Прогноз устойчивости (обрушаемости) кровли и почвы угольных пластов
По материалам геологоразведочных работ была дана характеристика устойчивости (обрушаемости) кровли и почвы основных рабочих угольных пластов: 49, 50, 51, 52, 56-57, 58, 59, 60, 61 (таблица 7.4). Прогноз устойчивости выполнен в соответствии с «Пособием по многофакторному прогнозированию устойчивости углевмещающих пород в очистных выработках шахт Кузбасса» [10], разработанным в институте ВНИГРИУголь под руководством доктора геолого-минералогических наук Б.В. Смирнова. Данная методика базируется на принципах вероятностно-статистического распознавания инженерно-геологических типов кровель и почв угольных пластов. При прогнозе учитываются наиболее существенные геологические факторы и показатели: -литотип пород по Р.И. Ненашевой, -степень постдиагенетического преобразования (марка разрабатываемого угля) -прочность пород на сжатие, -мощность слоев и сцепление между ними, -отношение мощности непосредственной кровли к выемочной мощности, -интенсивность трещиноватости, развитой в породе, -особенности структурного положения угольного пласта, -угол падения, -глубина залегания угольного пласта. Эти факторы довольно точно могут быть установлены геологоразведочными работами, исследованием физико-механических свойств пород и геофизическими методами акустического каротажа. Обобщение результатов прогнозной оценки устойчивости углевмещающих пород иллюстрируется на специальных прогнозных картах (Граф. 58-66). На этих картах приводятся мощности и литологический состав основной и непосредственной кровли и почвы угольных пластов, а также наличие у пластов ложной кровли и ложной почвы. Также на этих же картах выполнен прогноз обрушаемости основной кровли, устойчивости непосредственной кровли и склонности к пучению непосредственной почвы. Выделены контуры распространения данных инженерно-геологических типов кровель и почв.
Таблица 7.5 Характеристика кровли и почвы угольных пластов
Продолжение таблицы 7.5
Продолжение таблицы 7.5
Продолжение таблицы 7.5
Продолжение таблицы 7.5
Продолжение таблицы 7.5
Продолжение таблицы 7.5
Основная кровля угольного пласта 49 представлена преимущественно песчаниками мелко- и среднезернистыми, реже – это переслаивание песчаников и алевролитов и в восьми случаях из рассмотренных скважин, кровля сложена алевролитами различной зернистости. Мощность прогнозируемой основной кровли колеблется от 2,32 до 26,34 м. На основании широкого комплекса геологических и геофизических факторов основная кровля угольного пласта 49 отнесена к кровле среднеобрушающегося типа с локальными участками труднообрушающейся. Непосредственная кровля угольного пласта 49 представляет собой в большинстве скважин прослой алевролитов мелкозернистых, мощностью от 1,08 м до 16,44 м, реже – это переслаивание алевролитов различной зернистости, либо алевролитов крупнозернистых. Статистические расчеты и геологические факторы показали, что непосредственная кровля 49 пласта относится к среднеустойчивой по всей площади участка. В составе непосредственной кровли по отдельным участкам выделяется весьма неустойчивая «ложная» кровля, способная к обрушению одновременно с выемкой угля. Представлена она прослоем углистого алевролита мощностью от 0,06 до 0,21 м, либо маломощными слойками угля, углистого алевролита и мелкозернистого алевролита. Отмечается более частое распространение ложной кровли в южной части участка. Непосредственно ниже пласта 49 очень часто залегают углистые породы, включаемые в ложную почву. В основном – это слойки углистого алевролита и мелкозернистого алевролита, реже - прослой углистого алевролита, Мощность ложной почвы колеблется от 0,06 до 0,80 м. Далее следует непосредственная почва, представленная в основном алевролитами мелкозернистыми мощностью 0,25-9,8 м. Согласно вероятностно-статистическому методу прогнозирования, непосредственная почва угольного пласта 49 определена на значительной части участка, как склонная к пучению. Признаки этого типа почвы начинают появляться с глубины залегания угольного пласта в 250-300 м от поверхности и ниже. В основной кровле угольного пласта 50 преобладают песчаники различной зернистости, иногда встречается переслаивание песчаников с алевролитами, редко – алевролиты крупнозернистые. Мощность основной кровли колеблется от 2,3 до 26,90 м. По типу кровли породы отнесены к труднообрушающимся в большинстве скважин. Причем прогноз более достоверен в скважинах, где непосредственная кровля маломощна(< 2,0м), а основная – 17,0-20,0м. Прочность пород основной кровли пласта 50 по данным акустического каротажа достигает 70 МПа. Непосредственная кровля представлена, в основном, алевролитами мелкозернистыми, реже – алевролитами разнозернистыми, мощностью от 2,42 м до 30,0 м, или переслаиванием алевролитов и песчаников различной зернистости. Мощность непосредственной кровли – 0,17-17,54 м. Породы кровли отнесены к среднеустойчивому типу. Ложная кровля пласта 50 подсечена только в трех случаях – это углистый алевролит мощностью 0,1-0,14 м. В непосредственной почве пласта 50 чаще всего залегают алевролиты мелкозернистые, изредка наблюдаются аргиллиты или переслаивание алевролитов с песчаниками. Нередко в пластопересечениях прослеживается ложная почва, представленная чаще всего углистым алевролитом, реже – состоящая из двух слойков: углистого алевролита и алевролита мелкозернистого. Мощность ложной почвы колеблется от 0,03 м до 0,58 м, мощность непосредственной – 0,44-11,0 м. Непосредственная почва угольного пласта 50 определена на большей части участка как склонная к пучению ввиду значительной глубины залегания пласта. Толща пород основной кровли пласта 51 представлена песчаниками мелкозернистыми, изредка переслаиванием алевролитов с песчаниками. Мощность основной кровли колеблется от 3,0 м до 32.0 м. В пределах оцениваемой площади распространены трудно- и среднеобрушающийся типы основных кровель. Непосредственная кровля пласта 51 в большинстве случаев представлена алевролитами мелкозернистыми, реже – крупнозернистыми. Иногда непосредственная кровля - это переслаивание алевролитов различной зернистости или переслаивание алевролитов с песчаниками. Мощность прогнозируемой кровли – 0,59-15,18 м, по физико-механическим свойствам – это среднеустойчивый тип кровли. Ложная кровля отмечается в основном в северной половине участка, включает углистый алевролит, реже – к нему добавляется прослой алевролита. Мощность ложной кровли – 0,10-0,84 м. В непосредственной почве пласта 51 наблюдаются в основном алевролиты мелкозернистые. Зафиксировано три случая залегания угольного пласта на пачке аргиллита и в одном случае на пачке песчаников мелкозернистых. Мощность непосредственной почвы колеблется от 0,62 м до >8,0 м. Распространение склонной к пучению почвы приурочено к западной окраине оцениваемого участка и объясняется структурными особенностями залегания пласта. Вдоль восточной окраины участка залегают, в основном, несклонные к пучению почвы. Ложная почва распространена довольно широко и представлена, главным образом, углистыми алевролитами, иногда добавляется алевролит мелкозернистый или прослой угля. Мощность ложной почвы колеблется от 0,08 м до 0,90 м. Основная кровля угольного пласта 52 довольно разнообразна по литологическому составу. Мощность прогнозируемой кровли колеблется от 4,66 до 31,0 м. Довольно часто – это толщи переслаивающихся песчаников и алевролитов, либо - переслаивания алевролитов различной зернистости. Встречаются в основной кровле пласта и пачки однородных песчаников мелкозернистых мощностью до 20,0м. Прочность пород основной кровли на сжатие по результатам акустического каротажа колеблется в основном от 40 до 50 МПа, не редко достигая 60 МПа. На основании широкого комплекса геологических и геофизических факторов основная кровля угольного пласта 52 относится к кровле среднеобрушающегося типа. Однако, там, где непосредственная кровля маломощна, а выше залегают пачки песчаников, данная кровля становится более труднообрушающейся. Непосредственная кровля пласта 52 представляет собой по большинству скважин прослой алевролитов мелкозернистых, мощностью от 2,42 м до 30,0 м, реже – это переслаивание алевролитов различной зернистости, либо алевролитов крупнозернистых. Иногда граница между основной и непосредственной кровлей условна. В этом случае непосредственная кровля выделялась из однообразной толщи алевролитовых пород, залегающих выше угольного пласта, в интервале его пятикратной выемочной мощности. Прочность пород непосредственной кровли на сжатие – 30-40 МПа. В насосной камере №3 шахты «Котинская» был произведен отбор образцов пород из непосредственной кровли пласта 52 на высоту 4,5 м от кровли выработки с целью уточнения прочностных свойств. Испытания, произведенные на приборе БУ-39 согласно ГОСТ 24941-81 показали, что в кровле пласта на высоту до 2-х метров залегает слой ослабленного алевролита с пределом прочности на одноосное сжатие (Gсж) – 304 кг/см2. В пределах этого интервала встречен прослой сидеритизированного алевролита с повышенной прочностью на сжатие – 682 кг/см2. На расстоянии от кровли пласта от 2,5 до 3,5 м залегает алевролит крупнозернистый с прочностью на сжатие 374 кг/см2 и далее, до 4,5 м вновь алевролит мелкозернистый с прочностью на сжатие –370 кг/см2. Анализ результатов испытаний алевролита мелкозернистого, залегающего на расстоянии до 1,0м от кровли пласта показал, что его прочностные свойства изменяются в зависимости от степени увлажненности и состава: sсж сухих образцов – 30,4МПа, sсж влажных образцов 11,7МПа (в 2,6 раза меньше, чем сухих), согласно результатам испытаний образцов, отобранных во фланговом конвейерном стволе 29.09,05; sсж сидеритизированного алевролита 68,2МПа (в 2,2 раза больше, чем сухих) Статистические расчеты показали, что непосредственная кровля 52 пласта относится к среднеустойчивой по всей площади участка. Однако там, где непосредственная кровля имеет незначительную мощность, а основная близка по характеристикам к труднообрушающейся (скв. 17034, 2287), возможен эффект “выдавливания” пород непосредственной кровли в призабойное пространство. На значительной площади выделяется потенциально весьма неустойчивая «ложная» кровля, способная к обрушению одновременно с выемкой угля. Представлена она прослоем углистого алевролита мощностью от 0,10 до 0,26 м. Непосредственно ниже пласта 52 практически повсеместно залегают углистые породы, включаемые в ложную почву. В северной части – это прослой углистого алевролита, а в направлении к югу - ложная почва представлена маломощными слойками угля, углистого алевролита и мелкозернистого алевролита. Мощность ложной почвы колеблется от 0,14 до 1,10 м. Далее следует непосредственная почва, представленная алевролитами мелкозернистыми мощностью от 1,0 м. Изредка в почве пласта наблюдается переслаивание разнозернистых алевролитов. Прочность пород почвы на сжатие по результатам акустического каротажа – 20-30 МПа. Непосредственная почва угольного пласта 52 определена на значительной части участка как склонная к пучению. Признаки этого типа почвы начинают появляться с глубины залегания угольного пласта в 250-300 м от поверхности и ниже. Основная кровля пласта 56-57 представлена, главным образом, алевролитами мелкозернистыми, реже – крупнозернистыми, иногда - это переслаивание алевролитов различной зернистости или переслаивание алевролитов с песчаниками. Довольно часто (20 % пластопересечений) в основной кровле встречаются прослои песчаников мелкозернистых. Мощность кровли – 1,24-24,25 м, тип кровли – среднеобрушающийся. Ниже залегающие толщи мелкозернистых алевролитов включены в непосредственную кровлю пласта 56-57. Мощность кровли колеблется от 0,70 до 21,98 м и является среднеустойчивой. Над угольным пластом 57 в отдельных случаях (6,3 %) прослеживается ложная кровля (углистый алевролит) мощностью 0,10-0,59 м. Почва пласта 57 представлена алевролитами мелкозернистыми, мощность которых колеблется от 0,70 м и более 7,0 м и прогнозируется как почва несклонная к пучению. Основная кровля угольного пласта 58 представлена преимущественно песчаниками мелко- и среднезернистыми, реже – это переслаивание песчаников и алевролитов. Мощность прогнозируемой основной кровли колеблется от 3,79 до 34,74 м. На основании комплекса геологических и геофизических факторов основная кровля угольного пласта 58 отнесена к среднеобрушающейся с локальными участками труднообрушающейся. Непосредственная кровля пласта 58 представляет собой прослой алевролитов мелкозернистых, либо среднезернистых, реже – это переслаивание песчаников и алевролитов. Мощность кровли колеблется от 0,26 до 23,85 м, кровля почти повсеместно относится к среднеустойчивой. Ложная кровля имеет широкое распространение, включает в свой состав прослои углистого алевролита, угля, мелкозернистого алевролита мощностью от 0,10 до 0,74 м. Непосредственная почва пласта 58 сложена алевролитами мелкозернистыми, мощность которых колеблется от 0,70 м до 7,0 м и прогнозируется как почва несклонная к пучению. Ложная почва распространена в южной части участка, состоит из прослоев углистого алевролита, угля, мелкозернистого алевролита и изменяется в пределах от 0,10 до 1,04 м. В основной кровле угольного пласта 59 преобладает переслаивание алевролитов различной зернистости с песчаниками, реже встречаются песчаники мелкозернистые. Мощность основной кровли колеблется от 1,69 до 19,20 м. По типу кровля относится к среднеобрушающимся. Непосредственная кровля представлена, в основном, алевролитами мелкозернистыми. Мощность непосредственной кровли – 0,93-15,52 м. Породы кровли отнесены к среднеустойчивому типу. Ложная кровля пласта 59 подсечена только в шести случаях – это углистый алевролит мощностью 0,06-0,33 м. Непосредственная почва пласта 59 – это алевролиты мелкозернистые мощностью от 0,32 до 7,0 м, несклонные к пучению. Ложная почва имеет небольшое распространение и состоит из углистого алевролита, угля и алевролита мелкозернистого. Мощность ложной почвы – 0,10-0,76 м. Основная кровля пласта 60 охватывает толщу пород, которая представлена, главным образом, песчаниками мелко-, среднезернистыми, иногда - это алевролиты различной зернистости. Мощность кровли – 1,60-20,09 м, тип кровли – среднеобрушающийся, на ограниченной площади прогнозируется труднообрушающаяся основная кровля. Ниже залегающие толщи мелкозернистых алевролитов включены в непосредственную кровлю пласта 60, мощностью 0,59-10,0 м и являющейся среднеустойчивой. Над угольным пластом 60 в десяти случаях (15,4 %) прослеживается ложная кровля (углистый алевролит, алевролит мелкозернистый) мощностью 0,12-0,52 м. Под угольным пластом 60 выделена ложная почва, состоящая либо из углистого алевролита, либо из двух прослоев - углистого алевролита и мелкозернистого алевролита мощностью 0,12-0,50 м. Непосредственная кровля угольного пласта 60 представляет собой в доминирующем количестве скважин прослой алевролитов мелкозернистых, несклонных к пучению, мощностью от 0,3 до 7,0 м и более. В основной кровле угольного пласта 61 преобладают песчаники различной зернистости, иногда встречается переслаивание песчаников с алевролитами. Мощность прогнозируемой кровли колеблется от 7,0 до 28,75 м. По типу кровли породы отнесены к среднеобрушающимся. Непосредственная кровля представлена, в основном, алевролитами мелкозернистыми, реже – алевролитами разнозернистыми. Мощность непосредственной кровли – 0,45-13,24 м. Породы кровли отнесены к среднеустойчивому типу, в южной части участка встречается неустойчивый тип непосредственной кровли. Ложная кровля пласта 61 подсечена только в шести случаях – это либо углистый алевролит, либо углистый алевролит с алевролитом мелкозернистым, мощностью 0,12-0,52 м. В непосредственной почве пласта 61 чаще всего залегают алевролиты мелкозернистые, изредка наблюдаются аргиллиты (2 пластопересечения), несклонные к пучению. Изредка прослеживается ложная почва (углистый алевролит и/или алевролит мелкозернистый) мощностью 0,12-0,50 м. Оценка прочностных характеристик пород по результатам акустического каротажа на данной территории показала, что толщи песчаников характеризуются в интервале 40-80 МПа при среднем показателе в 50 МПа, алевролиты – 20-60 МПа при среднем – 30 МПа. Непосредственная кровля угольного пласта 58 представляет собой в доминирующем количестве скважин прослой алевролитов мелкозернистых, либо среднезернистых, реже – это переслаивание песчаников и алевролитов различной зернистости и в двух случаях отмечен аргиллит мощностью 0,26-0,30 м. Мощность кровли варьируется в интервале 0,26-23,85 м. Статистические расчеты и геологические факторы показали, что непосредственная кровля 58 пласта почти повсеместно относится к среднеустойчивой. Ложная кровля имеет широкое распространение, включает в свой состав прослои углистого алевролита, угля, мелкозернистого алевролита и изменяется в пределах от 0,10 до 0,74 м. Непосредственная почва пласта 58 сложена алевролитами мелкозернистыми, мощность которых колеблется от 0,70 м и более 7,0 м и прогнозируется как почва несклонная к пучению. Ложная почва распространена в южной части участка, состоит из прослоев углистого алевролита, угля, мелкозернистого алевролита и изменяется в пределах от 0,10 до 1,04 м. В основной кровле угольного пласта 59 преобладает переслаивание алевролитов различной зернистости с песчаниками, реже встречаются песчаники мелкозернистые. Мощность основной кровли колеблется от 1,69 до 19,20 м. По типу кровли отнесены к среднеобрушающимся. Непосредственная кровля представлена, в основном, алевролитами мелкозернистыми. Мощность непосредственной кровли – 0,93-15,52 м. Породы кровли отнесены к среднеустойчивому типу. Ложная кровля пласта 59 подсечена в единичных случаях – это углистый алевролит мощностью 0,06-0,33 м. Непосредственная почва пласта 59 – это алевролиты мелкозернистые, мощностью от 0,32 до 7,0 м и более, несклонные к пучению. Ложная почва имеет небольшое распространение и состоит из углистого алевролита, угля и алевролита мелкозернистого. Мощность почвы – 0,10-0,76 м. Основная кровля пласта 60 представлена, главным образом, песчаниками мелко-, среднезернистыми, иногда - это алевролиты различной зернистости. Мощность кровли – 1,60-20,09 м, тип кровли – среднеобрушающийся, на отдельных изолированных участках предполагается наличие труднообрушающейся основной кровли. Непосредственная кровля пласта 60 представлена мелкозернистыми алевролитами мощностью 0,59-10,0 м. По прогнозу она является среднеустойчивой. Над угольным пластом 60 довольно часто залегает ложная кровля (углистый алевролит, алевролит мелкозернистый) мощностью 0,12-0,52 м. В почве пласта 60 выделяется ложная почва, состоящая либо из углистого алевролита, либо из двух прослоев - углистого алевролита и мелкозернистого алевролита мощностью 0,12-0,50 м. Непосредственная почва пласта 60 представляет собой прослой алевролитов мелкозернистых, несклонных к пучению, мощностью от 0,3 до 7,0 м и более. В основной кровле пласта 61 преобладают песчаники различной зернистости, иногда встречается переслаивание песчаников с алевролитами. Мощность основной кровли колеблется от 7,0 до 28,75 м. По типу кровли отнесены к среднеобрушающимся. Непосредственная кровля представлена, в основном, алевролитами мелкозернистыми, реже – алевролитами разнозернистыми. Мощность непосредственной кровли – 0,45-13,24 м. Породы кровли отнесены к среднеустойчивому типу, в южной части участка встречаются неустойчивые кровли. Ложная кровля пласта 61 подсечена в ограниченном количестве скважин – это либо углистый алевролит, либо углистый алевролит с алевролитом мелкозернистым, мощностью 0,12-0,52 м. В непосредственной почве пласта 61 чаще всего залегают алевролиты мелкозернистые, изредка наблюдаются аргиллиты (2 пластопересечения), несклонные к пучению. В отдельных подсечениях отмечается наличие ложной почвы (углистый алевролит или алевролит мелкозернистый) мощностью 0,12-0,50 м. Газоносность
Угленосные отложения являются мощными аккумуляторами и коллекторами углеводородных газов. Основным источником газов является уголь, в процессе метаморфизма которого образовались основные компоненты газов угольных месторождений – метан и его тяжелые гомологи (бутан, пропан, этан). Определение газоносности угольных пластов связано с необходимостью прогноза метанообильности проектируемых горных выработок, разработки мер борьбы с газовыделениями, инженерных расчетов шахтной вентиляции и дегазации угольных толщ.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|