Геолого-промышленная оценка запасов угля в пределах угольного шахтного поля

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

Федеральное Агентство по образованию

Министерство Образования и Наук РФ

Пояснительная записка к курсовой работе

на тему: «Геолого-промышленная оценка запасов угля в пределах угольного шахтного поля»

Тула 2008

Оглавление

Введение

1. Краткая географическая характеристика района

2. Геологическое строение шахтного поля

3. Угленосность и качество углей

4. Гидрогеологические условия

5. Горно-геологические условия

6. Подсчет запасов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Цель выполнения курсовой работы состоит в закреплении и расширении теоретических знаний по геологическим дисциплинам, в приобретении навыков использования геологической информации для оценки горно-геологических условий разработки угольных или других месторождений.

В результате выполнения курсовой работы студент должен познакомится с содержанием и последовательностью использования исходных данных, полученных при детальной разведке месторождений. Он должен научиться выполнять геометризацию пласта полезного ископаемого, составлять геологические разрезы по линиям скважин; выполнять оконтуривание залежей по установленным кондициям; выделять геологические блоки и производить расчет запасов полезного ископаемого, составлять краткие геологические обобщения с оценкой горно-геологических условий разработки полезных ископаемых и анализом достоверности геологических результатов.

Курсовая работа, выполняется в соответствии с общим многовариантным заданием, имеет единую тему - «Горнопромышленная оценка шахтного (карьерного) поля» применительно к угольным месторождениям Подмосковного или Донецкого бассейнов.

1. Краткая географическая характеристика района

Проектируемое шахтное поле находится на территории Подмосковного бассейна, который полукольцом охватывает с запада и юга Московскую область и занимает около 100(тыс. км²), она представляет собой пологоволнистую равнину, изрезанную разветвленной сетью речных долин, балок и оврагов.

Абсолютные отметки водоразделов 240-260 м, долин речек 160-200 м. Здесь берут начало главные реки европейской части России.

Климат умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха в районе г. Тулы + 4,7°С; минимальная среднемесячная температура приходится на январь - 9,8°С, максимальная - на июль + 18,6°С.

Зима продолжается около 5 месяцев (с ноября до апреля). Высота снежного покрова 30-35 см, число дней со снежным покровом 130-150.

Продолжительность вегетационного периода 170-180 дней.

Среднегодовое количество атмосферных осадков в Смоленске 608 мм, в Туле 527 мм, в Рязани 487 мм. Наибольшее количество осадков выпадает летом (до 200 мм), наименьшее - зимой (около 90 мм).

Площадь бассейна разделяется на западное и южное крыло, граница между которыми проходит в районе г. Ржева. Южное крыло лежит в основном в степной зоне с черноземными почвами. На западном крыле и на севере южного крыла преобладает лесостепь с подзолистыми почвами. В Тульской области преобладают лиственные леса, на западе - хвойные.

Основной водной артерией центральной промышленной зоны является р. Упа - один из крупных притоков р. Оки. Расход воды р. Упы у г. Тулы (с. Крапивна) летом 10-15 м3/сек, весной 135--140 м3/сек. Средний модуль стока бассейна Упы 5 л/сек.

2. Геологическое строение шахтного поля

Геологический разрез шахтного поля осложнен отложениями докембрия, среднего и верхнего девона, нижнего карбона, мезозоя и четвертичных отложений. В основном геологический разрез представлен отложениями нижнего карбона С₁.

Докембрийские породы образуют кристаллический фундамент Русской платформы. В верхней части он представлен архейскими породами - мигматитовыми и биотитовыми гнейсами, биотитовыми сланцами, сланцами, красными микроклиновыми гранитами, в различной степени катаклазированными и милонитизированными. В районе г. Тулы и Новомосковска кристаллический фундамент слагается массивом микроклинового гранита розового цвета, в районе г. Серпухова - гранито-гнейсами красно-бурой окраски, а в районе г. Барятино залегают железистые кварциты архея, песчаники и сланцы протерозоя.

Глубина залегания кристаллического фундамента колеблется от 712 м (г. Плавск) до 1310 м (г. Серпухов), в районе, г. Тулы и Новомосковска она находится в пределах 915-1000 м.

Девонские отложения имеют повсеместное распространение. Они представлены осадочными породами среднего и верхнего отделов.

Средний отдел (живетский ярус) делится на три толщи: нижнюю терригенную, среднюю соленосно-сульфатно-карбонатную и верхнюю терригенную. Общая мощность отложений 280-375 м.

Верхний отдел представлен отложениями франского и фаменского ярусов. Общая мощность отложений изменяется от 460 м на западе до 730 м на юго-востоке бассейна. Нижнефранский подъярус имеет мощность 100-200 м и слагается лагунными, частью континентальными алевролитами, глинами и песчаниками красной, фиолетовой, зеленой и реже серой окраски, зеленовато- и желтовато-серыми органогенно-обломочными доломитирированными известняками, содержащими остатки брахионод, гастронод иглокожих, колониальных кораллов и др.

Средпефранский подъярус состоит из темных голубовато- и зеленовато-серых известняков, мергелей и известковистых глин, иногда с глауконитом, заключающих тонкие прослои ракушечников, мощность отложений 40-50 м.

Верхнефранский подъярус представлен внизу зеленоватыми, вверху коричневато-серыми, местами глинистыми органогенно-обломочными известняками и мергелями с прослоями карбонатных глин и конгломератов. Отдельные слои богаты остатками морской фауны.

Фаменский ярус делится на два подъяруса: нижний и верхний. Первый мощностью 250 м представлен доломитизированными, иногда кавернозными известняками с прослоями глин и мергелей, иногда песков в нижней части. Второй имеет мощность 100-120 м и разделяется на шесть толщ: лебедянскую известняково-доломитовую, мценскую доломитовую, киселевско-никольскую мергелисто-доломитовую, орловско-саборовскую песчаную, тургеневскую и кудеяровскую доломитово-известняковую.

Малевский горизонт C_1ml сложен плотными жирными зеленовато-серыми и голубовато-серыми глинами, содержащими прослои пластинчатых органогенных известняков и рассеянные включения пирита. В основании местами встречаются известковые песчаники и прослои мелкозернистых кварцевых песков. Мощность горизонта находится в пределах 5-10 м.

Упинский горизонт С_1up представлен светло-серыми с желтоватым или голубоватым оттенком мелкокристаллическими известняками, иногда с тонкими прослоями глин и мергелей. Среди крепких и плотных известняков встречаются слабые, глинистые и мергелистые разности, насыщенные сапропелевым материалом. В западной части бассейна, в упинском горизонте преобладают доломитовые и глинистые породы, а иногда и пески.

Мощность горизонта на западе южного крыла 20-25 м, на востоке значительно меньше. В районе г. Скопина, Кораблино, Ряжска упинский, а местами и малевский горизонты полностью уничтожены доугленосной эрозией. В центральной зоне южного крыла мощность упинских известняков около 20 м, но местами они полностью размыты.

Химический состав известняков: СаО - 53,2-55,8%, MgO - до 1,19%, А1₂0₃ -до 1,3%, Fe₂0₃ - 0,1- 0,8%, SiO₂ - 0,56-2,36%. Потери при прокаливании - 42,43-43,84%.

Бобриковский горизонт C_1br представлен толщей переслаивающихся песков и глин, заключающих пластообразные залежи и линзы бурых углей. Глины обычно серые и черные, часто углистые, с обугленными растительными остатками и конкрециями пирита. Пески мелкозернистые, серые и буроватые, часто с тонкими глинистыми и углистыми прослойками, с конкрециями пирита и растительными остатками. Залежи угля ассоциируются с глинами, образуя углисто-глинистые комплексы, число которых в разных районах различно. На юге Тульской области в составе бобриковского горизонта появляются красноцветные породы. Общая мощность горизонта изменяется от 10-15 до 25-30 м, а в депрессиях увеличивается до 80-100 м в основном за счет нижней песчаной (аллювиальной) толщи.

Пески бобриковского горизонта (подугольные и межугольные) по своему гранулометрическому составу мелкозернистые. В их составе преобладают фракции 0,25-0,05 мм от 42 до 70%, в среднем 67%; содержание среднего песка от 0,5-0,25 до 10%, редко I до 30%. Пески всегда содержат некоторое количество пылеватых \и глинистых частиц, обычно не превышающее 10%, но в отдельных случаях оно достигает 20-40%. Цвет песков светло-серый и серый.

Глины бобриковского горизонта обычно залегают в кровле и почве угольных пластов, мощность их находится в пределах 1-6 м, но иногда достигает 12 м, а в некоторых местах пески залегают непосредственно на угольном пласте. По физическим свойствам, минералогическому и гранулометрическому составу глины отличаются значительным разнообразием: пластичные, жирные, сухарные и полусухарные, плотные, углистые и сланцевые, песчаные и алевритистые.

Пластичные глины синеватого или темно-серого цвета тесно связаны с пластами угля, образуя их почву или кровлю. Глины обычно тонкодисперсные, содержат многочисленные растительные остатки и имеют остроугольно-комковатый излом. Некоторые разновидности этих глин представляют собой огнеупорное сырье (Кимовский разрез и шахты Сафоновского и Нелидовского месторождений).

Углистые и сланцевые глины встречаются довольно часто, особенно в непосредственной кровле угольного пласта. Отличительной их особенностью является повышенное содержание растительных остатков, темно-серый и черный цвет, повышенная плотность и слабая размокаемость в воде. Среди углистых глин выделяют сильно уплотненные (аргиллитовидные) разности, именуемые на шахтах углистым сланцем.

Песчаные и алевритистые глины имеют темно-серый и серый цвет, выраженную слоистость и отличаются высоким содержанием пылеватых и мелкопесчаных частиц, а также быстрой размокаемостью в воде.

Сухарные и полусухарные глины имеют светло-серый или беловато-серый цвет, высокоглиноземные, с неровным, обычно раковистым изломом. Относятся к континентальным озерным осадкам, имеют весьма ограниченное распространение (Суворовское месторождение). Минералогический состав глин представлен тонкодисперсным каолинитом, а поэтому они являются огнеупорным сырьем; температура плавления этих глин 1750-1770°С.

Петрографический состав глин изучался рядом исследователей (М.Ф. Викулова, И.В. Лучицкий, В. Д. Ломтадзе, А. Г. Косовская). По данным этих исследований тонкодисперсная часть глин состоит из каолинита (50-90%), иллита (гидрослюда), а в отдельных случаях монтмориллонита (10-40%). Более разнообразна по минералогическому составу грубодисперсная часть глин. Она состоит из кварца (70-80%), мусковита (10-20%) и акцессорных минералов 1(2,5-7,2%), в незначительном количестве содержатся зерна полевого шпата (0,1-2,5%). По химическому составу глины состоят из кремнезема (40-63%) и глинозема (16-38%).

Содержание Fe₂O₃ - 3-4%, TiO₂ - 2-3%, сера не превышает 1%, калия, натрия, кальция и магния менее 1%. Потери при прокаливании составляют 3-11%. Органические примеси в значительном количестве содержатся в глинах черного и темно-серого цвета. Они представляют углистое вещество, равномерно рассеянное в породе, но нередко в глинах встречаются тонкие прослои и включения угля, обычно сажистого, а также растительные остатки - споры, кутикула, витренизированные ткани и т. п. Механические свойства глин (сопротивление сжатию и растяжению) изучались в ПНИУИ и Ленинградском горном институте, при этом было установлено, что в плотных углистых глинах временное сопротивление сжатию при давлении, перпендикулярном напластованию, составляет 40-80 кг/см² и по напластованию 30-50 кг/см2., а сопротивление на разрыв 8-25 кг/см². В песчаных и пластичных глинах эти величины примерно в 2-3 раза меньше.

Тульский горизонт С_1tl распространен повсеместно и залегает с большим размывом на бобриковских, а местами непосредственно на лихвинских и даже девонских отложениях. Мощность его обычно находится в пределах 20-25 м, а в местах размыва бобриковского горизонта увеличивается до 80 м за счет Увеличения мощности песков. Горизонт разделяется на две толщи : нижнюю песчаную и верхнюю глинисто-известняковую.

Пески, в основном, мелкозернистые. В некоторых местах они содержат до 10% гравия (Грызловское, Кропотовское и Люторинеское месторождения). Содержание фракции 0,5-0,25 мм колеблется от 1 до 25%, фракции 0,25-0,05 мм - 40-95% (преобладает 70-90%), фракции 0,05-0,01 мм- 1 -15% и частиц i<0,01 мм - 8-12%.

В песках часто наблюдается слоистость - прослойки светлых песков чередуются с желтоватыми, бурыми и темно-бурыми. Мощность различных прослойков изменяется от нескольких миллиметров до 0,5 м. Бурые ожелезненные прослойки песка по существу представляют рыхлые песчаники. Светлые пески чаще сцементированы глинистым или карбонатным материалом, но иногда они хорошо промыты и совершенно не сцементированы. Мощность песков обычно находится в пределах 5-20 м.

Верхняя толща отложений начинается примерно с подошвы нижнего пласта известняка. Она представлена переслоенными морскими глинами с пластами и линзами известняков, а в самой верхней части со значительным участием алевритистых глин, алевритов, песков и линз углей. Мощность толщи 15-20 м. Число пластов и линз известняка в единичных случаях достигает 5-7, наиболее часто встречаются 2-3 пласта мощностью 1,5-2,0 м, из них сравнительно более выдержанным является второй, местами первый снизу пласт. Глины серого и темно-серого цвета, плотные, по своему внешнему виду схожи с глинами бобриковского горизонта, но они часто содержат остатки фауны и больше карбонатов. Известняки плотные, мелкокристаллические, серого и темно-серого цвета, обычно с землистым изломом. В большинстве случаев они представляют чистый СаСО₃. Содержание СаО составляет 49,5-53,9%, MgO - не более 0,54%, А1₂О₃ -0,4-1,4%, Fe₂O₃-1,2-2,8%. Нерастворимый в НС1 остаток составляет 1,6-6,73%.

Окский надгоризонт С_1ok на южном крыле бассейна сложен почти исключительно известняками, на северо-западном-известняками с прослоями песков и глин. Известняки повсеместно распространены севернее широты г. Тулы, а южнее они почти полностью уничтожены современной эрозией и сохранились лишь в некоторых местах на междуречных водоразделах. Мощность окских известняков в районе городов Калуги и Венева достигает 60 м.

Мезозойские отложения на южном крыле бассейна представлены средне- и верхнеюрскими, нижне- и верхнемеловыми отложениями.

Среднеюрские отложения (батский и келловейский ярусы) встречаются на ограниченных участках южного крыла. Они представлены в основном глинами и залегают линзовидно в мелких впадинах доюрского рельефа. По-видимому, к этому же времени относится образование скоплений бурых железняков, встречающихся на контакте палеозоя и мезозоя в Тульском железорудном районе, Рязанской и Московской областях. Рудоносная толща представляет собой бурую глину, местами с прослоями песков, содержащую до 2-3 прослоев бурого железняка. Максимальный размер залежей 1-2 км², мощность сильно меняется, достигая в отдельных случаях 4 м.

Верхнеюрские отложения в восточной части южного крыла по рекам Проне, Оке и др. представлены песками (и мергелистыми глинами общей мощностью 2-10 м; по р. Осетру выше г. Венева - серой и зеленовато-серой с охристыми пятнами жирной вязкой глиной, содержащей глинистые фосфориты; на юго-западной окраине бассейна - серыми известковыми глинами с прослоями глауконитовых песков, серой оолитовой глиной с рассеянными фосфоритами оолитового строения и сростками серного колчедана. Общая мощность отложений сильно изменяется и местами достигает 23 м.

Отложения меловой системы залегают трансгрессивно на различных горизонтах юрских, каменноугольных и девонских образований. В восточной и центральной частях бассейна они представлены мелкозернистыми глауконитовыми и железистыми песками и песчаниками с включениями черных галек фосфорита, местами в основании встречаются прослои песчанистой оолитовой и слюдистой глины. Мощность отложений колеблется от 0,5 до 30 м.

На юго-западе бассейна верхнемеловые отложения представлены писчим мелом мощностью 10-15 м, на котором залегают опоки, трепелы и опоковидные мергели мощностью до 40 м.

Формирование четвертичных отложений связано с деятельностью материковых ледников окского, днепровского, московского и валдайского оледенений. В западной части бассейна наблюдаются донные и конечные морены этих ледников, сложенные неоднородными суглинками, супесями и глинами с большим количеством гравия, щебня и валунов изверженных и местных осадочных пород. Широко развиты также флювиогляциальные образования - разнозернистые пески с гравием, галькой и валунами и озерно-ледниковые отложения - ленточные супеси, - суглинки и глины. Южнее границы распространения льдов на водоразделах отлагались лёссовидные суглинки, вероятно, эолового происхождения, в речных долинах накапливались песчаные аллювиальные отложения. Максимальное распространение имело днепровское оледенение, охватившее всю территорию Подмосковного бассейна и спустившееся далеко на юг по долинам рек Днепр и Дон. Московское оледенение не распространялось восточнее г. Калуги, а Валдфйское - восточнее Нелидовского месторождения.

На западе древние долины погребены под четвертичными отложениями, мощность которых достигает 80-100 м, а в отдельных случаях увеличивается до 150-170 м (Сафонове). В центральной и юго-восточной частях шахтного поля, не покрывавшихся ледником московского оледенения, древние долины в большинстве случаев унаследованы современными реками, которые глубоко врезаны в коренные породы. Здесь на водоразделах встречаются отложения днепровской морены: красно-бурые валунные суглинки и повсеместно распространены покровные лёссовидные суглинки, мощность которых обычно 6-8 м, а иногда достигает 15-20 м. В долинах рек развиты современные аллювиальные отложения - пески, гравий, песчаные глины, ил. Мощность песчано-гравийных отложений в долине р. Оки у г. Серпухова достигает 50 м. В долинах небольших рек мощность этих отложений не превышает 20 м, и представлены они обычно мелкозернистыми песками, переслаивающимися с илистыми глинами. В долинах рек часто встречаются торфяники, которые занимают около 0,5% территории.

Тектоника. Подмосковный бассейн расположен на южном и западном I крыльях Московской синеклизы, которая с востока и юго-востока ограничивается Колчугино-Саратовским прогибом, с юга и юго-запада - Воронежской антиклизой, с запада - Белорусской антиклизой и с северо-запада Балтийским кристаллическим щитом.

По своей форме Московская синеклиза представляет собой обширную пологую впадину, выполненную морскими и континентальными осадками палеозойского возраста. Строение синеклизы асимметричное, западное и южное крылья пологие, а восточное более крутое. Осевая линия синеклизы погружается на северо-восток и проходит примерно по направлению Смоленск - Москва - Кострома. Центральная зона синеклизы расположена несколько северо-восточнее г. Москвы.

Погружение слоев палеозойских отложений составляет 1-2 м на 1 км. Так, например, кровля малевских глин у ст. Огареве находится на отметке 211 м, в районе г. Тулы 135 м, в г. Серпухове 37 м, в г. Подольске - 78 м, у г. Москвы - 197 м. Наклон слоев между городами Тулой и Серпуховом составляет 2,3 м, между Серпуховом и Подольском 0,7 м и между Подольском и Москвой 4 м на 1 км.

По направлению железнодорожной линии Москва - Донбасс отмечается постепенное небольшое погружение слоев от г. Богородицка до г. Венева, составляющее 0,5 м на 1 км, а далее к северу падение увеличивается до 4 м на 1 км. Резкое увеличение погружения напластований происходит несколько севернее г. Венева до г. Каширы.

Общая структура Московской синеклизы осложняется тектоническими нарушениями II порядка, а последние дислоцированы еще более мелкими поднятиями и впадинами III порядка, которые фиксируются по отметкам кровли известнякового фундамента или глин малевского горизонта.

На площади южного крыла Подмосковного бассейна наиболее крупными структурными элементами II порядка являются: Чернское поднятие, Щекино-Горловская зона прогиба, Труфаново-Павелецкая зона поднятия и Брянско-Рославльский прогиб.

Структуры II порядка осложняются более мелкими поднятиями (плакантиклиналями) и прогибами (плакосинклиналями) III порядка, которые имеют форму то вытянутых, то замкнутых впадин или куполовидных поднятий размером от 5-30 до 60-80 км. Относительное превышение отметок кровли известнякового фундамента в структурах II порядка 10-40 м, редко более. Падение палеозойских слоев от 2-6 до 20 м на 1 км. На площади южного крыла бассейна основными структурами III порядка являются: поднятия - Труфановское, Черепетское, Тульско-Болоховское, Узловское, Болоховское южное, Новомосковское, Смородинское, Донское, Каменецкое, Зубовское, Павелецкое; прогибы - Непрейковский, Щекинский, Дедиловский, Люторический, Епифанский, Горловский, Скопинско-Михайловский.

К юго-восточной части Брянско-Рославльского прогиба примыкают Сухиничское и Козельское поднятия. Первое прослеживается на протяжении 25 км в районе г. Сухиничи, амплитуда поднятия по основному угольному пласту 60-65 м; второе протяженностью 20-22 км с амплитудой 40-45 м. К северо-восточной части Брянско-Рославльского прогиба примыкает Калужское поднятие протяженностью 65-70 км с амплитудой 90 м.

3. Угленосность и качество углей

В данном геологическом разрезе угольные толщи приурочены к бобринскому горизонту С_1bb и частично к тульскому горизонту. Угли встречаются в девонских, турнейских, визейских и юрских отложениях. Однако промышленные пласты угля приурочены в основном к бобриковскому и частично тульскому горизонтам. Здесь до глубины 150-200 м установлено 14 угольных пластов, из них четыре основных и три пласта-спутника в бобриковском горизонте. В тульском горизонте прослеживаются один-два угольных пласта мощностью более 1,3 м.

Пласт I залегает в первом (нижнем) углисто-глинистом комплексе в виде небольших по площади линз, редко достигающих рабочей мощности. В Скопинском районе он служит основным рабочим пластом (Поплевинское, Моховское, Верденское и другие месторождения). Этот же пласт разрабатывается на Глубоковском месторождении. Здесь мощность пласта достигает 4-5 м, преобладающая 1,5-1,9 м. Строение пласта обычно сложное (до 2-3 прослоев глины мощностью 0,1-0,3 м). Небольшие линзы пласта I e рабочей мощностью известны на месторождениях западной части южного крыла (Полдневское месторождение).

На Всходском месторождении угольному пласту I соответствует сложный пласт углисто-глинистого сланца мощностью до 4-5 м с прослоями глинистых гумусо-сапропелевых углей.

На многих месторождениях в нижнем углисто-глинистом комплексе выше пласта I встречаются линзы пласта I_В, которые по условиям залегания и близости спорово-пыльцевого комплекса считаются спутником пласта I.

Пласт II залегает в среднем (втором) углисто-глинистом комплексе. Он является основным рабочим пластом бассейна и образует наиболее крупные залежи в центральной и западной частях южного крыла, а также в Сафоновском, Нелидовском и Андреапольском районах западного крыла. В восточной и северной частях южного крыла (Кораблинский, Львовский, Каширско-Серпуховский и Алексинский районы) угленакопление пласта II заметно падает. К северу от Нелидовского и Вельенского месторождений (западное крыло) пласт II полностью отсутствует. Здесь промышленное значение имеют пласты III и IV.

Наибольшую мощность и выдержанность пласт II имеет на площади центральных промышленных районов бассейна; здесь средняя мощность его равна 2-2,5 м, наибольшая - 6,5 м. В западной части южного крыла (Всходский район) средняя мощность этого пласта равна 2 м. На остальной площади она изменяется от 1,4 до 2 м.

Пласт II имеет сложное строение; он содержит от одного до пяти прослоев глин мощностью от 0,01-0,05 м (в центральном районе) до 0,1-0,3 м и более (в западной части южного крыла и на юге западного крыла бассейна).

В центральной части южного крыла ниже пласта II встречаются линзы угольного пласта, которые содержат аналогичный пласту II споровопыльцевой комплекс и являются спутником пласта II.

Пласт III развит преимущественно в западной и юго-западной частях бассейна, где местами образует угольные залежи промышленного значения (в Селижаровском районе, в южной части Ельнинского и Спасс-Деменского районов); средняя его мощность 1,4-2 м.

Пласт IV имеет распространение во многих районах бассейна. Он является основным в восточной части Алексинского, в Серпуховско-Каширском, Львовском и Кораблинском угленосных районах и частично в западной части южного крыла Кировской угленосной площади, Сильковическом и Князевском месторождениях. На Всходском месторождении этот пласт образует небольшую залежь гумито-сапропелитового угля. Угольный пласт IV по площадному распространению и промышленному значению занимает второе место в бассейне после пласта II. Средняя рабочая мощность пласта изменяется от 1,4 до 2 м. Он имеет сложное строение и содержит до трех прослоев пород мощностью от 0,03 до 0,6 м. На некоторых месторождениях (Деевское, Рюриковское и др.) строение пласта простое.

Ниже пласта IV в одном и том же комплексе местами встречаются линзовидные залежи угля, которые не имеют промышленного значения и являются спутниками пласта IV.

Основные угольные пласты бобриковского горизонта образуют залежи различного размера со сложной конфигурацией. Максимальная площадь залежей изменяется от 20 до 170 км². Преобладают площади 6-55 км².

Размеры и характер контуров угольных залежей зависят как от условий формирования торфяников, так и от позднейших эрозионных процессов.

Почва угольных пластов представлена разного типа болотными глинами (60-90%), иногда аргиллитовидными и углисто-глинистыми сланцами, реже песками. Залегание угля на известняковых породах наблюдается в единичных случаях.

В кровле угольных пластов также преобладают глины (50- 80%), реже пески.

В северной части западного крыла (Боровичский и Валдайский районы) в тульских отложениях установлено до четырех устойчивых угольных пластов, приуроченных к двум глинистым комплексам. Мощность пластов достигает 1,5-2 м, площадь залежей 3-8 км².

В центральной части южного крыла в тульском горизонте установлено до девяти угольных пластов и прослоев, залегающих в виде линз мощностью от 0,1-0,2 до 0,7-1,4 м. Угольные пласты рабочей мощности расположены в глинах нижней части горизонта. Например, Алексинском и Тульском районах к этим глинам приурочены два угольных пласта, в Щекинском - четыре, в Скопинском - один.

Угленосность юрских отложений установлена в юго-западной части шахтного поля, где угольный пласт мощностью до 1,5 м встречается в виде небольших линз в углистых глинах на глубине 10-40 м под четвертичными и меловыми отложениями. Единичные пункты углепроявления известны в Серпуховском и Труфаново-Веригинском угленосных районах и на площади Северо-Тульского месторождения. Угли двух месторождений - у г. Серпухова и у г.Малоярославца- использовались местной промышленностью в 1943-1944 гг. Здесь прослеживаются два угольных пласта мощностью 1,20-1,5 м, разделенные глинами мощностью 4-5 м.

В отдельных местах Веневского района выявлено до 14 линз углей юрского возраста мощностью от 0,1 до 3,5 м на глубине 15-24 м. Угли юрских отложений гумусовые, землистые, с лигнигом и серным колчеданом; средняя зольность угля 25-30%.

Угли Подмосковного бассейна, несмотря на древний геологический возраст, относятся к типичным бурым слабометаморфизованным. Они отличаются повышенной зольностью, влажностью и сернистостью и делятся на две группы: гумусовые и смешанные гумусово-сапропелевые. В группе гумусовых выделяются две подгруппы - неокисленных и окисленных; первые составляют основную часть запасов бассейна и разрабатываются большинством шахт. Зольность углей в естественном залегании изменяется от 8 до 45%, в среднем около 30% на сухое вещество. Зольность товарного угля изменяется в пределах 20-45%, в среднем около 30% на сухое вещество.

Минеральная часть углей на 85-90% состоит из каолинита и, частично, гидроокислов алюминия; остальные 10-15% приходятся на кварц, гипс, кальцит и слюду.

Сера в углях содержится как в виде органических, так и минеральных соединений - колчедана (пирит, марказит), встречающихся в виде неравномерно распределенных включений различной величины. Содержание серы в углях колеблется от 2 до 10%. Выход летучих изменяется в пределах 42-54% на горячую массу. Высокозольные угли содержат много (до 23% от веса золы) негорючих летучих продуктов (кристаллизационная влага, углекислота).

Окисленные угли отличаются интенсивной трещиноватостью и разрушенностью до бесструктурной массы, низкой теплотой сгорания, (Q_н^р =1800-2000 ккал/кг), повышенной влажностью. Эти угли встречаются преимущественно в верхних слоях пластов в зонах размыва угленосной толщи, а также в зонах карстовых нарушений.

Цвет гумусовых углей обычно черный, но в зависимости от их сохранности, преобладания различных петрографических разностей и зольности окраска имеет различные оттенки - коричневатый (окисленные угли), черный (фюзеновые разности), серый (глинистые). Во влажном состоянии угли по цвету практически трудно отличать. По блеску выделяются полублестящие, полуматовые и матовые угли. Глинистые, окисленные и сапропелевые угли не имеют блеска.

Гумусовые угли имеют полосчатое, слоистое и реже массивное сложение, малую механическую прочность, излом угловатый, землистый. Кливаж (отдельность) в углях имеет ограниченное развитие.

Гумусово-сапропелевые угли имеют распространение на отдельных месторождениях и приурочены большей частью к пластам I, II, IV. Различают четыре разновидности этих углей: богхед, кеннель-богхед, полубогхед и кеннель, причем последний занимает промежуточное положение между сапропелитами и гумусовыми углями. Богхеды отличаются высокой теплотой сгорания (9160 ккал/кг на горячую массу), пониженным содержанием влаги (не более 12-18%), высоким выходом летучих (80%) и первичных смол (до 67%); а также углерода (75-79%) и водорода (8-l0%).

Богхед имеет зеленовато-бурый цвет, значительную плотность (трудно дробится), излом раковистый. Богхеды сложены водорослями, сцементированными бесструктурным сапропелевым веществом, составляющим не менее 30%. Слои сапропелитов чаще всего залегают в нижней части угольных пластов, мощность отдельных слоев от 0,05 до 1,0 м, иногда больше. Обособленных залежей сапропелевые угли не образуют и поэтому не выделяются отдельно при добыче, однако наличие их существенно улучшает качество товарного угля.

4. Гидрогеологические условия

В пределах шахтного поля выделяются следующие водоносные горизонты: упинский, подугольный, надугольный, тульский, окский.

Упинский водоносный горизонт в центральной промышленной зоне имеет почти повсеместное распространение. Вода в известняках обычно напорная, за исключением значительных поднятий (Скуратовское, Болоховское, Липковское и др.) Степень водопроницаемости упинских известняков весьма различна.

Наиболее высокая проницаемость отмечается на месторождениях, расположенных в долинах рек или вблизи их (Ушаковское, Кимовское, Ломинцевское, Гранковское и др.), а также в зонах, тектонических поднятий известнякового фундамента.

Вблизи Шатского водохранилища коэффициент фильтрации упинских известняков в некоторых артезианских скважинах достигает 180 м/сутки (удельный дебит 160 м3/ч).

На месторождениях, удаленных от рек, а также на значительных глубинах (более 80-100 м) упинские известняки имеют меньшую водопроницаемость (Ширино-Сокольническое, Симаковское, Березовское и др.). Упинский водоносный горизонт является основным источником обводнения угольных шахт, и в то же время он повсеместно используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Подугольный водоносный горизонт приурочен к подугольным пескам бобриковского горизонта, которые имеют большую мощность (до 40 м) в доугленосных эрозионных депрессиях в известняковом фундаменте. Воды в песках обычно напорные, и имеют отметки уровня, аналогичные уровням воды в подстилающих известняках (упинских или хованских). Подугольные пески имеют значительное распространение на Ширино-Сокольническом, Поплевинском, Кораблинском, Каменецком, Узловском и других месторождениях. Они иногда залегают непосредственно на известняках, но обычно отделяются от них слоем глин мощностью 1-2 м.

Коэффициент фильтрации песков изменяется от 0,1 до 16 м/сутки. Изменение фильтрационных свойств наблюдается как по Площади распространения, так и по вертикальному разрезу.

Отмечается, что в мощной толще песков всегда встречаются прослои хорошо отсортированных песков, обладающих относительно высокой водопроницаемостью (К до 10 м/сутки).

Надугольный водоносный горизонт имеет повсеместное распространение и залегает на надугольных глинах, мощность, которых в большинстве случаев 2-5 м, но часто глины отсутствуют и водоносные пески лежат непосредственно на угольном пласте. В песках часто встречаются прослои глин, и водоносный горизонт приобретает слоистое строение (Щекинское, Ломинцевское, Гранковское и другие месторождения). Пески содержат обычно напорную воду, величина напора изменяется от 0 до 30 м в зависимости от его гипсометрического положения по отношению к местным базисам дренажа.

В природных условиях песок находится под большим давлением пород, он имеет более плотное сложение и несколько меньшую водопроницаемость.

Нижнекаменноугольные пески Подмосковного бассейна состоят почти исключительно (95-98%) из кварцевых окатанных песчинок с шероховатой поверхностью. На поверхности песчинок наблюдается тончайшая пленка кальцита или окислов железа, которые создают контактную цементацию. Кроме того, шероховатая поверхность частиц в условиях большого горного давления способствует образованию устойчивых каверн в водоносном песке у водопонижающих скважин и забивных фильтров. Сухие пески обычно представляют слабосцементированную устойчивую породу, реже сыпучую массу. Водоносные пески при вскрытии горными выработками в большинстве случаев приходят в плывунное состояние. Надугольный горизонт является основным источником обводнения горных выработок. Он дает частые прорывы воды с выносом большого количества песка.

Тульский водоносный горизонт приурочен к нескольким пластам известняков, залегающих в толще глинистых (реже песчаных) отложений тульского горизонта. Известняки почти повсеместно содержат напорную воду. Долины рек всюду прорезают тульские отложения, и на склонах долин прослеживаются многочисленные небольшие родники с дебитом 0,1 -10 м³/ч, приуроченные к тульским известнякам. Глубина залегания уровня тульских вод на водораздельных пространствах находится в пределах 15-40 м. Абсолютные отметки уровней воды даже на одном месторождении изменяются на 20-25 м в зависимости от рельефа местности и гипсометрического положения водоносного пласта.

Тульский водоносный горизонт имеет весьма важное значение, так как при обрушении выработанного пространства возникают трещины, по которым вода из тульских известняков прорывается в шахту, при этом выносятся надугольные пески и происходит запесочивание горных выработок.

Окский водоносный горизонт. Окские известняки на южном крыле залегают на высоких отметках и хорошо дренируются долинами речек и овражно-балочной сетью. Они содержат безнапорную воду и отличаются довольно высокой водопроницаемостью. Известняки подстилаются глинами тульского горизонта, а покрываются четвертичными суглинками и реже мезозойскими песками и глинами. Атмосферные осадки через суглинки и многочисленные карстовые воронки проникают в известняки и постоянно пополняют запасы воды в них. В районе имеется много нисходящих родников из окского горизонта со значительным дебитом. Например, в д. Ясенок у Симаковского месторождения имеются родники с дебитом 500-1000 м3/ч. Севернее г. Венева, вблизи устья р. Венееки, из окских известняков вытекают родники с дебитом около 200 м3/ч. Крупные родники встречаются по рекам Оке (г. Алексин), Осетру, Вашне и др.

5. Горно-геологические условия

1. Гипсометрия угольного пласта:

Максимальная отметка (м)	Минимальная отметка (м)	Среднее значение (м)
173.41	163.25	168.33

Т.к. максимальная и минимальная отметки отличаются от средней на величину 5.08 м, можно сделать вывод о том что гипсометрия угольного пласта неспокойная.

2. Изменчивость мощности:



Максимальная отметка (м)	Минимальная отметка (м)	Среднее значение (м)
3.90	1.30	2.25

3. Скважиной вскрыты запасы с нерабочей мощностью:

№	44	35	22	29	30	56	46	79	80	86	87
m	0.90	1.15	1.20	1.25	0.80	0.45	0.90	1.05	1.10	0.75	0.65

4. Наличие карстов: наличие карста в шахтном поле представлено скважиной 53 и блоком С₁-30.

5. Примерный процентный состав залегания в кровле и почве глины и песка:

	Глина, %	Песок, %
В почве	80	20
В кровле	80	20

6. Подсчет запасов

1. Требования к оценке запасов

Запасы полезного ископаемого, удовлетворяющие установленным кондициям на минеральное сырье, подсчитывается и учитывается по результатам геологоразведочных работ и всех видов горных работ, выполняемых в процессе промышленного освоения месторождения. Оценка запасов выполняется в соответствии с основами законодательства СССР и разных республик о недрах и положениями действующих классификаций запасов, устанавливаешь единые принципы их подсчета и учета, основным из которых являются следующие.

1. Обязательность разработки кондиций на минеральное сырье: временных - по результатам предварительной, постоянных - по результатам детальной разведки месторождений.

2. Соблюдение комплексности оценки разведанных месторождений (запасы подсчитывается раздельно по каждому виду полезных ископаемых).

3. Подразделение запасов полезных ископаемых по их народнохозяйственному значение на две группы: балансовые и забалансовые. К балансовым относятся запасы, эксплуатация которых на современном техническом уровне экономически рентабельна и целесообразна, к забалансовым - эксплуатация которых технически невозможна или экономически нецелесообразна.

4. Подразделение запасов по степени их изученности на разведанные - категорий А, В, C₁ и предварительно - оцененные - С₂.

Разведочные запасы подсчитывается без учета потерь при добыче.

При проектировании и разработке месторождений выделяется промышленные запасы - та часть балансовых запасов, которая подлежит извлечение недр, за вычетом проектных потерь.

По степени подготовленных и добыче ив промышленных запасов выделяется:

- вскрытые, для разработки которых больше не требуется капитальных горных выработок;

- подготовительные - часть вскрытых запасов, для отработки которых пройдены основные подготовительные выработки;

- готовые к выемке, - для выемки которых пройдены все подготовительные и нарезные выработки.

Запасы полезных ископаемых, завлеченные в охранных целиках под охраняемыми объектами относятся к балансовым или забалансовым на основании специальных технико-экономических расчетов, и которых учитывается затраты на перенос этих объектов или специальные способы отработки.

Прогнозные ресурсы полезных ископаемых оцениваются до глубин, доступных для эксплуатации при современном или возможном в ближайшей перспективе технико-экономическом уровне разработки месторождений.

2. Подразделение запасов на категории

Распределение запасов по категориям, отражающим степень их изученности и достоверности, проводится для балансовых и забалансовых запасов.

Запасы категории А должны удовлетворять следующим требованиям:

- синонимика пласта, степень выдержанности и закономерности пространственного изменения его мощности, строения и основных показателей качества угля в пределах выделенного блока подсчета запасов установлены достоверно;

- условия залегания пласта изучены в достаточной мере, при наличии геологических нарушений установлены их положение и параметры ;

- определены типы, группы угля на конкретных участках месторождения, качество углей по соответствующим стандартам;

- изучены технологические свойства углей для определения технологической схемы его переработки;

- горно-геологические, гидрогеологические и другие условия достаточные для составления проекта разработки.

Запасы категории А подсчитывается в контурах, ограниченных скважинами или горными выработками. Иногда допускается спрямление границ подсчетного блока. У выходов пластов под наносы запасы категории А подсчитывается при надежном установлении границ зоны окисления углей.

Запасы категории В должны удовлетворять следующим требованиям:

- установлены общие закономерности изменения мощности, строения и основных показателей качества угля; расчет средней мощности пласта основан на надежных данных, однако средние значения для подсчетных блоков должны быть уточнены;

- определены элементы залегания пласта и общие закономерности его изменения на площади блока, положение и параметры крупных геологических нарушений;

- определены природные разновидности угля, приближенно оконтурены площади пространственного размещения углей различных марок, качество их характеризовано в соответствии со стандартами;

- технологические свойства углей изучены в степени необходимой для выбора принципиальной технологической схемой и переработки;

- горно-геологические, гидрогеологические и другие природные условия определены с полнотой, позволяющей качественно и количественно охарактеризовать их показатели;

При оконтуривании запасов категории В допускается экстраполирование по относительно выдержанным участим илисто.

Запасы категории C₁ должны удовлетворять следующим требованиям:

- основные закономерности изменения мощности, строении пласта и основных показателей качества угля, контуры промышленного распространения пласта и его средняя мощность, требует уточнения;

- выяснены основные особенности условий залегания пласта; геологические нарушения требуют уточнена;

- определены природные разновидности угля, его химический состав и технологическая группа;

- технологические свойства углей определены в степени, достаточной для обоснования промышленной ценности разведанного месторождения;

- охарактеризовали основные показатели горно-геологических и других природных факторов.

При подсчете запасов категории C₁ используется геофизические данные и методы экстраполяции.

3. Оконтуривание угольных залежей

Подсчет запасов полезных ископаемых производится в пределах промышленного контура, который ограничивает участок подсчета запасов по мощности или содержание основного компонента. Промышленный контур проводится через скважины о минимальной промышленной мощностью иди минимальным промышленным содержанием. Оконтуривание тел полезных ископаемых производится методом интерполирования иди экстраполирования. Принимая, что для пластовых месторождений характерно не скачкообразное, а постепенное уменьшение мощности или других качественных показателей, тонну кондиционного значения между соседними скважинами можно определить геометрически.

Положение контура между двумя крайними выработками, одна на которых имеет промышленное значение, другая - непромышленное, может быть определено по формуле

где l - искомое расстояние от выработки с промышленными значением до точки X, соответствующей минимальной кондиции;

L - расстояние между двумя крайними выработками;

m₁, m₂, m_к - значения мощности соответственно в выработке с промышленным значением, принятой минимальной (кондиционной) и нерабочей в периферийной скважине.

Основа выделения категорий: рабочий контур проводится по m = 1.30 м, а внутри m = 1.10 м.

Определяемые точки указанным способом, соединяется плавной линией, которая является границей промышленной залежи. Такие же промышленные контуры строятся внутри площади залежи относительно точек некондиционной мощности или качества.

Подсчет запасов в дипломных проектах производится на основе материалов, собранных дипломником характеризующих геологическое строение месторождения, шахтного поля: планы гипсометрии почвы и структурные колонки угольных пластов, геологические карты и разрезы, денные по опробование и объемной масс угля.

Подсчет запасов производится в следующей последовательности;

1) строится промышленный контур угольной залежи;

2) на подсчетной площади выделяется геологические блоки, но общности значений мощности, зольности и гипсометрии угольных пластов;

3) определяется площади подотчетных блоков по категориям запасов;

4) по каждому подотчетному блоку определяется площадь, средняя мощность пласта и зольность угля;

5) результаты подсчета запасов в дипломной записке приводятся в виде сводной таблицы, где деется соотношение запасов категорий А, В и С₁ в процентах;

6) производится определение точности подсчета запасов.

4. Способы подсчетов запасов

Подсчет запасов в большинстве случаев сводится к определенна объема полезного ископаемого в месторождении или его частей в границах подсчета, а также к определение массы полезного ископаемого и его полезных компонентов.

Для подсчета запасов приравнивает объем залежи или ее части к объему геометрического тела, построенного по данным о мощности залежи и ее протяженности определенными детальной разведкой. В геологической литературе описано свыше двадцати способов подсчета запасов. Различные методы подсчета дают разные геометрические тела, которые по своему объему более или менее приближается к действительному объему залежи. Степень этого приближения характеризует точность соответствующего метода подсчета.

Наиболее часто подсчет запасов ведут следующими способами: 1) среднего арифметического, 2) среднего угла падения, 3) изогипс.

Способ среднего арифметического. Данный способ рекомендуется применять на слабодислоцированных месторождениях и шахтных (карьерных) полях, где угольные пласты залегает горизонтально или под углом до 20⁰. Предпочтительнее когда разведочные выработки размещается по относительно равномерной сетке.

По атому способу залежь полезного ископаемого, чище ограниченная поверхностями сложной формы, в пределах внутреннего контура приравнивается к диску о постоянной высотой равной средней мощности тела.

Подсчет запасов производится на основе крупномасштабных планов гипсометрии почвы или изомощности пласта в масштабе 1:2000, 1:5000 реже 1:10000. На планах по степени разведанности, определяемой плотностью разведочных выработок (скважин), выделяется площади блоков подсчета запасов по категориям А, В, С₁. По каждому ив выделенных блоков запасы подсчитываемся раздельно по категориям.

Запасы по каждому блоку в этом случае определяется по формуле

где S - площадь подсчетного блока, м² ;

m_i - мощность полезного ископаемого в i скважине;

d_a^r - большая масса полезного ископаемого.

Результаты подсчета запасов по выделяемым блокам записывают в табл. 1. Затем по отдельным категориям запасы суммируется.

Таблица 1

№ блока	Кол-во скваж. в блоке, n	Суммарная мощность пласта mi, м	Суммарная мощность пласта в блоке m=mi/n, м	Площадь блока S, м2	Объем блока V, м3	Объемная масса угля, т/м3	Запасы угля по категориям, тыс.т.
							А	В	С1
х	хх	ххх	ххх	ххх	ххх	1.32	х	х	х

Главное достоинство способа среднего арифметического - быстрота и простота подсчета.

При значительном числе разведочных выработок вследствие взаимной компенсации положительных и отрицательных погрешностей - точность подсчета запасов по атому способу увеличивается. Однако и для случаев незначительного числа разведочных выработок и неравномерного их распределения способ может служить для быстрого получения ориентировочных цифр запасов.

5. Определение коэффициента разведанности

Коэффициент разведанности определяется по следующей формуле

К_р = 72.77% ; т.к. К_р 65% месторождение разведано с достаточной степенью надежности.

6. Определение срока службы шахты

Срок службы шахты определяется по формуле

где Т - срок службы горного предприятия, лет;

А - производственная мощность предприятия, тыс.т/год; А = 900 тыс.т/год.

Т = 15175.54/900 = 17 лет.

Заключение

геологический шахтный поле угольный ископаемое

В процессе выполнения курсовой работы, разработки и изучения шахтного поля, которое находится на территории Подмосковного бассейна, я познакомился с географической характеристикой района, геологическим строением шахтного поля, с угленосностью и качеством углей, гидрогеологическими условиями, горно-геологическими условиями, подсчитал запасы.

Проектируемое шахтное поле было вскрыто разведочными скважинами. Все разведочные скважины вскрыли угольный пласт с различными мощностями, также с непроизводственной мощностью - меньше 1.30 м. По значениям этих мощностей мной было проведено оконтуривание внешней границе шахтного поля. Контурная линия отделила непроизводственную мощность угольного пласта от производственной. По значениям отметок глубины залегания почвы угольного пласта, была построена гипсометрия почвы угольного пласта. В результате этого можно было проанализировать, как ведет себя пласт полезного ископаемого на различных участках шахтного поля. Гипсометрия почвы угольного пласта в основном спокойная, местами наблюдается два карста.

По данным разведочных скважин был построен разрез, который показал общую картину залегания угольного пласта. Разрезом были вскрыты: окский, тульский, бобриковский, упинский и частично малевский горизонты.

Также мной было проведено деление шахтного поля на категории А, В, С₁. Категории соответственно были разделены на блоки и проведен подсчет запасов по каждому блоку в отдельности и по всему шахтному полю. В результате получилось, что величина запасов угля в разрабатываемом шахтном поле составляет 15175.54 тыс. т. В результате этой работы я познакомился с технологией работы прибора подсчетов запасов - планиметром, что дало мне возможность в итоге, при годовой производственной мощности предприятия в 900 тыс.т/год рассчитать срок службы шахты, которая будет разрабатывать это шахтное поле. Срок службы горного предприятия составил 17 лет.

Список используемой литературы