4. Почва (подошва), кровля и породные прослои в пластах угля

Прослои в пластах угля в большинстве случаев представлены глинистыми или мелкоалевролитовыми отложениями. Разнообразнее литологический состав кровли угольных пластов, где иногда залегают конгломераты, гравелиты или грубозернистые песчаники. В Донецком бассейне в кровле пластов в отдельных случаях встречаются известняки. Обломочные породы кровли обычно имеют отчетливо выраженную слоистость. В них нередко наблюдаются растительные остатки, а иногда разнообразная, в т. ч. и типично морская, фауна. Для пород кровли характерно также присутствие сидеритовых, пиритных и других конкреций.

В отличие от кровли, почва угольных пластов, как правило, является неслоистой, комковатой. Комковатое строение пород почвы обусловлено присутствием остатков корневой системы растений, пронизывающих почву в различных направлениях, сохранность которых неодинакова. Нередко по остаткам корней развивается процесс сидеритизации, в результате чего возникают конкреции довольно причудливой формы. Из-за комковатого строения породы почвы получили у шахтеров название «кучерявчик».

Внутрипластовые породные прослои могут иметь различную мощность. Состав их преимущественно глинистый, реже алевролитовый; часто отмечается большее или меньшее количество примесей угольного вещества (углистые аргиллиты и алевролиты). В ряде случаев в пластах угля встречаются прослои каолинита («тонштейны»). Эти прослои при незначительной мощности (5--8 см) прослеживаются на десятки километров.

Контакты угольных пластов с почвой, кровлей и породными внутрипластовыми прослоями могут быть резкими или постепенными. Так, В.Н. Волков выделяет четыре типа контактов угольного пласта с почвой:

1)резкий с породами, не несущими признаков ископаемого почвенного слоя;?

2)сложный резко выраженный, при котором угольный пласт отделен от почвы тонким прослоем глинистых или углисто-глинистых осадков с четкими границами поверхностей раздела;

3)резкий четкий непосредственный без каких-либо переходов, с ровной поверхностью раздела;

4)постепенный через промежуточную пачку углистых пород и углей с высоким содержанием минеральных примесей.

Наибольшим распространением пользуются контакты третьего и четвертого типов.

5. Нарушения угольных пластов

Под нарушением угольного пласта понимают изменения его мощности, строения или залегания, оказывающие существенное влияние на ведение горных работ.

Нарушения угольных пластов по времени образования подразделяются на син- и эпигенетические. Первые возникают непосредственно в период накопления растительных остатков, формирующих угольные пласты, на торфяной стадии процесса углеобразования, нередко до покрытия торфяника минеральными осадками. Эпигенетические нарушения образуются не только после покрытия торфяника толщей осадочных пород, но нередко и после завершения становления всей угленосной толщи на различных этапах тектонической истории угольного бассейна.

К сингенетическим нарушениям относятся неровности почвы угольных пластов. Изменение мощности этих пластов обусловлено неровностями поверхности, на которой происходило торфонакопление. Так, на возвышенных участках древнего рельефа торф не возникал до тех пор, пока не наступало выравнивание поверхности в результате заполнения торфяной массой более низких участков. Естественно, над возвышенными участками древнего рельефа мощность угольных пластов всегда существенно меньше, чем на соседних, а нижние пачки угля отсутствуют.

К этому же типу нарушений принадлежат расщепления, выклинивания и фациальные замещения угольных пластов. Расщепление пластов связано с неравномерностью опускания или поднятия отдельных участков общей площади угле- накопления или с несовпадением скоростей нарастания торфяника и опускания площади торфонакопления. В подобных случаях в торфянике формируются минеральные прослои, возрастание мощности которых обусловливает расщепление, а нередко и выкливание угольных пластов.

Значительный привнос минеральных веществ в отдельные участки торфяных болот является основной причиной фациальных замещений угольных пластов углистыми породами. Изменение мощности отдельных угольных пачек и породных прослоев и расщепление пластов наблюдаются практически во всех угольных бассейнах.

Во время образования торфяников довольно часто происходила их речная эрозия. Временные или постоянные водотоки, пересекавшие торфяную залежь, проявляются в угольных пластах в виде замещающих уголь лент аллювиальных отложений, имеющих сложную конфигурацию. Сингенетичные угольному пласту размывы, как правило, не выходят за пределы почвы и кровли пласта.

Некоторые фациальные замещения угольных пластов возникают вследствие аллохтонного угленакопления. При этом отмечаются загрязнение массы минеральными примеся ми, значительные колебания мощности угольных пластов и их расщепление на коротких расстояниях. В результате угольные пласты утрачивают промышленное значение в связи с резким увеличением зольности, усложнением строения и невыдержанностью мощности.

Значительные затруднения при отработке угольных пластов вызывают торфодоломитовые конкреции -- угольные почки, характеризующиеся высокой механической прочностью. При общей линзовидной форме они бывают более или менее уплощенными, но большей частью неправильно шарообразными. Размеры почек по толщине колеблются от 0,05 до 0,25 м, реже составляют 0,5 м и более. Диаметр их также резко изменяется -- от 0,2 до 2 м и более.

Угольные почки залегают в различных частях пласта, но в каждом пласте они приурочены к какой-либо одной пачке или слою угля. Границы почек с окружающим углем всегда резкие. Уголь очень плотно облекает почки. Большинство их имеет близкий химический состав и представляет собой известковые конкреции с незначительным количеством доломита, сидерита и терригенного материала. В отдельных случаях встречаются конкреции, в составе которых кроме пирита, являющегося главным минералом, принимают участие песчано-глинистый материал и органическое вещество.

В некоторых случаях хемогенные минерализованные слои (конкреции) типа угольных почек и стволы окаменевших деревьев встречаются в кровле пластов (пласты 19, 23 и 266 в Байдаевском районе Кузбасса). Мощность подобных слоев варьирует от 5 до 35 см. Диаметр окаменевших деревьев достигает 60 см. Эти образования приурочены к контактам разных по составу пород, чаще к слоям мелкого алевролита или аргиллита. Иногда они создают ложную или непосредственную кровлю и почву угольных пластов. Угольные почки и минерализованные стволы деревьев имеют непрочную связь с породами в которых они залегают, вследствие чего при обнажении отслаиваются и дают вывалы.

Нарушения угольных пластов после их формирования обусловлены эпигенетическими размывами, инъекциями в уголь кластического материала, обладающего плывунными свойствами, тектоническими воздействиями, карстовыми явлениями и внедрением изверженных пород.

Эпигенетические размывы подразделяются на овражно-речные и морские. Первые довольно широко распространены в большинстве угольных бассейнов, вторые отмечаются значительно реже. Те и другие размывы обычно имеют локальный характер развития. Правда в некоторых случаях они захватывают большие площади, полностью или частично уничтожая угольные пласты вместе с перекрывающими породами. Такие размывы существенно усложняют не только отработку угля, но и управление кровлей вследствие резкой изменчивости ее литологического состава.

Инъекции в угольные пласты кластического материала про исходят по трещинам из перекрывающих или подстилающих пласты слоев плывуна. В процессе катагенеза угленосной толщи кластический материал литифицируется и превращается в алевролит или мелкозернистый песчаник с высокой механической прочностью. В результате в угольной массе пласта встречаются инородные тела, так называемые кластические дайки, различной мощности -- от долей метра до нескольких метров и протяженности в десятки метров, существенно осложняющие отработку угольных пластов.

Тектонические воздействия на угольные пласты приводят к возникновению в угле экзогенных трещин, при значительном развитии которых уголь становится псевдопластичным, в угольных пластах образуются раздувы и пережимы, отмечаются расштыбование угля, нарушение устойчивости вмещающих пород кровли и почвы и засорение угля минеральными примесями. В отдельных случаях тектонические воздействия на пласты угля вызывают полную утрату ими промышленной ценности.

Внедрение изверженных пород в угленосную толщу в виде пластовых интрузий и даек обусловливает локальные изменения химико-технологических и физико-механических свойств углей. При этом пластовые интрузии нередко срезают часть пласта или весь пласт, ассимилируют угольную массу.

Проявление карста в подстилающих уголь породах приводит к провалам угольного пласта, изменению мощности и разрушению угля на локальных ограниченных участках.

В ряде бассейнов (Кузнецкий, Канско-Ачинский, месторождения Забайкалья и др.) широко распространено выгорание пластов. Глубина выгорания существенно меняется в зависимости от геологических, геоморфологических и гидрогеологических условий. На Барандатском месторождении Канско-Ачинского бассейна пласт.

Мощный выгорел в глубину на 20--30 м и по простиранию на 20 км. Ширина зоны выгорания 1,5--2 км. Зоны выгорания пластов Мощного, Прокопьевского и Спутника на шахте «Тайбинская» (Кузбасс) распространяются на глубину до 200 м. «Горельники» на выходах пластов осложняют их отработку открытым способом. При подземной разработке следует учитывать, что они нередко являются источником прорывов в нижележащие горные выработки значительных масс содержащихся в них вод.