Структурные особенности углен-х бассейнов

Тектоника угольного месторождения

Известные угольные бассейны и месторождения в большинстве случаев представляют собой разобщенные останцы первоначальных площадей угольного образования сохранившиеся от денудации в отрицательных структурах замной коры.

Различают 2 вида угольных бассейнов:

1. Угольные бассейны, связанные с развитием глубоких прогибов в земной коре, которые представляют собой сложно построенные синклинории (Донецкий, Кузнецкий, Печорский, Ленский и другие бассейны). Зоны линейных складок переходят в обширные площади развития гребневидной и коробчатой складчатости с переходом в куполовидные складки и волнистое моноклинальное залегание. Изменяется характер и интенсивность прявления разрывных нарушений от взбросово-надвигово до сбросового.

2. Угольные бассейны связанные с менее глубокими прогибами наложенными на отрицательные структуры в древнем складчатом фундаменте (Минусинский, Экибастузский, Улуч-Хемский и другие бассейны), образовавшихся в крупных пригорных и межгорных впадинах, на окраинных частях древних платформ (Канско-Ачинский и Иркутский бассейны), а также в областях проявления соляной тектоники (Южно-Уральский бассейн).Тектоника бассейнов относительно простая. Угленосные формации этих бассейнов представляют собой результаты генетического выклинивания или процессов денудации: пологие структуры замкнутые и осложненные складчатостью и разрывными нарушениями.

3. Бассейны, связанные с развитием грабенов или системы параллельных сбросов, имеющих вытянутую форму. характер-ся сложным строением:

-многочисленные разрывы создают слож.многоблочную структуру угленостных толщ (Челябинский, угловский, партизанский бассейны).

4. внутреплатформенные-характ-ся пологим, близким к горизонту залеганию, местами, осложненными карстовыми процессами(Подмосковный, Днепровский)

1 основные формы залегания угольных пластов;

А) гориз-е/пологоволнистые

Б)моноклинальные

В) изометричные и вытянутые брахи, формы.

Преимущественны синклинарии вогнутые, куполовидные поднятия…)

Г)зоны, линейная складчатость (комплекс черед-ся крупных , узких, синклинальных и антиклинальных складчатостей)

2 по углам падения пород , угольных пластов:

Пологие до 18

Наклонные 19-35

Крутонаклонные 36-55

Крутые 56-90

3 разрывные нарушения уг.пластов подразделяются:

-сбросы-плоскость сместителя распр-на под углом более 90 градусов

-взбросы-

-надвиги-под углом менее 30 градусов

-сдвиги

Разрывные нарушения принимаются в качестве границ, месторождений, выд-х на них шахт, карьерных полей, границ эксплуатационных участков.

Для горно-геологических условий отработки угля особое значение имеет мало амплитудная нарушенность , преуроченная обычно к просадочным тектоническим впадинам, подверженным к складкообр-ю углен-х толщ.

По степени сложности условий залегания уг.пластов , уг.месторождения могут быть распространены:

1) Простого строения

-ненарушенное

-горизонтальное

-пологоволнистое

Разрывные нарушения определяют крупно блоковую структуру.

2) сложного строения

залегание пластов -сложноскладчатое , с резким изменением гипсометрии пластов.

Основными нарушениями, создав-и блоковую структуру, с мелкой складчатостью и разрывами.

3) Оч.сложное строение

Залегание пород осложнено интенсивными нарушениями(разрывными),, мелкоблоковой, чешуйчатой структурой.

4 Кровля и почва уг. пластов. Вмещаюшие породы.

Вмещающий уг.пласт породы предст-н в основном обломочными, реже известняками.

В зонах выветривания резко снижается прочность пород. Кроме того, при их водонасыщенности прочность уменьшается от 10% до 50%.

Кровли пластов-ложная

-непосредственная

-основная

Ложная кровля имеет небольшую мощность(50-60см),обрушение её происходит с выемкой угля , наход-ся над пластом.

1Породы ложной кровли

1пески ,2 глины ,3 аргиллиты, 4 алевролиты с углен-м материалом

2непосредственная кровля

Толща пород, залег-х над угольным пластом , на ложной кровле. Обрушение её происходит вслед за удалением, передвижением крепи.

Отложения-глинистые, песчано глинистые породы. Их устойчивость снижается от обводненных и интенсивно наруш.пород. а также вблизи ср.разрывных нарушений.

3основная кровля

толща крепких устойчивых пород, залегающих над угольным пластом,, над непосредственной и ложной кровлями, облад-е свойством зависать и обрушиваться при выемке угля на значительной площади.

Основная кровля представлена песчаниками, известняками, крепкими алевролитами.

По литологическим , тектоническим и гидрогеологическим признакам и показателям физических св-в выделяют: легко, средне, трудно обрушаемые типы осн-х форм.

Почвы

-представлены глинистыми,песчано-глинистыми, редко песчаными, карбонатными породами.

Неоднородное строение, наличие остатков корневых систем растительности.

1ложные

2непосредственные

3основные

Пучение-поддувание,склонны к глинистым гидрофильным породам.

Способствуют увлажнению пород, возрастания глубины разработки пластов, наличию почвы, слоистость,трещиноватость и т.д.

Вдавливание стоек крепи в почву происх-т в основном углистых аргиллитах

Этому процессу способствует также наличие труднообрабатываемой основной кровли при осадке которй, резко возрастает давление.

На интенсивность сползания, относительно маломощных (до 1м) при угле падения более 45градусов влияют:

-низкая прочность пород

-наличие прослоек

-увлажнение пород

Горные удары.

Это накопление потенциальной энергии упругого сжатия горных пород и высвобождение ее при быстро протекающем разрушении угольных пластов и вмещающих пород и выражается в «стрелянии», толчках, микро-ударах и сильных ударах.

Сильные горные удары сопровождаются выбросом значительных масс угля и горных пород в горную выработку и возникновением мощной воздушной волны. Эта волна по своей разрушительной силе и внезапности исключительно опасна и требует осуществление прогноза.

Удароопасность тесно связана с прочностью и структурными особенностями перекрывающими уголь отложениями и самого угля, углами их падения, глубиной разработки. Чем ниже прочность угля и углы падения, чем меньше глубина выработки, при которой возникают горные удары.

На большинстве место рождений к удароопасным относятся песчаники, известняки, пластовые жилы изверженных пород с пределом прочности на сжатие не менее 10 МПа и мощности пластов более 10 метров.

Горные удары чаще и с большой силой возникают на пологих пластах.

Удароопасность повышается при наличии разрывных нарушений, разделяющий горный массив на крупные блоки.

Пыленосность и пневмокониозоопасность.

При бурении шпуров, взрывных работах, комбайновой разработки в атмосфере шахт образуется значительное количество угольной и породной пыли. Угольная пыль взрывоопасна, взрывоопасность ее возрастает с выходом летучих веществ более 10% – , и особенно при наличии метана.

В легких человека пыль вызывает пневмокониоз: антракоз от угольной пыли, силикоз – от породной; содержащей свободную кремневую кислоту.

Санитарно-гигиеническая норма количества в рудничной атмосфере не должна превышать 2.

Силикозоопасносные: алевролиты, кварцевые песчаники и другие породы с содержанием свободного SiO2 больше 10%.

Неселекозоопасные: глинистые вещества, известняки и угленистные аргелиты.

Газоопасность.

Природные газы угольного массива:

- метан

- азот

- углекислый газ

Подчиненное значение имеют: водород, оксид углерода, тяжелые углеводороды и инертные газы.

Газы в угольных пластах и вмещающих породах находятся в свободном и сорбированном состоянии.

Свободный газ заполняет поры, трещины и пустоты. В породах газ находится только в свободном состоянии, а в углях в свободном и сорбированном.

Особую опасность при ведении эксплуатационных работ, представляет метан. Он образует в соединении с воздухом взрывчатые горючие смечи, при содержании от 5-6 до 14-16% соответственно.

На угольных месторождениях проявляется четко выраженная вертикальная газовая зональность.

Верхние зоны (до метановые) это области газового выветривания, где преобладает углекислый газ. Верхняя граница метановой зоны определяется по содержанию метана в газах более 80%, парциальному давлению метана 1,0 – 1,5 МПа и относительной метанообильности более 2 в зависимости от глубины залегания пластов.

Положение границы метановой зоны изменяется от нескольких метров до километров.

Пример:

Донецкий бассейн: от 50 м – 70 м до 700 м – 1000м.

Кузнецкий бассейн: 50 – 120 м.

Газообильность горных выработок измеряется дебитом газа, выделяющимся в единицу времени. Может измеряться м3/с или м3/сут и называется абсолютной газообильностью.

Газовыделение может быть:

Обыкновенным – непрерывное выделение газа из трещин и пор в угле или породе, происходящее во всей обнаженной поверхности массива.

Суфлярным – местоне выделение газа с большим дебетом из трещин или скважин, иногда в течении продолжительного времени.

Внезапным – это местное интенсивное выделение газа в короткий промежуток времени, сопровождающееся разрушением угля и пород.

Внезапное различают:

- внезапные выбросы угля и газа

- выбросы пород и газа

- выделение газа при отжиме угля; выдавливание его под действием нагнетания через скважину воды под высоким давлением в массив

- выделение газа при обрушении угля

Наиболее опасны внезапные выбросы угля. В горные выработки при этом выносится от нескольких тонн до десятков тысяч тонн угля и от десятков до сотен тысяч газов. Наиболее часто проявляется в Донецком и Партизанском бассейнах и в последние годы и в других бассейнах.

Причины и механизмы внезапных выбросов недостаточно изучены, установлена их связь с повышенной газоностностью, наличием геологических нарушений, трещиноватостью и неоднородностью структуры угля.

Гидрогеологические условия.

Эти условия зависят от климата, гидрогеологии, геологического строения, рельефа и другого.

Наиболее важны характер и степень водоносности пород, количество и мощность водоопасных горизонтов, их фильтрационные свойства, условия питания, величины гидростатического и гидродинамического давления на почву, степень их изоляции водоупорными слоями, химический состав воды.

В большинстве случаев при строительстве угольных шахт и разрезов и ведении эксплуатационных работ проводиться осушительные мероприятия. Для обеспечения остойчивости подготовительных и очистных работ, борьбы с большими притоками воды и прорывов подземных вод.

Существует 3 способа осушения пород.

Поверхностный – путем заложения с поверхности земли водопонижающих, водопоглощающих и разгрузочных скважин, а так же дренажных трещин и так далее.

Подземный – при помощи дренажных горных выработок с восстающим или горизонтальными самоизливающимися скважинами, сквозными фильтрами и трубчатыми колодцами.

Комбинированный – вначале с поверхности, потом подземным способом.