Конечно, нельзя считать, что геотехнология уже пришла на смену традиционным шахтам и карьерам. Пока она расширяет области своего применения, увеличивая возможности горной промышленности, улучшая ее экономику.
2. Угольные месторождения и бассейны
Запасы каменных и бурых углей на территории нашей страны сосредоточены в 25 угольных бассейнах, нескольких крупных угленосных площадях и более чем в 650 отдельных месторождениях.[8]
Общие геологические запасы ископаемых углей в России до глубины 1800 м (для каменных углей) и 600 м для бурых достигают 6800 млрд. т, в том числе балансовых 5730 млрд. т. Из них 630 млрд. т составляют запасы категорий А, В, C1, C2.
Краткая характеристика основных угольных бассейнов приведена в табл.1.
Распределение общих запасов угля по стране неравномерно. Угольные бассейны в европейской части страны находятся на стадии установившихся объемов добычи или даже ее снижения (Подмосковный и частично Донецкий бассейны).
Угольные бассейны, расположенные в азиатской части страны (Кузнецкий, Канско-Ачинский и Карагандинский), являются основными перспективными районами развития угольной промышленности. К числу малоосвоенных угольных бассейнов, имеющих значительную перспективу развития, относится Южно-Якутский угольный бассейн, располагающий запасами каменных углей ценных марок.
Общим для всех угольных бассейнов является увеличение глубины разработки. Диапазон вынимаемой мощности пластов в ближайшей перспективе не претерпит значительных изменений. За счет некоторого уменьшения доли пластов, залегающих под углом 0-12°, произойдет увеличение удельного веса пластов с углом падения до 12-18°.[9] Характерным для разработки пластов в основных угольных бассейнах является постепенный рост удельного веса пластов с неустойчивыми и весьма неустойчивыми кровлями. Прогнозируется значительное увеличение доли разрабатываемых пластов с газоносностью 15-25 м3/т в Кузбассе при сохранении существующего положения с выемкой газоносных пластов в Карагандинском и Печорском угольных бассейнах.[10] В целом наблюдается тенденция ухудшения горно-геологических условий разработки месторождений.
Таблица №1
3. Геология угольного месторождения
Под литосферой (греч. «литое» - камень, «сфера» - шар, оболочка) понимают земную кору и часть верхней мантии Земли. Толщина земной коры составляет от 7 до 80 км.[11] Наибольшая глубина залегания нижней границы земной коры характерна для континентальных участков, наименьшая - для территории морей и океанов. На материках земная кора имеет довольно выдержанную толщину 30-40 км. Земная кора сложена различными минералами и горными породами.
Минерал - природное химическое соединение или элемент, однородное по химическому составу и строению, являющееся продуктом геологического процесса. Горная порода - устойчивая совместная ассоциация минералов, обусловленная общностью их происхождения, возникающая в результате определенных геологических процессов и образующая геологически самостоятельные тела в земной коре. Горные породы бывают пластичными (глина), хрупкими (уголь), сыпучими (песок), крепкими (базальт), мягкими (торф) [12]
Различают коренные горные породы и наносы. Коренные горные породы залегают на месте своего образования, но могут изменять пространственную ориентацию в ходе геологических процессов. Наносы представляют собой продукты разрушения коренных пород в результате деятельности ветра, солнца, воды, изменения температуры окружающей среды; они покрывают рыхлым слоем коренные породы и обычно залегают на поверхности. В некоторых случаях коренные породы выходят непосредственно на поверхность. Поэтому наносы могут иметь толщину от нуля до нескольких сотен метров.
По происхождению (генезису) горные породы делят на три группы: магматические, осадочные и метаморфические. Магматическими называют такие породы, которые образовались после остывания жидкой расплавленной магмы. К ним относят граниты, базальты, габбро и др.
Осадочными считают породы, образовавшиеся в результате разрушения и накопления других пород, химического осаждения растворенных в водоемах веществ и деятельности микроорганизмов. Осадочные породы подразделяют на обломочные, химические и органического происхождения.
Угольные месторождения сосредоточены в осадочных породах, которые и представлены в основном песчаниками, известняками, аргиллитами, алевролитами, глинистыми, песчано-глинистыми и углистыми сланцами. Аргиллиты - уплотненные и сцементированные в процессе геологического изменения глинистые породы. Алевролиты - горные породы, сцементированные из мелких песчаных частиц размером до 0,1 мм.[13]
Сланцы - горные породы с почти параллельным расположением пластинчатых или вытянутых минералов и легко разделяющиеся по плоскостям наслоения. К осадочным породам относят также торф, нефть, твердые битумы, горючие сланцы, асфальт; в осадочных породах содержится природный газ.
В угольных месторождениях процесс диагенеза заканчивался образованием бурого угля. В дальнейшем происходило изменение его химического состава, физических и технологических свойств под влиянием повышенных температур и давления. В результате из бурого образовался каменный уголь, а из каменного угля антрацит. Процесс изменения состава угля в недрах от бурого до антрацита называют его метаморфизмом.
Метаморфическими считают те из магматических или осадочных пород, которые под действием высоких температур и давления изменили свой первоначальный состав и строение. К ним относят кварциты, гнейсы, кристаллические (слюдяные) сланцы, мраморы и др. В метаморфических породах находят руды железа, меди, вольфрама, редких металлов и др.[14]
Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре называют месторождением полезного ископаемого. Часто бывает, что в одном месторождении сосредоточено несколько полезных ископаемых - хромо-никелевые, медно-цинковые, нефтегазовые и др. Угольный бассейн - площадь сплошного или островного развития угленосных отложений, характеризующаяся общностью условий образования на протяжении одного геологического отрезка времени. Угольный бассейн обычно приурочен к крупной тектонической структуре.
Угленосный район - часть угольного бассейна, отличающаяся едиными геологическими условиями залегания угольных пластов.
Геолого-промышленный район - часть угольного бассейна, характеризующаяся не только едиными геологическими условиями, но и общностью экономических, географических и исторических особенностей развития. Приведенные определения применимы с соответствующей поправкой к другим полезным ископаемым. Уголь в недрах залегает в виде пластов, руды - в виде жил, линз, гнезд, пластов, а горючие сланцы, соли, торф - в виде пластов и линз (рис. 1.1). Пласт - скопление в недрах полезного ископаемого, ограниченное двумя близкими к параллельным плоскостями и имеющее значительную площадь распространения по сравнению с мощностью (толщиной накопления). Группа пластов, залегающих совместно в порядке их генетического образования, чередующихся с вмещающими пустыми породами и объединяющихся по единому геологическому признаку (чаще всего - по возрасту), представляет собой свиту пластов. Вмещающие породы и свита угольных пластов вместе образуют угленосную толщу. Вмещающие породы, залегающие непосредственно выше пласта, называют кровлей, ниже пласта - почвой. Пластообразное скопление пустой однородной породы или часть пласта называют слоем.
Если угольный пласт состоит из одного угля, он имеет простое строение. В большинстве случаев пласт разделен прослойками - тонкими слоями пустой породы - на угольные пачки, и имеет сложное строение. Число пачек в угольных пластах колеблется от единицы до десятков и сотен. Плоскости, по которым отдельные пласты или слои пород соприкасаются друг с другом, называют плоскостями напластования.
В процессе образования угольных пластов органические осадки откладывались горизонтальными или слабо наклонными слоями. Однако при разработке месторождений находят пласты и слои различного угла наклона к горизонтальной плоскости. Это объясняется тем, что в ходе диагенеза и метаморфизма, в недрах возникали тектонические движения, которые привели к нарушениям (дислокациям) первоначального залегания пород. Геологические нарушения разделяют на пликативные (складчатые без разрыва сплошности массива) и дизъюнктивные (с разрывом сплошности).
Рис. 1. Форма залегания полезных ископаемых в недрах:
а - пласт; б - линза; в - гнездо; г – жила
§ 3.1. Общая характеристика свойств и состояния массива
Свойство горной породы - присущее ей качество, которое характеризует ее структуру или реакцию на внешнее воздействие.[15] Свойство может выражаться численным показателем, т. е. свойство имеет меру. В поиске, разведке, добыче и обогащении полезных ископаемых наиболее широко используют плотностные, коллекторские, механические, электрические, электромагнитные и акустические свойства.
Плотностные свойства характеризуют вещества в каком-либо объеме. Их используют при учете добычи полезных ископаемых, в расчетах транспортирования угля и горных пород, а также обогащения.
Знание механических свойств горных пород позволяет правильно выбрать технологию и средства механизации процессов добычи и обогащения полезных ископаемых. От механических свойств горных пород зависит выбор способа крепления и управления кровлей в очистном забое или проведения горной выработки.
Электрические свойства горных пород используют для разведки полезных ископаемых. Для этого в разведочных скважинах помещают электроды и пропускают через них электрический ток. По его величине рассчитывают удельную электрическую проводимость горной породы и по ней определяют тип горной породы. Так получают разрез горных пород по скважине. По замерам в нескольких скважинах определяют структуру залегания пластов и пород на данном месторождении. Электрические свойства горных пород используют также при стимулировании осушения водоносных слоев, оттаивании мерзлых пород на карьерах.
