Геологическая документация выработок и опробование углей при разработке угольных месторождений

Первичная геологическая документация выработок в про­цессе эксплуатации месторождений угля является важнейшей задачей шахтной геологии.

Непременным условием первичной геологической докумен­тации выработок является обязательная привязка точек наблю­дений к опорным пунктам маркшейдерской сети.

Приступая к описанию горных пород и составлению зари­совки стенки (забоя) выработки, рекомендуется в начале сде­лать общий осмотр обнажения (стенок или забоя), произвести замеры элементов залегания, а затем все результаты геологиче­ских наблюдений записать в полевую (черновую) книжку, ука­зав дату наблюдений, название выработки и ее адрес (место­положение и привязка к маркшейдерским пунктам). При необ­ходимости в процессе описания пород берут образцы горных пород с указанием их места взятия на геологической зарисовке. Записи в черновых книжках должны быть достаточно подроб­ными, объективными и четко вписаны простым карандашом.

Интервалы геологической документации (или частота на­блюдений в горных выработках) зависят от сложности место­рождения и характера выработок.

Все записи и зарисовки, сделанные в шахте, на следующий день обрабатываются и оформляются начисто, причем зари­совки стенок забоев выработок выполняют на отдельных кар­точках, в альбомах или на ватманских листах. Черновые записные книжки и обработанные начисто материалы подлежат ре­гистрации в особом «Журнале геологической документации» и должны храниться в течение всего срока работы угледобываю­щего предприятия.

Следует различать геологическую документацию подземных выработок, геологическую документацию угольных карьеров и буровых скважин.

Геологическая документация скважин при эксплуатацион­ной разведке. Геологическая документация скважин (рис 68) включает в себя извлечение и обработку керна, описание пород и угля, замеры искривления скважин, контрольные промеры глубины, проведение геофизических исследований в скважине и обяза­тельное заполнение актов о заложении, закрытии и других ра­ботах в скважине. Результаты геологического описания керна скважины вносятся в буровой журнал. В отдельных случаях на угольных месторождениях допускается бескерновое бурение скважин, но эти случаи оговариваются особо, и для них уста­навливают необходимый объем геофизических исследований

скважин.

По окончании бурения все материалы обрабатываются и по скважине вычерчивается буровая колонка в м-бе 1:200 или 1 : 500, а колонки перебуренных угольных пластов скважиной обычно изображаются рядом в м-бе I ; 50.

Технические скважины также подлежат геологической доку­ментации. Контрольные скважины, которые проходят на месте будущего ствола шахты, тщательно документируются, причем керн по контрольным (стволовым) скважинам обрабатывается и сохраняется в кернохранилищах до окончательной проходки и постройки шахтного ствола.

Документация вертикальных- горных выработок. Верти­кальные шурфы используют для геологического изучения разреза горных пород и структуры угольных пластов. Вес шурфы подлежат геологической документации. Для этого в них производят наблюдения, отбирают образцы, делают опи­сание пород и составляют зарисовки стенок шурфов. Обычно зарисовывают северную или две противоположные стенки шурфа.

Рулетка прикрепляется и опускается в шурф по середине документируемой стенки. Определение элементов залегания пла­ста, трещин производят горным компасом. При документации разведочного шурфа в описании должны быть приведены: 1) ли­тология пород по разрезу шурфа; 2) подробное описание уголь­ного пласта, его структуры, тектонических нарушений; харак­тер слоистости и трещиноватость пород; замеры ориентировки (обязательно составление актов о подсечении пластов угля шур­фом); 3) перечень флоры и фауны, встречающихся в породах и угольном пласте; 4) описание включений в угольном пласте в породах; 5) обводненность пород и величины водопротоков; 6) перечень образцов пород, взятых для исследования физико-механических свойств, и др.

Результаты наблюдений и замеров, полученных в шурфе, за­носят в полевую записную книжку. По окончании проходки шурфа оформляется и составляется в туши чистовая зарисовка стенки в м-бе 1 : 100 или 1 :200.

В отдельных случаях составляют зарисовки всех четырех стенок шурфа, т. е. делают полную развертку шурфа, по кото­рой можно определить элементы залегания пласта.

Вертикальные шахтные стволы пересекают значи­тельную часть угленосной толщи, поэтому геологическая доку­ментация их имеет большое значение. Эта документация осуще­ствляется, как правило, шахтным геологом совместно с марк­шейдером. Основным документом является «Журнал проходки ствола», составление и содержание которого сводятся к сле­дующему. На чертежной бумаге размером 210x297 мм указы­ваются начало и конец проходки ствола, а также название шахты, приводятся сведения о глубине ствола, высотные от­метки эксплуатационных горизонтов, диаметр ствола, мощность пород по стволу согласно контрольной скважине, способы проходки и другие данные.

Рис 68. Геологический разрез буровой скважины.

На отдельном листе в м-бе 1: 50 вычерчивается сечение шахтного ствола по проекту с указанием осей ствола, направ­лений меридиана и азимута геологического разреза пород по стволу.

На последующих страницах журнала дается описание пород, углей и приводится зарисовка шахтного ствола в м-бе 1: 100, причем для сопоставления слева дается геологическая колонка пород по контрольной скважине, а справа — разрез пород, по­лученный по шахтному стволу при проходке.

Геологический разрез ствола шахты составляют вкрест про­стирания пород и на всю глубину шахтного ствола. При про­ходке определяют притоки воды в ствол шахты и выделяют на геологическом разрезе ствола водоносные горизонты. Колонки угольных пластов, встреченных шахтным стволом, вычерчивают в м-бе 1: 50 и помещают их сбоку разреза пород по стволу шахты.

В шахтных стволах круглого сечения геологический разрез пород составляют в вертикальной плоскости, проходящей вкрест простирания вмещающих пород, а для стволов прямоугольного сечения делают зарисовки смежных или двух противоположных стенок шахты.

Замеры элементов залегания плоскости пласта и пород в шахтных стволах следует производить через каждые 25— 30 м в условиях простого тектонического строения и несколько чаще — в местах сложной тектонической нарушенности. Для установления элементов залегания плоскости пласта в стволах прямоугольного сечения по четырем углам ствола замеряют расстояния от нижнего венца (башмака) до поверхности кон­такта пласта (или плоскости нарушения пласта). В стволах круглого сечения также измеряют вертикальные расстояния по четырем боковым проходческим отвесам, которые обычно рас­полагают по двум взаимноперпендикулярным осевым плоско­стям ствола шахты.

Имея вертикальные расстояния, вычисляют высотные от­метки плоскости контакта в четырех углах ствола, строят по этим отметкам изогипсы определяемой плоскости и графически находят элементы залегания плоскости пласта.

Чистовое оформление геологического разреза по стволу шахты в м-бе 1: 200 выполняется на отдельном листе.

Гезенки (стволы, не выходящие на поверхность) подле­жат сплошной документации с описанием пород и угольных пластов. В процессе документации составляется геологическая зарисовка одной или двух стенок гезенка в м-бе 1: 100 или 1: 200. На зарисовке обязательно указываются азимут направ­ления геологической зарисовки стенки гезенка, местоположение выработки и др.

Геологическая документация горизонтальных выработок. К горизонтальным выработкам относят квершлаги, штреки, просечки, орты и другие выработки. Все они подлежат документа­ции на основе геологических наблюдений в них. Квершлаги проходят вкрест простирания горных пород. Вследствие того, что главные квершлаги обычно вскрывают значительную часть угленосной толщи, геологическая документация их имеет очень важное значение для детального изучения пород месторожде­ния, установления структуры и качества угольных пластов. До­кументация квершлагов делается сплошной, описание пород и угольных пластов ведется подробно, а геологическая зарисовка в м-бе 1: 100 обычно производится по одной из стенок квер­шлага.

На участках сложного тектонического строения рекоменду­ется делать зарисовки противоположных стенок. Сначала мощ­ность пород и угольных пластов замеряют по горизонтальному направлению вдоль стенки в квершлагах, затем замеряют углы падения и далее путем пересчета вычисляют истинную мощ­ность пласта или породного слоя. При сравнительно спокойном залегании элементы залегания пород замеряют в квершлагах не реже чем через 25—30 м, а в случае разрывных и складча­тых нарушений — значительно чаще, практически у каждого нарушения. Места замеров элементов залегания и места взятия проб отмечают на геологической зарисовке стенки квершлага. Рекомендуется при чистовом оформлении вычеркивать геологи­ческий разрез по квершлагу в м-бе 1:200 на стандартном ли­сте ватмана или на отдельном планшете размером 50X50 см.

Геологические наблюдения в штреках, идущих по про­стиранию пласта, позволяют проследить за изменениями струк­туры пласта, условий его залегания и др. В штреках проводят различные наблюдения с описанием пород и угля, замеряют элементы залегания и составляют зарисовки забоев и сте­нок. При сравнительно спокойном залегании пласта зарисовки забоев штреков производят через каждые 100 м, а при текто­нических нарушениях пласта — через 10—20 м- При чисто­вом оформлении зарисовки забоя штрека составляют в м-бе 1:50, с обязательной привязкой к маркшейдерским опорным

точкам.

В зависимости от сложности геологического строения место­рождения штреки могут документироваться различно: 1) со­ставляют только зарисовки забоев через определенный интер­вал; 2) делают зарисовки забоев и документацию одной стенки; 3) документируют забои и составляют зарисовки двух проти­воположных стенок штрека, если имеется разрывное нарушение.

В качестве примера тщательной геолого-маркшейдерской документации штрека, в условиях Подмосковного бассейна на рис. 69 изображен геологический разрез по штреку, составлен­ный на основе геометрического нивелирования и пробуренных из штрека зондировочных скважин в почву и кровлю пласта. Рис. 70 позволяет правильно решать вопросы подсчета добычи, учета потерь угля при эксплуатации, водоотлива, управления кровлей, откатки угля и др.

Рис. 69. Геологическая документация стенки квершлага, пройденного с пласта К7 на пласт Ks.

1 — уголь матовый с прослойками ветрена и линзами фюзена. Мощн. 0,40 м.

2~ аргиллит. Мощн. 0,02 м.

3 — уголь полуматовый, полосчатый. Мощн. 1,12 м.

4 — аргиллит. Мощн. 0,05 м.

5 —уголь полублестящий, полосчатый крепкий. Мощн. 0,47 м.

6 — углистый аргиллит. Мощн, 0,50 м.

7—аргиллит темно-серый, плотный с отпечатками флоры.

50 —песчаник серого цвета, мелкозернистый с мелкими прослойками глинистого вещества. Аз. линий падения прослойков 96°, угол падения 50е (средний). Песчаник разбит системой трещин (см. табл. на рис.). При пересечении песчаника квершлагом в кровле появился капеж воды.

Взята проба воды на хим. анализ. 51 — алевролит плотный.

52 — песчаник плотный,

53 — аргиллит плотный.

54 — пропласток блестящего угля.

55 — аргиллит плотный.

56 —уголь полублестящий, полосчатый, с линзами фюзена, с тонкими прослойками (0,10 м) аргиллита. Мощн. 1,1 м. В угле наблюдаются

эндогенные трещины, заполненные каолинитом.

57 —углистый аргиллит. Мощн. 0,5 м.

58— слабоуглистый аргиллит.

Все полевые записи наблюдений и зарисовки в штреках де­лают в черновых книжках, которые затем обрабатываются и оформляются, причем геологические зарисовки стенок и забоев штрека вычерчиваются в альбомах в м-бе 1: 100 или 1:200. Иногда геологические разрезы вдоль штрека составляют на отдельных листах ватмана, принимая вертикальный масштаб 1: 100 или 1: 200, а горизонтальный - соответственно 1: 500 или 1: 1000.

Рис 70. Профиль геологического нивелирования и геологический разрез вдоль

штрека, по А. А. Трофимову.

проектные отметки (красный цвет);** номера реперов и их отметки (синий цвет)

Данные геологической документации штреков при пологом падении пластов следует наносить на маркшейдерские планы, а при крутом падении пластов, кроме того, отображать на вер­тикальной проекции горных выработок.

Документация наклонных выработок. К наклонным выра­боткам на угольных месторождениях относят бремсберги, ук­лоны и ходки, которые часто имеют значительную протяжен­ность, что используют для выяснения характера залегания и строения угольного пласта. В указанных выработках произво­дят прерывистую зарисовку стенок и делают сокращенное опи­сание пород и угольных пластов.

Геологические разрезы по наклонным выработкам состав­ляют в проекции на вертикальную плоскость вдоль оси выра­ботки в м-бе 1:100 и 1:200. В отдельных местах выработки наблюдают структуру пласта, замеряют мощность угольных пачек и на основе этого вычерчивают структурные колонки пласта.

При чистовом оформлении на них указываются контакты и состав пород, разрывные и складчатые нарушения пласта, а в описании приводятся литологический состав и физико-ме­ханические свойства пород.

Документация очистных выработок. К. очистным выработ­кам относят такие, в которых производится массовая добыча угля. Характер очистных выработок зависит от принятой си­стемы разработок. При подземном способе добычи угля наи­более распространенной очистной выработкой является лава. Обычно забой лавы последовательно перемещается по прости­ранию пласта. Геологические наблюдения проводят системати­чески в забоях (по забою) лавы и на определенный момент времени делают геологическую зарисовку забоя вдоль лавы. Густота сети геологических наблюдений в лавах различна. На месторождениях сложного строения сеть наблюдений при съемке лав принимают по падению и по простиранию через 25 м, а для простого строения — по падению через 25 и по про­стиранию через 50 м. При оформлении зарисовки забоев лав вычерчивают в альбомах в м-бе 1:100 или 1:200, при этом структурные колонки пласта показывают на самом разрезе в м-бе 1 :50. Для характеристики встреченных лавой тектони­ческих разрывных нарушений часто составляют геологические разрезы перпендикулярно забою лавы. На рис. 71 приведен так называемый геологический паспорт лавы. Паспорт лавы явля­ется необходимым геологическим обобщающим документом при подземной разработке угля.

Геологическая документация угольных карьеров проводится систематически путем наблюдений в бортах карьера и в под­земных дренажных выработках. Эти наблюдения сопровожда­ются описанием пород и угольных пластов, зарисовками бортов и забоев карьера, замерами мощности пласта и замерами эле­ментов залегания, отбором образцов.

После обработки материалы наблюдений наносят па марк­шейдерские погоризонтные (поуступные) планы, а также со­ставляют вертикальные геологические разрезы по месторож­дению. Все геологические наблюдения, проводимые в карье­рах, заносят в черновые записные книжки, а места наблю­дений привязывают к пунктам маркшейдерской опорной сети карьера.

Зарисовки бортов и забоев уступов карьера производят визуально или используют узкопленочные фотоаппараты. Мас­штаб зарисовки обычно принимают 1:100 или 1:200, ре­же 1: 50 и 1: 500. Документация уступов может быть сплош­ной и прерывистой (в случае простого строения месторожде­ния).

Рис 71. Горно-геологический паспорт лавы

Изучение качества углей при разработке месторождения проводится с целью уточнения качества углей, установления стандартов, кондиций и технологии обогащения.

Качество угля устанавливается по техническим анализам, а для коксующихся углей с учетом пластометрических показа­телей по более редкой сетке опробования делаются полные эле­ментарные анализы. Особое внимание обращается на пласты угля, отнесенные к разряду некондиционных по качеству, или на отдельные площади пласта, где добываемый кондиционный уголь переходит в некондиционный.

Наблюдение шахтного геолога по выявлению глубины вы­ветривания и окисления угля дают ценный материал, имеющий особенно большое значение при эксплуатации первых горизон­тов шахт и карьеров.

Опробование угля при разработке месторождения. Процесс опробования складывается из следующих операций: отбор проб, их обработка, аналитические и технологические исследования угольного вещества и документация опробования.

Методика отбора, обработки и анализа проб в настоящее время регламентируется государственными стандартами.

Планомерное опробование угля на шахтном поле произво­дится ниже зоны выветривания путем отбора проб из каждого пласта (для мощных пластов из каждого слоя — угольной пачки) в подготовительных и очистных выработках.

В подготовительных выработках пробы отбирают в забое по мере подвигания выработки, причем в зависимости от мощности и изменчивости качества пласта расстояние между пробами изменяется от 30 до 300 м.

Отбор проб в очистных выработках (лавах) проводится еже­квартально (в одной или нескольких точках) вдоль очистного забоя с учетом изменчивости мощности породных прослойков и качества угольных пачек пласта.

Обязательным условием является отбор проб из пластов угля, которые встречены шахтными вертикальными стволами, квершлагами и другими вскрышными выработками.

Сеть опробования в горных выработках устанавливается на каждом угледобывающем предприятии и утверждается дирек­тором предприятия.

Бороздовые пробы имеют сечение вруба в пласт 25x25 см, а для пластов мощностью более 3 м сечение борозды принимают 10X10 см.

Качество углей и их технологические свойства устанавливают различными методами, в частности путем лабораторных иссле­дований и на основе специальных технологических испытаний полузаводского или заводского масштабов. Лабораторные иссле­дования угля позволяют определить содержание влаги, золь­ности, серы, летучих веществ, пластометрические показатели угля, содержание фосфора и др. Для полузаводских и заводских испытаний технологических свойств ископаемых углей (коксу­емости, обогатимости, брикетируемости) требуются пробы угля массой от 100—500 кг до 10 т.

С целью оценки углей на содержание в них редких и рассе­янных элементов (германий, ванадий, уран) рекомендуется шахтной геологической службе отбирать пробы золы (после сжигания углей) и направлять их в специальные лаборатории для спектрального анализа.