Геолого-генетические признаки углевмещающих пород и их взаимосвязи . УДК 522.08

Геолого-генетические признаки

углевмещающих пород и их взаимосвязи
к. т.н., доцент

КузГТУ

Объектом горных работ в Кемеровской области являются в основном породы кольчугинской и балахонской серий [1]. В бассейне изучено шесть стадий эпигенеза, которым соответствует определенные марки угля от длиннопламенных до тощих.  Вскрышные породы угольных месторождений по размеру обломочного материала и  составу цемента разделены на литотипы: конгломераты (К) и гравелиты (Г), песчаники (П), алевролиты (А) аргиллиты (АР). По гранулометрическому составу песчаники разделены на три (ПК, ПС, ПМ – соответственно крупно-, средне-, мелкозернистые), а алевролиты на два (АК, АМ – соответственно крупно-, мелкозернистые) литотипа. В отдельные литотипы выделены песчаники на карбонатном (П) и глинистом (ПГ) цементах, алевролиты на карбонатном цементе (А), переслаивание песчаника и алевролита (ПА). Геолого-генетический метод прогноза структурно-прочностных свойств основан на установлении взаимосвязи между параметрами естественной блочности и прочности пород и геологическими факторами. Основные положения прогноза [2-14] структурно-прочностных свойств углевмещающих пород рассмотрены на примере угольных месторождений Прокопьевско-Киселевского района. Стадию эпигенеза вмещающих пород можно определять по степени метаморфизма угля. Хорошим индикатором степени метаморфизма угля является его марочный состав (рис.1).

Рис.1. Марки угля (ГОСТ 25543-88) и стадии эпигенеза вмещающих пород

На рис. 1  приняты следующие обозначения: Д – длиннопламенный, ДГ – длиннопламенный газовый, Г – газовый, ГЖО – газовый жирный отощенный, ГЖ – газовый жирный, Ж – жирный, КЖ – коксовый жирный, К – коксовый, КО – коксовый отощенный, КСН – коксовый слабоспекающийся низкометаморфизованный, КС – коксовый слабоспекающийся, ОС – отощенный спекающийся, ТС – тощий спекающийся, СС – слабоспекающийся, Т – тощий.

При изучении свойств пород выявлена [3, 4] общая закономерность – повышение значений структурно-прочностных свойств пород при переходе от низких стадий эпигенеза к более высоким. В Прокопьевско-Киселевском районе в балахонской серии наиболее низкие показатели структурно-прочностных характеристик имеют породы, вмещающие коксовые угли (IV стадия эпигенеза). Далее, при переходе к более высоким стадиям эпигенеза (V, VI стадии), прочность и блочность пород возрастают. На структурно-прочностные свойства пород существенно влияет их выветрелость, внешними признаками которой служат глубина залегания и влажность пород. Диаметр средней естественной отдельности (de, м) и временное сопротивление пород сжатию ( усж, МПа) резко возрастают до глубины 50-80м, то есть в зоне выветривания. Ниже зоны выветривания располагается переходная зона, глубина которой составляет для песчаников 200м, а для алевролитов – 400м. Для количественной оценки de и усж основных литотипов пород балахонской серии Присалаирской геотектонической зоны (подзона интенсивной линейной складчатости – месторождения Прокопьевско-Киселевского района), разработаны адекватные модели (рис.2).

Рис. 2. Взаимосвязь геолого-генетических признаков пород балахонской серии Присалаирской  геотектонической зоны  (1-5 ранги геолого-генетических признаков).

Следовательно, с учетом взаимосвязи геолого-генетических признаков (рис.2) устанавливаются значения структурно-прочностных характеристик пород для переходной зоны (глубина залегания пород 60-100м). Анализ показал, что относительная ошибка в определении временного сопротивления пород сжатию по геолого-генетическим признакам, в сравнении с экспериментальными, полученными путем непосредственных измерений на образцах горных пород в лабораторных условиях (ГОСТ 21153.0-75 и 21153.2-75), не превышает 18%, а диаметр средней естественной отдельности, в сравнении с замерами на обнажениях горных выработок, не превышает 15%.

Учет влияния глубины залегания пород осуществляется поправочными коэффициентами Ку, Кd.  Значения поправочных коэффициентов приведены на рис.3 и 4 и могут быть использованы в дальнейшем при обосновании стратегии выбора технологии горного производства.

Рис.3. Значения эмпирических коэффициентов а и в.

Рис. 4. Значения поправочных коэффициентов Ку, Кd.

Таким образом, анализ геологической информации, построенный на изучении значимости влияния геолого-генетических признаков на структурно-прочностные свойства пород, позволяет дать количественную оценку сопротивляемости массивов горных пород взрывному разрушению, который не требует дополнительных затрат и применения дорогостоящей аппаратуры.

Список литературы

1.Селюков технологии открытых горных работ.  LAP LAMERT Academic Publishing GmbH & Co. KG Saarbrucken, Germany, 2012, 234с.

2.Селюков однородности пространственного положения угольных пластов на открытых горных работах.  Современные тенденции в науке и производстве: Материалы IV международной научно-практической конференции. Междуреченск. 2015. С. 95-96.

3. Станкус зависимости прочности горных пород Кузнецкого бассейна от геотектонических и физических характеристик / , , // ФТПРПИ. 1973. № 5. С.23-26.

4. Малинин основы прогноза поведения пород в горных выработках.  М.: Недра, 1970. 192 с.

5. Ольховатенко -геологические условия строительства крупных карьеров в Сибири.  Томск.: ТГУ, 1976. 211с.

6. Пельдяков закономерности изменения петрографического состава, метаморфизма, крепости углей и боковых пород // ЦНИЭИуголь. 1964. № 88. С. 70-71.

7. Шамаева глубины залегания и метаморфизма на физико-механические свойства горных пород юго-западной части Донецкого бассейна: дис… канд. геол.-мин. Наук. Донецк, 1973. 177с.

8. Репин работы на угольных разрезах.  М.: Недра, 1987. 254с.

9. , Физико-механические свойства горных пород Прокопьевско-Киселевского района и их связь с геологическими факторами / , , // Исследование физико-механических свойств горных пород применительно к задачам управления горным давлением. М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 141-154.

10. Жингель состав и физико-механические свойства горных пород Томусинского района //  Исследование по вопросам горного давления в Кузбассе. 1968. №16. С. 125-137.

11. , Методика определения критерия взрываемости вскрышных пород угольных разрезов / , , // ФТПРПИ. 1987. №3. С.57-63.

12. , Шутов проблемы эпигенеза. М.: ВИНИТИ, 1968. 226с. 

13. Ненашева -генетическое обоснование прогноза устойчивости углевмещающих пород в горных выработках: дис… канд. геол.-мин. наук. М. 1973. 159 с.

14. Селюков оценка запасов при производстве открытой угледобычи на предохранительных целиках верхних горизонтов шахтных полей // Современные проблемы в горном деле и методы моделирования горно-геологических условий при разработке месторождений полезных ископаемых: сборник материалов всероссийской научно-технической конференции с международным участием. 2015. [Электронный ресурс].