Геология геология угольных месторождений. Учебно-методическое пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра геологии и маркшейдерского дела

Ф.А. Голынская

Геология

Геология угольных месторождений

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

УДК 553.9:622.2 Г60

Рецензент канд. геол.-мин. наук, ст. науч. сотр. Е.Ю. Макарова (МГУ им. М.В. Ломоносова)

Голынская Ф.А.

Г60 Геология : геология угольных месторождений : учеб.-метод. пособие / Ф.А. Голынская. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2017. – 40 с.

В пособии излагаются краткие сведения о графических материалах разведочных горных выработок, даются общие представления об угле, его вещественном составе и физических свойствах, технологических характеристиках. Практическая часть представляет собой указания к выполнению студентами заданий построения по данным буровых скважин карт, разрезов, подсчет запасов, а также макроописание образцов углей и определение технологических параметров углей.

Пособие предназначено для студентов специальности 21.05.04 «Горное дело».

УДК 553.9:622.2

Ф.А. Голынская, 2017НИТУ «МИСиС», 2017

2

3

Предисловие

Предлагаемое учебно-методическое пособие включает теоретические основы и фактические данные, необходимые для выполнения лабораторных работ. Пособие состоит из двух частей: «Графические материалы угольных месторождений» и «Вещественный состав углей».

Цель практических заданий первой части – привить студентам навыки работы с графическими материалами, полученными в результате геологоразведочных работ, умение анализировать эти материалы и использовать их при решении практических задач. Раздел «Документация разведочных горных выработок» посвящен ознакомлению студентов с материалами геологоразведочных работ, задокументированых в текстовых и графических материалах. Практической частью этой работы является самостоятельное построение студентами по данным буровых скважин карт, разрезов, структурных колонок, отражающих геологическое строение, вещественный состав и технологические характеристики углей. В следующем разделе «Анализ графических материалов угольных месторождений» даются пояснения к осуществлению детального описания и анализа результатов выполненных графических работ и составлению пояснительной записки. В третьем разделе «Подсчет запасов углей» представлена методика подсчета запасов углей и дается задание на выполнение определения объема полезного ископаемого по данным разведочных скважин и расчета его количества в весовом выражении.

Во второй части пособия даются общие представления об угле, его генетических видах, вещественном составе, физических свойствах, литотипах. Практическая часть раздела представляет собой задание по макроописанию образцов углей и данные к его выполнению, в котором предлагается схема макроописания коллекции основных марок углей. Раздел «Качество углей» знакомит с основными промышленными классификациями углей, их генетическими и технологическими характеристиками. В разделе представлены таблицы классификаций отдельных показателей качества и задание по определению кодового номера, марочного состава и технологических группы и подгруппы угля.

4

I. ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Цель геологической разведки – создание основы для достаточно надежной экономической оценки промышленного значения месторождения, установления направления, объема и характера последующих исследований. Объект геологической разведки – месторождение в его геологических границах.

Скважины и горно-разведочные выработки должны быть инструментально привязаны к имеющейся опорной геодезической сети.

Результаты геологоразведочных работ и подсчета запасов на каждом определенном этапе геологического изучения месторождения (участка) оформляются в виде геологического отчета, представляющего собой подробное текстовое описание и графическое изображение различных особенностей исследуемого месторождения. В отчете дается его характеристика, описание всех произведенных на нем геологических поисковых, разведочных, геофизических, гидрогеологических, инженерно-геологических и горно-эксплуатационных работ и их результатов, а также обоснование подсчета запасов и оценка перспектив месторождения.

1. ДОКУМЕНТАЦИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Особое значение для выбора рациональных схем вскрытия и подготовки месторождения к эксплуатации, а также выбора оптимальной технологии добычи полезного ископаемого имеют графические материалы. На этих графических материалах достаточно полно отображаются данные разведочных работ: геологическое строение месторождения, морфология угольных пластов, их пространственное распределение, качество полезного ископаемого, гидрогеологические и инженерно-геологические условия его залегания и контуры запасов различных категорий.

В комплект графических приложений к отчетам о геологоразведочных работах на угольных месторождениях входят следующие материалы:

– геологическая карта района месторождения в масштабе 1:25 000–1:100 000 со стратиграфической колонкой и разрезами, проходящими через месторождение;

5

–геологическая и гидрогеологическая карты месторождения, составленные на топографической основе в масштабе 1:1000–1:10 000 с нанесенными на них устьями всех разведочных и эксплуатационных выработок и выходами угольных пластов под покровные отложения;

–при наличии эксплуатации месторождения – геологические планы горных работ в масштабе 1:1000–1:2000 с выделением на них запасов, подготовленных к отработке;

–геологические разрезы по разведочным линиям в масштабе

1:1000–1:5000;

–карты, планы и разрезы, характеризующие условия залегания угольных пластов, их строение;

–карты закономерности в изменении качества углей;

–подсчетные планы и разрезы в масштабе 1:1000–1:5000 с нанесением на них данных о мощности пластов, выходе керна, классификационных показателей качества и марочного состава угля, контуров категорий подсчета запасов;

–колонки буровых скважин в масштабе 1:200–1:500;

–структурные колонки угольных пластов в масштабе 1:20–1:50 в зависимости от мощности пластов.

К отчету прилагаются также таблицы результатов лабораторных исследований углей вмещающих пород и материалы о технологических исследованиях: инженерно-геологических, гидрогеологических, геофизических и различных специальныx видов исследований (газоносности, геотермии и т.п.) [1, 8, с. 260].

Для обоснования принятия в проектах типов механизмов и оборудования, выбора систем разработки и обеспечения безаварийного ведения эксплуатации необходим тщательный анализ материалов, полученных в процессе геологоразведочных работ. Большое внимание при анализе должно быть уделено морфологии угольных пла-

стов, условиям их залегания и качеству угля.

Ниже приведены пояснения к выполнению отдельных графических работ, которые отражают основные параметры залегания угольного пласта и его качественных характеристик.

Все графические работы выполняются на миллиметровой бумаге формата А3 простым карандашом в масштабе 1:10 000. Варианты заданий с исходными данными представлены в методических указаниях «Геологическое строение и угленосность Ленинского геологоэкономического района Кузнецкого угольного бассейна» [6] и выдаются преподавателем.

6

1.1. Гипсометрический план кровли (почвы) угольного пласта

Гипсометрические геологические планы отражают особенности рельефа угольного пласта, проявления дополнительной складчатости, изменение простирания и падения, перегибы, флексуры, разрывные нарушения, изменение мощности и его строения. Рельеф почвы (кровли) угольного пласта изображается изогипсами, линиями, соединяющими точки с одинаковыми высотными отметками. Они представляют собой горизонтальную проекцию пересечения горизонтальных плоскостей с поверхностью почвы (кровли) угольного пласта. При крутом залегании используется вертикальная проекция. При построении гипсометрических планов используют два параметра: сечение h – превышение воображаемых горизонтальных плоскостей относительно друг друга, и заложение l – расстояние между смежными изогипсами [8, с. 278–280].

Угол падения пласта α определяется по формуле l = h ctg α.

Выполнение работы начинается с нанесения на миллиметровую бумагу в соответствии с координатами x и y разведочных скважин [6, с. 24–25]. Справа от разведочной скважины подписывается значение абсолютной отметки устья скважины, ниже скважины – значение абсолютной отметки почвы (кровли) угольного пласта [6, с. 26–85].

Методом интерполяции проводятся изогипсы почвы (кровли) угольного пласта с сечением 0,5; 1,0; 2,0 или 5,0 м в зависимости от амплитуды разброса минимальных и максимальных значений абсолютных отметок почвы (кровли).

На карту наносятся разведочные линии путем соединения соответствующих скважин ломаной линией и обозначаются римскими цифрами: I–I, II–II и т.д. [6, с. 24–25].

В верхней части листа, посередине подписывается название карты, например «Гипсометрический план почвы угольного пласта Бреевского», под названием – масштаб карты. Ниже карты, посередине выносятся условные обозначения, которые включают обозначения разведочной скважины, изолиниипочвы(кровли) угольногопластаиразведочнойлинии.

1.2. Карта мощности угольного пласта

Мощность угольного пласта m является важнейшей его горногеологической характеристикой [8, с. 303–304]. Различаютмощности:

7

1)нормальную (измеренную по нормали от кровли к почве);

2)вертикальную (по отвесу);

3)горизонтальную.

По мощности угольные пласты подразделяются на следующие группы:

–весьма тонкие менее – 0,70 м;

–тонкие – 0,71…1,20 м;

–средней мощности – 1,21…3,50 м;

–мощные – более 3,50 м.

Основой для выполнения работы является сеть разведочных скважин [6, с. 24–25]. Справа от скважины подписывается значение абсолютной отметки ее устья, слева от нее – мощность угольного пласта [6, с. 26–85]. Методом интерполяции проводятся изолинии мощности через 0,05; 0,10; 0,20; 0,50 или 1,00 м в зависимости от амплитуды разброса значений мощности угольного пласта. В условных обозначениях указываются разведочная скважина и изолинии мощности угольного пласта.

1.3. Карта зольности угольного пласта

Зольность Ad – отношение в процентах массы неорганического остатка (золы), получаемой после полного сгорания угля, к единице массы исследованной пробы угля [8. с. 62–63].

Для построения карты зольности используются значения средневзвешенной зольности Аd, расчет которой производится по формуле

Ad A1d m1d1 A2d m2d2 And mndn , m1d1 m2d2 mndn

где A1d , A2d ,..., And – зольность каждой угольной пачки или породного

прослоя;

т1, m2, …, mn – мощностьугольных пачек илипородных прослоев; d1, d2, ... , dп – объемный (удельный) вес соответствующих угольных пачек или породных прослоев.

Карта зольности строится путем нанесения на карту значений зольности [6, с. 102–105] в каждой скважине (справа) и проведения методом интерполяции изолинии зольности через 0,10; 0,20; 0,50; 1,0 или 5,0 % в зависимости от амплитуды разброса значений параметра. В пределах угольного пласта выделяются зоны различной зольности, например, с Ad менее 5,0 %, Ad – от 5,0 до 10 % и с Ad от 10,0 до 20,0 %.

8

Выделенные зоны закрашиваются карандашом в различные оттенки красного цвета, причем тон должен усиливаться по мере увеличения зольности.

Вусловных обозначениях следует показать зоны различной зольности.

1.4.Карта марочного состава угольного пласта

Всоответствии с единой классификацией, введенной в действие с 1 января 1990 г. (ГОСТ 25543–88) [3], угли со сходными технологическими свойствами в основных процессах переработки объединены в технологические марки, группы и подгруппы. Всего выделено 17 марок, при этом для бурых углей и антрацитов – по одной марке (соответственно Б и А), для каменных – 15: длиннопламенные (Д), длиннопламенные газовые (ДГ), газовые (Г), газовые жирные отощенные (ГЖО), газовые жирные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), коксовые отощенные (КО), коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные (КСН), коксовые слабоспекающиеся (КС), отощенные спекающиеся (ОС), тощие спекающиеся (ТС), слабоспекающиеся (СС) и тощие (Т).

Основой промышленных классификаций углей являются показатели их качества (параметры), позволяющие комплексно оценить наиболее важные технологические свойства углей для ведущих направлений переработки: энергетического, металлургического, хими- ко-технологического и др. Такими показателями для выделения технологических марок угля и групп принимаются: удельная теплота сгорания, выход летучих веществ, спекаемость и коксуемость, в некоторых – элементный состав (содержание углерода и водорода), для бурых углей – влажность и выход смол.

Работа выполняется следующим образом. На миллиметровой бумаге возле скважин (слева) подписывается марка угля [6, с. 86–101] и плавной линией оконтуриваются участки одинакового марочного состава. Граница между скважинами, в которых установлены различные марки угля, проводится через точку, находящуюся посередине между скважинами. Выделенные участки покрываются различной штриховкой. В условныхобозначенияхуказывается штриховка соответствующеймарки.

1.5. Геологические разрезы

Основными сводными геологическими документами являются структурно-геологические разрезы по разведочным линиям.

9

Геологические разрезы отражают строение угленосной толщи и перекрывающих ее отложений, их литологический состав, характер залегания слоев, изменчивость параметров угольных пластов, характер тектонических нарушений [8, с. 273–275].

Работа выполняется в масштабе 1:5000 по данным разведочных скважин в следующем порядке.

1.Влевойчастилистананоситсяшкаласценойделения: в1 см– 50 м.

2.Строится линия дневной поверхности с использованием для этого координаты z (значения абсолютной отметки устья скважины) [6, с. 24–25].

3.Обозначаются линии разведочных скважин до глубины их заложения.

4.Отмеряются на линиях скважин сверху вниз отрезки, соответствующиемощностивскрытыхпород иугольных пластов [6, с. 26–85].

5.Проводятся геологические границы между разновозрастными породами.

6.Производится корреляция одноименных угольных пластов и вмещающих угольные пласты пород.

7.С правой стороны разреза подписываются возраст пород и наименование угольных пластов.

8.На разрез наносятся условные обозначения пород и углей, которые выносятся в нижнюю часть листа.

1.6. Структурные колонки

Структурные колонки дают информацию о строении угольного пласта, петрографическом составе углей, литологическом составе вмещающих пород (кровли и почвы) и породных прослоев, мощности угольных пачек и породных прослоев.

Структурные колонки угольного пласта строятся по данным разведочных скважин в масштабе 1:20 или 1:50, ширина колонок – 3,0 см.

На структурной колонке откладываются в заданном масштабе мощности угольных пачек и породных прослоев. Значения мощности пачек подписываются с правой стороны колонки, породных прослоев

– с левой стороны. Породы почвы и кровли показываются не на полную мощность и обрываются неровной волнистой линией. Условными знаками показываются состав пород и литотипы углей, которые выносятся в условные обозначения.

10