» » Структура угольных пластов

Структура угольных пластов

02.08.2016

Угольным пластом называется геологическое тело, сложенное угольным веществом, распространенное на значительной площади и заключенное между приблизительно параллельными поверхностями напластования горных пород.
Порода, непосредственно подстилающая угольный пласт, является его почвой (подошвой), а покрывающая — кровлей. В ряде случаев вследствие специфичности условий накопления органического вещества или в результате эпигенетических факторов (размыв, тектонические дислокации и др.) кровля и почва угольных пластов оказываются непараллельными. Поэтому, наряду с термином угольный пласт, существует понятие пласто-или линзообразная залежь угля. Во всех случаях форма пласта угля как геологического тела зависит от соотношения его мощности и протяженности.
Угольный пласт нельзя представлять как какое-то сплошное монолитное скопление угольного вещества. Характерная черта угольных пластов, как и пластов осадочных пород любого состава, — их слоистость. Ее появление обусловлено изменением скорости прогибания земной коры на площади угленакопления и сезонными климатическими процессами. Слоистость выражается в разрезе пласта в смене и чередовании различных петрографических типов угля, отличающихся по блеску, текстурноструктурным особенностям, трещиноватости и др. Она подчеркивается скоплением фюзенизированных фрагментов растительных тканей, неодинаковой насыщенностью отдельных слоев линзами и прослоями витрена, приуроченностью к некоторым горизонтам пласта различных конкреционных образований и неодинаковым содержанием в отдельных петрографических типах угля минеральных примесей. Особенно отчетливо заметна слоистость угольных пластов, если в разрезе имеются линзы, прослои и слои минеральных или угольно-минеральных пород. Слои угля в таких пластах принято именовать пачками. Пласты, состоящие из нескольких пачек угля, разделенных внутрипластовыми породными прослоями, широко распространены во всех угольных бассейнах.
Угольным слоем называется тонкий угольный пласт или часть угольного пласта (пачки), отличающаяся по петрографическому составу, трещиноватости, крепости или содержанию минеральных примесей.
Для характеристики строения угольных пластов вычерчиваются (в масштабе 1:20 или 1:50) структурные колонки, на которых прослои и пачки различного состава показываются соответствующими условными знаками. При этом отображение строения, состава и свойств отдельных пачек и прослоев на структурных колонках угольных пластов может быть более или менее детальным.
При детальных петрографических исследованиях, когда в каждом слое угольного пласта определяется не только макротип, но и микрокомпонентный состав, на структурных колонках приводятся все наиболее важные сведения об угле (рис. 3.1).
По структурным признакам, т.е. в зависимости от количества внутрипластовых породных прослоев, выделяются пласты простого, сложного (при наличии породных прослоев — от одного до десяти) и очень сложного строения; в последнем случае угольные пласты (залежи) представлены большим количеством часто переслаивающихся угольных и породных прослоев. Например, на Волчанском, Богословском и Экибастузском месторождениях в мощных угольных пластах насчитываются десятки, а иногда и сотни породных прослоев.
Структура угольных пластов

В Донецком бассейне более половины всех пластов (54 %) имеют простое строение. Однако соотношение пластов простого и сложного строения в отдельных районах бассейна непостоянно. В Донецком угленосном районе пласты простого строения составляют более 60 %, в Ворошиловоградском и Ростовском — около 50, а в Днепропетровском — 90 %.
В Кузнецком бассейне преобладают пласты сложного строения, особенно часто встречающиеся в отложениях кольчугинской серии. В этих отложениях простое строение имеют не более 18 % пластов, в основном тонких. В балахонской серии Кузнецкого бассейна количество пластов с простым строением достигает 37 %. При этом простое строение нередко имеют пласты средней мощности и даже мощные.
В угленосных отложениях Карагандинского бассейна преобладающая часть угольных пластов характеризуется сложным строением. Исключение составляют отдельные пласты долинской и тентекской свит.
Пласты простого строения возникают в результате непрерывного накопления растительного материала. Обычно это происходит при устойчивом геотектоническом режиме, обеспечивающем совпадение скоростей нарастания торфяника и опускания области торфонакопления.
Сложные пласты образовались в результате прерывистого накопления. Их строение связано с изменением характера или с остановками в процессе накопления отмершей растительной массы. Это возможно только при неустойчивом геотектоническом режиме, когда скорость накопления торфяника неоднократно становится меньше или больше скорости опускания области торфонакопления. В результате торфообразование временно прекращается на всей площади или на отдельных ее частях.
Строение угольного пласта — один из основных факторов, определяющих технологию его разработки и способы подготовки угля к использованию в промышленности.
Пласты сложного и очень сложного строения нередко разделяются породными прослоями на части, которые могут служить самостоятельными объектами эксплуатации. В сложном угольном пласте из многочисленных угольных пачек промышленную ценность может представлять только одна, залегающая непосредственно под кровлей или над почвой пласта и др.
При разработке мощных пластов угля выделяются эксплуатационные слои — части пласта определенной мощности, вынимаемые раздельно. Эксплуатационный слой может быть частью одной угольной пачки или содержать несколько пачек.
Прослои в пластах угля в большинстве случаев представлены глинистыми или мелкоалевролитовыми отложениями. Разнообразнее литологический состав кровли угольных пластов, где иногда залегают конгломераты, гравелиты или грубозернистые песчаники. В Донецком бассейне в кровле пластов в отдельных случаях встречаются известняки. Обломочные породы кровли обычно имеют отчетливо выраженную слоистость. В них нередко наблюдаются растительные остатки, а иногда — разнообразная, в том числе и типично морская фауна. Для пород кровли характерно также присутствие сидеритовых, пиритных и других конкреций.
В отличие от кровли почва угольных пластов, как правило, является неслоистой, комковатой. Комковатое строение пород почвы обусловлено присутствием остатков корневой системы растений разной сохранности, пронизывающих почву в различных направлениях. Нередко по остаткам корней развивается процесс сидеритизации, в результате чего возникают конкреции довольно причудливой формы. Из-за комковатого строения породы почвы получили у шахтеров название «кучерявчик».
Внутрипластовые породные прослои могут иметь различную мощность. Состав их преимущественно глинистый, реже алевролитовый; часто отмечается примесь угольного вещества (углистые аргиллиты и алевролиты). В ряде случаев в пластах угля встречаются прослои каолинита («тонштейны»). Эти прослои при незначительной мощности (5—8 см в пластах k8, l1, l3 и m3 Донбасса) прослеживаются на десятки километров.
Контакты угольных пластов с почвой, кровлей и породными внутрипластовыми прослоями могут быть резкими или постепенными. Так, В.Н. Волков выделяет четыре типа контактов угольного пласта с почвой:
1) резкий — с породами, не несущими признаков ископаемого почвенного слоя;
2) сложный, резко выраженный — угольный пласт отделен от почвы тонким прослоем глинистых или углисто-глинистых осадков с четкими границами поверхностей раздела;
3) резкий, четкий, без каких-либо переходов, с ровной поверхностью раздела;
4) постепенный — через промежуточную пачку углистых пород и углей с высоким содержанием минеральных примесей.
Наиболее распространены контакты третьего и четвертого типов. Характер контактов влияет на выбор способа очистной выемки и управления кровлей, а также определяет уровень потерь и разубоживания углей при добыче.