Порядок выполнения лабораторной работы
Для закрепления изучаемой темы каждому студенту выдается план горных выработок, который он изучает, делает замеры элементов залегания угольного пласта.
В конце лабораторной работы студент рассказывает преподавателю о полученном плане горных выработок, т.е. о масштабе, какой угольный пласт разрабатывается, о схеме вскрытия данного шахтного поля, на каких глубинах отрабатывается данный угольный пласт в настоящее время, о его мощности, качественных показателях и т.д. Студент должен показать умение читать горно-графическую документацию.
Контрольные вопросы:
Что является основой для составления план горных выработок?
Какой масштаб используется при составлении гипсометрических планов?
Что такое план горных выработок?
Что отражается на планах горных выработок?
Лабораторная работа № 2 методы поисков смещенного крыла угольного пласта
Цель работы: Овладеть методами поисков смещенного крыла. Данная лабораторная работа выполняется в течение 2 часов.
Используемое оборудование и материалы: методические указания к курсу, лист миллиметровой бумаги формата А4, карандаши и линейка.
Краткие теоретические сведения
В процессе разработки угольных пластов, имеющих тектонические разрывы, при амплитуде смещения превышающей сечение горной выработки, появляется необходимость определить местоположение части угольного пласта, расположенной по другую сторону плоскости сместителя. В зависимости от вида и амплитуды разрывного нарушения смещенная часть пласта может занимать различное положение относительно забоя выработки.
Поиски смещенной части угольного пласта должны производится быстро и с наименьшими затратами средств на проведение разведочных работ. Существует определенное количество методов смещенного крыла, которые были разработаны на практике, но каждый из них может быть успешно применен только тогда, когда правильно понята геометрическая форма встреченного разрыва и когда достаточно хорошо изучен процесс формирования тектонических структур данного месторождения. Поэтому непременным условием рациональных поисков смещенного крыла угольного пласта следует считать систематические наблюдения в горных выработках, своевременную геологическую документацию встреченных разрывных нарушений и всестороннее использование геологических и геометрических признаков расшифровки тектонического нарушения.
На практике наиболее широко используются следующие методы поиска смещенного крыла:
стратиграфический метод ;
структурный метод;
метод исследования следов скольжения;
метод аналогий;
метод подобий;
метод сопоставления.
1. Стратиграфический метод. Наиболее эффективным методом поисков смещенной части угольного пласта является стратиграфический метод, часто называемый литологическим. Этот метод состоит в отыскивании по другую сторону сместителя слоев, стратиграфическое положение которых известно. Стратиграфический метод позволяет определить направление и расстояние до смещенной части пласта.
При вскрытии горной выработкой или разведочной скважиной в смещенном крыле характерного (маркирующего) слоя, положение которого в стратиграфическом разрезе известно, нетрудно определить направление и расстояние до смещенной части пласта в интересующем нас сечении.
В тех случаях, когда в целях разведки проходится горная выработка в породах смещенного крыла, сравнение данных документации разреза пород по этой выработке с разрезом пород ближайшего квершлага дает возможность установить стратиграфическое положение группы слоев, пересеченных выработкой и тем самым определить положение потерянного пласта относительно забоя разведочной выработки. При сравнении указанных разрезов учитывается литологический состав слоев, их последовательность и мощность. Для контроля необходимо сравнить образцы пород слоев из разведочной выработки с породами, вскрытыми квершлагом.
Для успешного пользования стратиграфическим методом шахтный геолог должен хорошо знать литологический состав всей угленосной толщи шахтного поля.
2. Структурный метод. Изучение структурных особенностей пород, находящихся в непосредственной близости от сместителя, помогает выяснить направление смещения потерянного пласта вдоль сместителя.
Основными признаками, указывающими направление смещения другого крыла разрывного нарушения являются: подгибы слоев, проводники угля, разрывные микронарушения, оперяющие трещины.
В результате трения, проявляющегося при перемещении крыльев по сместителю, слои горных пород и, в первую очередь, угольные пласты заворачиваются, образуя подгибы волочения.
Иногда возле сместителя обнаруживаются подгибы слоев, направленные в противоположную сторону. Чаще всего такие подгибы являются частью складки волочения. Учитывая, что последние образуются только надвигов, направление смещения следует определять по основному изгибу пласта (рис. 2.1,а).
Рис. 2.1. Изменение залегания угольного пласта возле сместителя: а). складка волочения в висячем крыле; б). обратные подгибы и внедрение угля в трещину смещения. Стрелкой показано направление смещения пласта в лежачем крыле, определенное по положению основного изгиба пласта в висячем крыле нарушения
В некоторых случаях происходит выжимание угля в трещину смещения, при этом контуры пласта прибретают форму близкую к подгибам волочения, но подгибы в каждом слое угольного пласта не имеет четко выраженного характера (рис. 2.1,б).
Не следует смешивать подгибы слоев с плавным изгибанием слоев возле сместителя. Подгибы волочения имеют, как правило, весьма ограниченные размеры, которые не выходят за пределы сечения горной выработки.
При движении угольных пластов вдоль сместителя в трещину смещения затягивается уголь. Если этот не перемешивается с обломками пород, то в трещине смещения по одну сторону пласта удается наблюдать «хвост» угольного пласта или угольный проводник (рис. 2.2). По другую сторону пласта углистый материал в трещине отсутствует.
Рис. 2.2. Следы растаскивания угля по сместителю при перемещении. Стрелкой показано направление на смещенную часть пласта.
Естественно, что смещенная часть пласта располагается вдоль сместителя по ту сторону от срезанного нарушением пласта, в которой обнаружен проводник угля.
В некоторых случаях в крыльях разрывного нарушения образуются мелкие разрывные нарушения, аналогичные по элементам залегания и знаку смещения основному нарушению.
Поэтому, встретив поблизости от нарушения, срезавшего угольный пласт, небольшое нарушение, у которого видно положение смещенных частей, необходимо сравнить элементы залегания сместителей этих нарушений и расположение на них следов скольжения. Если сместители и следы скольжения параллельны, то можно уверенно считать, что смещение по интересующему нас разрывному нарушению было таким же, как у малого нарушения. Зная это, нетрудно задать выработку на смещенную часть пласта.
В крыльях разрывного нарушения часто образуются так называемые оперяющие трещины скалывания и отрыва, которые располагаются относительно направления перемещения крыльев вполне определенно. Трещины отрыва часто бывают заполнены минеральным веществом. Расположение оперяющих трещин в крыльях надвига и сброса показано на рис. 2.3. По расположению оперяющих трещин можно определить тип нарушения, что очень важно для смещения.
Рис. 2.3. Расположение оперяющих трещин относительно плоскости сместителя: а). при надвиге, б). при сбросе. Сплошными линиями показаны трещины отрыва, пунктирными – трещины скола.
3. Метод исследования следов скольжения или еще, иногда, его называют метод знаков скольжения Сущность данного метода заключается в том, что в процессе перемещения крыльев разрывного нарушения, выступающие их части откалываются, измельчаются, трутся друг о друга и о стенки трещин смещения, оставляя на них следы скольжения, указывающие направление относительного перемещения крыльев. В зависимости от величины обломков, их твердости, характера движения, состава пород, слагающих стенки сместителя, и кривизны последних, следы перемещения на поверхности плоскости сместителя имеют различную форму и размеры: от хорошо отшлифованных участков – зеркал скольжения с отдельными штрихами, до частых царапин, глубоких борозд и широких желобов.
Общим свойством указанных следов скольжения является их вытянутая форма, что создает общую картину линейности, вдоль которой и происходило движение крыльев.
Направление перемещения можно определить по рельефу сместителя и следов скольжения, который сглаживается в направлении движения соседнего крыла. Если на поверхности сместителя имеются ступенчатые уступы, то они снижаются в направлении движения противоположного крыла (рис 2.4, а).
Если на поверхности сместителя наблюдаются выбоины, то направление перемещения противоположного блока устанавливаются по направлению уменьшения их глубины (рис. 2.4, б).
Растертые зерна мягких минералов имеют в плоскости сместителя с одной стороны прямолинейное очертание, а с другой волнистое. Рельеф зерна также не одинаков – к волнистому краю высота его уменьшается (рис. 2.4, в). Смещение противоположного крыла происходило в этом направлении.
Рис. 2.4. Следы перемещения на плоскости сместителя: а). уступы, б). выбоины, в). растертые зерна минералов. Стрелками показано направление перемещения соседнего крыла.
Если следа перемещений имеют резко выраженный характер, то на правление движения крыльев и направление на смещенную часть пласта может быть определено в забое горной выработки. Эта задача решается непосредственно на обнаженной части плоскости сместителя, на которой прочерчивается направление перемещения и линия скрещения с угольным пластом. Линией скрещения является срез сместителем почвы, кровли иди плоскости наслоения угольного пласта. Направление на смещенную часть определяется следующим правилом: пласт смещен по сместителю от линии скрещения в сторону противоположную направлению сглаженности следов скольжения (рис. 2.5).
4. Метод аналогий. Сущность метода состоит в том, что встреченное данное тектоническое нарушение принимают аналогичным разрывному нарушению, обнаруженному и изученному ранее, а также находящемуся вблизи данного разрыва. Основанием для такого предположения служит мнение о том, что в одних и тех же условиях угленосной толщи образуются разрывы одного типа. Однако в практике шахтной геологии такая аналогия не всегда подтверждается. Подмечено, что некоторые крупные разрывные нарушения сопровождаются мелкими, которые по своей форме напоминают крупные.
Поэтому, встретив мелкие нарушения, производят расшифровку основного разрыва на основе метода подобия.
5. Метод сопоставления. Сущность данного метода заключается в том, что при составлении горно-геологического прогноза при ведении горных работ по пласту, расположенному под ранее отработанными пластами, все разрывные нарушения встреченные на отработанных пластах проектируются на данный пласт. При этом учитываются их простирание и углы падения.
Рис. 2.5. Определение направления на смещенную часть пласта: Т – плоскость сместителя, Пв – пласт в известном висячем крыле, Пл – пласт в лежачем крыле, R – истинная амплитуда, Г – направление перемещения висячего крыла, определенное по следам скольжения, Н – направление на вскрытие смещенного крыла пласта.
Простота данного метода кажущаяся. Данный метод надежен на месторождениях с несложной тектоникой. Чем сложнее тектоническая структура шахтного поля, тем менее надежен метод, так как увязка разрывных нарушений на разных глубинах теряет свою надежность. Дело в том, что формы и элементы залегания плоскости сместителя изменяются по падению в зависимости от физико-механических свойств пересекаемых пород, от их слоистости, наложенных тектонических процессов.
Следует также иметь в виду, что даже в однородных неслоистых породах плоскость сместителя не сохраняет постоянства элементов залегания. Она имеет пологоволнистую поверхность. Ширина волн этой поверхности изменяется от сантиметров до десятков метров. Так как площадь обнажения плоскости сместителя забоем выработки обычно невелика, то определение элементов залегания по единичным замерам несет в себе ограниченную информацию. Обычно единичные замеры азимутов простирания и углов падения отклоняются от среднего простирания и угла падения плоскости сместителя на 10-150. Реальны расхождения между замерами одной и той же плоскости сместителя в двух соседних точках в 20-300. Это приводит к предположению о несоответствии вскрытых двумя выработками структур, тогда как в действительности вскрыта одна и та же структура.
Опыт работ во многих угольных бассейнах показывает, что в большинстве случаев разрывы с большой амплитудой прослеживаются как по простиранию, так и по падению на большие расстояния, разрывы с малой амплитудой – не прослеживаются.
Все вышеперечисленные методы дают возможность определить лишь направление на смещенную часть пласта, но не могут помочь в определении расстояния до смещенного пласта. В связи с этим до вскрытия смещенного пласта горной выработкой его нужно подсечь разведочной скважиной.