Минералого-петрографическая зональность горелых горных отвалов угольных шахт (Восточный Донбасс)

И.А. Артемов

doi:10.46698/VNC.2025.14.75.001

И.А. Артемов Южный научный центр Российской академии наук, Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41

DOI: https://doi.org/10.46698/VNC.2025.14.75.001

Ключевые слова: террикон, горелые породы, техногенное месторождение, пирометаморфизм, муллит

Резюме

Актуальность работы. Отходы угледобычи являются перспективным вторичным сырьем, использование которого во многом ограничено разнообразием и непостоянством минерального состава в объеме породных отвалов. Цель исследования. Цель работы – определить минералого-петрографическую зональность горелых горных отвалов угольных шахт Восточного Донбасса. Материалы и методы. Изучение вещественного состава проведено методами электронно-зондовых исследований и рентгенофазового анализа. Результаты работы. В статье приводятся результаты изучения минералого-петрографической зональности горелых пород терриконов Восточного Донбасса; по составу они принадлежат к песчано-глинистому литологическому типу. Породные отвалы горят за счет экзотермической деструкции сульфидов с выделением серы и окисления частиц угля, и значительная часть является перегоревшей, что приводит к трансформациям минерального состава пород, способствующим удалению части вредных компонентов (сульфиды и пр.), повышению однородности петрографического состава и физических свойств пород, а также появлению ряда их новых свойств. Среди пирометаморфических пород по мере удаления от горящего ядра выделяются зоны с характерными минеральными ассоциациями: для высокотемпературной внутренней зоны (температура выше 1200-1500 °С) характерен парагенезис муллит + кварц, кристобалит, тридимит (породы нередко стекловатые, со следами плавления и течения); более низкотемпературная зона (температура образования от ~800-900 °С до ~1200-1500 °С) выделяется парагенезисом кордиерит + кварц + тридимит + муллит (псевдомуллит); для самой низкотемпературной зоны характерен парагенезис муллит + кварц (в слабо переработанных породах нередко сохраняются реликтовые структурно-текстурные признаки). Для неизмененных пород характерны мусковит и гидрослюды, хлорит, кварц, полевые шпаты; в некоторых образцах присутствуют накрит, иногда доломит или сидерит. В неизмененных породах отсутствуют значимые структурные и минеральные пирометаморфические преобразования, что связано с высокой степенью катагенетических преобразований. В поверхностных и приповерхностных частях терриконов присутствуют фумарольные образования (сульфатные коры гипсового и магний-алюмо-аммониевого типов) и «чёрные блоки» с асфальтоподобной корой (высокоуглеродистые породы с безводными сульфатами магния, алюминия, аммония и калия, нашатырем, серой), обязанные своим происхождением пневматолитовым процессам.

Литература

Артемов И.А., Попов Ю.В., Шарова Т.В. Минералого-петрографическая зональность пород горящих террикоников песчано-глинистого состава Восточного Донбасса. // Успехи современного естествознания. – 2022. – № 11. – С. 107–112.

Артемов И.А., Попов Ю.В. Минералы фумарольных образований горящего терриконика шахты «им. Пролетарской диктатуры» (г. Шахты). // Материалы 6-й Международной научно-практической конференции «Инновационные перспективы Донбасса». Т. 6. Донецк: Изд. Донецкий национальный технический университет, 2020. – С. 10–12.

Буравчук Н.И., Гурьянова О.В. Использование техногенного сырья в производстве нерудных строительных материалов. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2015. – № 1(182). – С. 111–117.

Воробьев А.Е., Портнов B.C., Маусымбаева А.Д., Бекетова М.С. Изменение качества углепородной массы в терриконах. // Труды университета. – 2016. – № 3(64). – С. 61–65.

Гамов М.И., Рылов В.Г., Мещанинов Ф.В., Наставкин А.В. Термобарогеохимическое моделирование процессов преобразования породных отвалов угольных шахт Восточного Донбасса. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2016. – № 11. – С. 158–168.

Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицглуз А.Л., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1995. – 176 с.

Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. M.: Недра, 1986. – 247 с.

Недоливко Н.М. Геохимия: учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2005. – 102 с.

Осипов В.И., Соколов В.H., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород. / Под редакцией Академика Е.М. Сергеева. – M.: Недра, 1989. – 211 с.

Портола В.А., Протасов С.И., Бобровникова А.А., Серегин Е.А. Оценка длительности инкубационного периода самовозгорания углесодержащих пород отвалов. // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. – 2020. – № 4. – С. 36–41.

Сокол Э.В., Ларина И.А., Максимова Н.В. Фазовые преобразования пелитов в процессах пирогенеза (на примере горельников Челябинского угольного бассейна). // Минералогия техногенеза. – 2001. – Т. 2. – С. 193–212.

Чесноков Б.В., Щербакова Е.П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна (опыт минералогии техногенеза). М.: Наука, 1991. – 152 с.

Шпирт М.Я., Горлов Е.Г., Шумовский А.В. Концепция технологического комплекса переработки отходов добычи и обогащения углей с получением широкого спектра товарной продукции. // Химия твердого топлива. – 2019. – № 6. – С. 35–40.

Щербакова Е.П. Краткий очерк минералогии горелых угольных отвалов. // Уральский геологический журнал. – 2018. – № 4(124). С. 14–29.

Akulov N., Akulova V. Pyrolysis of technogenic-redeposited coal-bearing rocks of spoil heaps. // Geosciences. – 2020. – Vol. 10. Issue 4. Art. No. 122. – 12 p. DOI: 10.3390/geosciences10040122.

Gogola K., Rogala T., Magdziarczyk M., Smolinski A. The mechanisms of endogenous fires occurring in extractive waste dumping facilities. // Sustainability. – 2020. – Vol. 12. Issue 7. Art. No. 2856. – 14 р. DOI: 10.3390/su12072856.

Matysek D., Jirasek J. Mineralogy of the coal waste dumps from the Czech part of the Upper Silesian Basin: Emphasized role of halides for element mobility. // International Journal of Coal Geology. – 2022. – Vol. 264. No. 1. Art. No. 104138. DOI: 10.1016/j.coal.2022.104138.

Rakhimova G., Stolboushkin A., Vyshar O., Stanevich V., Rakhimov M., Kozlov P. Strong structure formation of ceramic composites based on coal mining overburden rocks. // Journal of Composites Science. – 2023. – Vol. 7. Issue 5. Art. No. 209. – 21 p. DOI: 10.3390/jcs7050209.

Ribeiro J., Suarez-Ruiz I., Flores D. Coal related fires in Portugal: New occurrences and new insights on the characterization of thermally affected and non-affected coal waste piles. // International Journal of Coal Geology. – 2022. – Vol. 252. Issue 5. Art. No. 103941. DOI: 10.1016/j.coal.2022.103941.

Yavruyan K., Kotlyar V. Estimation of chemical and mineral composition, structural features, and pre-firing technological properties of waste coal heaps for ceramic production. // Buildings. – 2024. – Vol. 14. Issue 7. Art. No. 1905. – 12 p. DOI: 10.3390/buildings14071905.