МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

РУКОВОДСТВО

ПО ИЗУЧЕНИЮ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Раздел А

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ

Ленинград 1967

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

РУКОВОДСТВО

ПО ИЗУЧЕНИЮ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Раздел А

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ

К микроскопическим признакам отаосятся особенности внутреннего строения угля, отражательная способность и микро твёрдость.

Петрографический теп угля точно устанавливается только яри микроскопическом изучении,однако уже по комплексу внешних признаков, представленному в табл.1, жоашо дать его предварительное определение _е

Б ископаемых углях выделяются четыре видимые невооруженном глааом составные части или ингредиента, различающиеся по форме, величине и вещественному составу: ветрен, кларен, дарен и фюзен. Витрен и фюзен являются простыми ингредиентами, т.к* представляют собой каждый порознь единый растительный фрагмент; кларен и дарен - сложные, так как представляют собой комбинацию различных микроскопических компонентов.

Различные сочетания указанных составных частей угля определяют его макроструктуру. Последняя может оыть однородной и неоднородной (см.таол.2).

Таблица 2

Разделение гумусовых углей по макроструктуре /73/

Неоднородные угли по характеру ингредиентов разделяются на полосчатые и комплексно-полосчатые, а по толщине включённых ин-

градиентов на втриховатыа (о включениями толщиной до I кн), тонко-полосчатые (1-Зим), среднеподосчатые (3-7мм) н грубопо-жоечатнв ( > 7 мм).

Особенности макроструктуры углей должны изучаться иахтяш геологом н отражаться на геологических документах (колонках шестов и др.зарисовках) соответствующими знакаик.

Под макро текстурой понимаются определимые визуально особенности пространственного распределения составных частей угля, независимо от их формы, размера и вещественного состава.

Главнт текстурным признаком углей является слоистость. Последняя характеризует чаще всего матовые угли, как наиболее загрязнённые минеральными примесями.

Махротекстура может быть также массивной, зернистой и землистой.

Следует отличать текстуру углей (слоистость) от их структуры (подосчатоста)

I. ГЛЕНН

В классе гумитов в зависимости от содержания различных типов микрокомпонентов выделявтсн 6 петрографических типов углей, хороио различимых по блеску и макроструктуре: фюзеио-всилеиовый, двреновый, кларево-двреиовнй, дврено-кдареновый, кхареаовый и йгсшшвятреио-витреновы* /73/. Фвзеи я витреи выделяются как пускав ингредиенты, входящие в другие петрографические типы.

Фваеио-ксиленовый тип. Уголь фазено--коиленового состава - матова, чёрный, сравнительно невысокой плотности. Структура его однородная или штриховатая, реке-полос-чатая я еще реже - комплексао-полосчатая; степень метаморфизма невысокая. И&учявке фкзеяо-ясидвЕОвого угля под микроскопом наказывай» дочти полное отс^.отвие кутинизмрованкых микрокомно-

II

нентов и гелифацированной основной массы ила последняя составляет не более Ш'о общего количества угля.

Поверхности напластования в нем обычно не различимы, трещины развиты слабо. Нередко фюзено-ксиленовые угли слагают угольные пласты и пачки (месторождения Средней Азии и Забайкалья).

Дюреновый тип. Дюреновый уголь имеет матовый блеск, серо-черный и чёрный цвет, неровный с шероховатой и реке с гладкой поверхностью излом. Механическая прочность угля высокая, трещины очень редки или отсутствуют. Структура угля сбычено однородная, реже - штриховатая, полосчатая, комплексно-чюлос-чатая. Дюреновый уголь состоит на 70% из форменных элементов и фюзенизаровдыой основной ‘дассы; гел'л^ицироззнная основная пасса составляет ~    30%    и    менее.    Этот    петрографический    тип    слагает

слоя различной мощности, а нередко и целые угольные пачки и пласты.

Кларано-дюреновый тип. Для кларено-дюренового угля характерны полуыатовый блеск, серо-чёрный « чёр~ ный цвет и неровный, с шероховатыми поверхностями излом. Структура угля может быть полосчатой. Механическая прочность угля высокая, трещины развиты слабо. В нём ещё преобладают кутипизированные и фюзенизированные микрокомпоненты, но содержание гелифи-цированной основной массы составляет уже 25-50% от общего количества угля. Кларано-дюреновый уголь является одним ив основных углеобразующих петрографических типов и может слагать не только прослоя и пачки, но и целые пласты угля.

Дюрено-клареновый тип. Подобно предыдущему петрографическому типу дюрено-клареновый также является одним из основных угле образующих типов угля.

По интенсивности блеска он относится к полублестящим углям.

12

яяввт чёряы* цвет я неровны*, ступенчаты*, угловаты* канон. Механическая прочность угла высокая, трещин развиты о таосн те ль-во слабо, хотя в несколько больве, чен у кларено-дюреиавого угля; структура дврено-кдаренового угля бывает однородно*, ■триховато*, полосчато* в комплексно-полосчато*. Вещественны* состав дгрено-кларенового угля следующие: гелжфяцжрованная основная насоа составляв* 50-75JI, остальные кнкрокомпонентн со-дврлатся к пределах 50-23%.

Еларановн* тип. Кларевовн* уголь яиеет ярки* блеск, чёртЛ цвет в ступенчаты*, плеско-раковисты* или неровны* взлом. Трещины отдельности вироко развиты. Основные воверх-ноея эндркживаха покрыты "г лаз каяв*. Структура угля нохат быть однородно*, штриховато* и полосчато*. В вещественно» составе даддяолого угля резко преобладает геля$ицироваянне иикрекоивовеяхн. бори залегания кларенового угля - лвняи. нрослоя в пачкв,ннегда довольно значительно* нощиеея.

Ксв в евктрев о - в я трено в в * тык. 1св*ввитрено-витрвнолн* яв относится в блестявв» угляк к паев ннтвнсжвно-чёрин* цвет в ступенчаты*, верешы* иля раховнсты* валов. По структуре обычно однородны*, реже - итрнховато-оо-лосчахы*. В некоторых хсиловхтрею-внтреновях углях наблюдается отчетливая тонкая слоистость, е которо* связало образование тонвоввитчасо* отдвлышств.

Для угля кнсловитреяв-витренового типа характерны малая прочность в хорово развитая нормальная к напластованию тревиноватость. Этот яв угля почтя полностью сложен гелн^вцкровав-нннв микрокомпонентанш. Его участке в строении угольных пластов невелико.

13

t i i e I. Фвзен как простой ингредиент вводнородного угля напоминает обычный древесный уголь: имеет патовый шелковистый блеск, интенсивно чёрный цвет и отчетливо видимое волокнистое строение; отличается значительной хрупкостью, мягкостью и ае-больиям удельным весом; для него характерна высокая пористость и нередко сильная минерализация.

Встречается в угольных пластах в виде жива, примазок м редко гнёзд, располагавшихся на поверхности наслоения. Каждая линза фюзена представляет собой единый растительный фрагмент, с хороао сохранившейся клеточной структурой.

Толщина линз составляет доли сантиметра, редко достигая первых единиц сантиметра, длина и иирина линз не превышает 18-12 ом.

В породах угленосной толщи фозен ориентирован косо и даже нормально по оиношению к наслоении.

В и трен. Вихрен как простой ингредиент неоднородного угля отличается от всех других составных частей ярким стеклянным блеском,интенсивночерным цветом и хрупкостью; Залегает в виде линз, каждая из которых представляет собой единый растительный фрагмент, полностью утративши клеточное строение и превратившийся в бесструктурное гелифицированное вещество (под микроскопом в некоторых витренах различим узор клеточных стенок). В отличив от основной массы вихрен характеризуется четкими контурами, 1Л0Т8Ш сложением и отсутствием включений.

Размеры линз ви трена колеблются в широких пределах: толщина от <<. I мы до 1-2 см; длина от 5 до 20-30 см, а нередко и до 1-2 и.

Для ви трена характерам вертикальные трещины ь-ндекднзаяа, нередко заполненные кальцитом и пиритом, расстояние между хохэршт 14

измеряются долями hi, а также раковистый излом и ⁴ глаз кован” отдельность,

2. ЛШ1Т0ШШШТЫ

К этому классу относятся угли, которые состоят исключительно т стойких частей высших растения: оболочек спор, кутикулы, коры, луба, смоляных тел. К типичным липтобиодитам относятся угли, в которых кутшшзированные элементы составляют не менее 90% общего количества угля /73/. По вещественному составу липто-биолита сближаются с углями дюренового типа, однако в последних содержание кутонизированных элементов несколько ниже.

Отличительной чертой всех липтобиолитов является матовый блеск и бурый, различной интенсивности и оттенков цвет.

В соответствии с преобладающим микрокомпонентом выделяются следующие петрографические топы: смоляной, споровый, кутикуяо-вый и коровый липтобиолиты (последний встречается очень редко).

Смоляной липтобйолит. Смоляной липто-биолит имеет высокую плотность и шероховатую или зернистую поверхность излома. В угле макроскопически хорошо различаются тоненькие иголочки смолы диаметром менее I мм и длиной до 5 мм. Кроме смоляных тел в угле этого типа изредка встречаются обрывки кутикул и оболочки спор.

Смоляные липтобиолиты встречаются вместе с гумусовыми углями как в виде пачек, так и в виде смешанных гумусово-яиптобиоли-товых и липтобиолито-гумусовых пачек и пластов угля. Контакты смоляных липтобиодитов с гумусовым углем и породой, как правило, постепенные.

Споровый липтобиолит. Этот относительно редко встречающийся уголь почти целиком состоит из оболочек спор, лишь 5-10% угольной массы составляет цементирующее веще-

15

ство. По внешнему виду споровый лип то биолит имеет матовый блеск, тёмно-коричневый цвет и однородную структуру* В буроугольной стадии он рыхлый, в каменноугольной * плотный и вязкий* Обычно споровый липтобиолит встречается в гумусовых углях в виде прослоев и линз, однако в ряде случаев (Донбасс и Кизеловское месторождение) он может слагать довольно модные пачки и целые пласт*

Кутихуловый липтобиолит* Характерной его особенностью является плитчатая или листоватая отдельность* Иногда кутихуловый липтобиолит может иметь массивное сложение в стеклянный блеск* Этот петрографический тип угля самостоятельных угольных пластов не слагает, а встречается в гумусовых углях в виде прослоев*

3. САПРОПМЙТН

Группа сапропеля то б содержит два класса ископаемых углей: гумито-сапропелиты и сапропелита*

Гумито-сапропелиты. К этому классу относятся угли переходных разностей, т.е* такие, в которых основной углеобразующей частью являются остатки водорослей, но, вместе с тем, бывает значительным и содержание микрокошшяеитоз высших растений (главным образом, спор и основной массы)*

К гумито-санропедитам относятся касьянит, оболевскят и кен-недь* Первые два петрографических типа встречаются очень редко и экономической ценности не представляют. Кеднельский уголь иногда слагает пласты промышленного эначения*

Кевнель по внешнему виду представляет собой уголь, обладаю-щий матовым или шелковистым, иногда чуть жирным блеском и серым или слегка буроватш цветом* Он представляет собой агрегат, состоящий из гелифицированной основной массы, относительно болъдо-16

го количества микроспор а единичных водорослей. Малом у каннеля раковистый или округленао-гладкмй; характерны высокие твёрдость а шзкость. Структура угля однородная. Из других его свойств следует отметать мала удельаай вес (у аистах кевнелей - 1*2) я а способность загораться от спички.

Сапропелита. В классе сапропеля тов по степени сохранности структуры водорослей выделяют два подкласса: богхе-довидные угла, в которых преобладают водоросли* сохранившие свою структуру, и сапроколлитв, в которых водоросли потеряла свою структуру. Среди богхедовидных углей выделяют богхедн я кеняель--богхеды. Богхед имеет матовый блеск к серый, вля светло- ■ тем-нокорячневнй цвет. В его строении приникают участие остатка водорослей в, в меньаей степени, основная масса. Форменные элементы высших растений встречаются редко. Излом у богхеда крупнораковистый, структура однородная. Удельный вес его налай (1,2), механическая прочность высокая - уголь вязкий и крепкий. Чистые богхеда встречаются редко я обычно залегают в форме линз а прослоев в основана пластов гумусовых углей /72,73/.

В подкласс санроколлитов входит только ода редко встречающийся та углей - сапрокоддмт.

Основные физические, химические я технологические свойства углей в значительной мере зависят от состава и количественных соотношений микрокомпонентов.

Институтом геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР совместно с другими угольными институтами разработала единая терминология ммкро компонентов угля, которая приведена в таби.3.

17

Таблкда 3

Номенклатура млкракашюквнтов ископаемых углей для технологических целей

ГОСТ 9414-60

Для изучения различных свойств ископаемых углей применяется ряд нетрографическшс и смежных с ними методов /64*73/, которые охватывав?:

1)    изучение генетических типов угдей, их текстурных и структурных особенностей;

2)    подсчет содержания микрокомпонентов в средних пластовых пробах для определения вещественно-петрографического состава угля;

3) определение о трала тельной способности в аншлифах, ад-шлифах-букетах и в спаренных шлифах с применением фотоэлектрических умножителей - для изучения степени метаморфизма;

4)    люминесцентную микроскопию - для изучения углей, преимущественно сапропеля то в и частично-лдитобиолитов. Этот метод основан на неодинаковом свечении микрокомпонентов при облучении ультрафиолетовыми лучами;

5)    люминесцентный метод - для разделения углей по степени метаморфизма путем облучения бензольных вытяжек ультрафиолетовыми лучами;

6)    изучение степени окисдеп^остн углей в авшлифах-брикетах и в спаренных глифах точечным способом с помощью масляной иммерсии;

7)    определение микротвердости петрографических компонентов для изучения степени метаморфизма угля;

8)    тонкое разделение угля по удельному весу в смесях бензола и четыреххлористого углерода на отдельные микрокомповенты;

9)    электроноскопический метод выяснения молекулярной структуры и степени дисперсности угдя-дяя установления степени метаморфизма*

§ 2. ШШОТО-ШШГШШШШ ШкШШСТйШ ПОРОД ШШОСНОЙ шщ

Угленосные толщ слагаются осадочными породами, главным образом континентального происхождения, среди которых распространены конгломераты, гравелиты, песчаники, алевролиты н аргиллиты*

19

Иногда в разрезе содержатся органогенные и хемогенные отложения морского происхождения, представленные карбонатными породами, чаще всего известняками. В виде исключения в разрезе могут присутствовать магматические породы и вулканогенные отложения.Однако мощность последних и их роль в разрезе угленосных бассейнов невелика.

Ведущую роль среди вышеперечисленных пород играют песчаные и глинистые отложения, придающие определенный характерный облик угленосным толщам.

Конгломераты в угленосных толщах встречаются в ограниченных количествах, не превышающих нескольких процентов от всей толщи. Однако именно благодаря своей редкости и приуроченности к определенным стратиграфическим слоям они могут служить маркирующими горизонтами. Конгломераты образуют или самостоятельные слои, или чаще оолае или менее мощные неправильные линзы разделенные песчаниками. Обилием конгломератов отличаются мезозойские угленосные толщи, в которых они иногда образуют целые свиты или горизонты (конгломератовая свита Кузбасса, Иркутский бассейн и др.).

Когломсраты состоят из довольно мелких хорошо окатанных галек, сцементированных песчаником. Размер галек от 0,5 до 4 см. Соотношение между гальками и песчаниковым цементом различно - от отдельных редких галек до почти полного преобладания последних. Гальки представлены кварцем, кремнем, изверженными порода:.:    си

деритом, реже - аргиллитом и алевролитом. Цемент представлен, большей частью крупнозернист» песчаником.

Песчаники во всех угленосных бассейнах составляют наиболее значительную массу пород угленосной толщи, иногда слагая до 40-50% их общей мощности. По степени однородности составляющих частей они относятся к подимиктовьш породам (сдожендьш в соизме-20

ПРЕДИСЛОВИЕ

"Руководство по изучению геологического строения шахтных полей при подземной разработке угольных месторождений¹¹ составлено лабораторией шахтной геологии и геометризации недр БНИМй в результате проведения работ по теме:    "Усовершенство

вание методики геологической документации горных выработок при разработке месторождений углей подземным и открытым способами".

В 1968 г. будет издано аналогичное руководство по угольным карьерам.

"Руководство составлено с учетом требований "Временной инструкции по геологическому обслуживанию горных предприятий» разрабатывающих меетороздения угля и горючих сланцев’¹ и содержит два раздела: раздел А "Характеристика геологических факторов* влияющих на эксплуатацию" и раздел Б "Методика изучения геологических и горно-геологических факторов". Оно предназначено для геологов, ведущих геологическое обслуживание строящихся и действующих шахт.

В разделе А содержатся основные понятия о геологических явлениях, изучением которых повседневно занимаются шахтные геологи (состав и свойства углей и вмещающих пород; морфология угольных пластов; складчатые и разрывные нарушения; трещиноватость; качество углей; гидрогеологические условия; газоносность). В связи с отсутствием в учебных заведениях специальности и курса "шахтная геология" содержание этого раздела особенно полезно для геологов, имеющих небольшой стаж работы на угольных предприятиях.

3

В разделе Б дастся рекомендация по геологической документация горных выработок я скважин, по методике изучения основных геологических я горно-геологических факторов, существенно влияющих на ведение горных работ, а такие по методике построения сводных шахтно-геологических материалов.

В это "Руководство" не включены такие виды шахтво-геологических работ как подсчет запасов, учет потерь угля, методика эксплуатационной разведки, гидрогеологические работы на сильно обводнённых шахтных полях и т.п«

"Руководство" составлено на основании анализа и обобщения опыта работы шахтно-геологической службы в Кузнецком, Донецком, Челябинском, Кизеловеком. Карагандинском, Печорском, Сучанеком ж Подмосковном бассейнах, а такие с использованием источников, указанных в списке литературы. В работе широко использованы материал* по геологической документации горных выработок, составленные шяпгтши геологами указанных бассеИвов и авторами данного "Руководства".

В окончательной редакции учтены замечания н предложения, присланные на проект "Руководства" следующими организациями: Главнш геологическим управлением МУП СССР, Главным управлением геологии и технического бурения МУП Украинской ССР, Управлением угольаей промышленности Казахской ССР; комбинатами: Кузбасс-уголь, Челябинску голь, Воркутауголь, Мн тауголь, Востсибугодь, Донецщуголь, Свердловску гадь, Сахааинуголь, Груз уголь, Укр-западуголь, Тулауголь, Карагандаяахтестрой, Печоршахтсстрой, Нуэбаесмахтострсй, Донецкшахтострой, Шахтспецстрож, Главвла-дивостекстрой; Институтом геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР, Ленинградским горным институтом,

4

КуаНЮИ, Кузбасской геодогичееаой экспедицией я др.

F разработке "Руководства* принимали участие научные сотрудники лаборатории вахтной геологии: Бычкова В.Н. (гл.5 разд.А, гд.5, § 4- гд.8, гд.9 раад. Б), 1Ъннчава Т.Н. (гд.6 ралд.А, гл.6 разд-Б), кадд.геол.-мин.наук Забродин А.С. (гл.2 гж.> ргад. А, гд. I, гд.3, гд.9 раэд.Б, прилож.1), Минин Н.й (§§ 2,3,4 гл.1 ргад.А), Мудрав А.И. (§ I гл.1, гл.2 разд.А, ел.1 раад.Б), канд.геод.-мин.наук-йасонова Ц.Н. (§ I гл.1 раад.А, § 2 гл.1, подпараграф 2 § I гл.2, § 6 и § 7 гд.6 раздела Б), Цурввяг А.Г. (гл.2 равд.Б, прилож.1), канд.теха. наук ТНкрансв. Р.А. (гл.4 раад.А, подпараграф 3 § I гл.2, гл.4 гл.7 раад.Б), Вуотораан А.С. (гл.7 разд.А, гл.8 раздЛ>).

"Руководство" составлено под редакцией кандидата геод,-ши.наук Забродина А.С.

Раздел А

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ

ГЛАВА I

СОСТАВ И СВОЙСТВА УГЛЕЙ И ВМЕЩАЩИХ ПОРОД § I. ТИПЫ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ

Под ископаемым углём понимается "твердая горючая осадочная порода растительного происхождения, содержащая некоторое количество минеральных примесей" /49/,

Ископаемые угли по исходному материалу объединяются в две группы: гумолита (продукты преобразования высших растений) и сапропелита (продукты преобразования низших растений, главным образом, водорослей). Внутри этих групп по основному углеобразующему веществу выделяются классы /73/: гумита, диптобиолиты, гушто-сапропелита и сапропелита. В свою очередь классы в зависимости от соотношений микрокомпонентов углей (микроскопических составных частей растений) разделяются на петрографические типы.

Выделение типов ископаемых углей производится по петрографическому составу, под которым понимаются зафиксированные в угле, как и в другой горной породе, независимо от степени метаморфизма, особенности его вещественного состава и строения.

Каждый петрографический тип угля обладает рядом внешних (макроскопических) и внутренних (микроскопических) признаков.

Наиболее важными макроскопическими признаками углей являются: макроструктура, макро текстура, цвет, блеск, излом, твердость, вязкость (хрупкость), отдельность и кливаж.

Таблица I

Сравнительная характеристика основных типов углей (определение по внешнему виду по В.В.Кирюкову)