Особенности месторождений торфа Табалахской группы и оценка возможности его использования в качестве котельного топлива для нужд Верхоянского района РС (я)

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2012, №4

УДК 504.54.062.4:662.31.33:553.97

Особенности месторождений торфа Табалахской группы

и оценка возможности его использования в качестве котельного топлива для нужд Верхоянского района РС

А.Е. Мельников, И.И. Колодезников, С.С. Павлов, А.В. Протопопов

Выборочное обследование отдельных территориальных участков Верхоянского района показало, что на его территории имеются отложения торфа с промышленной мощностью торфяного пласта. Определенные лабораторно-технологические параметры свойств полезного ископаемого показывают, что торф и продукты его горения месторождений Табалахской группы (озера Хотогор и Ылах) вполне пригодны для использования в качестве первичного энергоносителя для промышленных и хозяйственно-бытовых нужд региона.

Ключевые слова: Верхоянский район, торф, инженерно-геологические и геокриологические особенности, рельеф, проба, теплотворная способность, горение, газ, ГОСТ.

A selective investigation of some territorial sites of the Verkhoyansk district showed that there are peat deposits with a production capacity of a peat layer. Technological parameters of the mineral properties were tested in the laboratory and it was proved that the peat of fields of Tabalakhsky group (lakes Hotogor and Ylakh) and its combustion products are quite suitable for use as primary power supply for industrial and economic domestic needs of the region.

Key words: Verkhoyansk district, peat, engineering-geological and geocryologic features, relief, test, calorific value, combustion, gas, state standarts.

Открытые на Табалахе запасы торфа надлежит считать большим достижением для заполярного и гористого района, имеющего, к тому же, крайне суровый климат, не благоприятствующий процессам торфообразования и торфо-накопления. Если по разным технико-экономическим причинам вслед за разведкой группы Табалахских месторождений еще не началось их освоение, то не может быть никакого сомнения в том, что острый дефицит в топливе, испытываемый коммунально-бытовыми службами и предприятиями Верхоянского района, заставит вернуться к вопросу об использовании табалах-ских запасов торфа в самое ближайшее время.

Экономические и технические условия добычи торфа на Табалахском месторождении связаны с его географическим положением, суровостью климата, орографией территории, сложными инженерно-геологическими, геокриологическими и гидрологическими условиями, а также хрупкостью северных природных экосистем.

МЕЛЬНИКОВ Андрей Евгеньевич - аспирант, ассистент каф. ТИ (ф) СВФУ; КОЛОДЕЗНИКОВ Игорь Иннокентьевич - д.г.-м.н., проф. ГРФ СВФУ; ПАВЛОВ Сергей Степанович - к.т.н., директор ТИ (ф) СВФУ; ПРОТОПОПОВ Альберт Васильевич - к.б.н., зав. отд. изучения мамонтовой фауны АН РС (Я).

Характеристика месторождений торфа Табалахской группы. Табалахское месторождение торфа принадлежит к котловинам озер Хотогор и Ылах, расположенных соответственно в 4 и 8 км от с. Улахан-Кюель Верхоянского района Республики Саха (Якутия). Верхоянский район, находящийся в северной части Якутии за Верхоянским хребтом, занимает верхнюю и среднюю части бассейна р. Яна. На севере граница района проходит в широтном направлении через устье р. Джанкы - правого притока р. Яна, на западе - по Куларскому хребту, являющемуся водоразделом между рр. Яной и Омолоем; на юге подходит к Верхоянскому хребту (по р. Дулгалах), на востоке - к хребту Тас-Хаяхтах, являющемуся водоразделом между Яной и Индигиркой. Верхоянский район располагается почти полностью за Полярным кругом.

Рассматриваемые объекты (месторождения торфа озер Хотогор и Ылах) приурочены к впадине, расположенной по среднему и нижнему течению р. Табалах - левому притоку р. Туо-стах. С запада, юга и востока впадина окружена возвышенностями - увалами, являющимися водоразделами между р. Табалах - с одной стороны и рр. Адыча и Туостах с их притоками - с другой.

На севере и севере-востоке впадина переходит в широкую долину р. Туостах, отметки ко-

торой примерно лежат на одном уровне с поверхностью озерных котловин Табалаха. Впадина заполнена мощными четвертичными отложениями - тонкими суглинками желтовато-серого цвета. На территории впадины имеется много котловин с озерами в центре их. Площади озер колеблются от одного до сотен гектаров. Глубины озер не превышают 6-7 м. Озерные котловины, в большинстве случаев, соединены неширокими ложбинами, обычно имеющими выход к р. Табалах.

Основную роль в формировании современного рельефа района Табалахской впадины сыграли процессы аккумуляции флювиогляциальных и аллювиальных отложений. Современные формы рельефа произошли от водно-ледниковой, эрозионно-денудационной и озерно-болот-ной деятельности, осложненные криогенными процессами.

Предположительно, рельеф Табалахской впадины образовался в результате явлений термокарста, давшего вследствие вытачивания линз ископаемого льда ряд провальных озер и отдельных котловин. Ложбины же между озерами появились впоследствии в результате эрозионной деятельности поверхностной воды. Такое объяснение косвенно может подтверждаться следующим.

Образовавшиеся указанным образом озера должны были со временем своего возникновения находиться в состоянии покоя и застоя, не подвергаясь промывающему действию текучих вод. В таких озерах, как неглубоких и хорошо прогреваемых, должны были создаться наиболее благоприятные условия для их интенсивного зарастания и торфонакопления. Это и было подтверждено проведенными на Табалахе тор-форазведочными работами. Большинство озер оказались содержащими торф той или иной мощности. Озера Ылах и Хотогор представляют в настоящее время собственно не резервуары воды, а резервуары торфа, в которых свободный слой воды доходит до 0,5 м, а слой торфа - до 5-6 м. Торф залегает не только в озерах, но и на приозерных площадях, ранее являвшихся периферическими частями прежних «больших» озер, а к настоящему времени полностью заторфо-вавшихся.

Характерная особенность торфяных месторождений озер Хотогор и Ылах - они являются озерно-бугристыми торфяниками, образовавшимися путем зарастания озера и имеющими на приозерных заторфованных площадях развитые в той или иной степени бугристые участки с торфяными буграми высотою до 3,5 м и диаметром до 30 м.

а

Озерно-бугристые торфяники месторождений Табалахской группы: а - торфяные бугры на оз. Хотогор; б - торфяные бугры на оз. Ылах

Приозерные заторфованные площадки в настоящее время являются подсушенными, вследствие понижения горизонта воды в озерах, и покрыты вместо болотной луговой злаково-разнотравной растительностью.

На наиболее типичном озерно-бугристом торфянике Ылах микро- и мезорельеф меняется следующим образом, начиная от озера: к берегу примыкает ровная поверхность торфяника - сырой луг; за ней к периферии идут зоны: сначала кочковато-мелкобугристая, затем среднебугри-стая с высотою торфяных бугров до 1 м и наконец крупнобугристая с высотой бугров до 3 м.

Озерные бугристые торфяники в основном сложены торфом озерного образования, состоящим из остатков гипновых мхов и остатков водных растений, а также остатков водно-болотных трав.

К растительным остаткам всегда примешивается в той или другой степени сапропель, образованный остатками и продуктами выделений животных организмов, главным образом, озерного планктона.

Торф озерного образования имеет темно-бурый или черный цвет, является мелкозернис-

Т а б л и ц а 1

Отдельные показатели количественно-качественной характеристики месторождений торфа Хотогор и Ылах

Участок № 1

Показатели заторфованная пло- оз. Хотогор заторфованная площадь вокруг оз. Ылах

щадь вокруг озера озера

Средняя мощность торфа 1,27 2,78 1,76 2,0

Максимальная мощность торфа 2,5 4,9 4,0 4,0

Ботанический состав торфа Гипново-травяной, Травяно-сапропе- Гипново-травяной, Сапропеле-

травяно- левый, гипновый травяно-сапропелевый травяной

сапропелевый с сапропелем с гипнумом с гипнумом

Пнистость Без пней Без пней Пни стволов встречаются в буграх Без пней

Т а б л и ц а 2

Показатели качества торфа месторождений озер Ылах и Хотогор*

Месторождение Уровень степени разложения, % Показатель зольности, % Массовая доля влаги, % Засоренность, % Высшая теплотворная способность торфа, МДж/кг

Оз. Хотогор 45,4-80,1

Оз. Ылах 35,6-75,2

* В скобках указано среднее значение.

тым и хорошо разложившимся. В озерах он круглый год находится в талом состоянии, на приозерных же площадях - в мерзлом состоянии, оттаивая к концу лета лишь на глубину до 0,5 м. В торфе озерного образования почти всегда встречаются в разном количестве раковинки мелких озерных моллюсков.

Крупные торфяные бугры сложены, главным образом в верхних слоях, торфом поверхностного бугрового образования, состоящего из остатков, доминирующего всюду гипнового мха и остатков трав и мелких вересковых кустарничков. Мощность торфа на буграх и в межбугровых западинах резко различная.

Отдельные показатели количественно-качественной характеристики месторождений, полученные при разведке, приведены в табл. 1.

Результаты лабораторных экспериментов по определению состава и технологических свойств торфа. Пробы, отобранные из скважин и горно-разведочных выработок на озерах Ылах и Хотогор, подвергались лабораторному анали-

Покомпонентный состав газа, п(

зу для определения показателей качества торфа с целью оценки пригодности его к использованию в качестве первичного энергоносителя. Показатели качества торфа определены в соответствии с ГОСТ 4.105-83 «Торф и продукты переработки торфа. Номенклатура показателей» (табл. 2).

Кроме того, в ходе выполнения лабораторных работ (сжигания торфа) исследовался состав получаемого газа также для оценки его в качестве энергоносителя и изучалось влияние температуры очага горения торфа на теплотворную способность газа.

Для исследования характеристик газа определялись содержания следующих компонентов: кислород, водород, азот, угарный и углекислый газ, предельные и непредельные углеводороды (метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, пентан) и пары воды.

Полученные результаты представлены в табл. 3, расчетные значения теплотворной способности технологического газа - в табл. 4.

Т а б л и ц а 3

нный при сжигании проб торфа

Проба Кислород Двуокись углерода Азот Окись углерода Водород Вода Метан Этан Этилен Пропан Пропилен Бутан Пентан

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Проба 1-1

1 16,11 25,46 8,51 20,83 5,24 19,74 1,64 0,10 0,29 0,00 2,08 0,00 0,00

2 3,04 50,84 11,99 15,66 0,05 13,52 3,18 0,27 0,49 0,06 0,90 0,00 0,00

3 5,33 60,72 10,79 14,62 0,00 3,12 3,72 0,42 0,66 0,08 0,51 0,03 0,00

4 1,68 55,49 8,00 20,31 0,00 9,05 3,51 0,29 0,84 0,08 0,73 0,02 0,00

5 1,33 65,41 6,75 17,74 0,01 1,65 4,74 0,55 0,92 0,14 0,70 0,04 0,02

6 0,87 70,65 6,55 12,84 0,51 1,58 5,33 0,62 0,72 0,11 0,18 0,04 0,00

7 0,80 72,23 5,79 12,08 0,97 1,57 4,29 0,52 0,52 0,17 1,02 0,04 0,00

8 1,40 70,36 4,72 12,98 0,99 1,61 5,41 0,80 0,73 0,23 0,67 0,06 0,04

9 1,40 72,41 5,99 10,83 0,00 3,08 4,13 0,60 0,71 0,14 0,63 0,05 0,03

10 0,89 76,28 6,25 9,33 0,74 1,46 3,08 0,57 0,68 0,14 0,51 0,04 0,03

О к о н ч а н и е табл. 3

Проба 1-2

1 5,32 45,23 7,65 15,18 0,25 20,14 4,35 0,02 0,23 0,01 1,02 0,00 0,00

2 2,13 49,36 10,22 18,15 0,26 14,56 3,56 0,30 0,38 0,02 1,03 0,00 0,03

3 4,25 58,67 11,74 13,42 0,85 5,13 3,98 0,38 0,54 0,06 0,98 0,00 0,00

4 2,65 59,32 9,32 12,89 0,64 8,82 4,21 0,21 0,94 0,08 0,92 0,00 0,00

5 3,78 60,23 5,99 21,72 0,05 2,31 3,56 0,60 0,82 0,04 0,88 0,00 0,02

6 0,95 65,44 6,78 17,24 0,79 1,87 4,99 0,76 0,64 0,09 0,45 0,00 0,00

7 1,26 69,36 5,44 15,56 0,65 1,62 4,37 0,48 0,49 0,04 0,73 0,00 0,00

8 2,24 71,25 3,99 12,96 0,49 1,35 5,02 0,99 0,68 0,14 0,88 0,00 0,01

9 1,68 70,65 6,23 12,62 0,21 2,86 3,97 0,71 0,55 0,08 0,42 0,00 0,02

10 1,36 73,98 5,78 13,14 0,09 1,22 2,86 0,64 0,48 0,07 0,38 0,00 0,00

Проба 1-3

1 15,42 38,56 7,65 30,25 3,25 2,36 2,03 0,05 0,21 0,21 0,00 0,01 0,00

2 2,96 45,23 9,67 35,58 1,28 2,45 2,05 0,21 0,23 0,34 0,00 0,00 0,00

3 5,21 59,65 9,98 15,18 2,56 2,99 2,66 0,47 0,44 0,84 0,00 0,02 0,00

4 0,98 52,37 8,65 27,78 3,05 3,14 3,07 0,36 0,38 0,21 0,00 0,01 0,00

5 1,21 62,57 7,32 19,30 2,66 2,05 3,69 0,65 0,37 0,18 0,00 0,00 0,00

6 0,66 63,54 7,01 18,40 1,99 1,95 4,67 0,85 0,64 0,29 0,00 0,00 0,00

7 0,35 69,32 6,32 14,56 2,03 1,88 4,03 0,64 0,75 0,11 0,00 0,01 0,00

8 2,54 68,52 5,89 12,91 2,54 1,04 4,69 0,99 0,69 0,09 0,00 0,10 0,00

9 1,65 66,74 4,21 15,45 2,08 2,64 4,99 1,02 0,75 0,27 0,00 0,20 0,00

10 1,47 69,88 4,39 15,51 1,66 2,06 3,65 0,67 0,55 0,08 0,00 0,08 0,00

Проба 1-4

1 2,36 49,65 9,65 22,14 2,03 10,23 2,64 0,16 0,11 0,00 1,02 0,01 0,00

2 2,99 56,12 10,25 12,40 2,58 11,09 2,85 0,32 0,75 0,00 0,65 0,00 0,00

3 4,56 57,82 9,67 14,69 2,74 6,54 2,95 0,24 0,05 0,00 0,74 0,00 0,00

4 3,58 59,34 7,63 16,96 3,06 5,21 2,64 0,36 0,65 0,00 0,55 0,02 0,00

5 3,99 60,38 6,23 18,61 3,01 3,27 2,57 0,61 0,66 0,02 0,64 0,01 0,00

6 3,65 66,64 6,09 12,24 2,58 4,62 2,31 0,55 0,45 0,00 0,85 0,02 0,00

7 3,54 69,02 5,28 13,66 2,03 2,00 2,39 0,48 0,63 0,00 0,97 0,00 0,00

8 2,56 69,08 4,97 13,57 1,96 2,69 2,71 0,77 0,86 0,04 0,76 0,03 0,00

9 2,02 69,32 3,65 14,57 2,57 2,74 3,01 0,56 0,99 0,02 0,55 0,00 0,00

10 3,65 72,03 5,87 7,72 3,15 2,03 3,55 0,44 0,52 0,03 0,99 0,02 0,00

Проба 2-1

1 9,65 43,25 13,32 26,78 0,16 2,54 2,56 0,20 0,36 0,06 1,06 0,05 0,01

2 3,52 56,32 12,65 19,43 0,25 3,65 2,36 0,19 0,45 0,08 1,05 0,04 0,01

3 4,21 62,54 11,45 11,74 0,39 4,58 2,45 0,43 0,98 0,14 0,98 0,09 0,02

4 2,36 58,63 9,65 22,29 0,44 2,57 2,68 0,38 0,47 0,01 0,46 0,05 0,01

5 2,65 67,84 7,65 13,66 0,56 2,64 2,94 0,49 0,69 0,16 0,68 0,04 0,00

6 1,69 71,25 6,94 11,58 0,87 3,14 3,04 0,55 0,49 0,10 0,28 0,07 0,00

7 1,98 73,02 5,98 11,57 0,64 2,09 3,25 0,32 0,34 0,09 0,68 0,03 0,01

8 2,54 71,09 5,03 13,20 0,97 1,56 3,26 0,65 0,64 0,08 0,95 0,01 0,02

9 2,65 72,55 6,21 9,34 0,53 2,98 3,49 0,94 0,72 0,14 0,39 0,06 0,00

10 1,67 76,98 6,34 6,81 0,81 2,06 3,68 0,45 0,61 0,09 0,42 0,08 0,00

Проба 2-2

1 4,32 56,89 8,24 20,87 0,35 4,35 3,41 0,16 0,36 0,03 0,98 0,03 0,01

2 5,62 57,69 9,65 17,33 0,39 5,06 2,65 0,28 0,18 0,05 1,06 0,01 0,03

3 4,78 61,23 9,98 11,12 0,94 6,94 3,09 0,31 0,44 0,06 1,09 0,00 0,02

4 3,99 63,54 10,25 8,13 0,71 7,21 3,98 0,39 0,65 0,08 0,96 0,05 0,06

5 4,58 61,25 7,25 16,41 0,69 3,65 4,09 0,54 0,77 0,09 0,65 0,01 0,02

6 4,32 69,53 7,36 9,21 0,63 1,98 5,03 0,25 0,69 0,14 0,86 0,00 0,00

7 4,02 71,24 6,48 9,06 0,79 2,36 5,03 0,39 0,36 0,09 0,09 0,09 0,00

8 4,87 72,36 5,25 8,34 0,53 1,85 4,68 0,47 0,77 0,08 0,77 0,02 0,01

9 5,02 73,56 7,16 5,35 0,38 3,08 3,56 0,39 0,69 0,02 0,69 0,08 0,02

10 5,32 74,19 6,32 6,67 0,21 2,09 3,58 0,55 0,52 0,06 0,47 0,00 0,02

Т а б л и ц а 4

Расчетные значения теплотворной способности технологического газа, полученного при сжигании торфа

В процессе лабораторных работ дополнительно исследовалось влияние температуры газификации (горения) торфа на содержание горючих компонентов, теплотворной способности, удельного объема газа и числа Воббе.

Анализ полученных результатов показывает, что для получения максимального количества горючих компонентов газа необходимо поддержание температуры очага горения в пределах 360-420°С для участка оз. Хотогор и 380-420°С для участка оз. Ылах. При заданной температуре содержание горючих компонентов в газе составит 33,5-34,0% и 26,5% от общего объема полученного торфяного генераторного газа соответственно.

С другой стороны, оптимальными температурами для получения максимальной теплотворной способности являются для участка оз. Хото-гор 420-520°С, а для участка оз. Ылах 420-500°С. При поддержании в очаге горения заданных интервалов температур получается торфяной генераторный газ с теплотворной способностью 5,2-5,3 МДж/м3 (уч. оз. Хотогор) и 4,8 МДж/м3 (уч. оз. Ылах).

Данное отличие температур связано с замещением в интервале температур 350-550°С водяных паров и угарного газа углеводородами при относительном постоянстве водорода в составе горючих компонентов газа.

Основной величиной, характеризующей постоянство теплового потока, получаемого при сжигании газа, является число Воббе. При этом различие чисел Воббе для торфяных генератор-

ных газов, используемых в одной и той же горелке, должно быть минимальным. Результаты числа Воббе, при максимальной теплотворной способности для участков оз. Хотогор («4,9 МДж/м3) и оз. Ылах («4,25 МДж/м3), позволяют говорить о возможности совместного использования данных генераторных газов только при увеличении давления дутья для газа, полученного на участке оз. Ылах.

Таким образом, торф и продукты его горения месторождений Табалахской группы пригодны для использования в качестве котельного топлива.

Литература

Геология Якутской АССР / Под ред. Л.И. Красного. - М.: Недра, 1981.

Инструкция к проведению поисковых и поисково-оценочных работ на торф / В.Д. Марков, Л.С. Ми-хантьева, В.Г. Матухина и др.; отв. ред. В.П. Данилов. - Новосибирск: СНИИГГИМС, 1994.

Инструкция по разведке торфяных месторождений СССР / Под ред. Н.Т. Короля, В.Д. Маркова, А.В. Предтеченского и др. - М.: ПГО «Торфгеоло-гия», 1983.

Казаков Н.А. и др. Отчет о работах по поискам подземных вод для объекта Улахан-Кюель (Табалах) Верхоянского района Якутской АССР в 1979-1982 гг. - Батагай, 1982.

Лаврухин В.А. Отчет о работе Табалахской торфяной партии за 1954 г. - Батагай, 1955.

Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. - Минск, 1975.

Методические указания по производству детальных поисков торфяных месторождений / Под ред. Н.Т. Короля, В.Д. Маркова, А.В. Предтеченского. -М.: ПГО «Торфгеология», 1984.

Попов В.Ф. Отчет «Геокриологические условия Табалахского месторождения торфа». - Якутск, 2012.

Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия). - М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001.

Поступила в редакцию 16.11.2012

№ | Номер пробы | Теплотворная способность, МДж/м3

Оз. Хотогор

1 1-1 6,17-3,85

2 1-2 5,71-3,79

3 1-3 5,82-4,41

4 1-4 5,15-4,20

Оз. Ылах

5 2-1 5,64-3,55

6 2-2 5,17-3,38