содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

1.4. ЭЛЕМЕНТЫ И ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

К элементам залегания угольных пластов относят простирание, угол падения и мощность. Геологическое нарушение также характеризуется своими элементами залегания.

Положение пласта в пространстве определяется линией простирания— линией пересечения пласта с любой горизонтальной плоскостью (рис. 1.2). Направление линии простирания в пространстве принято называть простиранием пласта. Так как линия простирания всегда лежит в горизонтальной плоскости, то на плане ее длина изображается без искажений.

Линию пересечения пласта с вертикальной плоскостью, перпендикулярной к линии простирания, называют линией падения. Линия падения расположена в плоскости пласта, образует прямой угол с линией простирания и всегда имеет изменение длины при изображении на плане. Исключение составляет случай строго горизонтального залегания пласта, когда понятия линий простирания и падения теряют свое значение.

Направление по пласту вниз по линии падения от какой-либо горизонтальной плоскости (например, от плоскости Р на рис. 1.2) называют падением, направление вверх — восстанием пласта. Если взять точку О на пересечении линий простирания АБ и падения ВГ, то перемещение какого-либо забоя от точки О вниз по линии ОГ называют движением по падению, а по линии ОВ вверх — движением по восстанию. В зависимости от уровня и направления отсчета одна и та же линия может являться линией падения или восстания. Она образует угол со своей проекцией на горизонтальную плоскость. Этот угол называют углом падения или реже углом наклона пласта. Угол падения пласта может изменяться от 0 до 90°.

В зависимости от способа разработки и угла падения угольные пласты делят на горизонтальные, пологие, наклонные, крутонаклонные и крутые (табл. 1.1).

Различие классификаций объясняется особенностями технологии и механизации разработки полезного ископаемого подземным и открытым способами.

В пространстве простирание и падение пласта фиксируют с помощью угла, который откладывают в горизонтальной плоскости от северного направления магнитного меридиана по часовой стрелке соответственно до линии простирания и проекции линии падения. Этот угол носит название азимута. Линия падения имеет строго определенный азимут. Значение угла до линии простирания можно считать в противоположные стороны от северного направления меридиана. Для исключения такой неопределенности в горной практике установлено: азимут простирания пласта отсчитывают в ту сторону, в которую видно, что падение пласта находится от линии простирания справа, а восстание — слева. Азимуты линий простираний и падений
 

а также углы падения угольных пластов измеряют специальным прибором — горным компасом.

Линию, перпендикулярную линии простирания и лежащую в горизонтальной плоскости, называют линией вкрест простирания пласта. Линии пересечения горизонтальной плоскости с пластом, соединяющие точки с одинаковой высотой над уровнем моря (отметкой) или иной плоскости, называют изогипсами.

Если имеется план залегания угольного пласта с нанесенными изогипсами, то угол его падения а (градус) на каком-либо участке можно определить по формуле

Следующим элементом залегания пласта является его мощность— расстояние по нормали к плоскости пласта между его границами с кровлей и почвой. Такую мощность m называют истинной или нормальной (рис. 1.3). Если расстояние между кровлей и почвой измеряют по отвесу, то получают вертикальную мощность пласта тв. При измерении такого расстояния по горизонтали определяют горизонтальную мощность тг. В том случае, если для измерения принимают линию произвольного направления между кровлей и почвой, то получают кажущуюся мощность пласта mv. Различными мощностями пользуются в зависимости от способа ведения горных работ и условий залегания пластов.

При значительной протяженности пласта его мощность может изменяться. Поэтому в горном деле употребляют термин средняя мощность — частное от деления объема пласта на его площадь.

Так как пласт имеет в большинстве случаев сложное строение, то отдельна выделяют мощность угольных пачек — по-
 

л е з н у ю мощность — и  полную мощность, включающую мощность всех угольных пачек и прослойков.

При разработке угольного пласта иногда вынимают только часть его мощности, которую называют р аб о ч е й мощностью (или вынимаемой, эксплуатационной). На рис. 1.3 она обозна­чена через  mв .

Классификация угольных пластов по нормальной мощности при подземном и открытом способах разработки приведена в табл. 1.2.

На Коркинском месторождении Челябинского угольного бассейна разрабатывали открытым способом буроугольные пласты общей мощностью до 150 м. причем полезная мощность

Таблица 1.2

составляла свыше 50 % общей. В большинстве же случаев мощность угольных пластов не превышает 15—20 м.

Пласты средней мощности и мощные являются очень выгодными для разработки. Разработка пластов тонких и особенно весьма тонких сопряжена с трудностями. Традиционными способами можно разрабатывать пласты мощностью не менее 0,4 м, гак как существующая технология добычи угля требует размещения между кровлей и почвой оборудования и людей. Кроме того, затраты на разработку весьма тонких пластов могут оказаться гораздо выше, чем эффект, который можно получить от использования добытого из этих пластов угля.

Поэтому в различных угольных бассейнах и даже в отдельных угольных районах одного бассейна устанавливают так называемую кондиционную мощность пластов, т. е. минимальную вынимаемую мощность пласта, меньше которой пласт в данных условиях разрабатывать нецелесообразно. Если пласт является некондиционным по мощности, то при нынешнем уровне техники добычи угля его считают нерабочим. Например, при подземном способе разработки угольных пластов кондиционной мощностью в настоящее время являются: в Донецком бассейне 0,55—0,60 м (антрациты) и 0,55 (каменные угли), в Кузнецком — 0,7 м (коксующиеся угли) и 1 м (энергетические угли), в Печорском—1,6 м, Подмосковном—1,3 м. При открытом способе разработки на разрезах Иркутского месторождения кондиционная мощность равна 2 м. Кондиции по мощности зависят от уровня угледобывающей техники, качества добываемого угля, района добычи полезного ископаемого, требований потребителя.

Если угольный пласт сохраняет на значительной площади (как правило, не менее 4 км2) мощность, колебания которой не превышают 20 % для тонких пластов и 25 % для пластов средней мощности, а участки с нерабочей мощностью отсутствуют, то он считается выдержанным. Выделяют также относительно выдержанные (колебания мощности не более 35—50 %) и невыдержанные.

Если пласт характеризуется примерным постоянством элементов залегания на большой площади, то его считают залегающим спокойно. Если в пределах небольшого участка прослеживаются частые изменения угла наклона, простирания, мощности пласта или разрывные нарушения, то его залегание называют неспокойным.

При неспокойном и невыдержанном залегании пластов, особенно мощных, помимо изогипс на план наносят изолинии мощности, соединяющие точки с одинаковой мощностью пласта Они позволяют определить наиболее выгодное направление ведения горных работ.
 

При неспокойном залегании пласта наблюдаются различные формы геологических нарушений. К пликативным (плавным) нарушениям относятся складки, флексуры, резкое уменьшение (утонение) и увеличение (раздутие) мощности пласта.

Широко распространенной формой пликативного нарушения является складка или прогиб пластов (рис. 1.4). В разрезе складки по горизонтальной плоскости в центре расположено ядро, а вокруг — боковые части или крылья складки. Если в -ядре залегают более молодые породы, чем в крыльях, то складку называют синклинальной или сокращенно синклиналью (см. рис. 1.4, а). Если ядро складки сформировано более древними породами, чем крылья, то такую складку называют антиклинальной или антиклиналью (см. рис. 1.4, б). В синклинальной складке падение направлено к ядру, в антиклинальной— от ядра к ее краевым частям.

Геосинклинали образуют складку не только в продольном направлении, по простиранию складки, но и в поперечном, вкрест простирания. Брахискладкой называют такую складку, у которой длина на уровне поверхности больше ширины в 2—5 раз. Купол — антиклиналь, у которой длина на уровне поверхности превышает ширину не более чем в 2 раза. Мульда — синклиналь, у которой длина на уровне поверхности не превышает ширину более чем в 2 раза. Синклинали и

антиклинали обычно связаны друг с другом как по простиранию, так и вкрест простирания.

Часто встречается увеличение или уменьшение мощности пласта. Последнее может сопровождаться полным исчезновением угольного пласта — выклиниванием. Флексура — складка пласта коленоподобной формы. Если залегает свита пластов, то флексура может затрагивать все пласты в свите.

К дизъюнктивным (разрывным) нарушениям относят сброс, взброс, надвиг, сдвиг, грабен, горст. Для дизъюнктивного нарушения характерно наличие поверхности внутри горного массива, по которой произошли разрыв и последующее перемещение блоков,— с мести те л я. Породы, залегающие над смести-телем, называют его висячим крылом, под сместителем — лежачим крылом. Угол между плоскостью сместителя и горизонтальной плоскостью называют углом падения сместителя.

Сброс образуется в том случае, если породы висячего крыла в результате тектонических движения оказываются опущенными по отношению к породам лежачего крыла (рис. 1.5). Взброс — такое разрывное нарушение залегания пласта, когда породы висячего крыла смещены вверх над породами лежачего крыла (рис. 1.5, б). Плоскость смещения при взбросе называют взбрасывателем. Для безошибочного распознавания типа нарушения следует пронумеровать слои пород и пласты в по-

рядке убывания их геологического возраста и через плоскость смещения мысленно провести вертикальную скважину. При сбросе по линии скважины наблюдается пропуск слоев или пластов, при взбросе—их повторение.

Надвиг — взброс, у которого плоскость взбрасывателя наклонена на угол до 45° при значительном горизонтальном смещении взброшенного крыла (рис. 1.5, в). Сдвиг — разрыв с перемещением (раздвижкой) крыльев в горизонтальном направлении. Грабен и горст представляют собой блокообразное опускание и поднятие горных пород. Каждый из них имеет два разрыва и три крыла.

Перемещение какой-либо точки горных пород от начального ее положения по горизонтали (отрезок А1М) называют горизонтальной, по вертикали (отрезок AM)—вертикальной амплитудой нарушения. На рис. 1.6 показаны элементы разрывных нарушений: простирание, характеризуемое азимутом линии простирания, и падение, характеризуемое углом падения, азимутом линии падения и амплитудой.

Для правильного выбора способа, технологии и средств механизации ведения горных работ важно возможно точнее знать не только форму, простирание, падение и мощность угольных пластов, но и тип, число и элементы залегания геологических нарушений.