Анализ горно-геологических условий разработки поля шахты им.С.М.Кирова

Второй водоносный горизонт грунтовых  вод приурочен к песчано-галечниковым отложениям долины реки Ини. Глубина его залегания изменяется от 2,0-3,0 м до 12,0-13,5 м. Источником питания галечникового горизонта Источником питания галечникового горизонта являются атмосферные осадки, а также подземные воды коренных пород, особенно когда галечники залегают непосредственно на песчаниках. Обводненность песчано-галечникового горизонта была количественно опробована с помощью наливов по гидрокустам. Водоносность галечников неравномерная, удельные дебиты колеблются от    0,01 до 0,4 л/сек.

В настоящее время песчано-галечниковый горизонт на поле шахты им. С.М.Кирова на большей площади, т.е. в пределах контура горных работ, дренирован. Горные выработки, пройденные под правобережными подпойменными участками, оказали дренирующее влияние далеко за пределами русла реки Ини. На левобережье при разведке участков Заинских (1955г.) была оконтурена депрессионная воронка галечниковых вод радиусом около двух километров. По данным разведки 1969-74 гг. установлено, что депрессионная воронка галечникового водоносного горизонта составляет более трех километров. Основные статические запасы вод песчано-галечникового горизонта уже сработаны и не препятствуют ведению горно-эксплуатационных работ.

Горные породы, слагающие поле шахты им. С.М.Кирова, литологически представлены различными песчаниками, аргиллитами, алевролитами и пластами углей.

Литологический состав пород и мощность слоев как по падению, так и по простиранию невыдержаны. Относительно выдержанные слои песчаников мощностью от 1-15 м до 40-50 м прослеживаются над пластами углей Толмачевскому, Снятковскому, Майеровскому и Поленовскому.

Анализ количественного опробования водоносности пород и опыт ведения горных работ свидетельствует о том, что обводненность горных выработок зависит от их геоморфологического положения, литологии и трещиноватости вмещающих пород, особенно пород кровли.

В зависимости от геоморфологических особенностей и условий питания подземных вод на поле шахты им. С.М.Кирова выделяется два различных по обводненности участка. Первый характеризуется весьма повышенной водообильностью пород, включает площадь поймы реки Ини и примыкающей к ней припойменной полосы (удельные дебиты до 2-3 л/сек). Второй участок охватывает водораздел между реками Иней и Уропом. Породы в пределах этой части характеризуются, обычно, невысокой обводненностью: удельные дебиты колеблются от 0,002 до 0,2-0,3 л/сек и, как исключение, под местными деперссиями и в нарушенных зонах до 1,0-1,5 л/сек.

Одним из основных показателей водообильности горных пород является их литологический состав и трещиноватость. При наличии в кровле разрабатываемых пластов мощных слоев трещиноватых песчаников – выработки наиболее обводненные и, наоборот, менее обводненные – при преобладании в кровле глинистых пород.

Пласт Болдыревский разрабатывался шахтой им. Ярославского до целика под пойму  реки Ини до горизонта +60 м (абс). При  разработке пласта за пределами влияния поймы реки Ини приток в горные выработки не превышал     30 м³/час, при продвижении подготовительных и очистных выработок к целику под пойму реки Ини на расстоянии 400 м водоприток возрос до 110-120 м³/час., а максимальный приток составлял 170 м³/час. На горизонте +50 м (абс) при разработке пласта Бреевского в припойменной части приток воды не превышал 45 м³/час. Это свидетельствует об уменьшении водоносности с глубиной залегания.

При отработке пласта Болдыревского  на западной части поля шахты на горизонте +30 м под поймой реки Иня водоприток в горные выработки достигал 367 м³/час. При отработке пласта вне поймы реки Иня на горизонте +30 м наблюдался приток воды 15-18 м³/час. При вскрытии трещиноватой зоны песчаников водопариток резко возрос до 250 м³/час и держался в течении двух суток, после чего постепенно, в течении месяца снизился до 20-25 м³/час.         Все это свидетельствует о наличии статических запасов подземных вод, приуроченных к отдельным локальным скоплениям, которые сравнительно быстро дренируются.

Породы над пластом Поленовским  представлены, главным образом, песчаниками. По гранулометрическому составу  песчаники изменяются от тонко- до среднезернистых. Мощность песчаников достигает 15-18 м.

Общий водоприток на горизонте +30 м составляет в среднем                      230-240 м³/час, при максимальном до 350-420 м³/час.

Химический состав грунтовых вод  своим формированием обязан процессам  выщелачивания пород атмосферными осадками. В толще покровных лессовидных суглинков широким распространением пользуются известковые скопления в виде конкреций и прожилков. За счет этого грунтовые воды содержат гидрокарбонатно-кальциево-магниевые компоненты. По данным проб галечниковые воды являются пресными: минеральный остаток не превышает 460-480 мг/л. По классификации О.А.Алехина, эти воды относятся к мягким и умеренно жестким: общая жесткость составляет 4-5 мг/экв, в основном устранимая. Агрессивная углекислота отсутствует.

В пределах поля шахты им. С.М. Кирова и прилегающих к нему участков Ленинского месторождения распространены песчаники на известковом цементе, содержащие растворимые карбонаты. Поэтому в химическом составе подземных вод преобладают гидрокарбонаты кальция и магния. По своему генезису и по преобладающим в солевом составе компонентам подземные воды шахтного поля относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевым. Подземные воды имеют неравномерную минерализацию: минеральный остаток изменяется от 600 до 1200-1300 мг/л. По данным поинтервального опробования, минерализация подземных вод с глубиной увеличивается. Например, минеральный остаток в пробе воды, взятой с глубины 110 м, составлял 450,8 мг/л, с глубины 169,8 м – 553,5 мг/л.

Общая жесткость, обусловленная, главным  образом карбонатами, также неодинакова и колеблется от 2-3 до 16-17 мг/экв.

По отдельным пробам обнаружена повышенная концентрация SO₄ до     230-262 мг/л минерального происхождения, обусловленная окислением серного колчедана, находящегося в виде пирита. Содержание хлора колеблется от 7 до 140 мг/л. Окисляемость по большинству проб невысокая и изменяется от 0,1 до 3,6-4,8 мг/л. Концентрация водородных ионов Ph колеблется от 6,4 до 8,2, причем с глубиной значение Ph в общем увеличивается.

Шахтные воды по химическому составу  аналогичны описанным подземным  водам

 

3.6 Инженерно-геологические условия разработки

 

Физико-механические свойства горных пород изучались по методикам  ВНИМИ и ИГД им. Скочинского. Испытания  проводились в лабораториях бывшего  треста "Кузбассуглегеология" и Кузнецкого научно-исследовательского угольного института.

По микроструктурным признакам  в угленосной толще пород выделены следующие литологические типы: песчаники, алевролиты, аргиллиты углисто-глинистого и глинистого состава с различными примесями. Основными слагающими компонентами пород являются – силикаты, карбонаты и углистый материал. В обломках преобладают – кварц, полевые шпаты, кремнистые и осадочные породы.

Аргиллиты и  углистые разности алевролитов и  аргиллитов пользуются меньшим распространением и выделяются в разрезе в виде маломощных           (от 0,1 до 0,5м) пропластков и линз приуроченных к непосредственной кровле и почве угольных пластов.

Песчаники светло-серые и серые, иногда слоистые, тонко- и мелкозернистые. По минеральному составу относятся к полимиктовым (кварц 10-18%, полевые шпаты 8-12%, кварциты 3-5%, эффузивы 14-18%. Осадочные 23-30%, в виде примесей циркон, рутил, турмалин), цемент смешанный карбанатно- глинистый и гидрослюдисто- глинистый. Карбонаты представлены неправильными зернами кальцита, сидерита, доломита. Цемента в песчаниках содержится в пределах 17-30%. Характер цементации контактно-поровый. Средне- и крупнопесчаная фракции встречаются редко. По физико-механическим свойствам песчаники являются наиболее прочными породами. Средняя величина временного сопротивления сжатию колеблется от 57,5МПа до 79,6Мпа. Временное сопротивление растяжению составляет соответственно от 4,5Мпа до 11,0Мпа. Показатель образивности 19,2мг, упругие и деформационные свойства песчаников также имеют более высокие значения по сравнению с соответствующими показателями остальных пород. Водопоглощение песчаников равно 1,7-3,0%.

Алевролиты - макроскопические серые и темно-серые породы слоистой и микро слоистой текстуры, обусловленной слойками гранулометрического состава и разной степени обогащенности угольным веществом и карбонатами. По величине зерен обломочного материала выделяются крупно-, средне- и мелкозернистые алевролиты. Минеральный состав обломочной фракции характерен тем же комплексом минералов, что и в песчаниках. Характерна карбонатизация алевролитов. Цемент гидрослюдисто-карбонатно-глинистого состава, количество колеблется от 28 до 40% с контактово-поровым и базально-поровым типом цементации.

Прочность испытанных образцов алевролитов  колеблется в широких пределах, что  объясняется вещественным составом, трещиноватостью, слоистостью. Пределы прочности составляют от 20,8 до 105,0 МПа. Среднее значение временного сопротивления сжатию – 46,9- 53,0МПа (эти значения близки всей толще пород).

Плотностные свойства алевролитов  практически мало отличаются от плотностных свойств песчаников и составляют от 2,61 до 2,75 г/см³. Водопоглощение алевролитов составляет 1,22- 3,24%.

 

3.7 Горнотехнические условия разработки

                                       3.7.1 Газоносность

   Изучение природной газоносности поля шахты велось на протяжении многих лет при проведении геолого-разведочных работ по полю шахты. Кроме того, использовались материалы определения газообильности горных выработок.

В результате выполненных работ  уточнено положение верхней границы  метановой зоны, прослежено нарастание газоносности с глубиной и дан прогноз газоносности до гор –300 (абс). Состав газа в углях типичен для угольных месторождений и представлен метаном, углекислым газом и азотом, в отдельных пробах отмечается наличие примесей водорода и тяжелого углерода. Содержание метана с глубиной увеличивается от 8,7 до 93,2%, углекислого газа и азота уменьшается соответственно от 6,8 до 0,91% и от 86,0 до 5,2%. Содержание водорода и тяжелых углеводородов, выявленных в некоторых пробах соответственно изменяется от 0,009 до 0,04% и от 0,01 до 0,7%. Четкой закономерности распределения тяжелых углеводородов в газах угольных пластов не наблюдается.

Состав газов изменяется по падению  угольных пластов, образуя по вертикали  три газовых зоны, каждая из которых характеризуется определенным соотношением основных газовых компонентов – метана, азота и углекислого газа (Таблица 2).

Таблица 2

Название газовых зон	Глубина от поверхности, м	Газоносность, м3/т
Метано-азотная	30,0 – 115,0	0,0 – 0,2
Азотно-метановая	69,0 – 138,0	0,2 – 1,9
Метановая	90,0 – 152,0	1,9 – 4,8

 

Две верхние зоны: метано-азотная  и азотно-метановая образуют зону газового выветривания. Максимальна глубина распространения зоны газового выветривания составляет 138,0 м, минимальная – 30,0. Верхняя граница метановой зоны располагается на глубине 90,0 м. Нижняя – на глубине 152,0 м. По направлению к крыльям Ленинской синклинали наблюдается постепенное повышение границы метановой, что объясняется миграцией газов с глубины к верхним горизонтам по газопроницаемым зонам, какими являются угольные пласты. На участках с залеганием толщи под углом 30-40° пласты угля находятся в условиях, благоприятных для газообмена, граница метановой зоны расположена глубже по сравнению с участками более пологого залегания толщи, где условия дегазации затруднены, т.е. каждый верхний пласт играет экранирующую роль для нижележащих пластов.

Шахта им. С.М. Кирова с 1939 года по метану относится к сверхкатегорной. С  момента сдачи в эксплуатацию до настоящего времени службой вентиляции шахты ежегодно производится определение категории шахты по газу и пыли.

Анализ материалов природной газоносности и газообильности горных выработок  показал, что газоносность на участке  довольно высокая. Повышенная газоносность обуславливается рядом факторов и прежде всего – структурным положением участка. Пологое падение пластов замедляет дегазацию угольной толщи, антиклинальный перегиб способствует сосредоточению газов в его замковой части. По направлению к замку Ленинской антиклинали происходит повышение газоносности.

В целом по полю шахты им С.М. Кирова природная газоносность составляет:

± 0 м  7,0-12,0 м³/т с.б.м.

- 100 м 12,0-16,0 м³/т с.б.м.

- 200 м 15,0-20,0 м³/т с.б.м.

- 300 м 16,0-23,0 м³/т с.б.м.

 

Оценка удароопаности  и выбросоопасности угольных пластов

В соответствии с приказом Кузнецкого управления Госгортехнадзора РФ "Об утверждении списка шахтопластов, отнесенных к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа и горным ударам" критическая глубина выбросоопасности для шахты им.С.М. Кирова составляет 500 м, удароопасности – 150 м. Максимальная глубина ведения горных работ в отрабатываемом поле составляет до 450 м. Таким образом, отрабатываемые пласты Болдыревский и Поленовский относятся к неопасным по внезапным выбросам угля и газа и угрожаемым по горным ударам.

 

3.7.2 Пыленосность

 

По действующим в угольной промышленности РФ правилам безопасности ведения горных каменные угли с выходом летучих  веществ более 15% относятся к опасным  по взрываемости угольной пыли. Все  отрабатываемые пласты угля, поскольку обладают выходом летучих веществ значительно превышающим указанную величину, отнесены к опасным по взрываемости угольной пыли.

 

3.7.3 Силикозоопасность

 

Критерием для определения силикозоопасности  горных пород является содержание в них сводной двуокиси кремния (SiO₂).

Угленосные отложения на участке  содержат свободной двуокиси кремния  более 10 %. Согласно  "Единым правилам безопасности …" горные породы, содержащие более 10 % свободной двуокиси кремния, являются силикозоопасными. Концентрация пыли из таких пород превышает допустимую норму в 3-4 раза.

 

3.7.4 Склонность углей к самовозгоранию

 

Изучение степени склонности углей  к самовозгоранию выполнено РосНИИГД 18.01.2000г. В результате исследований установлено, что угли отрабатываемых пластов (Болдыревского и Поленовского) не склонны к самовозгоранию.