ТЕМА: ЗАДАЧИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

1 Детализация геологической службы на угольных шахтах

Горнотехнические условия эксплуатации месторождений на шахтном поле зависят от складчатых и особенно разрывных нарушений.

Тщательный анализ материалов по тектонике шахтного поля, смежных шахт, месторождения позволяет выявить закономерности в проявлении складчатых нарушений, связь с ними разрывных нарушений, признаки проявлений, пространственное взаимоотношение разрывных нарушений различных азимутов.

1Складчатые нарушения уточняются в основном в процессе проходки подготовительных выработок, когда при геологической документации фиксируются элементы залегания пород.

Пространственное положение складчатых структур на вскрытых участках выявляют и уточняют с помощью построения разрезов, гипсометрических планов, проекций и т.п. Эти материалы позволяют прогнозировать характер проявления складчатости на невскрытых участках, нижних горизонтов и соседних пластах. Иногда проходят разведочные выработки для уточнения элементов складчатых структур.

2 Разрывные нарушения

Степень интенсивности разрывной нарушенности шахтного поля, отдельных выемочных участков, горизонтов, пластов может быть оценена с помощью коэффициента К.

К=L/S

L – суммарная длина нарушений, м.

S – площадь оцениваемого участка, га.

Для вычисления (К) рекомендуется разбивать оцениваемую площадь на участки размером 250 х 250 м.

Важной задачей при изучении разрывных нарушений является выявление прямых признаков движения крыльев пласта:

1. Следы скольжения на стенках сместителя (штрихи). Направление перемещения искомого крыла вдоль следов скольжения иногда можно установить по ступенчатости и поверхности стенок сместителя и изменением глубины борозд (движение происходит в направлении углубления ступенек и уменьшения глубины борозд). Отбираются ориентированные образцы и изучаются под бинокулярной лупой.

По следам скольжения удается определить линию перемещения, но не действительное его направление. С целью определения ориентировки следов скольжения по отношению к простиранию сместителя замеряется угол φ между направлением восстанием следов скольжения и простиранием сместителя.

2. «Угольный шов» - проводник (трещина сместителя, заполненная переменным углем), который располагается с одной стороны крыла нарушения и указывает направление перемещения

3. Зональность «тектонической глинки», заполняющей трещину. Из «тектонической глинки» отбираются пробы для определения зольности. В направлении перемещения зольность повышается.

4. Подвороты (изгибы) угольных пластов вблизи сместителя. Они направлены в сторону смещения.

5. Изменение очертаний зерен мягких минералов. В результате перемещения они имеют с одной стороны прямоугольные очертания, а с другой – волнистое. Перемещение крыла направлено в сторону волнистого края зерен этих минералов.

6. Смещение по трещинам, определяющим сместитель (особенно по тем, которые параллельны сместителю). По характеру смещения эти трещины обычно аналогичны изучаемому разрывному нарушению.

При изучении разрывных нарушений в процессе эксплуатации решаются следующие задачи:

1. Уточнение разрывных нарушений, выявленных при детальной разведке. С этой целью в процессе эксплуатации проходят специальные горные выработки и скважины. Система разведки определяется в основном морфологией разрывных нарушений.

2. Изучение разрывных нарушений, вскрытых горными выработками при эксплуатации. При встрече горной выработкой разрывного нарушения с амплитудой смещения, превышающей размеры выработки, необходимо отыскать смещенное крыло пласта.

В этих условиях горная выработка должна пересечь сместитель и войти на 1 – 2 м в породы противоположного крыла. Сопоставляя геологический разрез пород на обоих крыльях, можно установить направление смещения и его стратиграфическую амплитуду.

При пологом залегании пласта, в случае перекрытия, проходят вертикальную выработку (скважина), а в случае зияния – наклонную выработку параллельно сместителю. При расшифровке разрывного нарушения, кроме направления действительного перемещения крыльев, необходимо задать величину истинной (полной) амплитуды R, которую практически нельзя замерить ни в горных выработках, ни на планах и разрезах. Определение истинной амплитуды R производится по известной нормальной амплитуде N.

R = N/Cos α

Где α – угол меду направлением перемещения и нормалью к пласту, измеряемый в плоскости, проходящей через эти направления (линии).

Сотрудниками лаборатории шахтной геологии ВНИМИ разработана методика , которая рекомендована для изучения разрывных нарушений, вскрытых горными выработками, и их прогноза на глубину и по площади. Геометризация разрывного нарушения производится с помощью построения модели (эпюра) сместителя. Эпюра – изображение амплитуд перемещения (от нулевого до максимального значения) в плоскости сместителя в виде изолиний. Нулевая изоамплитуда оконтуривает сместитель и определяет его форму и размеры.

Как показали построения, сместитель имеет форму близкую к эллипсу с большой осью L’ (длина сместителя) и малой Н, называемой высотой сместителя. С направлением малой оси Н совпадает линия действительного перемещения крыльев.

Работами лаборатории шахтной геологии ВНИМИ для ряда шахтных полей установлена прямая зависимость между величинами R, L, H.

Для Кузбасса H = 20 R, L = 60 R, L = 3 H.

Для Караганды H = 22 R, L = 80 R, L = 3 H.

Данная методика должна дополнятся изучением комплекса геологических признаков, характеризующих параметры разрывных нарушений (изучение трещиноватости и крепости угля у зон разрывных нарушений).

3. Прогноз не вскрытых горными выработками разрывных нарушений.

В процессе эксплуатационной разведки часто не улавливаются малоамплитудные нарушения, которые появляются при проходке подготовительных и очистных выработок. С целью снижения вредного влияния малоамплитудных нарушений на эксплуатацию, весьма важен их прогноз, позволяющий оценить вероятность появления малоамплитудных нарушений, их элементы и размеры, расстояние от забоя до прогнозируемого разрывного нарушения (изучают трещиноватость угля и пород, крепость угля).

Классификация трещин, учитывающих их генетические и морфологические особенности:

1. Нормально секущие трещины по расположению к простиранию слоя подразделяются на продольные, поперечные и диагональные. Они имеют эндогенное происхождение и связаны с напластованием, т.е. образовались в процессе деформирования слоя угля.

2. Кососекущие трещины (по отношению к напластованию) имеют экзогенное происхождение, возникают в процессе складчатости и образования разрывных нарушений. Они могут быть сколовыми и отрывными. Трещины отрыва обычно криволинейны часто резко изменяют направление на контактах литологических размывных слоев. Протяженность их небольшая. Часто наблюдается минерализация на стенках, следы перемещения отсутствуют. Трещины скалывания, характеризуются значительной протяженностью, прямолинейностью, наличием следов скольжения м перемещений, очень редко минерализованы, стенки трещин соприкасаются.

Кроме вышеназванных трещин, образующихся под влиянием природных факторов, возникают трещины, связанные с горными работами.

К ним относятся:

1. Трещины обусловленные разрядкой напряженного состояния массива горных работ и горным давлением. Они кососекущие, имеют зияние (до 20 см), стенки их неровные. Развиваются они главным образом в очистных забоях и на сопряжении нескольких выработок, круто падают в сторону выработанного пространства, параллельны груди забоя.

2. Трещины образующиеся вследствие буровзрывных работ, характеризуются слабой изогнутостью, шероховатыми и раковистыми поверхностями. Они наиболее четко проявляются в жестких пародах, слабо развиты в угле.

Трещиноватость представляет интерес как один из факторов прогноза разрывных нарушений. Она оказывает большое влияние на разработку угольных пластов, с одной стороны способствует отделению угля при правильно выбранном направлении забоя, а с другой – понижает устойчивость пород кровли, создает благоприятные условия для проникновения газа в выработки др. Изучение трещиноватости на шахтах состоит в определении систем трещин, их интенсивности, степени ослабления прочности пород и угля.

Для изучения трещин выбирают участки наиболее доступные для наблюдений. При этом шахтный геолог должен учитывать данные по трещиноватости, полученные по керну скважин при детальной разведки. По каждой выделенной системе трещин производят 20 – 25 замеров элементов их залегания. На ненарушенных участках расстояния между станциями замеров трещин в угле составляют 400 – 500 м по простиранию и 100 – 200 м по падению. Трещины во вмещающих породах изучаются на горизонтах отработки через 400 – 500 м по простиранию.

При крутом падении изучается трещиноватость пород почвы. На участках, где развиты или предполагаются разрывные нарушения, сеть станций наблюдений сгущается, особенно вблизи нарушений. Системы трещин выделяются в процессе камеральной обработки методом построения круговых диаграмм с помощью картографических сеток.

Для прогноза разрывных нарушений в пределах шахтного поля применяется следующая схема их изучения:

1. Анализ всех материалов, полученных при изучении разрывных нарушений на отработанных участках.

2. Изучение гипсометрии (корреляционная связь между величиной радиуса кривизны r изогипс угольного пласта и интенсивностью проявления малоамплитудных разрывных нарушений) угольных пластов и выявление участков с радиусом кривизны r, равным 300 м.

3. Изучение трещиноватости в подготовительных выработках, с целью установления дюны трещиноватости.

4. Выделение по соответствующим признакам системы трещин (среди вновь выявленных систем), параллельных сместителю, т.е. определение простирания сместителя.

5. определение с помощью угловых соотношений между полюсами трещин и осями напряжений ориентировки осей δ₁, δ₂, δ₃. По ним строят эпюры разрывных нарушений, а по геологическим признакам определяют направление перемещение крыльев.

6. отбор образцов для определения крепости угля в условиях спокойного залегания и по более густой сети в зонах повышенной трещиноватости. Определение ширины зоны повышенной трещиноватости b и значений L и L₁,для зоны пониженной крепости угля, по которым устанавливаются амплитуда разрывного нарушения N и расстояние до сместителя. Протяженность разрывного нарушения l определяется из отношения l/N.

7. Выбор на основе полученных данных методики дальнейших работ по выявлению разрывных нарушений (бурение скважин, проходка горных выработок).

2 Уточнение выходов угольных пластов под наносы и изучение размывов поверхности коренных пород

При разведке в условиях мощных покрывающих отложений выходы угольных пластов под наносы обычно прослеживаются скважинами на разведочных линиях и редкими скважинами между ними.

Изучение выходов угольных пластов при мощности наносов до 20 м целесообразно осуществлять бурение скважин с поверхности.

1. Метод «вилки».

2. При наносах более 20 м бурятся восстающие скважины из ближайших горных выработок. Расстояние между скважинами на выходе пласта в зависимости от сложности конфигурации выхода составляют 50 – 100 м. Одновременно с уточнением выхода пласта проводится дополнительное изучение рельефа коренных пород, в котором могут проявляться древние размывы, заполненные рыхлыми водоносными отложениями. Эти углубления осложняют отработку верхних горизонтов и представляют опасность при проходке подготовительных выработок (прорыв подземных вод, ослабление пород кровли и т.д.). Иногда размывается разрабатываемый пласт.

Пример: изучение размывов на Воркутском месторождении (по данным В.И. Яцука и В.Ф. Копченова).

Изучение «долин» осуществлялось бурением с поверхности, подземными скважинами и комбинацией этих способов бурения.

Скважины размещались по разведочным линиям, задаваемым вкрест преобладающего простирания тальвега «долины». Один профиль располагался вдоль наиболее глубокой её части. Для «долин», имеющих в плане прямолинейное простирание, расстояние между разведочными линиями принималось равным 200 – 250 м, при извилистых очертаниях – до 100 м. Расстояние между скважинами на продольном профиле в зависимости от угла наклона тальвеговой части «долины» составляло 50 – 100 м.

В тех случаях, когда горные выработки приближаются к установленному размыву, из ближайшего штрека через 50 – 100 м бурятся передовые скважины с целью уточнения положения контакта рыхлых отложений с коренными породами.

Если штреки (бремсберги) вентиляционного горизонта субпоперечны простиранию «долины», положение и характер ближайшего ее борта уточняется бурением скважин из призабойной части выработки.

Одна скважина бурится горизонтально с целью определения наличия или отсутствия размыва угольного пласта, две скважины бурятся вверх под углами 25º и 50º.

Когда породы выполняющие размыв водоносны, пробуренные скважины могут быть использованы как дренажные. В этом случае необходимо соответствующее оборудование их устьев.

При выявлении и прослеживании размывов поверхности коренных пород следует использовать геофизические методы.

3 Изучение мощности угольных пластов, их строения и качества углей

При планировании эксплуатационных работ и подсчете запасов углей различают несколько видов замеряемой мощности угольных пластов.

1. Общая геологическая - суммарная мощность угольных прослоев от кровли до почвы пласта.

2. Общая полезная – суммарная мощность угольных пачек и породных прослоев в той части угольного пласта, которая удовлетворяет требованиям кондиций.

3. Кондиционная (рабочая) – суммарная мощность угольных пачек породных прослоев в той части угольного пласта, которая удовлетворяет требованиям кондиций.

4. Кондиционная полезная (подсчетная) – суммарная мощность угольных пачек, учитываемых при подсчете запасов.

5. Вынимаемая – суммарная мощность угольных пачек и породных прослоев, вынимаемых при разработке пласта.

6. Вынимаемая полезная – мощность угольных пачек вынимаемой части пласта без прослоев породы.

Мощность угольных пластов на отдельных участках шахтного поля в ряде случаев подвержена значительным колебаниям, существенно влияет на добычу угля.

На Воркутском месторождении установлено, что одним добычным комплексом пласт может быть отработан полностью при коэффициенте вариации мощности V_m не более 12%, при V_m = 12 – 20 % отрабатывается только 70 – 80 % площади пласта.

Вывод: колебания мощности пласта ведут к потерям угля, либо к необходимости изменения технологии добычи.

При оценке изменений мощности пласта необходимо выявлять вызвавшие их причины. Главными из них являются:

1. Неровность ложа, где происходило накопление исходного материнского вещества.

2. Сингенетичные (совместно, или одновременно образовавшиеся) и эпигенетичные (вторичные процессы, ведущие к преобразованию), по отношению ко времени образования угольного пласта, размывы.

3. Тектонические условия проявления, изменения мощности пласта в ряде случаев обусловлено внедрением даек изверженных пород, карстовыми явлениями. Иногда мощность уменьшается на выходах угольных пластов под наносы.

При документации участков изменения мощности пласта, связанного с его размывом, особое внимание следует обратить на:

1. характер контакта вмещающих пород с угольным пластом (поверхность контакта менее ровная, чем при тектоническом нарушении, наблюдаются отколовшиеся то пласта куски неразмытого угля, наличие сажи на контакте);

2. форму замещения угля (замещающие породы проникают в угольный пласт под относительно крутыми углами);

3. материал замещения (более грубозернистый, чем породы кровли и почвы, встречается галька, породы размыва часто более светлые).

Поскольку размыв представляет собой ископаемое русло водного потока и имеет уклон в сторону устья, что, следовательно, в этом направлении он будет расширятся по площади и углубляться.

Изменения мощности пласта (пережимы, раздувы) связанные тектоническими проявлениями, в отличии от первичных изменений, обусловленных неровностью ложа, неравномерностью накопления и размывами, характеризуются нарушенностью угля (до сажи), часто наличием обломков пород из прослойков или из почвы и кровли с зеркалами скольжения.

В пережимах и раздувах крепость угля обычно понижается, хотя в ряде случаев уголь подвергается вторичной цементации (окремнение, кальцитизация, ожелезнение), изменяется качество угля (увеличивается зольность, уголь более матовый). Тектонические изменения мощности связаны со складчатыми и разрывными нарушениями, поэтому чаще наблюдаются на тектонически сложных участках, в пластах с крутым падением и в сжатых складках.

Основными задачами при изучении мощности угольных пластов являются прогнозирование участков с изменчивой мощностью и оконтуривание таких участков. С этой целью проводятся систематические замеры мощности в подготовительных выработках, очистных забоях, в местах отбора проб. В случае необходимости проходятся горные выработки или буровые скважины.

Качество угля в пределах шахтного поля обычно не подвержено резким колебаниям. Наиболее изменчиво содержание золы в углях.

Систематическое изучение качества углей осуществляется в основном от шахты на основе соответствующих ГОСТов. В подготовительных и очистных выработках отбираются пластовые пробы, характеризующие качество угля в отдельных точках до его выемки.

Систематически отбираются эксплуатационные пробы с целью уточнения качества добываемого угля и товарные пробы, характеризующие качество угля, поставляемого потребителю.

При пересечении угольных пластов горными выработками и скважинами, также собираются пробы. Горные выработки опробуются бороздовым способом (сечение борозды 25 х 15 см), в одном сечении в интервале 0,5 – 1 м отбираются две бороздовые пробы:

1. Пластово-промышленная проба отбирается по всей вынимаемой мощности угольного пласта, в неё не включаются лишь пордные прослои, добываемые отдельно.

2. Пластово-дифференциальные пробы характеризуют качество каждой пачки угля и породного прослоя, слагающих общую выемочную мощность угольного пласта; породные прослои мощностью менее 1 см не опробуются отдельно, а вместе с той угольной пачкой, в которой они находятся. При отборе пластовых проб необходимо избегать попадания в пробу пород кровли и почвы.

В скважинах опробуется керн. После описания, керн делят на две части (вдоль оси длинной стороны), и из одной из них отбирают пластово-дифференциальную пробу. Если керн нарушен, то из половины поднятого материала отбирают кусочки породы, которые анализируются отдельно.

Пробы подвергаются сокращенному техническому анализу. При необходимости уточнения качества угля и его марочного состава проводят полный технический и элементарные анализы, определяют теплоту сгорания и пластометрические показатели.

Если в угольных пластах вскрыты участки концентраций редких и рассеянных элементов (германия), шахтный геолог проводит дополнительное опробование угольных пластов на содержание этих элементов.

4 Изучение литологического состава пород кровли, почвы и условий проходки капитальных горных выработок

При эксплуатации угольного пласта, большое внимание уделяется изучению устойчивости боковых пород угольного пласта. Она определяется литологическим составом пород, их мощностью и физико-механическими свойствами. Эти показатели часто изменяются по простиранию и падению пласта, в связи с чем необходимо проводить работы по изучению пород кровли и почвы. С этой целью в местах, где наметилось изменение характера вмещающих пород, бурят восстающие скважины вкрест их простирания, по нормали к напластованию. Длина скважин обычно принимается равной 10-кратной мощностью угольного пласта.

В ряде скважин устанавливают реперы для наблюдений за повелением кровли (отслаивания). В отдельных случаях при сложных горнотехнических условиях, для изучения кровли проходят разведочные гезенки (при пологом залегании пластов) и орты (при крутом залегании).

В тех случаях, когда имеются основания ожидать осложнение проходки выработок из-за свойств пород почвы угольного пласта (размокание, «дующие» породы), в почву бурятся скважины на глубину, равную пятикратной мощности пласта. Керн скважин подвергается литологическому изучению физико-механическим испытаниям (определение крепости, сопротивление, сжатие и т.д.).

В ряде случаев для создания благоприятных условий проведения основных капитальных выработок, особенно на глубоких горизонтах, их проходят как полевые (по пустым породам). Такие выработки следует проходить при наличии в кровле устойчивых пород значительной мощности.

Вывод: частое изменение простирания угольных пластов и пород, непостоянство литологического состав последних вызывают иногда необходимость стратиграфической привязки в процессе продвижения выработки (обычно к ближайшему угольному пласту).

Для этой цели задают скважины там, где теряется маркирующий горизонт или возникают сомнения в отношении стратиграфического положения выработки, но не реже чем через 200 – 300 м по ходу выработки. При встрече нарушения бурят от двух до четырех опережающих скважин для изучения пород и условий их залегания за нарушением.

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 929; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!