BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT & NGUYỄN ðÌNH LẬP ðẶC ðIỂM CẤU TRÚC VỈA VÀ CHẤT LƯỢNG THAN MỎ BÌNH MINH THUỘC BỂ THAN ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Chuyên ngành: ðịa chất Khống sản Thăm dị Mã số: 60.44.59 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS- Nguyễn Quang Luật Hà Nội 2013 LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các tài liệu, số liệu kết nêu luận văn trung thực, kết cơng trình khác Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2013 Tác giả Nguyễn ðình Lập Mục lục Danh mục Trang MỞ ðẦU Chương ðặc ñiểm cấu trúc ñịa chất khu mỏ 10 1.1 Vị trí khu mỏ bình đồ cấu trúc địa chất khu vực 10 1.2 Lịch sử nghiên cứu ñịa chất khu mỏ 13 1.2.1 Giai ñoạn trước năm 1954 13 1.2.2 Giai ñoạn từ năm 1954 ñến 13 1.3 ðặc ñiểm cấu trúc ñịa chất khu mỏ Bình Minh 16 1.3.1 ðịa tầng 16 1.3.2 Cấu trúc - kiến tạo 26 1.3.3 Khoáng sản 28 Chương Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu 31 2.1 Cơ sở lí luận 31 2.2.1 Cơ sở lý kuận hình thái cấu trúc vỉa than 31 2.1.2 Cơ sở lí luận khí than 40 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 43 2.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp xử lý tài liệu 43 2.2.2 Phương pháp tiếp cận hệ thống 44 2.2.3 Phương pháp phân tích mẫu xử lý kết 44 2.2.4 Các phương pháp nghiên cứu phịng 44 Chương ðặc điểm phân bố, hình thái cấu trúc vỉa than 45 3.1 ðặc ñiểm phân bố vỉa than 45 3.2 ðặc ñiểm hình thái vỉa than 45 3.3 ðặc điểm cấu trúc vỉa than 48 Chương ðặc ñiểm ñặc tính kĩ thuật chất lượng than 59 4.1 ðặc tính kỹ thuật cơng nghệ than 59 4.1.1 ðặc điểm thạch học, vật lý 60 4.1.2 Tính chất cơng nghệ 70 4.2 ðặc điểm chất lượng than 71 4.2.1 Các thông số chất lượng than 71 4.2.2 Vấn ñề biến chất than 77 4.2.3 Nguồn gốc ñiều kiện thành tạo than 79 4.3 ðặc ñiểm ñộ chứa khí vỉa than 80 Chương Sử dụng kết nghiên cứu phục vụ đầu tư thiết kế thử nghiệm cơng nghệ khí hóa than ngầm khai thác mỏ 85 5.1 Cơ sở cơng nghệ khí hóa than ngầm(UCG) 85 5.1.1 Khái niệm khí hóa than ngầm 85 5.1.2.Các cơng đoạn UCG 87 5.1.3 Các phản ứng xảy q trình khí hóa 88 5.1.4 Kênh phản ứng khu vực khí hóa 92 5.1.5 Quy luật khu vực tỏa nhiệt thu nhiệt 93 5.2 Sử dụng kết nghiên cứu phục vụ thử nghiệm công nghệ khí hóa than ngầm 99 5.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng ñến UCG 99 5.2.2 Kết nghiên cứu đạt 101 Kết luận 102 Các cơng trình công bố tác giả 104 Tài liệu tham khảo 105 Danh mục biểu bảng Số Số hiệu bảng Tên bảng Trang TT Bảng 1.1 Tọa ñộ điểm khép góc khu mỏ 10 Bảng 2.1 Các vi tổ phần tạo than 36 Bảng 2.2 Giới hạn phần trăm vi tổ phần tạo than 38 Bảng 2.3 Thành phần thạch học than 39 Bảng 3.1 Thơng kê đặc tính vỉa than 47 Bảng 3.2 Mẫu hóa đá kẹp trị số t bình loại đá kẹp 51 Bảng 3.3 Kết đánh giá bề dày, góc dốc đá kẹp vỉa 52 Bảng 3.4 Kết ñánh giá chiều dày, góc dốc đá kẹp vỉa 53 Bảng 3.5 Bảng phân loại ñá vách IGD 54 10 Bảng 3.6 ðá vách, trụ mức ñộ kiến tạo vỉa 56 11 Bảng 3.7 ðá vách, trụ mức ñộ kiến tạo vỉa 57 12 Bảng 4.1 Bảng thống kê số lượng mẫu hóa nghiệm than 61 13 Bảng 4.2 Thành phần hữu than 64 14 Bảng 4.3 Bảng tổng hợp tiêu lý than 69 15 Bảng 4.4 Bảng kết phân tích nhiệt 70 16 Bảng 4.5 ðộ bền kháng nén than 71 17 Bảng 4.6 ðộ bền kháng nén than có chất phụ gia 71 18 Bảng 4.7 Các thông số chất lượng than 73 19 Bảng 4.8 ðộ tro trung bình cân độ tro hàng hóa 74 20 Bảng 4.9 Bảng xác định thể trọng trung bình 75 21 Bảng 4.10 Nhiệt độ nóng chảy tro than vỉa 3, 77 22 Bảng 4.11 Bảng tính độ tro kể ñộ làm bẩn vỉa 3,4 78 23 Bảng 4.12 Kết xá định độ chứa khí tự nhiên vỉa 82 24 Bảng 4.13 Kết xá định độ chứa khí tàn dư vỉa 83 25 Bảng 5.1 ðặc ñiểm số vỉa than khí hố giới 97 26 Bảng 5.2 So sánh tiêu than vỉa mỏ Bình Minh 101 với tiêu chuẩn khí hóa than ngầm Danh mục hình, ảnh, vẽ Số TT Số hiệu I Hình vẽ Hình số 1.1 Sơ đồ vị trí khu mỏ Hình số 1.2 Cột địa tầng tổng hợp Hình số 1.3 Sơ ñồ phân vùng cấu trúc khu mỏ Hình số 5.1 Mơ hình cơng nghệ khí hóa than ngầm Hình số 5.2 Sơ đồ ngun lý cơng nghệ khí hóa than ngầm Hình số 5.3 Biểu đồ thay đổi thành phần khí kênh phản ứng Hình số 5.4 Sơ đồ khí hóa theo phương pháp luồng khí lưu Hình số5.5 Sơ đồ khu vực phản ứng kênh khí hóa Hình số 5.6 ðường cong suy giảm khí oxi kênh phản ứng II Ảnh Ảnh số 4.1 Telinit Ảnh số 4.2 Fuzinit Ảnh số 4.3 Clarit cutinit Ảnh số 4.2 Clarit rezinit Ảnh số 4.1 Rezinit Ảnh số 4.2 Cutinit III Bản vẽ Bản vẽ số Bản ñồ khu vực thăm dị mỏ than Bình Minh Bản vẽ số Bản ñồ lộ vỉa than lớp ñất phủ Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến O Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến I Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến II Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến III Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến Ib Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến IIb Bản vẽ số Mặt cắt ñịa chất tuyến AA; tuyến BB Tên vẽ MỞ ðẦU Tính thực tiễn sở khoa học ñề tài Bể than đồng Sơng Hồng (ðBSH) có trữ lượng lớn Theo kết nghiên cứu địa chất, dầu- khí ñộ sâu -300m trở xuống ðBSH bể than lớn Việt Nam ñược phân bố khu vực có diện tích khoảng 3000 km2 thuộc tỉnh: Hưng n, Hải Dương, Hải Phịng Thái Bình Nam ðịnh với tài ngun đốn khoảng 210 tỉ (Vũ Xuân Doanh - Báo cáo tổng kết ñịa chất ñộ chứa than miền võng Hà Nội, 1986) Theo nhận định Tập đồn cơng nghiệp than khống sản Việt Nam(Vinacomin), tổng tài nguyên than ðBSH khoảng 80 tỷ tấn, dải nâng Khối Châu - Tiền Hải chứa khoảng 30 tỷ ðồng Sơng Hồng có nhiều triển vọng dầu khí than nâu ñã ñược nhà ñịa chất Việt Nam Liên Xô cũ nghiên cứu, phân chia thành nhiều khối kiến taọ khác nhau, dải Khối Châu-Tiền Hải có nhiều triển vọng than nâu Khu Bình Minh phần chứa than cao dải Than có chất lượng tốt, đạt tiêu cơng nghiệp thuộc loại than nâu (Lignite) ñến bitum (Sub-bituminous); khu vực chứa than dự báo có triển vọng “Dải nâng Khối Châu - Tiền Hải” thuộc đới nghịch ñảo Miocen (theo Anzoil, 1996 PIDC, 2004) ñược khống chế ñứt gãy Vĩnh Ninh ñứt gãy Thái Bình với diện tích 1000 km2 Tuy nhiên việc khai thác khó khăn than ñây phân bố ñộ sâu lớn, ñất ñá tầng chứa than mềm bở, chứa nhiều nước; việc khai thác cơng nghệ truyền thống (lộ thiên, hầm lị) khó khăn gây hậu xấu mơi trường Khí hố than ngầm (UCG) q trình cơng nghệ, cho phép than chuyển thành sản phẩm khí ñốt ñược thực chỗ vỉa than ngun khai lịng đất, áp dụng để khai thác nguồn tài nguyên mà khai thác phương pháp truyền thống với hiệu kinh tế cao So với khai thác mỏ truyền thống, UCG có tác động đến mơi trường xã hội Mỏ than Bình Minh thuộc Xã Bình Minh, huyện Khối Châu, tỉnh Hưng Yên, ñiểm ñầu tiên thuộc dải chứa than Khối Châu- Tiền Hải ðồn 904 tiến hành tìm kiếm tỷ mỷ thăm dị sơ bộ, điều kiện khai thác khó khăn Ban quản lý dự án Than ðBSH- Vinacomin thuộc Tập đồn Cơng nghiệp Than- Khống sản Việt Nam hợp tác với số đối tác nước ngồi cơng nghệ khí hóa than ngầm lịng đất(UCG) ðây hướng đột phá để giải tốn khai thác, sử dung than đồng Sơng Hồng Trước đưa cơng nghệ vào sản xuất cần tiến hành thử nghiệm với ñiều kiện thực tế Việt Nam ðể phục vụ công tác thử nghiệm, việc nghiên cứu, ñánh giá ñiều kiện cấu trúc vỉa, tính chất cơng nghệ chất lượng than đưa số liệu xác, cụ thể xem tiến hành khí hóa khơng sử dụng cơng nghệ khí hóa cho phù hợp cần thiết Mục tiêu nhiệm vụ ñề tài * Mục tiêu: Làm sáng tỏ vị trí địa chất, cấu trúc vỉa than ñặc ñiểm chất lượng than mỏ Bình Minh, tạo sở khoa học góp phần phục vụ cơng tác khai thác mỏ, trước hết thử nghiệm cơng nghệ khí hóa than ngầm (UCG) * Nhiệm vụ: - Nghiên cứu ñặc ñiểm ñịa chất khu mỏ, ñịa tầng chứa than; - Nghiên cứu ñặc ñiểm cấu trúc vỉa than ñiều kiện nằm, góc dốc, bề dày, mức ñộ biến ñổi bề dày ổn ñịnh vỉa; - Nghiên cứu ñặc ñiểm lớp kẹp quy luật phân bố, tính chất xen kẽ, đặc điểm bề dày, thành phần thạch học chúng vỉa than; - Nghiên cứu ñặc ñiểm chất lượng than tính chất vật lý, mức độ biến chất, đặc tính kỹ thuật cơng nghệ, đặc điểm độ chứa khí mỏ khống vật kèm; đặc biệt ñặc ñiểm tỷ trọng, ñộ ẩm, ñộ tro, nhiệt lượng, chất bốc… ảnh hưởng đến q trình khí hóa than ngầm; - Sơ lược luận giải nguồn gốc, ñiều kiện thành tạo, cấu trúc vỉa, trữ lượng than triển vọng chúng; - Bước ñầu ñánh giá, ñưa nhận xét, kết luận ñiều kiện cấu trúc vỉa, chất lượng than phục vụ thử nghiệm cơng nghệ khí hóa than ngầm ðối tượng phạm vi nghiên cứu - ðối tượng nghiên cứu ñề tài vỉa than thành tạo địa chất khu mỏ Bình Minh, vỉa vỉa ñược nghiên cứu chi tiết - Phạm vi nghiên cứu từ tuyến IIB đến tuyến III, diện tích khoảng 12 km2, độ sâu nghiên cứu đến – 600 thuộc mỏ than Bình Minh Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, tổng hợp xử lí tài liệu: + Thu thập, xử lí, tổng hợp tài liệu địa chất, địa vật lí; + Thu thập, xử lí, tổng hợp tài liệu lỗ khoan, caorota lỗ khoan nhằm xác lập ñặc ñiểm cấu trúc vỉa + Thu thập, xử lí, tổng hợp tài liệu phân tích nhằm xác định tính chất cơng nghệ, đánh giá chất lượng than - Phương pháp thống kê, tiếp cận hệ thống - Phương pháp phân tích xử lý kết - Các phương pháp nghiên cứu phòng - Phương pháp sử dụng phần mềm Autocad, Excel xử lí đồ, liệu địa chất Những điểm luận văn - Trên sở yêu cầu cơng nghệ khí hóa than ngầm tiến hành nghiên cứu tồn diện đặc điểm địa chất khu mỏ, cấu trúc vỉa chất lượng than, nhằm ñánh giá, làm sáng tỏ ñiều kiện nằm, cấu trúc vỉa than, lớp kẹp than phạm vi nghiên cứu; ngồi vỉa 3,4 tính trữ lượng, vỉa khác ñược nghiên cứu kỹ - Kết luận ñặc ñiểm cấu trúc vỉa, chất lượng than làm sở cho thiết kế thử nghiệm cơng nghệ khí hóa than ngầm, lập dự án đầu tư giai ñoạn ñịnh hướng sử dụng năm bể than đồng Sơng Hồng Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: - Góp phần làm sáng tỏ hệ phương pháp xử lý, phân tích, tổng hợp tài liệu ñịa chất nhằm bổ sung cho tài liệu thăm dị, khai thác có độ tin cậy cao - Làm sáng tỏ ñặc ñiểm cấu trúc vỉa than, quan hệ với ñá vây quanh, bước ñầu luận giải ñiều kiện, nguồn gốc thành tạo than mỏ than Bình Minh nói riêng, bể than đồng Sơng Hồng nói chung - Góp phần làm sáng tỏ thành phần vật chất, chất lượng than vùng mỏ * Giá trị thực tiễn: - Cung cấp, bổ sung thêm tài liệu nghiên cứu ñặc ñiểm cấu trúc vỉa, chất lượng than khu mỏ phục vụ phương án thử nghiệm công nghệ khai thác khí hóa than ngầm - Kết nghiên cứu làm sở luận giải ñiều kiện thành tạo, đặc điểm cấu trúc vỉa, chất lượng khống sản khu mỏ tương tự phạm vi bể than ðồng Sông Hồng Cơ sở tài liệu: Luận văn ñược xây dựng sở kết tài liệu sau: - Báo cáo ñịa chất kết thăm dị sơ than khu Bình Minh, Châu Giang- Hải Hưng Ngơ Tất Chính 1985; - Báo cáo địa chất tìm kiếm tỷ mỷ than khu vực Khối Châu, Châu Giang, Hải Hưng Ngơ Tất Chính 1987; - Báo cáo thông tin triển vọng than trầm tích Neogen dải Khối Châu- Tiền Hải, thuộc miền võng Hà Nội Vũ Xuân Doanh 1973; - Báo cáo kết nghiên cứu ñịa chất ñộ chứa than miền võng Hà Nội Vũ Xuân Doanh 1985; - Báo cáo địa chất kết tìm kiếm, thăm dị than đồng Sơng Hồng Tập đồn Than- Khống sản Việt Nam tổ chức NEDO(Nhật Bản) phối hợp thực từ năm 1998-2002 Nơi thực lời cảm ơn Luận văn hồn thành Bộ mơn Khống sản, khoa ðịa chất, trường ðại học Mỏ- ðịa chất với hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Quang Luật Qua tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu trường ðại học Mỏ - ðịa chất, Phịng ðào tạo sau đại học, Khoa ðịa chất, Bộ mơn Khống sản giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn ðặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Quang Luật động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn 100 Tổng chiều dầy lớp kẹp: 20 tr.t 19 Chất bốc: >30% 20 ðộ tro: < 60% 101 5.2.3 Kết nghiên cứu ñạt ñược Bảng 5.2 So sánh tiêu than vỉa mỏ Bình Minh với tiêu chuẩn khí hóa than ngầm Kết khu Bình Minh Số TT Chỉ tiêu Vỉa Vỉa Yêu cầu UCG Chiều dầy lớp ñất phủ 150-500 m 150-500 m >100 m Chiều sâu an toàn vỉa 350-450 m 250-350m 300-1500m Chiều dầy vỉa trung bình 4.0 m 3.0m 1,5-15 m Mức ñộ thay ñổi chiều dầy 12.5% 16%