Геология геология угольных месторождений. Учебно-методическое пособие

2. АНАЛИЗ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

На основе анализа геологических материалов, полученных в результате выполнения практических заданий, составляется краткая записка о геологическом строении шахтного поля, угленосности, качестве и марочном составе углей.

Пояснительная записка включает следующие разделы.

Общие сведения об участке угольного пласта. Указывается гео-

графическое и административное расположение участка, его размеры (км2), тип рельефа. Приводятся значения минимальных, максимальных и средних значений абсолютных отметок поверхности.

В разделе дается краткая характеристика угленосной толщи, угольного пласта, качества углей и горно-геологических условий. В заключение указывается объем запасов углей на исследуемом участке угольного пласта.

Геологическое строение. Раздел включает сведения о стратиграфии и литологии пород угленосной толщи и перекрывающих отложений, их мощности. Производится литологическое описание разновозрастных отложений от древних к молодым (снизу вверх). Дается описание тектонического строения участка, характера залегания слоев (горизонтальное, моноклинальное, складчатое), наличие разрывных тектонических (сбросов, взбросов, надвигов, сдвигов) нарушений, карстовой нарушенности, суффозионных явлений.

Угленосность. В этом разделе указывается стратиграфическая принадлежность угленосной толщи, глубина ее залегания и мощность, количество угольных пластов. Рассчитывается коэффициент угленосности по формуле

Kун тmуп ,

ут

где ∑mут – суммарнаямощностьугольных пластовугленосной толщи; mут – мощность угленосной толщи.

Дается подробная характеристика исследуемого угольного пласта: средняя глубина его залегания; максимальное, минимальное и среднее значение мощности; степень выдержанности гипсометрии почвы (кровли) угольного пласта и мощности; описание участков резкой изменчивости этих параметров с указанием номеров скважин, в ко-

11

торых отмечено значительное увеличение или уменьшение параметра. По данным структурных колонок характеризуются строение угольного пласта, литологический состав породных прослоев и пород кровли и почвы, указывается мощность угольных пачек и породных прослоев.

Вещественный состав и технологические свойства углей. Указы-

ваются литотипы (витрен, кларен, кларено-дюрен и др.), слагающие угли исследуемого участка. Дается описание карты марочного состава с указанием доли и распространения различных марок со ссылкой на номера скважин.

Из табличных данных определяется среднее процентное содержание в углях основных групп микрокомпонентов (витринита Vt, инертинита I, семивитринита Sv, липтинита L), средняя величина отражательной способности витринита Ro, среднее содержание зольности Ad, выхода летучих веществ Vdaf, углерода Cdaf, водорода Hdaf, серы Sdaf, средней толщины пластического слоя y, средней величины теплоты сгорания Qdaf.

Дается описание карты зольности угольного пласта, отмечаются участки с резкой изменчивостью параметра с указанием номеров скважин с повышенной или пониженной относительно среднего значения зольностью.

3. ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ УГЛЕЙ

Подсчет запасов – завершающий этап поисково-разведочного процесса в целом и каждой отдельной его стадии. Представления о пространственном размещении и их оценка по количеству и качеству создаются на основе подсчетных планов (разрезов) [8, с. 296–312].

Подсчетные планы составляются в виде проекций угольных пластов (залежей) на горизонтальную (при углах падения пород до 45º) или на вертикальную (при углах падения более 45º) плоскость. При прямолинейном простирании и выдержанных углах падения пород подсчетный план может быть спроектирован на плоскость, параллельную одной из поверхностей (обычно почве) пласта. Как правило, такое проецирование проводится при залегании пластов, близком к горизонтальному (до 8º), когда за величину подсчетной мощности может быть принята вертикальная мощность пласта, а площади проекций, измеренные на подсчетных планах, приравнены к истинным из-за незначительной разницы их величин. Масштаб подсчетных планов в зависимости от сложности геологического строения место-

12

рождения и загрузки исходными данными принимается 1:2000– 1:10 000 при подсчете запасов по данным детальной разведки.

Для построения подсчетных планов используются геологическая карта месторождения (участка), погоризонтные планы, геологические разрезы; наразрабатываемыхместорождениях– планы горныхработ.

В соответствии с установленными кондициями (или принятыми по аналогии параметрами) наносятся контуры подсчета балансовых и забалансовых запасов, границ распространения углей различных марок (технологических групп и подгрупп), подразделения запасов углей по степени их изученности (категориям).

Запасы углей Q подсчитываются в единицах массы (т) при естественной влажности по формуле

где V – объем тела полезного ископаемого (угольного пласта, залежи) или его части, выделенной для подсчета;

dar – кажущаяся плотность угля в естественном залегании.

Для подсчета запасов выполняется графическое упрощение формы тел с преобразованием их в геометрические фигуры, ограниченные плоскостями, что облегчает вычислительные операции.

Различают геолого-статистический, среднеарифметический методы подсчета запасов, метод геологических блоков, метод ближайшего района, метод изолиний и др.

Широко используется при подсчете запасов рудных и нерудных месторождений метод разрезов (сечений), который позволяет более полно учитывать сложные формы залегания и внутреннее строение тел полезных ископаемых, а также детали тектоники, сглаживаемые при искусственной геометризации в других методах подсчета.

Суть метода состоит в том, что на сечениях пласта в геологических разрезах выполняется оконтуривание запасов, выделение фигур подсчета, объединяющих запасы различного промышленного значения (балансовые или забалансовые) и степени разведанности; при этом учитываются однородность геологического строения пласта, состава и качества угля, идентичность горно-геологических условий.

Подсчетные блоки выделяются между смежными сечениями, на которых оконтуриваются подсчетные фигуры. Объем запасов в блоках определяется как произведение величины линейных запасов подсчетных фигур при условно принятой их толщине в 1 м на длину блока – расстояние между смежными сечениями (разрезами).

13

Если площади фигур в смежных сечениях более или менее равновеликие, а сечения близки к параллельным, объем блока V определяют по формуле призмы:

где S1 и S2 – площади фигур в смежных сечениях; l – длина блока (расстояние между сечениями).

Если площади фигур в параллельных сечениях различаются более чем на 40 %, для подсчета объема блока используется формула усеченной пирамиды:

Подсчет запасов в данной работе осуществляется на основе карты изомощности угольного пласта и включает следующие этапы.

1.Нанесение на карту изомощности разведочных линий.

2.Выделение на участке подсчетных призм и их нумерация.

3.Вычисление в каждой подсчетной призме площади параллельных плоскостей, форма которых принимается прямоугольной. Одна сторона прямоугольника является мощностью пласта m, другая – расстоянием между соседними скважинами разведочной линии a.

4.Вычисление расстояния между сечениями l, соответствующее высоте призмы, которое определяется как средняя величина расстояний между парами ближайших скважин, расположенных в пределах подсчетной призмы.

5.Расчет объема подсчетной призмы по формуле (3.1).

6.Определение суммарного объема углей участка.

7.Расчет весового объема запасов углей по формуле (3.2). Плотность углей определяется по табл. 3.1.

14

15

II. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ УГЛЕЙ

4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УГЛЯХ

Углями называются осадочные горные породы, сложенные продуктами преобразования органического вещества (ОВ) растительных организмов, минеральными компонентами и содержащие то или иное количество влаги. Собственно к углям, как к полезным ископаемым, относятся породы с содержанием минерального вещества не более 30…40 %, редко 45 % (на сухую массу). Естественная влажность меняется от 40…60 % у бурых углей до нескольких процентов у антрацитов.

Ископаемые угли различаются по внешнему виду, составу и свойствам, что обусловлено исходным типом ОВ, условиями его накопления, неодинаковой степенью последующих изменений, количеством и составом минеральных примесей. Существует множество классификаций углей: генетические, химико-технологические, промышленные.

Генетические классификации основаны на разделении углей по исходному материалу (гумусовые, сапропелевые), петрографическому составу, степениуглефикации иколичеству минеральныхкомпонентов.

В ряду углефикации выделяют три основные группы углей: бурые, каменные и антрациты. В свою очередь, каждая из этих групп подразделяется на подгруппы и типы, отвечающие стадиям и подстадиям углефикации. При этом используется комплекс основных классификационных параметров [3, 4, 8].

5. ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЕЙ 5.1. Мацералы (микрокомпоненты) углей

При рассмотрении углей под микроскопом в проходящем или отраженном свете выделяют их элементарные составляющие – мацералы (М. Стопс, 1935)отражающие морфологические особенности компонентов угольного вещества. Результаты микроскопического изучения состава в тонких шлифах используются для установления генетических типов углей, а также прогноза их химических и технологических свойств [8, с. 7–12].

Номенклатура мацералов, принятая в России и за рубежом, приведена в табл. 5.1.

16

Группа витринита Vt наиболее распространена в углях. Представляет собой аморфную бесструктурную массу (коллинит) или отдельные участки в виде полос и линз с сохранившейся клеточной структурой (теллинит). Цвет этих мацералов в проходящем свете от оранжевого до темно-красного, вотраженном– от серого до желтовато-белого.

Группа инертинита I – вторая по степени распространенности группа мацералов. Встречается в углях в виде разной толщины прослоев, обломков с отчетливо сохранившейся структурой, а также бесструктурной непрозрачной массы. В проходящем свете мацералы этой группы темно-коричневые, черные, в отраженном – белые, с желтоватым оттенком.

Группа липтинита L – объединяет мацералы, устойчивые к разложению: оболочки спор, обрывки покровных частей листьев и стеблей (кутикулы), пробковые ткани, смола. Обычно имеют хорошую сохранность форм, редко бывают раздроблены. Наболее распространен в углях споринит. Резинит (смола) встречается в виде отдельных

17

овальных включений или заполняет клеточные полости в витринитах и инертинатах. В проходящем свете цвет мацералов от ярко-желтого до красного и темно-красного, в отраженном – от черного до серого. Альгинит связан с ОВ сапропелевой природы: остатков простейших водорослей, зоопланктона. Представлен форменными элементами, аттритом и бесструктурной массой. Колонии альгинитов имеют овальную форму с ячеистой структурой. Цвет этих мацералов в проходящем свете от серовато-желтого до оранжевого, в отраженном – от серого, темно-серого до черного.

Минеральные включения М – подразделяются на основные группы неорганических соединений: глинистые, карбонатные, сульфиды железа, окислы кремния и пр.

5.2. Литотипы (макрокомпоненты) углей

Литотипы углей – составные части угля, различимые невооруженным глазом, обладающие определенным петрографическим составом и изменяющимися в зависимости от степени углефикации физическими и химическими свойствами и слагающие слои, пачки и целые пласты. Различают литотипы угля простого и сложного строения (табл. 5.2). Литотипы простого строения выделяют при их толщине более 3 мм, сложного – более 10 мм. Наличие литотипов в пластах обусловливает их полосчатость, отсутствие– однородностьстроения.

Таблица 5.2

Литотипы гумусовых углей

18

По форме, размеру и характеру чередования отдельных линз и слойков угля, его блеску, трещиноватости, рельефу поверхности излома и других свойств внутри отдельных типов могут быть выделены разновидности [3, 4, 7].

5.3. Макроскопические характеристики углей

Макроскопические характеристики углей – это основные петро-

графические характеристики углей, различимые невооруженным глазом, по которым приближенно определяются структурные особенности, литотип и марка угля [5, 8].

Цвет у торфов изменяется от темно-коричневого до черного, у бурых углей – от палевого, бурого до черного с коричневым оттенком; у каменных углей – черный или серо-черный; у антрацитов – серовато-черный или черно-серый, у сапропелей – коричневый.

Цвет черты – это цвет угля в порошке, который определяется на неглазурованной фарфоровой пластинке – бисквите. Цвет черты у торфа – буро-желтый; у бурых углей – бурый, темно-коричневый; у каменных – черный, бархатистый; у антрацитов – темно-серый, блестящий.

Блеск в углях увеличивается в процессе метаморфизма. При этом изменяется и характер блеска. У бурых углей блеск жирный, смоляной; у каменных изменяется от жирного до алмазного, у антрацитов – металлический.

19

Твердость по шкале Мооса изменяется от 1 у торфов и мягких бурых углей до 5 у антрацитов.

Плотность dr, г/см3: у торфов – 1,40…1,70; у бурых – 1,23…1,33;

у антрацитов – от 1,40 до 1,90.

Текстура углей обусловлена наличием и соотношением блестящих и матовых литотипов и минеральных примесей. Для торфов характерна пористая, землистая, древесная текстура; для мягких бурых углей – землистая, слоистая; для плотных бурых и каменных – массивная, полосчатая; для антрацитов – массивная, плотная.

Трещиноватость является важным петрографическим признаком, который хорошо различим во всех углях. По условиям образования в углях выделяют три типа трещин: эндогенные (результат метаморфизма углей, трещины перпендекулярны к направлению слоистости), экзогенные (результат тектонических движений, направление трещин от 0 до 90°) и гипергенные (результат выветривания, направление трещин от 0 до 90°). Максимальная трещиноватость у каменных углей, минимальная – у бурых.

Отдельность – это характерная форма кусков угля, обусловленная трещиноватостью и образующаяся при естественном или искусственном раскалывании. У торфов отдельность комковатая, слоистая; у бурых и каменных углей – кубическая, пластинчатая, призматическая, гребенчатая, пирамидальная, чечевицеобразная и др.; у антрацитов – осколочная, неправильная.

Поверхность излома – это рельеф поверхности кусков угля, образующаяся при его раскалывании. У плотных бурых и каменных углей

– землистая, угловатая, занозистая, раковистая; у каменных – угловатая, занозистая, раковистая; у антрацита – раковистая.

5.4.Макроскопическое изучение углей

Всоответствии с порядком выполнения работы и использованием прил. 1, составить описание коллекции углей (по заданию преподавателя). Схема макроописания углей приведена ниже.

1.Наименование.

2.Вид каустобиолита.

3.Литотип.

4.Цвет.

5.Цвет черты.

6.Блеск.

7.Твердость по шкале Мооса.

20