Морфология угольных пластов,
Тектоника шахтных и карьерных полей
Методические указания к расчётно-графической работе № 2
по курсу «Геология» для студентов дневного обучения
и контрольной работе № 2 для студентов заочного обучения
Специальности 130400 «Горное дело»
Специализаций: 130401 «Подземная разработка пластовых месторождений», 130403 «Открытые горные работы»,
130404 «Маркшейдерское дело», 130405 «Шахтное и подземное строительство», 130406 «Обогащение полезных ископаемых»,
130412 «Технологическая безопасность
и горно-спасательное дело»
Составители: А. А. Возная
Л. С. Недосекина
Г. И. Грибанова
Утверждены на заседании кафедры
Протокол № от
Рекомендованы к печати
учебно-методической
комиссией специальности 130400
Протокол № от
Электронная копия хранится
в библиотеке ГУ КузГТУ
Кемерово 2012
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшими геологическими факторами, определяющими возможность разработки месторождений полезных ископаемых, являются морфология и условия залегания тел полезных ископаемых. Морфология тел определяется их формой, размерами и пространственным расположением среди вмещающих пород. Морфология тел полезных ископаемых зависит от условий образования и геологического строения тех участков земной коры, к которым они приурочены. Форма тел может быть нарушена послерудными тектоническими деформациями (складчатыми и разрывными). Деформации усложняют форму тел и ухудшают условия разработки или делают её невозможной. Поэтому анализ и оценка морфологии пластов и тектонического строения угольного месторождения имеет большое значение как на стадии геологической разведки, так и в процессе эксплуатации шахтных и карьерных полей.
Цель и содержание задания
Цель работы освоение методов анализа и оценки морфологии угольных пластов и тектонического строения месторождения (участка месторождения).
Работа «Морфология угольных пластов и тектоника шахтных и карьерных полей» для студентов очного отделения является расчётно-графической работой № 2 и выполняется по итогам освоения структурной геологии и основ разведки и геолого-экономической оценки МПИ на лекциях и лабораторных занятиях. Студентам заочного отделения она предлагается в качестве контрольной работы № 2 во втором семестре.
Заданием для выполнения работы является геологический разрез по разведочной линии конкретного шахтного или карьерного поля Кузбасса либо другого угольного бассейна.
Студенты очного отделения используют геологические разрезы месторождений из фондов кафедры геологии.
Студенты-заочники берут материалы в геолого-маркшейдерском отделе горнодобывающего предприятия, на котором работают. Достаточно одного геологического разреза, построенного не менее чем по 5 – 10 скважинам и содержащего сведения о морфологии пластов (рис. 1). Для полной характеристики тектонического строения желательно наличие карты выхода
пластов под наносы того участка, где располагается выбранная разведочная линия. В порядке исключения студенты заочного отделения могут использовать материалы кафедры геологии.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Месторождения угля имеют осадочный генезис, что обуславливает форму тел полезного ископаемого. Угли, независимо от их качества, образуют в земной коре, пластовые либо линзовидные тела. Горный массив угольного месторождения представляет собой пластовую толщу, сложенную пластами угля и других осадочных пород: аргиллитов, алевролитов, песчаников, гравелитов, конгломератов, реже известняков. На угольных месторождениях эту толщу называют угленосной толщей.
Морфология угольных пластов
Угольный пласт – это плоское плитообразное геологическое тело большого площадного распространения (от сотен квадратных метров до сотен квадратных километров), сложенное углем, имеющее ограниченное распространение по вертикали (от нескольких сантиметров до нескольких десятков, редко до первых сотен метров).
Основными геолого-промышленными параметрами угольного пласта являются его морфологические признаки. К морфологическим признакам угольного пласта относятся его мощность, строение и степень выдержанности (устойчивости).
1.1.1. Мощность угольного пласта
Мощность пласта – это расстояние между его кровлей (верхней плоскостью напластования) и почвой (нижней плоскостью напластования) (рис. 2).
Рис. 2.
Истинная мощность пласта (
) – это кратчайшее расстояние между кровлей и почвой пласта.
Видимая мощность пласта – это любое другое расстояние между кровлей и почвой пласта.
В горно-геологической практике в инженерных расчетах, а также при подсчетах запасов угля используется истинная мощность пласта (). Но в процессе геологической разведки месторождения угля, да и порой в процессе его эксплуатации не всегда возможно замерить истинную мощность угольного пласта при нарушенном его залегании. Поэтому замеряют одну из видимых мощностей, либо горизонтальную, либо вертикальную, и по ним рассчитывают истинную мощность.
Горизонтальная мощность пласта (
) – это видимая мощность пласта, вскрытая по горизонтали (рис. 3).
| В этом случае:
 ,
где  - истинная мощность пласта, м;
- горизонтальная мощность пласта, м;
 - угол падения пласта, град.
|
| Рис. 3 |
Вертикальная мощность пласта (
) - это видимая мощность пласта, вскрытая по вертикали (рис. 4).
| В этом случае:
 ,
где - истинная мощность
пласта, м;
- вертикальная мощность пласта, м;
- угол падения пласта,
град.
|
| Рис. 4 |
По мощности все пласты подразделяются на группы:
а) по итогам геологоразведки:
- весьма тонкие (до 0,7 м);
- тонкие (0,71 – 1,2 м);
- средней мощности (1,21 – 3,5 м);
- мощные (3,51 – 15,0 м);
- весьма мощные (более 15 м);
б) в практике подземной разработки:
- тонкие (до 1,2 м);
- средней мощности (1,2 – 4,5 м);
- мощные (более 4,5 м);
в) в практике открытой разработки:
- тонкие (до 2 м);
- средние (от 2 м до 15 – 20м);
- мощные (свыше 15 – 20 м).
Преобладающая часть угольных пластов в природе относится к весьма тонким и тонким, значительное число – к группе средней мощности, количество мощных пластов невелико. Но основные мировые запасы угля заключены в пластах средней мощности и мощных.
Мощность угольных пластов в пределах их простирания может изменяться. Изменение мощности обычно происходит постепенно, но в отдельных пластах региональные изменения мощности осложнены локальными выклиниваниями, пережимами, раздувами, син- и эпигенетическими размывами, явлениями древнего выгорания и т.д.
В эксплуатационной практике угольных месторождений введены кондиции (требования) к мощности угольного пласта, обусловленные экономической целесообразностью (выгодностью) промышленной его разработки. Эти кондиции индивидуальны для каждого угольного бассейна, т.к. экономические потенциалы (затраты на добычу, транспортировку, переработку угля) угольных бассейнов различны. Кондиции различны и в пределах одного бассейна к пластам угля различного качества.
Рабочая мощность угольного пласта – это минимальная мощность, при которой пласт экономически выгодно отрабатывать. Все угольные пласты на одном месторождении (участке) подразделяются на рабочие и нерабочие.
Рабочим пластом называют пласт, по мощности отвечающий кондиции, установленной для данного региона.
Согласно принятым госпланом СССР кондициям для подсчёта балансовых запасов угля Кузнецкого бассейна при подземной разработке, наименьшая мощность пластов коксующихся углей составляет 0,7 метра, энергетических углей – 1 метр. Пласты удовлетворяющие этим требованиям в Кузбассе считаются рабочими.
При оценке мощности угольного пласта по данным геологической разведки рассчитывают общую среднюю мощность пласта для месторождения или участка.
Общая мощность угольного пласта – это его истинная мощность, т.е. кратчайшее расстояние между его кровлей и почвой, независимо от строения пласта.
1.1.2. Строение угольного пласта
По строению угольные пласты подразделяются на простые, усложненные и сложные.
Простой угольный пласт – это пласт, сложенный на всю мощность (от кровли до почвы) углем.
Усложненный угольный пласт – это пласт, включающий в свою мощность один - два породных прослоя.
Сложный угольный пласт – это пласт, включающий в свою мощность три и более породных прослоев.
В строении сложного пласта выделяют породный прослой и угольную пачку.
Породный прослой – это часть сложного угольного пласта, состоящая из горной породы, литологически отличной от угля (аргиллит, алевролит, песчаник), имеющая четкий контакт с углем. Количество породных прослоев в пласте может быть различным (от одного и более). В некоторых угольных пластах наблюдаются карбонатные (сидеритовые, доломитовые) конкреции («почки»), залегающие в виде линз мощностью от нескольких сантиметров до 2 м.
Угольная пачка – это часть сложного угольного пласта, состоящая из угля, заключенная между двумя породными прослоями, или между породным прослоем и кровлей пласта, или между породным прослоем и почвой пласта.
Суммарная мощность угольных пачек составляет полезную мощность сложного угольного пласта. Полезная мощность простого пласта – это его истинная мощность.
Суммарная мощность угольных пачек и породных прослоев составляет общую мощность сложного пласта.
1.1.3. Выдержанность (устойчивость) угольного пласта
Выдержанность пласта – это степень изменчивости его мощности и строения по падению и простиранию, а также наличие или отсутствие участков с нерабочей мощностью пласта в пределах определенного участка месторождения или всего месторождения.
Первым оценочным показателемвыдержанности угольного пласта является выдержанность угольного пласта по мощности, которая оценивается допустимым пределом колебания мощности (
), рассчитываемым по формуле
,
где 
– максимальная общая мощность пласта в пределах описываемого участка; 
- минимальная общая мощность пласта в пределах описываемого участка; 
– средняя мощность пласта в пределах описываемого участка.
По этому показателю угольные пласты подразделяются на выдержанные, относительно выдержанные и невыдержанные. Признаки выдержанности для пластов различных групп по общей мощности приведены в табл. 1.
Вторым оценочным показателем выдержанности пласта является его строение. Цифрового оценочного показателя выдержанности пласта по строению нет. Поэтому пласты, в которых количество породных прослоев на всем описываемом участке изменяется от одного до двух, называются усложненными, и на общую выдержанность пласта это обстоятельство не влияет. Наличие же в пласте трех и более породных прослоев снижает общую выдержанность пласта.
Третьим признаком выдержанности угольного пласта является наличие или отсутствие в пласте участков с нерабочей мощностью.
Таблица 1
Признаки выдержанности угольных пластов
по мощности
| Группы пластов по мощности | Степень выдержанности и допустимые пределы колебания мощности (в % к средней мощности пласта) | ||
| выдержанные | относительно выдержанные | невыдержанные | |
| Тонкие (0,71 – 1,2 м) | Мощность изменяется незакономерно до перехода в нерабочую или полного выклинивания | ||
| Среднемощные (1,21 – 3,5 м) | |||
| Мощные (3,5 – 15 м) |
Учитывая все признаки выдержанности, угольные пласты подразделяются по выдержанности на следующие группы:
выдержанные – пласты, выдержанные по мощности, не имеющие участков с нерабочей мощностью, простые или усложненные по строению.
относительно выдержанные – пласты, выдержанные и относительно выдержанные по мощности, имеющие 1-2 участка с нерабочей мощностью, расположенных на периферии описываемой территории, имеющие сложное строение.
невыдержанные – это пласты, относительно выдержанные и невыдержанные по мощности, имеющие участки с нерабочей мощностью, беспорядочно распределенные по всей описываемой территории, имеющие сложное строение.
