Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геологии угля и горючих сланцев. Учебное пособие
.pdf
91
сами категории С
допускается подсчет по углеплотности, то есть количеству угля
2
на единицу площади.
Запасы угля подсчитываются в единицах массы (тыс.т.) при естественной
влажности по формуле:
где V – объем угольного пласта или его части, тыс.м3;
γ – удельный вес угля, т/м3.
12.2 Методы подсчета запасов
Q = V * γ,
Пласты угля залегают в виде тел, ограниченных сложными поверхностями.
Для оценки объема тела производится графическое упрощение их форы, что облег-
чает производства вычислительных операций.
На ранних стадиях изучения месторождения применяются геологостатистический и среднеарифметический методы.
Геолого-статистический метод заключается в распространении по аналогии
на неразведанную площадь усредненных данных об угленосности, полученных по
результатам детальной разведки или эксплуатации изученной части месторождения.
Метод применяется для подсчета прогнозных запасов и для перспективной оценки
слабо разведанных площадей. Запасы угля определяются по формуле:
Q = S * h * γ *K,
где S - площадь подсчета, тыс.м2;
h - суммарная толщина пласта, м;
γ - плотность угля, т/м3;
92
К - поправочные коэффициенты, учитывающие возможное ухудшение про-
n
n
h
Р
1
мышленной ценности угля, за счет уменьшения толщины пласта, выклинивания или
внутриформационных размывов, усложнения тектоники и т.д.
Метод среднеарифметический заключается в преобразовании тела полезного
ископаемого в единую призму с постоянной высотой по всей площади его распро-
странения. Высота призмы определяется как среднеарифметическое значение по
данным о толщине пласта по всем горным выработкам по формуле:
,
где h - высота призмы, м;
n – количество точек определения толщины пласта.
Данный метод применяют, как правило, для подсчета запасов выдержанных
или слабо нарушенных пластов по толщине и составу. Обычно метод используется
при необходимости осуществления быстрого оперативного подсчета слабо разве-
данных площадей и для общего контроля результатов подсчета запасов другими ме-
тодами.
Метод геологических блоков. На подсчетных планах площади распростране-
ния балансовых и забалансовых запасов выделяются блоки, характеризующиеся
общностью основных подсчетных параметров: толщины пласта, степени нарушен-
ности, качества угля, гидрогеологических условий. Тело пласта как бы преобразует-
ся в ряд сомкнутых разновеликих фигур, каждой из которых придаются средние ха-
рактеристики основных горно-геологических показателей (рисунок 7). Запасы угля в
каждом блоке подсчитываются как произведение его площади на среднюю для бло-
ка толщину пласта и на плотность угля, общие запасы равны сумме запасов отдель-
ных блоков.
При выделении блоков охватываются площади, в пределах которых распола-
гаются несколько горных выработок (иногда до 10). Количество горных выработок в
локе зависит от особенностей строения платов и изменчивости качества угля. Метод
93
геологических блоков является основным при подсчете предварительно или деталь-
но разведанных запасов углей.
Разновидностью метода геологических блоков является метод ближайшего
района (метод профессора Болдырева). Разница заключается в том, что площадь
подсчета запасов подразделяется на блоки, характеристика которых основывается на
данных одной горной выработки. Для этого метода характерны громоздкость и
сложность подсчетных операций, поэтому он применяется ограничено, лишь на ме-
сторождениях со сложным геологическим строением, где невозможно выделение
крупных блоков.
Метод изолиний применяется при горизонтальном или близком к нему залега-
нии угольной залежи. При использовании этого метода на условной плоскости стро-
ятся изолинии равной толщины пласта. Расстояние между изолиниями выбирается в
зависимости от характера изменения толщины, густоты сети разведочных вырабо-
ток. Подсчет запасов производится как сумма запасов, заключенных между сосед-
ними изолиниями, определяемых как произведение площади на среднюю толщину.
Метод изолиний применяется при подсчете запасов мощных угольных пластов при
значительных, но равномерных изменениях толщины и при наличии достаточно
большого количества выработок. Достоинством метода является создание наглядно-
го представления о форме залежи.
Графическая основа подсчета запасов
Основу пространственных представлений при подсчете запасов создает увя-
занный между собой ряд графических приложений. Основными являются:
- сводный геолого-физический разрез, составленный по данным корреляции
геофизических исследований скважин и результатов обследования горных вырабо-
ток;
- геологическая карта, полученная в результате геологического картирования
при поисковых работах с описанием и нанесением всех естественных и искусствен-
94
ных обнажений, а также с данными колонкового бурения и других горных вырабо-
ток;
- геологические разрезы, пересекающие залежь в различных, желательно пря-
молинейных направлениях;
- структурные карты, отражающие особенности строения кровли и почвы
угольных пластов;
- карты, отражающие изменение качества углей, их технологических свойств,
гидрогеологические и горные условия залежи.
Все приложения должны быть увязаны между собой и составлены в масшта-
бах, которые позволяют сформировать четкое представление о залежах.
12.3 Вопросы и упражнения
1. Какие виды работ выполняются при подсчете запасов?
2. Как производится подсчет запасов на разведанных месторождениях?
3. Какие Вам известны методы подсчета запасов?
4. В чем сущность геолого-статистического метода?
5. В каких случаях применяют среднеарифметический метод при подсчете запа-
сов?
6. Какой метод является основным при подсчете предварительно или детально
разведанных запасов углей?
7. Укажите разновидность метода геологических блоков. В чем заключается его
сущность?
8. В чем заключается метод изолиний?
9. Какие графические материалы используются в качестве графической основы
подсчета запасов?
95
13 Горно-геологические особенности угольных месторождений
Месторождения углей характеризуются разнообразием горно-геологических
условий. На них влияет литологический состав и физико-механические свойства по-
род, слагающих угленосную толщу, способность угля к самовозгоранию, образова-
нию пыли, генерации и сорбции газов. Имеет большое значение рельеф местности,
уровень подземных вод, распространение многолетней мерзлоты, сейсмическая ак-
тивность района.
13.1 Литологический и состав и физико-механические свойства пород
Угленосные формации сложены, в основном, песчано-глинистыми разностями
пород: конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами, реже карбоната-
ми. Каждой породе свойственны определенные физико-механические свойства, влияющие на ее прочность, то есть способность сопротивляться разрушению при сжа-
тии, растяжении, изгибе и скалывании. Выражается прочность в кг/см2. Отрицатель-
ное влияние на прочность пород оказывает серицитизация (наличие в породе слюд
различного состава). Снижение прочности пород отмечается в зоне выветривания,
глубина которой колеблется от 50 до 200 м, а также за счет водонасыщенности – на
15-35 %.
Физико-механические свойства пород являются основой для выбора необхо-
димых размеров, расположения горных выработок, способов их крепления и охраны
и для решения других вопросов, связанных с вскрытием и отработкой месторождения.
Вопрос о прочности пород приобрел особое значение в связи с освоением глу-
боких горизонтов (например, в Донбассе до 1200 м).
96
Осложняющими ведение горных работ является «пучение» пород под силой
сжатия и «горные удары», которые по разрушительной силе и внезапности проявле-
ния являются исключительно опасными.
К удароопасным относятся породы с пределом прочности на сжатие менее
980 кг/см2 при толщине пласта 10 м и более. Удароопасность повышается при нали-
чии разрывных нарушений. Для предохранения от разрушения пород при проходке
горных выработок приходится иногда применять замораживание (Подмосковный
бассейн).
При отработке участков открытым способом особое значение приобретает
устойчивость бортов карьера. На устойчивость бортов и величины углов их наклона
оказывает влияние прочность пород, сопротивление сдвигу, степень трещиновато-
сти.
Для месторождений с породами средней крепости (до 800 кгс/см
2
) углы
наклона бортов принимаются равными 38 – 45 º, для месторождений с преобладанием глинистых пород углы наклона уменьшаются до 25 - 30 º, иногда до 15 - 20 º.
Для условий открытых работ большое значение приобретает осушение про-
дуктивных отложений и залегающих выше пород, так как неосушенные породы являются потенциальными оползнями.
Гидрогеологические условия являются важнейшим фактором при промыш-
ленном освоении месторождения. Работы по осушению пластов в шахтах или карье-
рах являются обязательными.
Важным фактором, который необходимо учитывать при разработке является
природная газоносность пород. Газы находятся в свободном или сорбированном на
поверхности пор состоянии.
Газы образуются в результате разложения и метаморфизма органического ве-
щества. Основными компонентами являются метан, азот и углекислый газ, в мень-
шем количестве – окись углерода, водород, инертные газы.
Детальными исследованиями газоносности угольных месторождений в Совет-
ском Союзе установлены следующие природные газы: метан (СН4), углекислый газ
(СО
), тяжелые углеводороды (CnH
2
), азот (N2), сероводород (H2S) и водород (Н2).
2n+2
97
Газы образуются в процессе превращения растительного материала в торф и уголь
как при метаморфизме, так и при выветривании углей, т.е. на всех этапах формиро-
вания и изменения ископаемого угля. При разложении клетчатки отмершего расте-
ния происходит образование метана и углекислого газа
2С6Н10О
= 5СО2 + 5СН4 + 2С
5
и
4С6Н10О
твердый остаток
= 8СО2 + 7СН4 + 3Н
5
О + С9Н
2
О.
6
Метан – основной газ угольных месторождений (среднее его содержание со-
ставляет от 60 % до 98 %). Он образовался главным образом за счет разложения рас-
тительного вещества при биохимических процессах, которые происходили в попе-
ременно сменявшихся анаэробных и аэробных условиях. Опытами установлено, что
из 1 т растительных остатков, содержащих целлюлозу, образуется от 230 до 465 м3
метана.
Метан в чистом виде не имеет цвета, запаха и вкуса. С примесью других газов
он приобретает специфический запах. Для человека метан не вреден, но при боль-
шом количестве в содержание кислорода в воздухе становится недостаточным для
дыхания.
Плотность метана по отношению к воздуху равна 0,554, то есть газ почти в 2
раза легче воздуха вследствие чего он легко скапливается в верхних частях горных
выработок. Метан может гореть. При небольшом содержании в воздухе он горит си-
неватым пламенем, а при содержании около 50 % - серовато-голубым.
Основным и наиболее опасным свойством метана является образование с воз-
духом при соответствующих соотношениях взрывчатой смеси. Смесь с содержани-
ем метана от 0 до 5 % сгорает без взрыва, причем горение происходит лишь в том
случае, если имеется постоянный источник высокой температуры. При содержании
метана от 5 – 6 % до 14 – 16 % смесь, соприкасаясь с пламенем, дает взрыв.
Наибольшая сила взрыва наблюдается при содержании в рудничном воздухе 9,5 %
метана, так как при этом весь кислород воздуха расходуется на сгорание метана.
Смесь с содержанием метана свыше 16 % не взрывается и не поддерживает горение,
98
так как в этих условиях кислорода воздуха недостаточно не только для сгорания
данного количества метана, но и для поддержания горения.
Метан воспламеняется при температуре 650 – 750 ºС, что называется темпера-
турой вспышки. С увеличением температуры и давления среды температура вспыш-
ки понижается и наоборот. При соприкосновении метана с источником высокой
температуры воспламенение его происходит не сразу, а с некоторым запаздыванием.
Если в воздухе кроме метана присутствуют водород, окись углерода и сероводорода,
то время запаздывания уменьшается, а при повышенном содержании указанных га-
зов воспламенение наступает моментально. Растворимость метана в воде при давле-
нии равном 98,0665 кПа и температуре 15 ºС достигает 49,5 см3/л.
Углекислый газ, которого содержится иногда 25 % от общего состава газа
угольных месторождений, также образовался в результате превращения раститель-
ного вещества при углеобразовании. Кроме того, углекислый газ, заключенный в
угленосных толщах, образуется в процессах сорбции атмосферного кислорода с
окислением углерода до углекислого газа, а также в результате привноса его цирку-
лирующими водами в растворенном состоянии из верхних горизонтов биосферы.
Поступление этого газа в угленосную толщу может быть связано с магматизмом,
как, например, это имеет место в Донбассе, Кузбассе, Партизанском бассейне и др.
Углекислый газ бесцветен, со слабым кислым вкусом и слабым запахом. Он не
поддерживает дыхания и горения, легко и в больших объемах растворяется в воде.
Плотность его 1,25 г/см3, он в полтора раза тяжелее воздуха, а поэтому скапливается
у почвы выработок и в забоях уклонов. При слабом проветривании эти скопления
могут быть опасными для работы.
Азот, заключенный в угольных месторождениях, в основном воздушного
происхождения за счет привноса его подземными водами в растворенном состоянии
из верхних горизонтов биосферы. Кроме того, он мог образоваться при осадкона-
коплении в момент захвата в тех или иных количествах воздуха, который впослед-
ствии лишился кислорода в результате окислительных процессов. И, наконец, ча-
стично азот в угольных месторождениях образовывался в результате биохимических
процессов (Кузбасс, Донбасс).
99
Азот не имеет цвета, запаха и вкуса, плотность его 0,97 г/см3. Этот газ инертен
и не поддерживает ни дыхания, ни горения. Азот ослабляет взрывчатость метана;
например газ, состоящий из 10 % метана и 90 % азота, не дает с воздухом взрывча-
той смеси. Растворимость азота в воде 16,3 см
3
/л при температуре 15 ºС.
Сероводород, главным образом, возникает при процессах превращения расти-
тельного вещества в результате восстановления сульфатов десульфирующими бак-
териями.
Кроме того, сероводород образовывался раньше и образуется в настоящее
время в угленосных толщах в результате реакции взаимодействия сульфатно-
натриевых вод с метаном (возможно, при участии бактерий), что приводит к образо-
ванию гидрокарбонатно-натриевых вод (содовых) и свободного сероводорода.
Сероводород часто выделяется в горные выработки одновременно с гидрокар-
бонатно-натриевыми (содовыми) водами. В отдельных случаях сероводород может
образовываться при гниении органических веществ (особенно древесины) без до-
ступа воздуха и при разложении водой серного колчедана и гипса.
Сероводород – газ без цвета, с характерным запахом тухлых яиц, со сладкова-
тым вкусом. Плотность его 1,19 г/см
3
. Он хорошо горит и при содержании 6 % дает
с воздухом взрывчатую смесь. Так же, как углекислый газ, легко растворяется в во-
де: при температуре 20 ºС в одном объеме воды растворяется 2,5 объема газа. Серо-
водород очень ядовит. Он отравляет кровь и раздражает слизистые оболочки глаз и
дыхательных путей. По данным наблюдений, при дыхании воздухом, содержащим
0,02 % сероводорода, через 5 – 8 минут ощущается сильное раздражение слизистых
оболочек глаз, носа и горла, а при содержании 0,10 – 0,15 % наступает смерть. Содержание сероводорода в воздухе 0,00066 % считается предельно опасным.
Водород, встречаемый среди газов угольных месторождений (до 15 – 20 %),
особо интересен как в теоретическом, так и в практическом отношении. Сделать
окончательное заключение о генезисе водорода в настоящее время невозможно.
Происхождение его, по-видимому, связано с биохимическими процессами происхо-
дящими еще в период превращения растительного вещества в угольную массу. Воз-
можно, водород образовался в результате глубокого метаморфизма угольного веще-
100
ства при соответствующих термодинамических условиях. И, наконец, водород среди
газов угольных месторождений может быть и глубинного происхождения, этот газ
может образовываться на глубине при воздействии водяных паров на железистые
силикаты, входящие в состав горных пород, при температуре примерно 300 – 500 ºС.
Водород, газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность его 0,069 г/см3. Это самый
легкий газ, он почти в 14,5 раз легче воздуха. Растворимость в воде незначительна: в
100 объемах воды при температуре 20 ºС растворяется 1,8 объема водорода. Водо-
род не ядовит, дыхание не поддерживает, горит и взрывается. При содержании во-
дорода в воздухе до 4 % он горит только при постороннем источнике высокой тем-
пературы.
Газовая смесь, содержащая 4 – 74 % водорода является взрывчатой. По прави-
лам безопасности содержание в шахте водорода в сумме с метаном не должно пре-
вышать 0,5 %.
Тяжелые углеводороды (главным образом этан – С
, плотность его
2Н6
1,049 г/см3) в угленосной толще образовались, по-видимому, также в результате ме-
таморфизма угольного вещества. В отдельных пробах газа из углей содержится 13 –
15 % тяжелых углеводородов (Кузбасс). Редкие газы (He, Ar, Kr, Xe), за исключени-
ем гелия, который имеет, радиоактивное происхождение, как правило, воздушного
генезиса.
Для предотвращения взрывов и отравления газом в горных выработках преду-
сматривается выветривание и организуется постоянный контроль за составом газов.
Пыленосность проявляется при бурении шурфов, взрывных работах, комбай-
новой разработке, погрузке, погрузке добытого угля. Угольная пыль является взры-
воопасной, особенно при наличии метана. Во всех шахтах осуществляются специ-
альные мероприятия по подавлению пыли (опрыскивание водой).
Попадая в легкие людей, пыль вызывает заболевание (антракоз – от угольной
пыли, силикоз – от породной пыли).
Самовозгорание углей имеет довольно широкое распространение. Причиной
является адсорбция углями кислорода и повышение температуры за счет протекания
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]