Что такое мощность пластов угля
Элементы залегания угольных пластов (мощность, угол падения, простирание)
Пласт-тело плитообразной формы, состоящее из сравнительно однообразной горной породы.
Пласты могут иметь а) однородное (простое) и б) сложное строение.
|
Тонкие слои пустой породы, заключенные в пласте, называют прослойками. Угол, образованный плоскостью пласта с горизонтальной плоскостью, наз. углом падения. Классификация угольных пластов по углу падения. Породы, в которых залегает угольный пласт – называют вмещающими или боковыми породами. По мощности пласты делятся: · весьма тонкие – до 0,7 м.; · средней мощности – 1,21 – 3,5м.; Запасы ПИ. Их классификация. Запасы полезных ископаемых (минеральные ресурсы) — количество минерального сырья и органических полезных ископаемых в недрах Земли, на её поверхности, на дне водоёмов и в объёме поверхностных и подземных вод. Или количество угля в недрах, заключенное в границах шахтного поля. Делятся на: Геологические запасы – общие запасы полезных ископаемых, в пределах шахтного поля. За балансовые – запасы отработки которые в данное время не эффективна. Считываются с баланса шахт. Промышленные – запасы кт добываются и выдаются на поверхность. Потери ПИ. Коэффициент извлечения. ПОТЕРИ полезного ископаемого— часть балансовых запасов твёрдых полезных ископаемых, не извлечённая при разработке месторождения или утраченная в процессе добычи и переработки. Для оценки полноты извлечения запасов из недр применяются коэффициент извлечения полезного ископаемого и полезного компонента. Он выражает отношение количества добытого полезного ископаемого вместе с примешанной к нему породой к количеству погашенных балансовых запасов. Величина эта изменяется от 0,4 до 1,2 и более; при разработке тонких жил системами с валовой выемкой — до 3 и более. Коэффициент извлечения полезного компонента из недр выражает отношение количества полезного компонента, извлечённого из недр, к количеству полезного компонента, которое было заключено в подсчитанных балансовых запасах. Коэффициент извлечения из недр полезного компонента — обобщённый показатель. Шахта, шахтное поле. Размеры шахтных полей. Производительная мощность. Срок службы шахты Ша́хта (нем. Schacht) — промышленное предприятие, осуществляющее добычу пластовых полезных ископаемых подземным способом и отгрузку их потребителю или на горнообогатительную фабрику. Размеры шахтного поля по простиранию и падению зависят от числа и мощности рабочих пластов (залежей), глубины разработки, производственной мощности и срока службы шахты. По простиранию они изменяются обычно в пределах 3-12 км, по падению 4-5 км (на крутых пластах 1-1,5 км). Шахтные поля бывают, как правило, прямоугольной формы, вытянутой по простиранию. Производственная мощность – фактическая максимально возможная добыча угля установленного качества в единицу времени, определенную исходя из условий производства и состояния горного хозяйства, рационального использования оборудования и трудовых ресурсов. Срок службы шахты равен времени в течении которого отрабатываются промышленные запасы, в пределах шахтного поля. Угольный пластРеклама
Сингенетичными торфо- и углеобразованию являются конкреционные образования, жильные внедрения в угольных пластах песчаников. В результате неравномерности (в пространстве и времени) знаков и величин амплитуд колебательных движений на площадях торфообразования происходит расщепление угольных пластов на отдельные слои и их выклинивание, направленное в сторону наиболее интенсивно погружающегося участка торфообразования и к периферическим его частям. На общей площади распространения почти любого угольного пласта выделяются разномасштабные (по размерам) зоны: слитного (компактного), умеренно расслоенного состояния, интенсивного расщепления и выклинивания (рис. 3). Наибольшей мощностью и полнотой стратиграфического разреза и, как следствие, преимущественно промышленной ценностью характеризуются зоны слитного и умеренно расслоённого строения угольных пластов. В зоне интенсивного расщепления отдельных частей угольные пласты приобретают значение самостоятельных пластов (объекты селективной отработки и промышленной оценки). Возрастание общей мощности угольных пластов (залежей) в зоне расщепления, которое происходит за счёт увеличения мощностей прослоев горных пород и выпадения из стратиграфического разреза выклинивающихся угольных слоев, сопровождается уменьшением суммарной по разрезу угольной массы до полной утраты промышленного значения угольных пластов (залежи) в зоне выклинивания. На многих месторождениях Кузнецкого, Канско-Ачинского и других бассейнов, месторождений Забайкалья на выходах угольных пластов развиты зоны древнего выгорания угля, которые распространены на глубину от десятков до сотен метров и по простиранию от сотен до десятков километров. В практике подземной разработки углей и соответственно разведки и геолого-экономической оценки угольных месторождений CCCP угольные пласты по углу падения и мощности подразделяются на следующие группы: по углу падения — пологие (до 18°), наклонные (19-35°), крутонаклонные (36-55°) и крутые (56-90°); по мощности — весьма тонкие (до 0,7 м), тонкие (0,71-1,2 м), средней мощности (1,25-3,5 м), мощные (более 3,51 м). В разработке каменных углей, заключённых в основном в верхнепалеозойских угленосных отложениях, значительная доля подземной угледобычи приходится на тонкие пласты. Нижний предел рабочей мощности угольных пластов (каменные коксующиеся угли) в CCCP 0,7-1,0 м со снижением до 0,5-0,55 м в Донбассе для угольных пластов, содержащих угли особо ценных марок (Ж, К, OC) и до 0,6 м для содержащих угли других используемых для коксования марок. Для подсчёта запасов бурых углей наименьшая мощность угольных пластов устанавливается в пределах 1-1,3 метра. От общего числа угольных пластов мощностью более 1 м, заключённых в 163 разведанных месторождениях CCCP, содержащих мощные и сверхмощные угольные пласты, количество угольных пластов с мощностью более 10 м составляет 9,6%, более 30 м — 2,3% (1985). Содержащиеся в таких пластах запасы угля составляют около 30% от общих разведанных в CCCP балансовых запасов. Эти угольные пласты являются объектами осуществляемой и намечаемой крупномасштабной, наиболее эффективной открытой разработки. Наиболее уникальные по мощности угольные пласты заключены в Экибастузском бассейне (до 160 м); в месторождениях Коркинском, Ангренском (до 200 м), Бабаевском (до 125 м) и Хабаровском (100 м) Южно-Уральском бассейнах, Кзыл-Тальском (до 165 м) Тургайском бассейнах. Среди зарубежных месторождений наибольшей мощности угольные пласты достигают на месторождении Фушунь (KHP), в бассейне Латроб-Валли (Австралия), месторождении Хат-Крик (Канада) (соответственно 200, 340 и 450 м).
ПластУгольный пласт — форма залегания ископаемых углей, в виде плито- и линзообразных тел c небольшой в сравнении c площадью распространения мощностью. B угленосных формациях, образовавшихся в крупных прогибах пригеосинклинальных и складчатых областей (Донецкий, Печорский, Kузнецкий, Kарагандинский и др. бассейны), мощность угольных пластов колеблется от десятков см до нескольких метров (единичных 10-25 м); при этом по многим из пластов мощность выдерживается на площадях в десятки и сотни километров. Bнутри платформенным месторождениям (Подмосковный, Днепровский, Южно-Уральский бассейны и др.) более свойственна линзовидная форма угольных пластов c меньшими (единицы — десятки км 2 ) площадями распространения и большей степенью изменчивости морфологии и мощностей, которая в залежах некоторых месторождений достигает десятков и нескольких сотен метров. Угольные пласты могут быть простого (без прослоев различных горных пород) строения, представлены однородными или полосчатыми (из двух и более литотипов) углями. B большей части они имеют сложное строение c различным числом прослоев горных пород. Значительно распространены угольные пласты очень сложного строения, представленные многократным чередованием в их разрезе слоев угля и горных пород. Kонтакты угля c вмещающими угольные пласты породами могут быть резкими c отчётливо выраженным ритмическим переслаиванием, от более мелкозернистых, граничащих c углем разностей, к крупнозернистым. Tак же часты постепенные переходы угля в подошве (почве) или кровле пласта к вмещающим его породам через промежуточные переслаивающиеся слои углистых пород и высокозольных глинистых углей.
Oсобенности углеобразования обусловили значительную неоднородность морфологии, мощностей и внутреннего строения угольных пластов. Изменчивость мощностей на площади распространения одного и того же угольного пласта часто является следствием: Классификация [ править ]B практике подземной разработки углей и соответственно разведки и геолого-экономической оценки угольных месторождений СНГ угольные пласты по углу падения и мощности подразделяются на следующие группы:
Угол падения и мощность угольного пласта в значительной степени определяют системы его разработки и способы управления кровлей в очистных забоях, механизацию очистных работ и т. п. КЛАССИФИКАЦИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПО МОЩНОСТИ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМЕНТАРИЕМ. |
Особенности углеобразования обусловили значительную неоднородность морфологии, мощностей и внутреннего строения угольных пластов. Изменчивость мощностей на площади распространения одного и того же угольного пласта часто является следствием: неровностей дна торфяника с выпадением из разреза угольных пластов нижних слоев на приподнятых участках палеорельефа (рис. 2, а); эветатических и сезонных колебаний уровня грунтовых вод, приводящих к перерывам в торфонакоплении и образованию в торфянике линз песчаника и других прослоев горных пород (рис. 2, б); разрушения и смыва торфа водными потоками, паводковыми водами, морской (бассейновой) трансгрессией (рис. 2, в); (рис. 2, г); выпахивающего действия надвигающихся ледников и т. п.
Угол падения и мощность угольного пласта в значительной степени определяют системы его разработки и способы управления кровлей в очистных забоях, механизацию очистных работ и т. п.
| Классы | Название класса | Схема | Мощность | Технологический комментарий |
 | Весьма тонкие | 0,7 | До 0,7 | Возможность эконом. целесообр. Выемки |
 | Тонкие | 1,3 0,7 | 0,71-1,2 | Эконом. целесообр. выемки, проведение подготовительных выемок с подрыванием боковых пород |
 | Средней мощности | 3,5 1,21 | 1,21-3,5 | Проведение г.в. с подрывкой или без подрывки боковых пород |
 | Мощные | 3,5 | > 3,5 | Выемка пласта на всю мощность сразу или с разделением на слои |
КЛАССИФИКАЦИЯ УГОЛНЫХ ПЛАСТОВ ПО УГЛУ ПАДЕНИЯ С ТЕХНОЛГИЧЕСКИМ КОМЕНТАРИЕМ.
| Класс | Название класса | Угол падения класса, 0 | Схема | Технологический комментарий |
 | Пологие УП | До 18 |  | Необходимо применение механ. Средств для транспортировки угля |
 | Наклонные УП | 29-35 | Транспортировка механическими средствами или самотеком с применением желобов, листов и т.п. | |
 | Круто наклонные УП | 36-55 | Транспортировка угля самотеком | |
 | Крутые УП | > 55 | Транспортировка угля самотеком. Закрепление, устанавливание в выработке оборудования |
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПО ИЗУЧЕННОСТИ И РАЗВЕДАННОСТИ.
Категория А – запасы детально разведанные с помощью скважин и г.в., с получением всех данных о качестве п.и.
Категория С1 – запасы, определяемые на основе более редкой сетки скважин. Условия, определяющие ведение горных эксплуатационных работ выявлены в общих чертах.
Категория С2 – запасы предварительно оцененные геологическими данными.
КЛАССИФИКАЦИЯ БАЛАНСОВЫХ ЗАПАСОВ НАМЕЧЕННЫХ К РАЗРАБОТКЕ.
Группа 1 – суммарные запасы категории А и В составляют не менее 50% всех запасов, причем запасов категории А не менее 20%.
(А+В) 
0,5*(А+В+С1)
А 0.2*(А+В+С1)
Группа 2 – запасы категории В составляют не менее 50% общих запасов, а категория А отдельно не выделяется.
В 0,5*(А+В+С1)
Соотношение балансов запасов различных категорий, используемых при проектировании предприятий по добычи твердых п.и.
 Категории Группы | А+В+С1, % | А+В, % | А, % | В, % |
| Группа 1 | 100,0 | 50,0 | 20,0 | Отдельно не выявляется |
| Группа 2 | 100,0 | Выявления не требуется | Выявления не требуется | 50,0 |
ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПОДЗЕМНОГО И ОТКРЫТОГО СПОСОБОВ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.
| Подземный способ | Открытый способ |
| 1. Обеспечение доступа к п.и. (вскрытие) осуществляется проведением капитальных ПГВ. | 1. Обеспечение доступа к п.и. (вскрытие и вскрышные работы) осуществляется выемкой или удалением покрывающих или вмещающих пород. |
| 2. Выемка п.и., его транспортирование и др. работа, осуществляется в ПГВ ограниченного сечения, что налагает определить ограничения на габариты и мощность шахтного оборудования. | 2. Выемка п.и., его транспортировка и другие работы, осуществляемые в открытой г.в. значительных размеров, что позволяет применить карьерное оборудование значительных габаритов и мощностей. |
| 3. Управление горным давлением осуществляется в возведении крепей, конструкций с последовательным обрушением пород кровли в выработанном пространстве или его закладкой. | 3. Управление горным давлением осуществляется выдерживанием проектных углов, откосов уступов и бортов карьера. |
СЛОИСТОСТЬ ГОРНОЙ ПОРОДЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО СЛОИСТОСТИ.
Слоистостью — называется неоднородность массива горной породы в разрезе вызванная сменной одной пород другими.
В геологической литературе дается несколько формул, с помощью которых можно определять истинную мощность вскрытого скважиной пласта, зная его видимую (осевую) мощность. Первую из таких формул вывел, очевидно, [3].
В монографии и других [5] даны две формулы для вычисления истинной мощности тел полезных ископаемых;
[все обозначения те же, что в формуле (1)].
Насколько достоверно определение истинной мощности по приведенным формулам? Она вычисляется, как видно из этих формул, с помощью четырех угловых параметров: зенитного угла скважины, азимута скважины, угла падения пласта и азимута падения (простирания) пласта. Сзедения о первых двух параметрах даст, как известно, ипклинометрия скважин. Сложнее обстоит дело с элементами залегания пласта в данной скважине. К числу способов, с помощью которых определяются угол и азимут падения пласта непосредственно в скважине, относятся пластовая наклонометрия, ориентирование керна, фотографирование и телевизионные наблюдения в скважине. Однако в связи с недостаточной точностью и разработанностью всех этих методов они пока широко не используются в практике геологоразведочных работ.
Конечно, можно вычислять угол и азимут падения пласта в районе скважины с помощью структурной карты (гипсометрического плана) кровли или подошвы пласта, но при таком вычислении эти параметры будут являться усредненными по площади и могут отличаться от их конкретных значений в данной скважине на любую величину, так как в принципе возможны любые локальные изгибы (разрывы) пласта на фоне его регионального залегания. Поэтому элементы залегания, определенные по карте, в большинстве случаев не годятся для достоверного расчета истинной мощности пласта в конкретной скважине. Таким образом, формулы (1), (2) и (3) могут применяться для достоверного вычисления истинной мощности по скважине или при условии определения элементов залегания пласта непосредственно для этой скважины, или если есть уверенность в том, что локальные элементы залегания пласта в пределах изучаемого участка (района) не отклоняются существенно от региональных.
Кроме приведенных выше формул, широко известен простой способ расчета истинной мощности, выгодно отличающийся от формул (1), (2) и (3) независимостью от угла и азимута падения пласта:
Необходимым условием применения формулы (4) является наличие керна с четко выраженной горизонтальной (параллельной напластованию) слоистостью.
Ознакомление с методикой практического определения угла φ при бурении на уголь в Донбассе дает возможность разделить ошибки этого определения на два вида:
2) технические ошибки (ошибки измерения).
Ошибки аналогии возникают потому, что угол φ никогда не измеряется в керне угольного пласта, поскольку этот керн не обладает четко выраженной слоистостью. Измерение угла производится в том ближайшем пласте над углем, который сложен хорошо выделяющимися слоями. Чаще всего расстояние по оси скважины от точки замера до угольного пласта измеряется единицами метров, или 10-20 м, но иногда оно достигает величин порядка 50 м. Таким образом, определение угла φ для угольного пласта базируется на аналогии между элементами залегания угольного пласта и вышележащей части разреза: считается, что они практически одинаковы. Однако при этом могут появиться две ошибки.
Во-первых, элементы залегания угольного пласта и слоя, в котором замеряется угол φ, видимо, не будут практически одинаковыми всегда, во всех изучаемых разрезах. Вероятно, в некоторых случаях может возникнуть существенное различие. Этот вопрос заслуживает особого изучения. Но уже сейчас можно рекомендовать, чтобы угол ср измерялся не только над пластом угля, но и под ним. Если окажется, что оба эти замера дали один результат и что зенитный и азимутальный углы скважины в точках указанных замеров также одинаковы, то можно считать правильным распространение результатов замеров на угольный пласт.
Во-вторых, зенитный угол скважины, как правило, возрастает сверху вниз, а это приводит к изменению угла φ даже при неизменных элементах залегания. Опыт работ в Донбассе показывает, что прирост зенитного угла может достигать 1,50-20 на каждые 20 м (обычный интервал между точками замера кривизны ствола скважины), а это составит величину до 50 для 50-метрового отрезка ствола. Подобные искривления скважины, несомненно, приведут к существенной ошибке в определении угла φ для угольного пласта, если точка замера этого угла удалена па несколько десятков метров от пласта. На правильность вычисления истинной мощности пласта данная ошибка будет влиять следующим образом. Поскольку скважины в Донбассе искривляются, как правило, по восстанию пластов, угол φ по мере бурения скважины сначала уменьшается (имеются в виду скважины, забуриваемые вертикально), затем может стать равным нулю, после чего снова начинает увеличиваться (для скважин, расположенных в плоскости падения пласта, уменьшение угла φ доходит до 00 в тот момент, когда зенитный угол скважины, возрастая, становится равным углу падения пласта). Если угол φ от точки замера до угольного пласта уменьшается, то, следовательно, величина cos φ, а вместе с ней и истинная мощность пласта окажутся заниженными. Наоборот, если угол φ в угольном пласте больше, чем в точке замера, то истинная мощность будет завышена.
Вероятно, в зависимости от различных региональных углов падения тем или иным конкретным районам Донбасса будет свойственна тенденция либо к преимущественному занижению, либо к завышению истинной мощности в связи с рассматриваемой ошибкой аналогии. Ввиду этого важной задачей будущих исследований является разработка способа определения размера описываемой ошибки с тем, чтобы можно было вводить соответствующую поправку и получать правильное значение истинной мощности. Данная задача, по-видимому, довольна сложна, так как связь величин зенитного угла и cos φ зависит от угла падения пласта и от азимута ствола скважины. В частном случае, когда скважина расположена в плоскости падения пласта, а измерение угла φ на некотором расстоянии над и под пластом дает различающиеся значения, можно, задавшись предположением о линейном законе изменения этого угла, определить его величину для угольного пласта по следующей формуле:
Технические ошибки вызываются тем, что слоистость пород не может быть идеальной, вследствие чего угол φ даже на протяжении 1-2 м керна не являетя строго постоянной величиной, а поверхности слоев не образуют идеальных плоскостей. В результате этого возникают две ошибки.
Во-вторых, прибор, с помощью которого измеряется угол φ (раздвижной угольник с транспортиром, горный компас) может быть по-разному приложен к не очень ровной поверхности слоя, и за счет этого опять-таки возможно неточное соответствие результата замера средней величине угла φ данного пласта.
Вопрос о величинах технических ошибок при определении угла φ в литературе не освещен. Исходя из практики работ в Донбассе, можно полагать, что они достигают в отдельных случаях 3-40.
Введем следующие обозначения:
Находим абсолютную ошибку вычисления истинной мощности, равную
Получим относительную ошибку
По скольку принято, что Δφ≤50, то sin Δφ можно заменить на величину
коэффициент перевода из градусов в радианы). При этом ошибка составит меньше 0,0001. Отсюда
Итак, относительная ошибка в процентах вычисляется по формуле
График зависимости между величинами угла φ относительной ошибки в определении истинной мощности пластов (r)
Он утверждает, что внедрение кернометрии (ориентирования керна) лишь в одном Казахстане позволит получить годовую экономию порядка 4 млн. рублей. Вопросами ориентирования керна в Донбассе занимались и [4], а также другие геологи.
В заключение можно сделать следующие выводы:
1. Вычисление истинной мощности угольных пластов Донбасса по формуле (4) может приводить к существенным ошибкам не только из-за неточного определения осевой мощности, но и в результате ошибок определения угла φ.
2. Целесообразно разработать единую для Донбасса методику определения угла φ, чтобы свести к минимуму все возможные ошибки.
3. Целесообразно усовершенствовать для Донбасса методику определения элементов залегания пластов непосредственно по каждой скважине. Это позволило бы точнее вычислять в ряде случаев истинную мощность пластов, а также резко увеличить геологическую отдачу метража поискового и разведочного бурения за счет получения более достоверных и детальных сведений о тектоническом строении изучаемых площадей.
5. [и др.]. Подсчет запасов месторождений полезных ископаемых. М., Госгеолтехиздат, 1960.