хильта для Донецкого бассейна была отмечена еще Л.И. Лутугиным. Однако уже в работах Б.Ф. Мефферта, Е.О. Погребицкого и всех последующих исследователей отмечается, что имеются многочисленные отклонения от этого правила. Естественно, возник принципиальный вопрос: должно ли правило Хильта рассматриваться как строгий закон, обусловленный самой природой процесса метаморфизма углей, или же только в качестве статистической вероятности.

Проведенные исследования показали, что отклонения от правила Хильта имеют место главным образом в пластах относительно сближенных, залегающих в толще общей мощностью до 200 м. Для пластов более удаленных исключения из правила Хильта редки и чем дальше друг от друга отстоят в разрезе сравниваемые пласты, тем более четко проявляется убывание выхода летучих веществ от вышележащих пластов к нижним.

При составлении геолого-углехимической карты Донбасса установлено, что отклонения от правила Хильта объясняются несовершенством показателя выхода летучих веществ как мерила степени метаморфизма. Диаграмма генетической классификации В.В. Видавского дала возможность более точно определять степень метаморфизма углей. Оказалось, что отклонения от правила Хильта наблюдаются в пластах, резко отличных по генетическому типу (по восстановленности), вследствие заметного влияния первичных факторов на выход летучих веществ.

Определение по классификационной диаграмме степени метаморфизма с учетом типа по восстановленности устраняет влияние первичных генетических признаков на закономерность изменения Vг как показателя метаморфизма по стратиграфическому разрезу.

Отклонения от закономерного изменения выхода летучих по правилу Хильта могут быть также обусловлены количественными различиями в вещественно-петрографическом составе угольных пластов. При изучении углей продуктивной толщи среднего карбона, представленных преимущественно кларенами и дюрено-кларенами, влиянием вещественно-петрографического состава можно было пренебрегать ввиду его однообразия. При исследовании же дюреновых углей нижнего карбона учет влияния вещественно-петрографического состава на выход летучих становится обязательным.

Отсюда очевидны недостатки формулировки правила Хильта. Более точно следует говорить не об уменьшении выхода летучих веществ от верхних пластов к нижним, а об увеличении степени метаморфизма в этом направлении, как это и предложено было Е.О. Погребицким. В такой форме правило превращается в стройный закон.

Изменение выхода летучих веществ по разрезу угленосной толщи происходит неравномерно (см. рис. 131): наиболее резко в зоне марок Ж, К и ОС; менее отчетливо как в зонах малометаморфизованных (марок Д и Г), так и глубокометаморфизованных углей марок T—А. Аналогичные закономерности отмечены и в Кузнецком бассейне.

Длиннопламенные и газовые угли располагаются в разрезе в виде зоны мощностью около 2—3 км. В пределах столь значительного по мощности стратиграфического интервала выход летучих веществ незакономерно колеблется в пределах 35—46%. Для этих углей при общей слабо выраженной тенденции к снижению выхода летучих по мере увеличения степени метаморфизма характерны резкие колебания значений Vг даже в сближенных пластах, достигающие иногда 12%; колебания обусловлены влиянием генетического типа. Так, среди типичных неспекающихся длиннопламенных углей встречаются пласты с Vг 35—38%, а в газовых углях нередко до 42—44%, а иногда даже 47% при хорошей спекаемости (у = 8—22 мм). В первом случае угли представлены типом маловосстановленным (а), во втором — весьма восстановленным (вв).

Таким образом, снижение выхода летучих в малометаморфизованных углях марок Д и Г в целом проявляется лишь в достаточно удаленных в разрезе и одинаковых по генетическому типу углях. Резкие колебания выхода летучих веществ, связанные с первичными факторами, в области слабометаморфизованных углей при одинаковой степени метаморфизма по величине почти равны всему диапазону изменения Vг от углей, близких к бурым, до газовых, близких уже к жирным. Следовательно, выход летучих веществ в отрыве от других свойств угля не может служить показателем степени метаморфизма на низких стадиях, и правило Хильта в его первоначальной формулировке оказывается здесь совершенно неприменимым.

В зоне слабометаморфизованных углей имеют место случаи, когда в пластах, отстоящих друг от друга в разрезе на 800—1000 м и более, выход летучих веществ в целом заметно не меняется, а иногда в нижнем пласте он даже больше, чем в верхнем. Однако рассмотрение всего комплекса показателей со всей несомненностью указывает на повсеместное и при этом последовательное увеличение степени метаморфизма от верхних пластов к нижним: содержание влаги уменьшается, растет содержание углерода, увеличивается теплота сгорания и спекаемость.

Например, в западной части Донецко-Макеевского района на Tpyдовских шахтах пласт m5 характеризуется выходом летучих веществ 35—40%, а пласты h10—h8, залегающие соответственно на 760 и 830 м ниже, имеют Vг, равное 41—47% (в среднем 44%). При этом разительном отклонении от правила Хильта в его классической формулировке пласт m5, несомненно, менее метаморфизован, чем нижележащие. По влажности (Wа 6—12%), теплоте сгорания (Qбг 7300—7700 ккаЛ/кг), отсутствию спекаемости, и низкому содержанию углерода (80%) угли пласта m5, как и угли других смежных пластов свиты С27, относятся к типичным длиннопламенным. В то же время угли пластов h10 и h8, несмотря на значительно более высокий выход летучих, по совокупности признаков относятся к хорошо спекающимся газовым (Wа 1,1—2%; Qбг 8300—8600 ккал/кг; C° 87%; у = 14—22 мм). Очевидно, увеличение выхода летучих в пластах h10 и h8 по сравнению с пластом ms отражает лишь решающее влияние первичных генетических признаков на этот показатель в области углей марок Г и Д. И действительно, пласты h10 и h8 представлены весьма восстановленными углями типа ев, а пласт m5 — маловосстановленными углями типа а.

Поэтому все исследователи, занимавшиеся в последние годы изучением закономерностей изменения степени метаморфизма углей в областях преимущественного распространения длиннопламенных и газовых углей, отказались от значения выхода летучих Vг как показателя метаморфизма и отдают предпочтение содержанию углерода, рассчитанному на органическую массу. Последний менее чувствителен к изменениям петрографического состава и типа по восстановленности и поэтому дает возможность более объективно оценивать степень метаморфизма длиннопламенных и газовых углей.

Изменение степени метаморфизма пластов углей в стратиграфическом разрезе принято выражать в приращении показателя степени метаморфизма (Vг или C0) на 100 м. Согласно рассмотренным выше положениям для углей низких стадий метаморфизма такие расчеты пригодны только в том случае, когда сравниваются угли, одинаковые по генетическому типу. При этом устанавливается, что изменение выхода летучих веществ в стратиграфическом разрезе в области углей ДБ и Д практически неощутимо, а в области газовых углей составляет от 0,3 до 0,7% на 100 м.

Некоторое увеличение скорости изменения Vг на каждые 100 м наблюдается уже в газовых углях по мере приближения к стадии жирных углей. С переходом в область коксующихся углей (марок Ж, К и ОС) темп изменения Vг в стратиграфическом разрезе еще более возрастает, достигая максимума. В Центральном районе для углей марок от Ж до ОС включительно изменение Vг находится в пределах 0,9—1,1% на 100 м расстояния между пластами по нормали. Эти величины получены путем массовых расчетов по квершлагам шахт, вскрывших в условиях крутого падения пласты трех-пяти свит.

В области распространения углей средней стадии метаморфизма (Ж, К, ОС) правило Хильта проявляется наиболее отчетливо. Однако и здесь нередко отмечаются отклонения от него, связанные с различиями генетических типов углей. Так, например, в западной части Центрального района жирный уголь пласта l5 (многосернистый, тип вв) характеризуется выходом летучих на 1—4% более высоким, чем пласта m3 (малосернистый, тип а), залегающего на 200 м выше, В таких случаях определение степени метаморфизма углей по классификационной диаграмме устраняет кажущиеся противоречия.

С переходом в зону развития тощих углей темп изменения Vг в стратиграфическом разрезе быстро снижается до 0,6—0,4% на 100 м, а в области антрацитов — до 0,2—0,1% и менее.

Поскольку весовой выход летучих (Vг) фактически определяется с погрешностью не менее 0,5%, для углей Т, ПА и А он становится слишком грубым показателем, недостаточно дифференцирующим их по .степени метаморфизма, и заменяется другими более чувствительными параметрами: объемным выходом летучих (Vобг), удельным весом органической массы, удельным электрическим сопротивлением и отражательной способностью. Эти показатели отчетливо отражают последовательное увеличение степени метаморфизма от вышележащих пластов к нижележащим и в области распространения высокометаморфизованных углей, тогда как изменения Vг здесь становятся заметными лишь при сравнении пластов, отстоящих друг от друга на многие сотни метров.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: