книги из ГПНТБ / Ляхов Г.М. Основы разработки угольных месторождений подземным способом учебник

менее значительной площади покрываются позднейшими осад­ ками.

Под угольным месторождением подразумевают какую-ни­ будь часть бассейна (Прокопьевско-Киселевское месторожде­ ние Кузнецкого бассейна и т. д.), или вообще небольшую по площади (десятки, реже сотни квадратных километров) и за­ пасам угля часть земной поверхности. Иногда вместо термина месторождение употребляют другой термин — угленосный район.

Громадные угленосные площади, на которых не доказано не­ прерывное развитие угленосных отложений с подчиненными пластами угля, называют угленосными площадями или обла­ стями.

Кроме того, различают угленосные провинции, под которы­ ми понимают обширные, сплошные или прерывистые, площади, попадающие в одну и ту же возрастную фазу.

Геологические запасы углей в СССР составляют более по­ ловины мировых запасов. 83% запасов углей сосредоточены в восточных районах и 17%—в европейской части страны.

К основным угольным бассейнам европейской части СССР

относят: Донецкий, Печорский, Подмосковный, Львовско-Во- лынский, Днепровский, Ткварчельский, Ткибульский.

Крупных угольных бассейнов на Урале нет. Бассейны Кизеловский, Челябинский, а также месторождения Свердловской области и Южного Урала имеют незначительные запасы.

К главнейшим бассейнам восточных районов страны следу­ ет отнести: Кузнецкий, Карагандинский, Иркутский, КанскоАчинский, Ленский, Тунгусский, Таймырский.

В Средней Азии, Забайкалье, Хабаровском и Приморском краях, а также на Сахалине имеются значительные месторожде­ ния углей, имеющие, однако, местное значение.

§ 6. ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ

Прежде чем разрабатывать то или иное месторождение уг­ ля, необходимо составить проект его разработки. Разработка связана с необходимостью строительства шахт, рабочих посел­ ков, разного рода технических сооружений, проведения подъ­ ездных железнодорожных путей и шоссейных дорог, школ, детс­ ких учреждений, клубов, больниц и т. д.

Для проектирования необходимо иметь следующие данные: местоположение месторождения, число пластов, их мощность, форму, строение и глубину залегания, направление падения и простирания пластов, литологический состав вмещающих пород, горно-геологические и гидрогеологические условия эксплуата­ ции, качество углей и их запасы.

10

Ответы на все эти вопросы дают геологоразведочные работы, которые состоят из следующих стадий: поиски, предваритель­ ная разведка, детальная разведка, эксплуатационная разведка.

Основанием для составления проектов разработки служат данные геологоразведочных работ. Проектирование, в свою оче­ редь, состоит из двух стадий: составления проектного задания и составления технического проекта.

Финансирование строительства горного предприятия может осуществляться только при наличии утвержденного проекта.

Поиски месторождений угля. Постановка поисковых работ должна быть обоснована надежными геологическими данными по литологии, стратиграфии и тектонике исследуемого района. Кроме указанных данных признаками угольных месторождений являются: выходы угля на поверхность, обломки угля на уча­ стках выноса рыхлого материала водой, вынос угольного шлама источниками подземных вод или выбросы его из звериных нор; нахождение угля, угольного шлама и сажи в вывороченных корнях деревьев; обнажения «горельников», образующихся при подземных пожарах и представляющих собой обожженную кра­ сную весьма крепкую породу; выходы на поверхность углистых сланцев и тонких прослойков угля, часто сопровождающих про­ мышленные месторождения, II Т. д.

В зависимости от мощности покрывающих пород и особен­ ностей геологического строения и рельефа участка при поисках проходятся канавы, шурфы или дудки, иногда небольшие штоль­ ни, производится ручное, мелкое и глубокое механическое буре­

ние.

Практикой поисковых работ в Подмосковном бассейне, на­ пример, установлено, что в начальном этапе работ расстояния между поисковыми линиями составляют примерно 10 км, а меж­ ду скважинами 2—3 км.

Скважины бурятся вертикально или наклонно, в зависимости от условий залегания пород.

Поисковые работы заканчиваются оценкой перспектив угле­ носности района и выделением площадей под разведку, целе­ сообразность постановки которой вытекает из оценки данных поисковых работ.

Предварительная разведка угольных месторождений. Зада­ чей проведения предварительной разведки угольных месторож­ дений являются установление мощности пласта, элементов его залегания, площади распространения, характеристики вмеща­ ющих пород, их водоносности, физико-химических свойств и со­ става угля. Предварительные геологоразведочные работы в за­ висимости от условий залегания полезного ископаемого и вме­ щающих его пород производятся различными методами: мелки­ ми и глубокими скважинами, канавами, шурфами, штольнями, наклонными шахтами. Применяются также геофизические мето­ ды разведки.

II

Предварительные разведочные работы позволяют составить геологический разрез месторождения, а анализ взятых проб — его качественную характеристику.

Детальная разведка угольных месторождений. Задачей про­ ведения детальных разведок является окончательное определе­ ние запасов, распределение их в пределах месторождения, уточ­ нение условий залегания, выявление условий эксплуатации и опробования полезного ископаемого. Сорт углей и технологи­ ческие особенности последних определяются в результате ана­ лиза проб, который делится на химический, технологический и петрографический. В задачу детальной разведки входит также определение газоносности угольных пластов и вмещающих по­ род, а также их водообильностн. Детальная разведка произво­ дится путем бурения разведочных скважин, а также пробной добычи угля и выявлением сведений, необходимых для реше­ ния вопроса об обогащении угля, его пыльности и склонности к самовозгоранию.

Эксплуатационная разведка угольных месторождений. Зада­ чей проведения эксплуатационной разведки является выявление частных случаев нарушения в залегании угольных пластов: сбросов, сдвигов, выклинивания или вздутия пласта, а также взбросов. Эти работы производятся силами геологоразведочной службы шатх или шахтоуправлений по мере надобности при разработке месторождения.

Геофизические методы разведки. Для ускорения поисковых и разведочных работ и удешевления их за счет наиболее рацио­ нального расположения разведочных выработок и при этом бо­ лее полного освещения условий залегания полезного ископаемо­ го применяют геофизическую разведку. На одних этапах (по­ иски) она предшествует геологоразведочным работам, на дру­ гих — проводится вместе с ними с целью дополнения и уточне­ ния полученных результатов.

Геофизические методы разведки основаны на изучении раз­ личных физических параметров горных пород, залегающих на участке наблюдений. Изучаемые при этом физические поля могут быть естественными или искусственно созданными. К пер­ вым можно отнести магнитные и гравитационные поля, естест­ венные электрические токи и другое, ко вторым—поля зазем­ ленных источников электрического тока, поля упругих колеба­ ний при взрывах и ударах. Горные породы характеризуются определенными физическими свойствами — плотностью, магнитностью, электропроводностью, упругостью, различаясь между собой в зависимости от состава и условий залегания парамет­ рами соответствующих физических характеристик. Причем одно и то же поле в разных геологических средах различно по стру­ ктуре и интенсивности. Это обстоятельство дает возможность устанавливать характер влияния и особенности пространствен­ ного распределения горных пород. П чем более заметны будут

12

отличия горных пород по физическим параметрам, тем отчетли­ вее будут выявлены границы их разделяющие.

Геофизические наблюдения можно проводить на поверхно­ сти земли, в горных выработках, в буровых скважинах, в воз­ духе, с поверхности или по дну водных бассейнов.

Геофизические методы разведки дают возможность выяв­ лять и изучать отдельные особенности строения геологического разреза на расстоянии и на глубину от первых метров до мно­ гих километров. Они позволяют увеличивать объем получаемой информации о таких свойствах горных пород и особенностях геологического разреза, которые трудно получить, применяя только одни геологические методы. Геофизические методы раз­ ведки весьма производительны благодаря применению различ­ ных технических средств и возможности проведения измерений в движении.

Вместе с тем геофизическим методам разведки присущи и некоторые недостатки, вследствие того, что разрешающая спо­ собность их ограничена. Геофизические наблюдения освещают геологический разрез осредненію.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что гео­ физические методы разведки не могут полностью заменить гео­ логические методы поисков и разведки. Только правильное сочетание геологических, горных, буровых и геофизических ме­ тодов исследования содействует более эффективному проведе­ нию поисковых и разведочных работ.

К основным методам геофизических исследований отно­ сятся: электроразведка, сейсморазведка, гравиразведка, магни­ торазведка.

Электроразведка относится к наиболее распространенным. Она применяется в двух вариантах: метод вертикального эле­ ктрического зондирования и метод электропрофилирования. Оба варианта основаны на изучении удельного сопротивления пород посредством наблюдения искусственно создаваемого в земле постоянного электрического ПОЛЯ.

Сейсморазведка основывается на наблюдении путей и ско­ ростей распространения упругих колебаний в пластах горных пород, вызываемых взрывами или ударами. Она применяется в двух вариантах: как метод отраженных волн и метод прелом­ ленных волн.

Гравиразведка основана на изучении аномальных особен­ ностей поля силы тяжести, вызываемых неоднородностями рас­ пределения в разрезе изучаемой площади горных пород раз­ личной плотности'.

Магниторазведка основана на изучении особенностей по­ ведения земного магнитного поля в пределах той или иной площади исследования. Это позволяет установить закономер­ ности распределения пород, различающихся по своим магнит­ ным свойствам.

13

Подсчет запасов разведанных полезных ископаемых. К за­ вершающей стадии разведочных работ относится подсчет запа­ сов полезного ископаемого. Количество запасов, например, уг­ ля на разведанном участке с учетом горнотехнических условий и особенностей определяет промышленную ценность место­ рождения или его части, а подразделение запасов на катего­ рии отражают степень геологической изученности объекта в це­ лом и отдельных его частей.

Обычно подсчет запасов осуществляется по окончании каж­ дой стадии поисковых или разведочных работ. Выявленные за­ пасы утверждаются Государственной комиссией по запасам по­ лезных ископаемых при Совете Министров СССР (ГКЗ СССР).

Подсчет запасов производится в следующей последователь­ ности: подготавливаются исходные данные и оформляются гра­ фические материалы; оконтуриваются площади подсчета и про­ мышленные группы запасов; запасы подразделяются по степе­ ни изученности и блокам подсчета; выполняются технические операции и оформляются результаты подсчета.

Подсчет запасов производится различными методами. Метод геологических блоков используется почти

повсеместно на самых различных по генетическому тину и гео­ логическим условиям месторождениях. Сущность метода за­ ключается в том, что площадь подсчета запасов подразделяется на части (блоки), характеризующиеся общностью показателей мощности и строения пласта, условий залегания, качества уг­ ля, степени нарушенности, обводненности, газоносности, пыльности и т. д. Общие запасы месторождения получаются в ре­ зультате суммирования запасов отдельных блоков.

Метод ближайшего района применяется при нерав­ номерной густоте разведочной сети и наличии резких колебаний в показателях, характеризующих месторождение по соседним выработкам. Сущность метода заключается в том, что пло­ щадь подсчета разделяется на блоки по числу разведочных вы­ работок, причем каждый из них представляет собой многоу­ гольник, опирающийся на разведочную выработку. Общие за­ пасы месторождения получаются в результате суммирования запасов отдельных блоков.

Метод разрезов применяется при подсчете запасов по разрезам, пересекающим тело пласта. Сущность метода заклю­ чается в том, что на основе данных разведки строятся геологи­ ческие разрезы, на которых оконтуриваются площадь подсчета и участки с различной степенью изученности. Метод разрезов используется при подсчете запасов месторождений, содержа­ щих сложные по форме, строению и условиям залегания мощ­ ные угольные пласты и залежи.

Метод изолиний применяется при горизонтальном или близком к нему залегании пласта. Сущность метода заключа­ ется в том, что на условной плоскости, параллельной напласто­

14

ванию, строят изолинии равной мощности пласта. Метод изолиний используется при подсчете запасов мощных угольных пла­ стов сложной формы при значительных, но равномерных изме­ нениях мощности при наличии большого числа выработок, обеспечивающих возможность надежного построения изолиний.

Метод среднего арифметического применяется при подсчете запасов по всему месторождению или его части, рассматриваемой в качестве единого блока. Метод очень прост и используется при равномерной густоте разведочной сети и от­ сутствии резких изменений показателей мощности и качеств угля в различных частях оцениваемой площади.

Статистический метод применяется при определе­ нии запасов по низкой категории (С2) и для подсчета прогноз­ ных запасов. Сущность его заключается в определении исход­ ных средних данных об угленосности на единицу площади отло­ жений, распространенным на остальную неразведанную часть месторождения.

Метод эксплуатационных блоков. Область его применения ограничивается контуром горно-эксплуатационных работ. Сущность метода заключается в использовании исход­ ных данных, полученных в процессе вскрытия и эксплуатации месторождения, по которым вычисляются средние данные о мощности и качестве угля в блоке.

Топографические и маркшейдерские планы масштаба 1 : 2000 и 1 : 5000 являются графической основой для подсчета запасов промышленных категорий. При подсчете запасов низких катего­

А, В, Сі и С2.

Категория А. Запасы, разведанные и изученные с деталь­ ностью, обеспечивающей: полное выяснение условий залегания, формы и строения тел полезного ископаемого; полное выявление природных типов и промышленных сортов минерального сырья, их соотношения и пространственного положения; выделение и оконтуривание некондиционных участков внутри тел полезного ископаемого; полное выяснение качества, технологических свойств полезного ископаемого и природных факторов (гидро­ геологических, инженерно-геологических и др.), определяющих условия ведения горно-эксплуатационных работ. Контур запа­ сов определен скважинами или горными выработками.

Категория В. Запасы, разведанные и изученные с де­ тальностью, обеспечивающей: выяснение основных особенностей условий залегания, формы и характера строения тел полезного ископаемого; выявление природных типов и промышленных сортов минерального сырья и закономерности его распределе­ ния без точного отображения пространственного положения

15

каждого типа; выяснение соотношения и характера неконди­ ционных участков внутри тел полезного ископаемого без точно­ го их оконтуривания; выяснение качества, основных технологи­ ческих особенностей полезного ископаемого и основных природ­ ных факторов, определяющих условия ведения горно-эксплуа­ тационных работ. Контур запасов полезных ископаемых опре­ делен по данным разведочных выработок с включением при устойчивой мощности и выдержанном качестве полезного иско­ паемого ограниченной зоны экстраполяции.

Категория Сь Запасы, разведанные и изученные с де­ тальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах усло­ вий залегания, формы и строения тел полезного ископаемого его природных типов, промышленных сортов, качества, техноло­ гических свойств, а также природных факторов, определяющих условия ведения горно-эксплуатационных работ. Контур запа­ сов полезных ископаемых определен на основании разведочных выработок и экстраполяции по геологическим и геофизическим данным.

Категория Сг. Запасы предварительно оцененные; усло­ вия залегания, форма и распространение тел полезного ископа­ емого определены на основании геологических и геофизических данных, подтвержденных вскрытием полезного ископаемого в отдельных точках либо по аналогии с изученными участками. Качество полезного ископаемого определено по единичным про­ бам и образцам или по данным примыкающих разведанных участков. Контур запасов полезных ископаемых принят в пре­ делах геологически благоприятных структур и комплексов гор­ ных пород.

Кроме того, запасы месторождения полезного ископаемого еще делят на геологические, балансовые, забалансовые и про­ мышленные.

К геологическим относят все запасы, выявленные в пределах данного контура месторождения и на определенную глубину, независимо от процентного содержания полезного ис­ копаемого, его качеств и условий залегания.

К балансовым относят разведанные и изученные запасы полезного ископаемого, которые пригодны для разработки и использования в народном хозяйстве при существующем уров­ не техники.

К забалансовым относят часть геологических запасов, которые в настоящее время по тем или другим причинам не могут быть использованы в народном хозяйстве. С улучшением средств эксплуатации, изменением спроса и потребления полез­ ного ископаемого забалансовые запасы могут быть отнесены

вбудущем к балансовым.

Кпромышленным запасам относят часть балансовых

запасов, которая в процессе разработки полезного ископаемого может быть выдана на поверхность. Промышленные запасы

16

13 12

наземных сооружений, относящихся к нему.

Чтобы использовать полезное ископаемое, залегающее в нед­ рах земли, необходимо открыть доступ к нему, отделить его от общей массы пород и выдать на поверхность. Работы, которые производят при выемке полезного ископаемого или при подго­ товке его к выемке, называют горными работами.

Врезультате этих работ в толще полезного ископаемого или пустых пород образуются свободные пространства, которые на­ зывают горными выработками.

Взависимости от назначения горные выработки (так же,

как и горные работы) носят название разведочных, если их проводят с целью отыскания и разведки полезного ископаемого,

иэксплуатационных, если их ведут с целью его добычи.

Горные выработки (рис. 3) делят па капитальные, подгото­

вительные и очистные.

Капитальными называют выработки, которые обеспечивают доступ к месторождению (шахтный ствол, квершлаг и др.).

Подготовитсльноіми называют выработки, с помощью кото­ рых подготовляют месторождение для ведения очистных работ (откаточный штрек, уклон, промежуточный штрек и другие).

Очистными называют выработки, предназначенные для не­ посредственной добычи полезного ископаемого (очистная каме­ ра, лава).

Камера — очистная горная выработка (при камерной сис­ теме и камерно-столбовой системе разработки полезных иско­ паемых) с забоем небольшой протяженности, ограниченная се всех сторон массивом полезного ископаемого и вмещающими

18

породами. Камерой называют также капитальную горную вы­ работку, имеющую при сравнительно больших поперечных раз­ мерах небольшую длину и предназначенную либо для разме­ щения оборудования (насосная камера, вентиляторная каме­ ра, подземная подстанция и т. п.), либо для хозяйственных или санитарных целей (камера ожидания, диспетчерская, медицин­ ский пункт и т. її.). Различают также камеру дробления, смеси­ тельную камеру и т. д.

Лава — очистная горная выработка, расположенная, как правило, по падению пласта между двумя штреками — отка­ точным и вентиляционным. Лава имеет значительные размеры по длине (иногда 300 м и более). Ширина лавы 2—3 м, высо­ та равна мощности пласта. Забой лавы (очистной забой) рас­ полагают вдоль выработки, длина его равна длине лавы. Лава перемещается в результате выемки угля в ее забое, а образо­ вавшееся выработанное пространство закладывают пустой по­ родой или обрушают. Лава имеет прямоугольную форму по­ перечного сечения.

По отношению к земной поверхности различают открытые и подземные горные выработки. Открытыми называют горные выработки, проводимые на поверхности земли. Подземными называют горные выработки, проводимые под землей.

Подземные выработки делят на вертикальные, наклонные, горизонтальные.

§2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЫРАБОТКИ

Кгруппе вертикальных горных выработок относят шурфы, стволы разведочных и эксплуатационных шахт, а также гезен­

ки.

Шурфом называют горную выработку обычно малого сече­ ния и небольшой глубины, имеющую непосредственный выход на поверхность и предназначенную главным образом для раз­ ведочных работ. Шурфы проводят иногда для проветривания или взрывных работ (массовых взрывов). Форма поперечного сечения шурфов, как правило, прямоугольная, реже — круглая.

Стволом ризведочной шахты называют проводимую с по­ верхности горную выработку, предназначенную для детального изучения разведываемого месторождения полезного ископаемо­ го. Поперечные размеры и глубина стволов разведочных шахт обычно больше, чем шурфов, а оборудование их более совер­ шенное.

Шахтным стволом называют горную выработку, имеющую непосредственный выход на поверхность и предназначенную для обслуживания подземных работ. Шахтные стволы в зави­ симости от основного назначения делят на главные и вспомога­ тельные. Первые служат для подъема ио ним полезного ископа­ емого на поверхность. Вторые служат для разных целей, их в за-

2*