День шахтера-2019

АСМ-РЕСУРС-2019


Исследователи горы «огнедышащей»

Скоро, по историческим меркам, Кузбасс будет отмечать 300-летие с момента открытия месторождения угля — главного на сегодня богатства нашей области


Уважаемые читатели! Появление данной статьи связано, во-первых, с тем, чтобы показать, что наряду с известными полезными ископаемыми Кузбасс располагает горелыми породами, которые могут представлять интерес для строителей. Во-вторых, в год юбилейных дат образования нашей области и городов Кемерово и Новокузнецка вспомнить и отдать дань глубокого уважения памяти известных геологов, изучавших Кузнецкий угольный бассейн, открывших в Кузбассе месторождения угля, коренным образом изменившего социально-экономическое развитие индустриального края и ставшего надежной опорой нашего государства. В-третьих, обратить ваше внимание на то, что Кузбасс всегда привлекал ученых многих отраслей экономики, промышленности с целью инженерного решения комплексных задач, важных для развития передовых технологий и получения нужных результатов.

В Кемерове создан и действует музей-заповедник «Красная Горка», на его территории находится главный памятник Кузбасса — «горелая гора», которая позволила Михайле Волкову открыть каменный уголь. Музей-заповедник бережно хранит все исторические материалы, связанные с этим событием, определившим поступательное развитие областного центра и всего Кузбасса.

Валентин Арапов,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лауреат премии Кузбасса, член Совета старейшин при губернаторе Кемеровской области.


Первые сведения об этом были связаны с обнаружением рудознатцем Михайлом Волковым в 1721 году в семи верстах по реке Томи от Верхотомского острога «горелой горы» 20 сажень высотою.

Впоследствии известный геолог, исследователь Кузнецкого бассейна, В.И. Яворский в 1915 году наблюдал открытую М. Волковым «горелую гору» в обнажении на правом берегу реки Томи против нижнего конца города Щегловска (ныне — Кемерово). В местах выхода на поверхность пласты угля, ныне Волковский и Кемеровский, горели. При этом исследования В.И. Яворского показали, что горение начиналось с кровельной части пласта, температура развивалась до 1 000-1 200 градусов, что обуславливало не только обжиг кровельных пород пласта угля, но и их ошлаковывание, а при остывании — цементацию обломков пород кровли.

Известный геолог М.А. Усов считал, что выгорание приурочивается к более или менее резким положительным формам рельефа района, что негорелые породы хорошо сопротивляются денудации. В.И. Яворский же говорил, что такое мнение противоречит многочисленным наблюдавшимся им фактам не только в Кузнецком, но и в других бассейнах, где каменноугольные пожары имели место с отрицательным рельефом и что в основном именно горелые породы обусловили холмистый рельеф в местах развития каменноугольных пожаров там, где они достигали наибольшей интенсивности, при которой температура поднималась до 1 000-1 200 градусов, вызывая ошлакование породы кровли угольных пластов, что и обусловило их сопротивление денудационным процессам.

С мнением В.И. Яворского нельзя не согласиться, так как это подтверждается данными при производстве вскрышных работ на действующих угольных карьерах.

После того как М. Волков обнаружил «горелую гору», многими исследователями Кузбасса неоднократно отмечалось наличие горелых пород во многих местах угольного бассейна. Уже первой экспедицией, изучавшей Кузнецкий бассейн, которую возглавлял доктор медицины Д.Г. Мессер­шмидт, отмечалась Gasir-taw (Mans Vulkanig), та самая «огнедышащая» гора, о которой позже, в 1734 году, академик И.Г. Гмелин писал «…мы достигли реки Абашевой, через которую и переправились. Тут поблизости находится деревня Безруково, от которой на расстоянии неполной версты мы нашли эту гору, которую искали, почти у самой реки Томи… Когда мы приблизились, то увидели дым, выходящий у ее подножия. В нескольких местах этот дым вблизи издавал неприятный запах. Наконец мы подошли к самому месту горения и, рассмотрев тщательно, убедились, что дым выделяется вследствие горения смолистой земли грунта, залегающей неглубоко от поверхности».

Как отмечает В.И. Яворский, «остатки этого пожара можно наблюдать и теперь на правом берегу реки Томи в 2 километрах выше устья реки Абашевой, где в небольшом логу выступают обожженные породы». Было установлено, что горел пласт угля юрского возраста (конгломеративная свита).

Помощником Д.Г. Мессершмидта Таббертом в 1730 году было замечено: «…у Абинских гор (Abinischen Tataren) имеется такое место, где по временам выделяются дым и пламя из горы».

Академик Б.Ф.И. Герман в 1798 году сообщает о погасших псевдовулканах, происхождение которых он приписывает угольным пожарам, остатки коих им наблюдались у деревни Коноваловой по реке Ине и у деревни Казанковой по реке Томи.

В 1846 году Г.Е. Щуровский отмечал, что ниже устья реки Ерунаковой, километрах в четырех, наблюдал каменноугольный пожар на левом берегу реки Томи, а в Соколиных горах он наблюдал обожженные и ошлакованные породы.

Впервые, при изучении северной части Кузнецкого бассейна, в работе А.М. Зайцева отмечаются обнажения обожженных пород на левом берегу реки Малой Промышленки (левый приток реки Большой Промышленки).

Обнажения обожженной породы по реки Мереть в 1896 году отмечаются П.Н. Бенюковым.

Б.К. Поленов указывает на следы каменноугольного пожара у выхода пласта угля среди песчаников по реке Северной Уньге у деревни Плотниково, в 1896 году он наблюдал у деревни Теплой (район деревни Каргай) выходы обожженной глины. Небольшие обнажения обожженных пород юрского возраста (конгломеративная свита) наблюдались Б.К. Поленовым по рекам Степному и Черному Уропу, выше деревни Сартаковой. Им впервые отмечается распространение обожженных пород у деревни Зенковой на левобережье реки Аба по реке Уралья.

Согласно В.И. Яворскому, долина реки Ускат характеризуется обилием обожженных пород. Эти породы встречаются по рекам Верхняя и Нижняя Тыхта, Талда, Каргай, Черневой Нарык, Салаирчик, Кальчигиз. К западу от деревни Черкасовой (ныне Киселевск) выделяется по своей высоте Долгий Камень, сложенный обожженной породой.

В районе деревни Карагайлинская В.И. Яворским отмечено, что в направлении на юго-восток от этого месторождения большим развитием пользуются обожженные породы, которые указывают на присутствие там сгоревших пластов угля.

Следы древних пожаров значительно распространены, как отмечает В.И. Яворский, в основном в Сибири и Средней Азии, за исключением Восточно-Ферганского угольного бассейна. Остатки пожаров наблюдаются в Канско-Ачинском, Минусинском и Иркутском бассейнах, в Якутии, в Тырмабуреинском районе, на Сахалине. Однако наибольшее число древних угольных пожаров было в Кузнецком бассейне.

Следовательно, можно делать вывод о том, что и запасы природных горелых пород сосредоточены в основном в Кузбассе. Наибольшее число пожаров в Кузбассе, безусловно, не могло не сказаться и на степени их обжига в среднем по бассейну в сравнении со степенью обжига горелых пород в других угольных бассейнах.

Месторождения горелых пород в Кузбассе местами представлены в виде отдельных холмов или гряд высотой более 50 метров и носящих названия гор например горы Тайбинские и Соколиные, Длинный Камень.

Более двух столетий ученые разных поколений обращались к горелым породам Кузбасса. Такое внимание к ним можно объяснить, во-первых, тем, что месторождения горелых пород являются существенным признаком наличия месторождений угля, так как горелые породы всегда сопутствуют угольным месторождениям. Во-вторых, горелые породы обладают целым рядом положительных свойств, которые могут быть использованы при применении их в строительстве.

В середине прошлого столетия Западно-Сибирским геологическим управлением (ЗСГУ) были проработаны материалы с подсчетом запасов по 60 месторождениям и участкам распространения горелых пород Кузбасса, а также была составлена регистрационная карта месторождений горелых пород.

Наибольшие запасы природных горелых пород сосредоточены в Прокопьевско-Киселевском геолого-экономическом районе — 75-85 миллионов кубометров и в Кемеровском геолого-экономическом районе — более 20 миллионов, то есть в основных экономических районах Кузбасса с развитой промышленностью. Общие запасы природных горелых пород составляли более 100 миллионов кубометров.

По данным Б.М. Алтын-Баша, размеры площадей участков, занятых горелыми породами, в Кемеровском районе составляют от десятков до сотен тысяч квадратных метров. Во всех случаях горелые породы прослеживаются на больших расстояниях по простиранию. Запасы для открытой добычи, по его данным, составляют 21,9 миллиона кубометров, мощность горелых пород в среднем составляет от 25 метров, а в отдельных случаях достигает 40-50 метров.

Вскрышные работы при добыче горелых пород, как правило, составляют небольшой объем, что обуславливается прежде всего тем, что горелые породы слагают возвышенности — сопки (гора Караул, сопки Поварниха, Концессия и другие в Прокопьевско-Киселевском районе), то есть наносы или маломощны, или почти отсутствуют.

Гидрогеология месторождений горелых пород благоприятствует ведению открытых работ по их добыче. Горелые породы в большинстве своем, осушены, так как верхняя часть их дренирована долинами речек и логов. Необходимо иметь в виду, что некоторые месторождения горелых пород оказываются в зоне подработок подземными горными выработками, что следует учитывать при организации их добычи.

Добыча и переработка горелых пород ведется в специальных карьерах или при селективной вскрыше угольных пластов на угольных карьерах. При этом во время разведки угля необходимо проводить исследования с целью определения качества и запасов горелых пород на данном месторождении.

Природные горелые породы являются продуктом длительного высокотемпературного обжига в недрах земли коренных пород алюмосиликатного состава, представленных аргиллитами, алевролитами и песчаниками, в результате древних каменноугольных пожаров.

Основные факторы, определяющие склонность угля к самовозгоранию, следующие:

1. Склонность вещества угля к окислению.

2. Условия притока воздуха (аэрация).

3. Условия теплообмена с окружающей средой.

Последние два фактора непосредственно определяются условиями залегания, способами разработки.

Установлено также, что самовозгорание непосредственно связано с разрыхлением угля, вызванным тектоническими нарушениями, раздавливанием целиков и отбойкой при их добыче.

Самовозгоранию предшествует низкотемпературное окисление, которое повышает горючесть каменного угля. Причем склонность к такому окислению увеличивается с увеличением степени его разрыхления, то есть степени нарушения его структуры при тектонических сдвигах. Этим объясняется тот факт, что некоторые пласты угля одинакового химического и петрографического состава могут иметь в различных местах различную склонность к самовозгоранию.

Есть основания предполагать, что процесс обжига коренных пород в недрах земли при древнеугольных пожарах и был следствием тектонической деятельности земной коры, что способствовало самовозгоранию угля и возникновению мощных подземных пожаров.

Например, в Кузбассе, на Новобалахонском участке Кемеровского месторождения горелых пород, глубина выгорания пласта Волковского достигает 120 метров при мощности горелых пород 40-50. Пласты угля горели по простиранию на 3-5 километров непрерывно, а иногда небольшими участками. Причем установлено, что угольные пласты горели от кровли к почве, а не наоборот, и что породы в почве пласта не обжигались. После сгорания оставался небольшой прослоек желтовато-белой породы, напоминающий пластичную глину.

Оставшиеся пустые пространства после выгорания угольного пласта, особенно при выгорании мощных пластов, заполнялись породами обрушившейся кровли, но такое заполнение наблюдалось не всегда. В частности, в одной из горных выработок (Прокопьевск), о которой пишет В.И. Яворский, натолкнулись на такую пустоту. После того как из этой пустоты ушла вода, геологи проникли в ее хранилище и оказались в куполоподобной камере диаметром 4 и высотой 2 метра. Было обнаружено, что стенки и свод этой камеры сложены обожженными и оплавленными породами, причем сама порода была представлена кусками угловатой формы и различной величины.

И.П. Фальк, участник экспедиции П.С. Палласа по изучению Кузнецкого бассейна, отмечая наличие в Колыванских горах и во многих других гористых местах шиферного угля и горючего сланца, писал о том, что в 1771 году одна из таких гор у деревни Афонино загорелась от молнии, в результате чего сгоревшие уголья оставили рыхлую землистую окалину, а перегорелая глина получила красный цвет. Вот что он пишет об угольном пожаре в зоне реки Томи: «С начала сего столетия горит угольная гора на правом берегу Томи, в 20 верстах выше Кузнецка, которую осматривал покойный Гмелин, да и я был на ней в 1771 году. Огонь был со стороны реки наполовину высоты горы, и снег на расстоянии 10 сажень растаял, далее же я не мог рассмотреть поверхность горы… Оное место было покрыто красно-обожженной, несколько затверделой глиной и только так горячо, что можно на него взойти. Оно было все в расселинах, из которых выходили горячие пары, испускающие горно-смоляной запах, показывавшие по ночам огненные струйки и зажигавшие воткнутую палку. Можно было бы легко сделать копь, но слышна была такая пустота, что можно было опасаться, дабы не провалиться».

Говоря об угольных пожарах на горе Орлиной у села Афонино, В.И. Яворский указывает на то, что оплавленные и ошлакованные породы, залегавшие в кровле пласта частично в виде щебенки, на его выходе на поверхность выступают там высокими гребнями, благодаря отпропарированию их денудационными и эрозионными процессами, как остатки весьма стойких против выветривания образований. Размеры этих гребней указывают на большую древность имевших там место каменноугольных пожаров.

Наиболее сильно развитые подземные каменноугольные пожары наблюдались в дочетвертичное время при более сухом и теплом климате. О времени начала возникновения этих пожаров сведений пока нет. Однако, по мнению В.И. Яворского, с несомненностью можно констатировать, что древние пожары в основном закончились до начала четвертичного периода, то есть более 2 миллионов лет тому назад. Эти пожары пироморфически изменили породу, составляющую кровлю пластов угля, придав ей керамические свойства, а тем самым особую устойчивость против процессов выветривания и размыва. Это подтверждается, в частности, геоморфологией Кузбасса. Например, в юго-западной части бассейна в результате того, что выгорание пластов угля с поверхности происходило не по всему простиранию, а только на определенных его участках и в результате длительных денудационных процессов, наблюдается большое количество холмов и гряд различной формы, которые сложены из горелых пород, они вытянуты по простиранию пластов угля, достигая значительной высоты.

Таким образом, можно делать вывод о том, что аналитический материал известных геологов, изучавших Кузнецкий угольный бассейн, свидетельствует о наличии в Кузбассе больших запасов горелых пород, продукта каменноугольных пожаров, пироморфически изменивших породу кровли пластов угля, придав им особые физико-химические свойства и представляющие в этой связи интерес ученых по возможности их применения для получения различных видов строительных материалов.

Комплекс научно-исследовательских и экспериментальных работ по изучению и использованию в строительстве горелых пород Кузбасса в 60-80-е годы прошлого столетия был выполнен в проблемной лаборатории при кафедре строительных материалов Новосибирского инженерно-строительного института имени В.В. Куйбышева под руководством и при непосредственном участии доктора технических наук, профессора Г.И. Книгиной, а также в Кузнецком научно-исследовательском институте строительства угольных и горнорудных предприятий «КузНИИшахтострой» (Кемерово).

Этими работами было показано, что горелые породы могут быть использованы для получения деталей и изделий из бетонов, полученных на их основе, с различными видами вяжущих, цементами, в том числе и бесклинкерного. Особенность горелых пород — высокая микропористость, как следствие появление микрощелей при обжиге и достаточно высокая адсорбционная активность, поэтому они являются также хорошим наполнителем для асфальтового вяжущего и различных полимерных мастик.

Керамическая природа горелых пород характеризует их как сырье, которое может быть надежной базой для получения жароупорных бетонов, стойких при температурах до 1 000 градусов. Все это доказано производственными испытаниями, результаты которых изложены в прилагаемой к этой статье литературе.

Валентин Арапов


Литература.
1.Зворыкин А.А. К истории Кузнецкого угольного бассейна. Вопросы экономики №3, издательство АН СССР, 1948
2.Яворский В.И. Очерк по истории геологического исследования Кузнецкого бассейна. Под редакцией В.В. Мокринского. Госгеолтехиздат, М, 1962
3.Усов М.А. Состав и тектоника месторождений Южного района Кузнецкого бассейна. Новосибирск, 1924
4.Герман Б.Ф.И. О сибирских рудниках и заводах, собранных надворным советником и академиком И. Германом. СПб при АН. Ч.2, 1798
5.Щуровский Г.Е. Геологическое путешествие по Алтаю. М.1846
6.Зайцев А.М. Геологическое исследование вдоль линии Сибирской железной дороги в области рр. Яя, Кии (предварительный отчет). Горный журнал, т.1, 1893
7.Яворский В.И. Современные и древние пожары ископаемых углей. Природа №2, 1960
8.Алтын-Баш Б.М. Краткое геологическое заключение по «горельникам» в Кемеровском геолого-экономическом районе Кузбасса. Ленинск-Кузнецкий, 1961
9.Веселовский В.С. Испытание горючих ископаемых, Госгеолиздат, М, 1951
10.Фальк И.П. Записки путешествия, 2 тома. Полное собрание ученых путешественников по России. Издательство АН, т.6, СПб, 1824, т.7, 1825
11.Яворский В.И., Кумпан С.В., Геологоэкономический очерк Кузнецкого бассейна. Доминиковский В.Н. Госгеолиздат, М, 1941
12.Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород. Стройиздат, М.1966
13.Книгина Г.И. Стройматериалы из горелых пород Кузбасса. Кемеровское книжное Издательство, 1960
14.Арапов В.П., Косаник А.В. Жароупорные бетоны на основе пород, обожженных в природных условиях. В книге «Строительство промышленных печей и дымовых труб». Минмонтажспецстрой, М, 1967.
15.Арапов В.П., Семенов Б.С. Опыт заводского изготовления и применения блоков из жароупорного бетона на основе горелых пород Кузбасса. В сб. «Тепломонтажные и изоляционные работы», вып.1 (55) Минмонтажспецстрой, ЦБТИ, М, 1968