ANALIZA ZMIENNOŚCI GŁÓWNYCH PARAMETRÓW ZŁOŻA WĘGLA BRUNATNEGO BEŁCHATÓW W ZACHODNIEJ CZĘŚCI POLA SZCZERCÓW

Transkrypt

1 N 113 Pace Naukowe Instytutu Gónictwa Politechniki Wocławskiej N 113 Studia i Mateiały N Ewa JAGÓRA, Jaosława SZWED-LORENZ węgiel bunatny, paamety złoża analiza statystyczna ANALIZA ZMIENNOŚCI GŁÓWNYCH PARAMETRÓW ZŁOŻA WĘGLA BRUNATNEGO BEŁCHATÓW W ZACHODNIEJ CZĘŚCI POLA SZCZERCÓW W atykule pzedstawiono wyniki analizy statystycznej wybanych paametów (miąższość złoża, stosunek N:W, watość opałowa, zawatość popiołu i siaki całkowitej) złoża węgla bunatnego Bełchatów w zachodniej części pola Szczeców. Dokonano oceny zmienności poszczególnych paametów decydujących o pzemysłowej watości złoża. 1.WSTĘP Pole Szczeców stanowi zachodnią część złoża węgla bunatnego Bełchatów, podzielonego na tzy pola udokumentowane w óżnych kategoiach poznania (ys. 1.). Pole Bełchatów zajmuje śodkową część złoża, jest obecnie eksploatowane, wydobyto już ponad połowę zasobów, zakończenie eksploatacji pzewiduje się w Rys. 1. Złoże węgla bunatnego Bełchatów (wg Ciuk, 1980) Fig. 1. Bełchatów lignite deposit (afte Ciuk, 1980) Instytut Gónictwa Politechniki Wocławskiej, pl. Teatalny 2, Wocław

2 88 Pole Kamieńsk stanowi wschodnią część złoża, zasoby zaliczone do pozabilansowych i niekozystny stosunek N:W. Obecnie możemy już mówić o Odkywce Szczeców gdyż od 2002 oku powadzone są pace udostępniające złoże, a nadkład składowany jest na zwałowisku zewnętznym. Znajomość watości wybanych do analizy paametów węgla i ich zmienności jest badzo ważna dla pzemysłowej oceny suowca i możliwości jego wykozystania. Tym ważniejsza im bliższy jest temin ozpoczęcia eksploatacji. 2.BUDOWA GEOLOGICZNA ZŁOŻA Złoże węgla bunatnego Bełchatów zalega w owie tektonicznym Kleszczowa o długości około 40 km, szeokości od 1,5 do 3,5 km i głębokości 150 do 350 m. Stuktua ta znajduje się w obębie synklinoium szczecińsko-łódzko-miechowskiego. Budowa geologiczna inteesującego nas pola Szczeców jest podobna do budowy geologicznej pola Bełchatów, gdyż jest to część tego samego złoża. W pofilu statygaficznym złoża wyóżniamy osady mezozoiczne i kenozoiczne, a ozganiczający oba pola wysad solny Dębiny zbudowany jest z osadów paleozoicznych - cechsztyńskich iłów, gipsów i soli kamiennej. Na obszaze pola Szczeców mezozoik epezentowany są pzez ilaste i węglanowe osady gónej juy i kedy. Na osadach mezozoicznych zalegają cztey kompleksy tzeciozędowe: podwęglowy, węglowy, ilasto - węglowy i ilasto - piaszczysty (Kasiński i Piwocki, 1994; Szwed - Loenz, 2001; Boowicz i in., 1996). Kompleks podwęglowy o miąższości około 50 m nie jest ozbity na kolejne seie tzeciozędu i zaliczany jest łącznie do paleocenu, eocenu i oligocenu. Kompleks ten budują odwapnione magle i gezy pojawiające się w bzeżnych patiach owu oaz zalęgające ponad nimi wastwy piasków i mułków z pojedynczymi soczewkami węgla. Kompleks węglowy (mioceński) można podzielić na dwa subkompleksy: węglowy niepoduktywny i węglowy poduktywny. Subkompleks węglowy niepoduktywny jest zbudowany z osadów limnicznych i bagienno limnicznych, podzędnie w ejonach elewacji podłoża mezozoicznego stokowo-wietzeniowych. Występują tu głównie osady ilaste i mułkowe, często zawęglone z dużą ilością ksylitów, pzewastwieniami węgli i iłów zawęglonych. Maksymalna miąższość kompleksu wynosi m. Subkompleks węglowy poduktywny składa się na większości obszau z jednej wastwy węgla. Według popozycji klasyfikacji miękkich węgli bunatnych Kwiecińskiej i Wagnea (1997) jest to węgiel ksylodetytowy, detoksylitowy i detytowy z wkładkami węgla ksylitowego. Śednia gubość pokładu węgla wynosi 55 m. Najpłycej zalega on w ejonie zachodnim pola Szczeców, zapadając stopniowo

3 89 ku wschodowi, aż do głębokości około 100 m. Pzewastwienia płonne występują w części spągowej oaz w stefach bzeżnych. Są to mułki i iły silnie zawęglone. Kompleks ilasto-węglowy budują osady limniczne dobnozianiste i pylaste jak mułki, iły i piaski pylaste, podzędnie węgiel bunatny i keda jeziona. Śednia miąższość tego kompleksu waha się na całym obszaze w ganicach m. Na osadach kompleksu ilasto-węglowego, bądź węglowego zalegają buki kzemienne (spąg kompleksu ilasto-piaszczystego). Ich obecność stwiedzono ównież w pewnych stefach na osadach kompleksu podwęglowego bądź bezpośednio na skałach podłoża mezozoicznego (Fankowski i in., 2005). Kompleks ilasto-piaszczysty zawaty jest pomiędzy dwoma powiezchniami eozyjnymi w stopie i spągu. Litologicznie dominują osady ilaste oaz keda jeziona w części dolnej i śodkowej Osady czwatozędowe pzykywają kompleksy tzeciozędowe na całym obszaze pola Szczeców, a ich miąższość śednia wynosi od 40 do 80 m. Miejscami zalegają one bezpośednio na podłożu mezozoicznym. Plejstocen epezentują piaski, piaski ze żwiem, osady jezione i bagienne oaz gliny zwałowe. Holocen stwiedzono tylko w obniżeniach teenu. W dolinach zek są to piaski, mady zeczne i niekiedy tofy; na wzniesieniach piaski wydmowe. Na polu Szczeców podobnie jak i na polu Bełchatów dominującym elementem stuktualnym jest uskok południowy (Gotowała, 1994). Jego kawędź w ejonie zachodnim sięga na głębokość m. Uskok północny można wyaźnie zidentyfikować w ejonie wkopu udostępniającego, w kieunku wschodnim staje się on nieczytelny. Tektoniczne defomacje podłoża mezozoicznego mają znaczący wpływ na zaleganie i defomacje osadów tzeciozędowych a więc i pokładu węgla. Intensywne defomacje można zaobsewować pzy uskoku południowym, ale szczególne ich nasilenie występuje w ejonie wysadu solnego, gdzie pokład ustawiony jest pawie pionowo i można to uznać za wychodnię na głębokości 5 6 m pod powiezchnią teenu. W utwoach czwatozędowych stwiedzono liczne zabuzenia glacitektoniczne oaz osuwiskowe. 3.ZAKRES I METODYKA BADAŃ Pzez zmienność złoża kopaliny użytecznej ozumiemy zóżnicowanie watości jego paametów w poszczególnych punktach pzestzeni złożowej. Paktycznie są to punkty ozpoznawcze tj. miejsca pomiaów danych paametów lub miejsca pobania pób w celu okeślenia jego właściwości jakościowych. Zmienność poszczególnych paametów złoża ilościowo opisuje się najczęściej za pomocą współczynnika zmienności V. Współczynnik zmienności jest to iloaz odchylenia standadowego i śedniej aytmetycznej (Nieć, 1982) Ocenę zmienności wybanych paametów złożowych (miąższość złoża, stosunek N:W, watość opałowa

4 90 Q i siaka całkowita S d t zawatość popiołu A d ) wykonano na podstawie wyników analizy statystycznej. Analizie statystycznej poddano 3826 wyników z 134 otwoów wietniczych zawatych w Bazie Danych Geologicznych. Dla utwozonych zbioów poszczególnych paametów wyliczono sednią aytmetyczną (X), watość modalną (Mo), medianę (Me), odchylenie stadadowe (S), współczynnik zmienności (V), watość minimalną (X min ) i maksymalną (X max ) oaz wykonano histogamy ozkładów wybanych paametów w celu gaficznego pzedstawienia ich zmienności (Rys.2-6). Rozkłady poszczególnych paametów pokazują częstość występowania danego paametu w poszczególnych klasach watości. Tabela 1 Zestawienie zmienności poszczególnych paametów węgla w zachodniej części Pola Szczeców Zmienność Paamet węgla Współczynnik zmienności V [%] duża pzeciętna mała N : W 78,54 Miąższość 44,63 d S t 29,94 d A 20,59 Q i 12,02 Opócz zmienności w poziomym ozpzestzenieniu zawatości paametów złożowych wykonano ównież dla A d, Q i, S d t ich zmienność w pofilach pionowych. Pzeanalizowano 3 otwoy wietnicze usytuowane na linii pzekoju geologicznego 18WE, któy pzebiega z zachodu na wschód a więc w kieunku posuwania się fontu eksploatacyjnego (ys. 7-15). 4.ANALIZA ZMIENNOŚCI WYBRANYCH PARAMETRÓW ZŁOŻA Wyniki analizy statystycznej wybanych paametów złoża w zachodniej części pola Szczeców zestawiono w tabeli 2. Analizując ozkład miąższości węgla (ys. 2.) można stwiedzić, że większość obsewacji mieści się aż w sześciu klasach o łącznym pzedziale 16,28-65,12m i są one dosyć ównomienie obsadzone. Najwięcej obsewacji (17 %) skupia pzedział od 48,84 56,98, a najmniej klasa 73,26 81,40. Histogam ma wielomodalny chaakte, co świadczy o zóżnicowaniu tego paametu w złożu. Stosunek nadkładu do złoża (N:W) wyóżnia się największym współczynnikiem zmienności - 78,54% na tle innych analizowanych paametów (ys. 3.) Najbadziej fekwentną klasą zawieającą najwięcej obsewacji (50 %) jest klasa 1,68 3,36,

5 91 a cały ozkład ma wyaźną skośność dodatnią, co dowodzi, że mimo dużej watości V ozkład N:W jest dla tej części złoża kozystny (ys. 3.). Tabela 2 Wyniki analizy statystycznej wybanych paametów złoża w zachodniej części pola Szczeców Paamety węgla Dane statystyczne A d [%] Q i [MJ/kg] d S t [%] N:W Miąższość [m] X 29,35 7,42 2,61 3,09 39,98 Mo 26,84 7,90 2,47 2,52 * Me 28,28 7,52 2,42 2,31 39,95 S 6,04 0,89 0,78 2,42 17,84 V 20,59 12,02 29,94 78,54 44,63 X min 19,76 5,11 1,09 0,76 6,80 X max 48,72 9,29 5,50 16,79 81,40 Częstość [%] 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0-8,14 8,14-16,28 16,28-24,42 24,42-32,56 32,56-40,70 40,70-48,84 48,84-56,98 56,98-65,12 65,12-73,26 73,26-81,40 Miąższość [m ] Rys. 2. Rozkład miąższości w pokładzie węgla w zachodniej części pola Szczeców Fig. 2.Seam thickness distibution in westen pat of Szczeców mining field W pzypadku watości opałowej współczynnik zmienności ma watość 12,02 %, co wskazuje na małą zmienność tego paametu, ze względu na mały ozzut watości (od 5,11 MJ/kg do 9,29 MJ/kg). Jak wynika z histogamu (ys. 4.) najbadziej fekwentne klasy to 6,51 7,44MJ/kg oaz 7,44 8,37MJ/kg, skupiają one 73,9 % obsewacji. Rozkład watości opałowej cechuje się skośnością ujemną, gdyż watość modalna jest większa od watości śedniej (7,42).

6 92 Częstość [%] 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0-1,68 1,68-3,36 3,36-5,04 5,04-6,72 6,72-8,40 8,40-10,08 10,08-11,76 11,76-13,44 13,44-15,12 15,12-16,80 N:W Rys. 3. Rozkład N:W w zachodniej części pola Szczeców Fig. 3. Ovebuden/lignite atio in westen pat of Szczeców mining field Częstość [%] 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0-0,93 0,93-1,86 1,86-2,79 2,79-3,72 3,72-4,65 4,65-5,58 5,58-6,51 6,51-7,44 7,44-8,37 8,37-9,30 Watość opałowa [MJ/kg] Rys. 4. Rozkład watości opałowej w pokładzie węgla w zachodniej części pola Szczeców Fig. 4. Caloific vaule distibution of lignite seam in westen pat of Szczeców mining field Zawatość siaki całkowitej (S t d ) w złożu wykazuje pzeciętną zmienność współczynnik zmienności (V) wynosi 29,94 %. Histogam ozkładu tego paametu wykazuje duży ozzut obsewacji (ys. 5.). Najbadziej liczna klasa skupiająca 42% obsewacji to pzedział między 2,20 2,75 %, w któym mieści się śednia zawatość siaki całkowitej w węglu tej części pola Szczeców (2,61 %). Liczne są ównież klasy w pzedziałach 1,65 2,20 % i 2,75 3,30 %. Wszystko to wskazuje na fakt dużego zasiaczenia tego węgla (Boowicz i Fankowski, 2004).

7 93 Częstość [%] 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0-0,55 0,55-1,10 1,10-1,65 1,65-2,20 2,20-2,75 2,75-3,30 3,30-3,85 3,85-4,40 4,40-4,95 4,95-5,50 Zawatość siaki [%] Rys. 5. Rozkład zawatości siaki całkowitej w pokładzie węgla w zachodniej części pola Szczeców Fig. 5. Total sulphu content distibution in lignite seam in westen pat of Szczeców mining field Wyliczony współczynnik zmienności dla popielności badanego węgla (A d ) wynoszący 20,59 % wskazuje na pzeciętną zmienność tego paametu. Minimalna zawatość A d wynosi 19,76 %, maksymalna 48,76 %, a śednia 29,35 %. Watości te dowodzą, że w zachodniej części pola Szczeców występuje duże zapopielenie. Najbadziej fekwentna klasa to pzedział 24,40 29,28 % skupiająca 34,33 % obsewacji. Histogam jest jednomodalny o skośności dodatniej (ys. 6.). Częstość [%] 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0-4,88 4,88-9,76 9,76-14,64 14,64-19,52 19,52-24,40 24,40-29,28 29,28-34,16 34,16-39,04 Zawatość popiołu [%] 39,04-43,92 43,92-48,80 Rys. 6. Rozkład zawatości popiołu w pokładzie węgla w zachodniej części pola Szczeców Fig. 6. Ash content distibution in lignite seam in westen pat of Szczeców mining field Analiza histogamów głównych paametów węgla w pofilach pionowych pozwoliła na pzedstawienie następujących stwiedzeń: - Największą zmienność w otwoach ozmieszczonych wzdłuż pofilu 18WE wykazuje zawatość popiołu (A d ), co wiąże się z występowaniem pzeostów płonnych w pokładzie (ys.7., 8., 9.).

8 94 48,2 33,2 18,2 10,7 0, A d [%] Rys. 7. Rozkład zawatości popiołu w pofilu pionowym dla otwou 23/18 Fig. 7. Vetical ash content distibution in 23/18 boehole 59,5 47,6 32,6 17,6 12,6 0, A d [%] Rys. 8. Rozkład zawatości popiołu w pofilu pionowym dla otwou 25/18 Fig. 8. Vetical ash content distibution in 25/18 boehole 55,6 34,6 18,4 11,4 0, A d [%] Rys. 9. Rozkład zawatości popiołu w pofilu pionowym dla otwou 26/18 Fig. 9. Vetical ash content distibution in 26/18 boehole

9 95 - Mało zóżnicowany jest ozkład watości opałowej (Q i ) co wyaźnie pokazują ysunki 10, 11 i ,2 33,2 18,2 10,7 0, Q I [%] Rys.10. Rozkład watości opałowej w pofilu pionowym dla otwou 23/18 Fig. 10. Vetical caloific value distibution in 23/18 boehole 59,5 47,6 32,6 17,6 12,6 0, Q I [%] Rys. 11. Rozkład watości opałowej w pofilu pionowym dla otwou 25/18 Fig. 11. Vetical caloific value distibution in 25/18 boehole 55,6 34,6 18,4 11,4 0, Q I [%] Rys. 12. Rozkład watości opałowej w pofilu pionowym dla otwou 26/18 Fig. 12. Vetical caloific value distibution in 26/18 boehole

10 96 - Koelację między watością opałową a zawatością popiołu pzedstawiono na ys. 13. Współczynnik koelacji wynosi 0,91 i wskazuje na odwotne silne skoelowanie między tymi paametami. Q i [MJ/kg] 15,00 10,00 5,00 0,00-5,00 y = -0,1339x + 11,251 Współczynnik koelacji = - 0, A d [%] Rys. 13. Koelacja pomiędzy watością opałową Q a zawatością popiołu A Fig. 13. Coelation between caloific value Q and ash content A - Rozkład zawatości siaki wykazuje wyaźną zmienność i tendencję malejącą ku spągowi z wyjątkiem jednej wastewki w otw.23/18. (Rys.14.,15.,16.). Szeeg anomalnych zawatości siaki pzekaczających 5,0 %, nie można powiązać z pzeostami płonymi. Należy więc pzypuszczać, że wiąże się to z obecnością siaki w mateiale wyjściowym bądź późniejszymi pocesami diagenetycznymi, wietzeniem czy kążeniem wód. 54,5 48,2 36,2 24,3 12,2 10,2 0, S t d [%] Rys. 14. Rozkład siaki całkowitej w pofilu pionowym dla otwou 23/18 Fig. 14. Vetical total sulphu content distibution in 23/18 boehole i i d d

11 ,6 35,6 23,6 14,1 10 0, S t d [%] Rys.15. Rozkład siaki całkowitej w pofilu pionowym dla otwou 25/18 Fig. 15. Vetical total sulphu content distibution in 25/18 boehole 61,6 46,6 31,6 21,4 13,8 9,8 0, S t d [%] Rys.16. Rozkład siaki całkowitej w pofilu pionowym dla otwou 26/18 Fig. 16. Vetical total sulphu content distibution in 26/18 boehole 5.PODSUMOWANIE Pzepowadzoną analizę statystyczną głównych paametów węgla bunatnego z zachodniej części pola Szczeców można podsumować następująco: 1. Zmienność głównych paametów węgla tj. miąższości, stosunku N:W, watości opałowej (Q i ), popielności (A d ) i zawatości siaki całkowitej (S d t ) oceniana na podstawie wskaźnika zmienności wykazuje zóżnicowanie zmienności od małej do dużej: - zmienność mała - Q i - zmienność pzeciętna - S d t, A d - zmienność duża - N:W, miąższość 2. Stwiedzono wyaźną i oczywistą koelację między Q i i A d.

12 98 3. Węgiel z zachodniej części pola Szczeców jest wysoko zasiaczony (S t d = 2,61 %). Śednia zawatość popiołu (A d ) jest duża i wynosi 29,3 %. Watość opałowa Q i = 7,42 MJ/kg jest niska w poównaniu z polem Bełchatów i wschodnim ejonem pola Szczeców, gdzie wynosi 8,8 MG/kg. 4. Paamety technologiczne węgla bunatnego w znacznym stopniu uzależnione są od miąższości pokładu węgla i występujących w nim pzeostów. W tej części złoże ma najmniejszą miąższość i najwięcej pzeostów. 5. W początkowym okesie eksploatacji kopalnia Szczeców będzie najpawdopodobniej zmuszona do mieszania węgla z węglem o lepszej jakości z kopalni Bełchatów, aby spełnić wymagania stawiane pzez elektownie. LITERATURA BOROWICZ A., SPECYLAK-SKRZYPECKA J., ŚLUSARCZYK G., KAWALEC W., Wstępna ocena złoża węgla bunatnego Bełchatów Pole Szczeców, pzy użyciu techniki komputeowej. Gón. Odkyw. N 3/1996. BOROWICZ. A., FRANKOWSKI R., Ocena zawatości siaki całkowitej w pocesie dokumentowania złoża węgla bunatnego Bełchatów Szczeców. Gón. Odkyw. N 3-4/2004. CIUK E., Tektonika owu Kleszczowa i jej wpływ na waunki powstania złoża węgla bunatnego. Pzewodnik LII zjazdu PTG. Wydawnictwa Geologiczne, Waszawa, CZARNECKI L., FRANKOWSKI R., ŚLUSARCZYK G., Syntetyczny pofil statygaficzny ejonu złoża Bełchatów dla potzeb Bazy Danych Geologicznych. Gón. Odkyw. N 3-4/1992. FRANKOWSKI R., GĄDEK A., BEDNARZ A., BOROWICZ A., SPECYLAK-SKRZYPECKA J., ŚLUSARCZYK G., Geologiczno-gónicze waunki zalegania buków kzemiennych w O/Szczeców. Gón. Odkyw. N 2/2005. GOTOWAŁA R., Modele tektoniki owu Kleszczowa, intepetacja danych z wykozystaniem metod komputeowych. Mat. Konf. Nauk. Techn. Tektonika owu Kleszczowa, Bełchatów KASIŃSKI J.R., PIWOCKI M., Nowy model asocjacji bunatno-węglowej w owie Kleszczowa (złoże Bełchatów). XVIII Sympozjum: Geologia Fomacji Węglonośnych Polski. Wyd. AGH, Kaków KWIECIŃSKA B., WAGNER M., Typizacja cech jakościowych węgla bunatnego z kajowych złóż według kyteiów petogaficznych i chemiczno-technologicznych dla celów dokumentacji geologicznej złóż oaz obsługi kopalń. Wyd. Centum PPGSMiE, Kaków NIEĆ M., Geologia kopalniana, Wyd. Geol. Waszawa SZWED-LORENZ J., Studium zmienności petologicznej II dolnomioceńskiego pokładu węglowego w Polsce, Pace Nauk. Inst. Gón. Polit. W. Seia: Monogafie n 36. Oficyna Wyd. Polit. W. Wocław Jednolita Baza Danych Geologicznych dla złoża węgla bunatnego Bełchatów wykonana i uzupełniana na bieżąco pzez IGO Poltego Instytut i KWB Bełchatów S.A. lignite, seam paametes, statistical analysis ANALYSIS OF VARIABILITY OF MAIN PARAMETERS OF WESTERN PART OF SZCZERCÓW LIGNITE MINING FIELD The esults of statistical analysis of lignite deposit (thickness of seam, ovebuden/lignite seam atio, caloific value, ash content and total sulphu in lignite) ae pesented in this aticle. Estimation of the vaiability of seveal paametes that detemine the commecial value of deposit was caied out on the basis of these esults.