Характеристика угольных пластов

Содержание.

Общие сведения о районе

Лицензионный участок "Поля шахты "Майская" расположен в северо-западной части Ерунаковского геолого-экономического района Кузнецкого бассейна. В юго-восточной части лицензионного участка "Поле шахты "Майская" находится участок первой очереди "Поле шахты "Майская", в пределах которого произведена детальная разведка запасов угля.

По административному положению участок первой очереди "Поле шахты "Майская" находится на территории Прокопьевского района Кемеровской области.

В границах лицензионного участка "Поле шахты "Майская" ведут открытую добычу угля разрезы "Энергетик". Южнее участка в 2 - 3 км находится участок "Купринский". Юго-восточнее участка в 5 - 8 км ведут добычу угля шахта "Котинская" и шахта № 7. В 10 - 12 км северо-западнее ведет добычу разрез "Караканский - Южный".

Шахты "Котинская" и № 7 имеют подъездные железнодорожные пути с выходом на магистраль Артышта - Томусинская, а через Прокопьевск (ст. Черкасов Камень) - на Западно-Сибирскую железную дорогу. По тому же пути ведет отгрузку угля разрез "Майский".

Предприятий, добывающих строительные материалы вблизи участка нет. Материально-техническое снабжение действующих и строящихся шахт и разрезов осуществляется из ближайших промышленных городов: Новокузнецка, Прокопьевска, Киселевска, Белово.

Характеристика природных условий района строительства

Поверхность и формы участка первой очереди "Поле шахты "Майская" обусловлены деятельностью левых притоков р. Верхняя Тыхта.

Абсолютные отметки поверхности участка изменяются от +280 м (абс.) в логах и до +380 м (абс.) на водоразделах. Из-за своего положения в рельефе поверхность участка представляет собой пологий холм с понижением рельефа на юго-восток.

Климат района резко континентальный. Холодная зима с ноября до второй половины марта. Наиболее холодные месяцы - декабрь и январь, когда температура в отдельные дни может опускаться до -52º С (в среднем - 43,9º С). Среднемесячная температура декабря, января и февраля составляет -18 - -20º С. Среднесуточные колебания температуры могут достигать 20-22º С.

Устойчивый снежный покров удерживается с конца октября до конца марта, иногда до середины апреля. Мощность снежного покрова в зависимости от рельефа изменяется от 0,30 - 0,50 м на склонах до 2 - 3 м в логах и северных склонах. Глубина промерзания почвы зависит от мощности снежного покрова и изменяется от 0,40 - 0,80 м в заснеженных местах до 2,0 - 2,5 м в местах, лишенных снежного покрова.

Наиболее жаркий месяц - июль, когда температура иногда достигает +36 - +38ºС при среднем значении +19,4º С.

Господствующие ветры юго-западного направления.

Стратиграфия и литология

В геологическом строении Ерунаковсеого геолого-экономического района принимают участие пермские, триасовые, юрские и неоген-четвертичные отложения.

Пермская система в районе представлена отложениями верхнего отдела кольчугинской серии. В соответствии с действующей унифицированной схемой данная серия представлена тремя подсериями: кузнецкой, ильинской и ерунаковской.

Кузнецкая подсерия (Р₂kz) представлена безугольной толщей по периферии угленосных отложений в соседнем Араличевском районе. Мощность ее порядка 900 м. Разрез сложен чередованием слоев песчаников с разнозернистыми алевролитами. Редко встречаются аргиллиты и тонкие пропластки углистых пород.

Ильинская подсерия (Р₂il) согласно перекрывает кузнецкую подсерию и включает две свиты: казанково-маркинскую (Р₂km) и ускатскую (Р₂us).

Казанково-маркинская (Р₂km) свита мощностью порядка 1000 м представлена переслаиванием маломощных слоев песчаников мелко- среднезернистых, разнозернистых алевролитов, аргиллитов с многочисленными прослоями угля. За нижнюю границу свиты, принята почва угольного пласта 4 на Ерунаковском месторождении, Тагарышского -3 - на Тагарышском, пласта Кыргайского -1 - на Красулинском.

Верхняя граница проходит по почве пласта Кыргайского - 9.

Мощность ускатской свиты (Р₂us) колеблется от 500 м в северо-восточной части района до 900 м - в юго-западной. Циклы осадконакопления мощнее, чем в нижележащей свите: отдельные слои песчаников и алевролитов достигают 5 м. За верхнюю границу свиты, принята кровля пласта Кыргайского-25 (по нумерации Беловской ГРП). В разрезе свиты преобладают глинистые разности, представленные, в основном, алевролитом, редко аргиллитом, которые включают более 40 угольных пластов и лишь порядка 10 из них имеют промышленное значение.

Ерунаковская подсерия (Р₂er) согласно залегает на ильинской подсерии и характеризуется наличием промышленной угленосности и более продолжительными циклами осадконакопления. Отдельные слои песчаников достигают мощности 25 - 60 м. Подсерия подразделяется на три свиты: ленинскую (Р₂ln), грамотеинскую (Р₂gr) и тайлуганскую (Р₂tl). Общая мощность их 1700-2000 м.

Ленинская (Р₂ln) свита характеризуется неравномерными циклами осадконакопления. Мощные слои среднезернистых песчаников чередуются с маломощными слоями алевролитов и песчаников. Мощность ее отложений порядка 600 - 700 м. Верхняя граница свиты проходит по почве пласта Кыргайского-64 (8) на Соколовском месторождении. Разрез свиты включает 24 угольных пластов рабочей мощности.

Грамотеинская свита (Р₂gr) характеризуется невыдержанностью циклов осадконакопления и неравномерностью распространения по площади. Мощность отдельных слоев достигает 70 м, причем увеличение мощности циклов отмечается от нижних горизонтов к верхним горизонтам.

Литологический состав свиты невыдержанный. В нижней части разреза наибольшее развитие получили глинистые разности, в верхней части - песчанистые. Свита включает 12 угольных пластов с мощностью от 3 до 8 м. Отмечается косое примыкание слоев вмещающих пород к угольным пластам.

Верхняя граница свиты проходит по кровле пласта 78. Общая мощность свиты в районе порядка 340 - 515 м.

Тайлуганская свита (Р₂tl) завершает стратиграфический разрез палеозойских отложений района. Включает толщу от кровли пласта 78 до кровли пласта 103, то есть до границы с мезозойскими отложениями, которая проводится по слою отбеленных пород древней коры выветривания, залегающей в 3 - 12 м выше кровли пласта 103. Мощность отложений свиты 720 -1040 м. Характеризуется мощными циклами осадконакопления. Отдельные слои песчаников и алевролитов достигают 30 - 60 м.

Угольные пласты, как правило, имеют сложное строение и склонны к неоднократному расщеплению на самостоятельные угольные пачки или мощные угольные залежи. Наибольшая мощность отдельных пластов достигает 8 - 10, иногда - 15 - 18 м.

Верхнепалеозойские отложения вдоль северной границы района перекрываются осадками триасовой системы. Мощность их в районе порядка 540 м. Осадки триаса имеют отличительный грязно-зеленовато-серый, зеленовато-черный и бурый цвета. Породы триаса иногда представлены туфогенно-терригенными отложениями и алевролитами с четко выраженной скорлуповатостью, шаровидной отдельностью и наличием прожилков и вкрапленности белого и розового цеолита.

Эти отложения относятся к абинской серии и, согласно унифицированной схеме, расчленяются на мальцевскую, сосновскую и яминскую свиты.

В нижней части разреза залегает покров базальтов мощностью около 12 м.

Юрская система в районе представлена терригенными отложениями с прослоями бурых углей, которые трансгрессивно перекрывают отложения триаса, и относятся к тарбаганской серии. Отложения серии залегают на размытой поверхности триаса и палеозоя с угловым несогласием. Мощность юрских отложений около 200 м.

В нижней части разреза литологический состав представлен средне - крупнозернистыми песчаниками с прослоями гравелитов и конгломератов изверженных пород. В верхней части разреза преимущественно развиты глинистые разности с включением маломощных угольных пластов. Мощность угленосной толщи 50 - 110 м.

Неоген-четвертичные отложения, представленные суглинками, реже глинами и галечниками, повсеместно перекрывают палеозойские и мезозойские отложения. Мощность их от 1 - 10 до 40 - 50 м.

В лицензионных границах участка "Поле шахты Майская" к первоочередной отработке открытым способом планируется пласт 10 и 9а.

Стратиграфически пласты приурочены к верхней части ленинской свиты (Р₂ln) ерунаковской подсерии кольчугинской серии пермского возраста. Верхняя граница свиты проходит по почве пласта Кыргайского-8.

Вмещающая продуктивная толща участка представлена переслаиванием песчаников с крупно - мелкозернистыми алевролитами, реже аргиллитами и углистыми разностями, последние приурочены в основном к кровле или почве угольных пластов.

Мощность вскрываемой части ленинской свиты на участке в среднем не превышает 112 м, увеличиваясь в восточном крыле Евтинской антиклинали вблизи нарушения 4 до 260 м. Угленосность на этом участке составляет 11%. Литологический состав свиты на участке приведен в таблице 1.3.1.

Таблица 1.3.1

Продуктивные отложения повсеместно перекрыты четвертичными отложениями, представленными суглинками, глинами, а в долинах речек и логов - илистым материалом.

Тектоника

Участок первой очереди "Поле шахты "Майская", как и весь лицензионный участок, приурочен к замковой части Евтинской антиклинали и восточному крылу Соколовской синклинали.

Евтинская антиклиналь представляет собой асимметричную складку с пологим юго-западным крылом (2º-5º) и крутым (до 80º) северо-восточным. Антиклиналь протягивается с северо-запада на юго-восток через весь участок "Поле шахты Майская" и за его пределами. На всем простирании ось складки неоднократно меняет северо-западное простирание от 290 до 350º и на юго-востоке Соколовского месторождения срезается Виноградовским (Иганинским) взбросом. Замок антиклинали широкий с пологими крыльями в приосевой части. Угол падения осевой плоскости в пределах всего участка 90º.

Поверхность замковой части Евтинской антиклинали имеет волнистый характер.

Второй пликативной структурой на участке является Соколовская синклиналь, которая занимает основную часть "Поля шахты Майская" и имеет сундучную форму. Широкая данная ее часть пологая, почти горизонтальная (0-5º), северо-восточное крыло пологое (5-10º), юго-западное - крутопадающее (60-80º). Ось складки, аналогично Евтинской антиклинали, ундулирует. Максимальный ее прогиб отмечается за контуром первоочередной отработки, в районе 203 р.л.

Разрывная тектоника на участке не получила широкого развития. Крупные дизъюнктивны - Соколовский и Виноградовский (Иганинский) ограничивают Соколовское месторождение с юго-запада и северо-востока. Простирание этих разрывов северо-западное, однако, за пределами участка наблюдаются резкие изменения простирания с северо-западного на западное или северное. Амплитуда смещения изменчива и колеблется от 200 до 1500 м.

Крупные нарушения сопровождаются оперяющими разрывами небольшой амплитуды смещения и приурочены в основном к крутозалегающей толще вмещающих пород. На пологозалегающей толще в замковой части Евтинской антиклинали отмечены лишь нарушения взбросового характера с амплитудой смещения - 2-4 м.

Нарушение 1 на 219 р.л., установленное скважинами 11288 и11161 по разнице в абсолютных отметках подсечения почвы пласта 10. Нарушение взбросового характера с падением сместителя на запад под углом 40º. Амплитуда около 4 м.

Нарушение 2относится к согласным взбросам, падение на юго-запад под углом 10º. Стратиграфическая амплитуда 2,0 м.

Нарушение 3 вскрыто скважиной 7164 на 217 р.л. в западном крыле Евтинской антиклинали. Это согласный взброс с падением сместителя на юго-запад под углом 12º. Амплитуда не превышает 3 м.

Нарушение 4 – это согласный взброс. Нарушение сопровождается зоной дробления и смятия пород, мощность, которой колеблется от 10 до 20 м. Угол падения дизъюнктива на верхних горизонтах 40 - 45º. На глубину, как отмечается по скважинам, выполаживается до 30 - 35º. В районе 209 р.л. скважиной 8351 вскрыто сдвоение пласта 10. Угол падения плоскости сместителя порядка 70-85º. Далее до 220 р.л. нарушение проведено по общей увязке.

Амплитуда по сместителю на прослеженном участке 200-250 м, стратиграфическая около 100 м.

Нарушение 4^а установлено скважиной 7136 на 217 р.л. по сдвоению пласта 10, что подтверждается результатами каротажа. Разрыв относится к согласным взбросам. Расположен он в восточном крыле основной структуры в месте перехода пологой части к крутопадающей вблизи крупного разрыва 4. Падение плоскости сместителя на северо-восток под углом 35º. Стратиграфическая амплитуда около 4 м.

Нарушение 5 установлено скважиной 7099 на 211 р.л. в восточном крыле Евтинской антиклинали. Это согласный взброс с падением сместителя на запад под углом 20º.

Нарушение 7 на 207 р.л. установлено скважиной 11888 по сдвоению пласта 10 в месте изгиба, при переходе к крутопадающей толще у нарушения 4. Падение сместителя на северо-восток под углом 50º. Амплитуда порядка 3 м.

Все эти нарушения без полного разрыва пласта, простираются на 100-300 м.

Характеристика угольных пластов

Продуктивные отложения участка первой очереди "Поле шахты "Майская" содержат 2 угольных пласта 9а и 10. Угленосность участка связана с отложениями ленинской свиты (Р₂ ln). Целевым пластом для открытой разработки является пласт 10. Коэффициент общей угленосности ленинской свиты при мощности, вскрываемой ее части 112 м составляет 11,3%, рабочей 10,8%.

По мощности пласты угля 9а и 10 относятся к средним. По степени выдержанности мощности и строения относятся к относительно выдержанным и имеют очень сложное строение.

Пласт 9а распространен в юго-западной и северо-восточной части участка первоочередных работ на выходе его под наносы в основном в зоне окисленных углей. Пласт очень сложного строения, состоит из 4-6 пачек угля, разделенных породными прослоями мощностью от 0,05 до 0,40 м.

Относительно выдержанный по мощности. Общая мощность пласта изменяется от 3,75 до 6,95 м при среднем значении 5,30 м. Суммарная мощность угольных пачек изменяется от 3,30 до 5,85 м при среднем значении 4,66 м.

Непосредственная кровля пласта представлена алевролитом, реже песчаником. Основная кровля представлена песчаником, либо переслаиванием его с алевролитом. Почва представлена алевролитом.

В юго-восточной части участка южнее 215 р.л. пласт 9а разделяется породным прослоем мощностью 1,26-8,32 м на две пачки - верхнюю и нижнюю.

Пласт 9а верхняя пачкасложного строения, состоит из 2-4 пачек угля, разделенных породными прослоями мощностью от 0,05 до 0,19 м. Пласт невыдержанный по мощности. Мощность изменяется от 1,84 до 3,06 м при среднем значении 2,55 м. Суммарная мощность угольных пачек изменяется от 1,51 до 2,51 м при среднем значении 2,21 м. Кровля и почва пласта представлены алевролитом, реже углистым аргиллитом.

Пласт 9а нижняя пачкасложного и очень сложного строения, состоит из 2-8 пачек угля, разделенных породными прослоями мощностью от 0,03 до 0,51 м, представленными алевролитом и углистым аргиллитом. Невыдержанный по мощности, которая изменяется от 0,94 до 2,17 м при среднем значении 1,31 м. Суммарная мощность угольных пачек изменяется от 0,79 до 1,92 м при среднем значении 1,13 м. Кровля и почва пласта представлены алевролитом.

Пласт 10 залегает в 60-80 м ниже пласта 9а, распространен на всей площади участка от 205 до 219 разведочной линии включительно.

Относительно выдержанный по мощности, очень сложного строения, хотя по отдельным пластопересечениям строение его простое. Состоит из 2-5 пачек угля, разделенных породными прослоями от 0,05 до 0,87 м при среднем значении 0,15 м.

Общая мощность пласта изменяется от 5,96 до 10,07 м при среднем значении 7,53 м. Суммарная мощность угольных пачек изменяется от 5,86 до 9,87 м при среднем значении 7,38 м.

Непосредственная кровля и почва пласта представлены пачками алевролитов мощностью 4-20 м. Основная кровля представлена пачкой песчаников мощностью до 40м, либо переслаиванием алевролита с песчаником.

Характеристика угольных пластов приведена в таблице 1.5.1.

Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия проектируемого участка определяются рельефом и климатом местности, литологическим составом и нарушенностью коренных пород.

По степени водоносности, режиму питания, условиям залегания и распространению в пределах участка первоочередной отработки открытым способом "Поле шахты "Майская" выделяются два водоносных комплекса пород: грунтовые воды четвертичных отложений и подземные воды коренных пород.

Четвертичные отложения участка в верхней части разреза слагаются суглинками часто переслаивающиеся с глинами мощностью от 3,0 м в логах и до 23,0 м, а в нижней части рыхлых отложений почти повсеместно распространены серо-сине-зеленые вязкие глины и суглинки мощностью от 9,0 до 23,8 м.

Воды четвертичных отложений подразделяются на два водоносных горизонта:

-"верховодку", приуроченную к лёссовидным суглинкам;

-элювиально-делювиальные воды.

Глубина залегания "верховодки" колеблется от 0,5 до 2,5 м. от поверхности и приурочена к суглинкам и глинам, залегающим в подошве склонов и под логами. Воды типа "верховодки" носят преимущественно сезонный характер, питаются за счет атмосферных осадков и талых вод, в летний период пересыхают.

Максимальный приток воды из данного водоносного горизонта составлял сотые, и тысячные доли л/сек.

Элювиально-делювиальные воды встречаются на склонах речных долин и логов, образуя мелкие источники с непостоянным дебитом. Расход источников этих вод составлял 0,05 – 0,20 л/с.

Из-за низкой водообильности подземные воды четвертичных отложений не могут рассматриваться в качестве источника обеспеченного питания.

Водоносный комплекс коренных пород связан с полускальными песчано-глинистыми породами, залегающими в кровле пласта 10.

Данные опытно-фильтрационных работ, проведенные в пределах участков "Купринский" и "Поле шахты Майская" показали, что коренные породы обводнены неравномерно. Удельные дебиты по скважинам изменяются, от 0,06 до 2,27 л/сек.

Основными факторами обводнённости коренных пород являются литологический состав, геоморфологическое положение, трещиноватость и тектоническая нарушенность.

Наиболее обводнены горные породы в зоне интенсивного выветривания. Вследствие затухания трещиноватости пород, водообильность их с различной степенью убывает.

Нижняя граница обводненной зоны интенсивного выветривания пород определяется многими природными факторами, в том числе геоморфологическими. Под логами и в долинах ручьев обычной является глубина 50-60 м от дневной поверхности. На водоразделе она может составлять 80-120 м. В отдельных случаях в среднезернистых песчаниках зона может распространяться глубже. Из-за частого переслаивания песчаных и глинистых разностей, и их интенсивной трещиноватостью, в пределах верхней гидродинамической зоны выделить четко выраженные водоносные горизонты не представляется возможным. Поэтому зона интенсивного выветривания характеризуется как единая водоносная система.

Пласт 10 на основной площади залегания приурочен к зоне интенсивной и на небольшой части площади – к зоне затухающей трещиноватости. Максимальное погружение пласта отмечено в районе 217 и 207 р.л. до глубины 130 – 180 м.

По данным резистивиметрии, в скважине 7068 выделены три водоносных слоя. Удельный водоприток нижней зоны по разрезу уменьшился в 5 раз в сравнение с верхней зоной, соответственно составил 0,01 и 0,05 л/с.

Наиболее обводненными являются трещиноватые песчаники и пласты угля. Удельный дебит песчаников составил 1,50 л/с.

Кроме того, сам пласт 10 обладает повышенной обводненностью, что подтверждается резистивиметрией, проведенной в скважинах с откачками и элементарными гидронаблюдениями.

Наибольшей обводнённостью характеризуются породы зон разрывных нарушений. Водообильность зон различна и зависит от литологического состава нарушенных пород. Зоны разрывных нарушений в глинистых разностях обводнены слабо, что может быть объяснено кальматацией трещин мелкодисперсными продуктами разрушения глинистых пород. Так, удельный дебит в скважине 11220, вскрывшей нарушение в глинистых породах составил, 0,04 л/сек.

Фильтрационные свойства горных пород возрастают от водоразделов к депрессиям рельефа. Удельный дебит скважин в логах возрастает до 1,5 л/с, в то время как на водоразделе и его склонах он составил 0,06 л/с (скв.7068).

Уровни подземных вод в зависимости от положения в рельефе изменяются от +1,0 м -6,0 м в логах и до 37,9 м на водоразделах (скв.7163, 208 р.л.).

Подземные воды коренных пород могут быть отнесены к трещинному и трещинно-пластовому типам.

Химический состав подземных вод изучался по пробам, отобранным при откачках из скважин. Подземные воды относятся к гидрокарбонатным. Содержание гидрокарбонатного иона 430,1-549,00 мг/дм^3.. По катионному составу в водах преобладает кальций (91,18-82,73 мг/дм³) и натрий (75-14,30 мг/дм³), в меньшей степени магний (24,32-18,72 мг/дм³).

Воды пресные, минерализация не превышает 736,47мг/дм³. По концентрации водородных ионов воды от слабокислых (РН 6.9) до слабощелочных (РН 7.5), неагрессивные к металлам и бетону (39). Общая жесткость колеблется в пределах 5,63-6,25 ммоль/дм³. По степени общей жесткости воды являются умеренно жесткими и жесткими. Жесткость карбонатная, устранимая.