Угленосность

3.3 Угленосность

Региональная изменчивость кондиционных угольных пластов в пределах шахты Антоновской, имеющая отчетливую (исключение составляют пласты 37, 31) тенденцию в закономерном уменьшении мощностей в восточном направлении. Это происходит на фоне примерного сохранения общей угленосности. Следовательно, в разрезе увеличивается число некондиционных по мощности угольных пластов.

Рабочая угленосность шахты Антоновской создается пластами средней мощности (33, 30, 29^а, 26^а) и тонкими (37, 34, 32, 31). Суммарная кондиционная мощность пластов шахты составляет 12,38 м, что при мощности разреза в интервале пластов 37-26^а в 499 м определяет средний коэффициент рабочей угленосности -2,6%.

Основные запасы угля (80%) сосредоточены в относительно выдержанных пластах 30, 29а, 26а. Пласты 30 и 26а имеют контуры не рабочего значения, а пласт 29а имеет значительные колебания мощности в целом по площади от 1,0 до 4,2 м.

Локальная изменчивость угольных пластов явление типичное для угленосных формаций.

Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия в пределах шахтного поля изучались в комплексе с геологоразведочными работами.

Согласно геологическому отчету «Поле шахты Антоновской (II очередь) в Байдаевском районе Кузбасса» (Геологическое строение, качество и запасы каменного угля по состоянию на 1.05.1983 г), г. Новокузнецк, 1983 г., в геологическом строении участка принимают участие пермские отложения, которые перекрываются четвертичными отложениями.

В пределах шахтного поля четвертичные отложения имеют повсеместное площадное распространение, перекрывая коренные породы сплошным чехлом. Мощность четвертичных отложений, представленных, в основном, легкими суглинками, супесями, варьирует в пределах 5–15 м. На северо-западной границе участка, проходящей вблизи галечниковых отложений надпойменных террас реки Томи, мощность суглинков составляет 50 – 60 м.

Водоносный горизонт верхнечетвертичных элювиально-делювиальных отложений (ed Q _III-IV)

Водоносный горизонт элювиально-делювиальных отложений приурочен к водоразделам и их склонам.

Водовмещающие породы представлены чаще всего лессовидными пылеватыми средними и тяжелыми суглинками мощностью 4 – 10 м. Они практически не водоносны. Изредка отмечается "верховодка". "Верховодка" приурочена к линзам легких суглинков, супесей, встречающихся в глинистой толще на глубине 1 – 4 м, повсеместным распространением не пользуется, характеризуется непостоянным режимом, зависящим от атмосферных осадков. Появляется весной после снеготаяния и в период интенсивных дождей, зимой и летом исчезает. Водообильность отложений низкая, дебиты родников из "верховодки" составляли 0,001 – 0,01 л/сек. Водоносный горизонт безнапорный.

Подземные воды данного водоносного горизонта в силу своего спорадического распространения практического значения не имеют, вследствие чего, они не оказывают какого-либо влияния на формирование притоков в подземные горные выработки.

Водоносный горизонт делювиальных отложений приурочен к контакту рыхлых образований с коренными породами. Проявляется в виде слабо нисходящих родников у подножия склонов, а также в виде мочажин.

В большинстве своем разведочные дудки, вскрывшие верхнечетвертичные элювиально-делювиальные отложения, были сухими, либо с увлажненными стенками. Наибольшие притоки в них составляли 0,25 л/с. Питание вод этих отложений сезонное инфильтрационное за счет атмосферных осадков, а также за счет подземных вод по тальвегам логов. Разгрузка осуществляется в местную гидросеть, и незначительная часть – родниковым стоком.

Ввиду невысокой водообильности верхнечетвертичных элювиально – делювиальных отложений водоразделов и их склонов, они не окажут существенного влияния на увеличение водопритоков в горные выработки.

Водоносный горизонт верхнечетвертичных аллювиальных отложений (а Q_III-IV)

Аллювиальные отложения мелких речек и логов представлены суглинками буровато-коричневого, синевато-серого цвета мощностью до 5 м, иногда до 8 – 10 м. Аллювий пойменных частей заболочен и обводнен на всю мощность, как за счет инфильтрации в период половодья, так частично и за счет разгрузки подземных вод коренных отложений.

Грунтовые воды аллювиальных отложений ручьев характеризуются слабой обводненностью и непосредственного влияния на водопритоки в горные выработками не окажут.

Водоносный комплекс средне-верхнепермских отложений ленинской свиты (Р_2-3 ℓn)

Водовмещающая толща представлена переслаиванием разнозернистых песчаников, крупных и мелких алевролитов, аргиллитов и пластов каменного угля. В большинстве своем слои невыдержанные, часто выклинивающиеся. Некоторые горизонты песчаников характеризуются хорошей выдержанностью при значительной мощности. Таковыми являются слои песчаников над пластом 26в (мощность до 15-35 м), под пластом 34 (мощность до 10-30 м), между пластами 31 и 32 (мощность до 5-20 м). Маломощные слои песчаников четко на всей площади прослеживаются над пластом 27а, между пластами 27б и 28, под пластами 29а и 29в. Повсеместное распространение имеет и прослой между пластами 30 и 31 с мощностью колеблющейся от 1 до 20 м.

На изменение водообильности в разрезе влияют – интенсивность трещиноватости и степень раскрытия трещин. При бурении разведочных скважин основная потеря промывочной жидкости наблюдалась в интервале 0-50 м. От 50 до 100 м количество потерь уменьшалось вдвое, и на нижележащих глубинах вскрывались лишь единичные трещины. Нижняя граница распространения зоны активной трещиноватости – 100-120 м. Зоне активной трещиноватости соответствует I гидродинамическая зона. Указанная зависимость тесно связана с распределением фильтрационных свойств пород по площади. Решающее влияние здесь имеют геоморфологические факторы, накладывающие отпечаток на направление движения подземных вод. Вследствие хорошей промытости трещин в местах разгрузки – долинах рек, ручьев, в логах наблюдаются повышенные значения коэффициента водопроводимости. Удельные дебиты изменяются от 0,03 л/сек (скв. 2109) до 3,57 л/сек (скв.1543). В случае вскрытия отдельных открытых трещин, секущих песчаники, и имеющих очевидно, большую площадь водосбора, значения водопроводимости могут приближаться к 100 м²/сут. и превышать эту величину (скв.1543,1983,1553).

Довольно четко выражена зависимость от гипсометрического положения скважин. Это отражено и на водообильности скважин, расположенных в пониженных местах. Наибольшие удельные дебиты (0,58 - 3,57 л/с) были получены скважинами с наименьшими абсолютными отметками. Скважины, расположенные в долинах тех же речек, но выше по рельефу, имели удельные дебиты значительно меньшие 0,16 – 0,05 л/с.

К водоразделам, по мере приближения к областям питания, кольматаж трещин усиливается и водообильность снижается. Если в нижних частях склонов удельные дебиты скважин составляли 0,01 – 0,25 л/с, то при приближении к водоразделам – 0,0014 – 0,09 л/с.

Коэффициенты водопроводимости водораздельно-склонового пространства составляют 0,1 – 33 м²/сут.

С глубиной трещиноватость пород затухает и породы II гидродинамической зоны расположенной ниже 100 – 120 м, обладают очень слабыми водопроводящими свойствами. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,031 до 0,00003 л/с, коэффициенты водопроводимости составили тысячные доли м²/сут.

На рисунке 2.5-1 приведен гидрогеологический разрез по 20 р.л.

Опробование не выявило закономерной приуроченности зон притоков к зонам тектонических нарушений. В большинстве своем - последние не отличаются по обводненности от окружающих ненарушенных пород.

Структурные особенности участка, (пласты образуют отрицательную брахискладку), так же не накладывают закономерность на обводненность пород.

Подземные воды имеют напорно-безнапорный характер. В понижениях рельефа пъезометрические уровни устанавливаются выше дневной поверхности.

В долинах мелких речек уровни могут достигать +1,5 – 2 м при значениях напоров 6-15 м.

В водораздельных частях участка статические уровни устанавливались на глубинах до 60 м.

Рисунок 2.5-1 Гидрогеологический разрез по 20 р.л.

Взаимосвязь водоносных горизонтов, поверхностных и подземных вод не совершенна за счет высоких сопротивлений русловых отложений. Но при больших градиентах, в паводковые периоды и, особенно, при горных подработках взаимосвязь может значительно улучшиться.

Режим подземных вод относится к типу местного сезонного, в основном весеннего, частично осеннего питания.

Преобладают подтипы режима водораздельный и склоновый. Поскольку мощность четвертичного покрова небольшая, наблюдается отчетливая зависимость режима подземных вод от климатического и геоморфологического факторов.

Естественный режим подземных вод в настоящее время нарушен дренирующим влиянием горных работ.

Горные работы ведутся с 1988 года, с момента сдачи шахты в эксплуатацию.

Западное крыло пластов 30 и 29а в настоящее время отработано.

На момент разработки документации на шахте ведется отработка запасов лавы 26-22, (пласт 26а).

Отработка запасов предусматривается системой разработки длинными столбами с полным обрушением кровли (ДСО). Длина лав из-за меняющихся горно-геологических условий (высокий угол падения до гор.+30) не постоянна и составляет от 80 до 200 м.

В таблице 2.5-1 представлены фактические минимальные и максимальные водопритоки по шахте за последние 5 лет.

Таблица 2.5-1 Фактические водопритоки по шахте
Год	Пласт 30		Пласт 29а		Пласт 26а		Пласт 26а юг
	min,м3/ч	max,м3/ч	min,м3/ч	max,м3/ч	min,м3/ч	max,м3/ч	min,м3/ч	max,м3/ч
2011	36	86	12	32	11	34	6	24
2012	16	74	18	36	18	34	9	21
2013	19	34	15	30	17	22	8	26
2014	15	25	15	25	15	23	22	32
2015	9	17	17	32	16	28	18	32

 

По химическому составу воды четвертичных отложений относятся к гидро -карбонатным кальциево-магниевым с величиной сухого остатка 0,2-0,6 г/л.

Воды не агрессивные, от нейтральных до слабокислых; содержание аммония до 0,1 мг/л, нитратов до 5 мг/л, нитритов до 1,5 мг/л, жесткость повышенная, достигает 24 мг-экв/л.

Воды I гидродинамической зоны продуктивных верхнепермских отложений гидрокарбонатные - натриевые, натриево-кальциевые, кальциево-натриевые и кальциево-магниевые с величиной сухого остатка до 1 г/л. Воды от слабо-щелочных до слабо-кислых, не агрессивные. По отдельным скважинам наблюдается повышенное содержание аммония до 4,5 мг/л. Содержание остальных микрокомпонентов в пределах нормы. Повышенное содержание токсичных элементов не обнаружено. С глубиной соотношение макрокомпонентов коренным образом не меняется, величина сухого остатка возрастает и составляет более 1,5 г/л, а в отдельных опробованных точках достигает 1,9-2,9 г/л за счет повышенного содержания ионов натрия.

 

ОАО «Шахта «Антоновская» находится на юге Кузбасса в Новокузнецком районе Кемеровской области и разрабатывает запасы каменного угля в северной части Байдаевского геолого-экономического района Кузбасса в соответствии с лицензией на право пользования недрами КЕМ №01760 ТЭ от 18.11.2013 г.

Шахта имеет общие границы с шахтой «Полосухинская», с шахтой «Есаульская» и с шахтой «Большевик».

Шахта «Антоновская» создана в 1998 году на базе АОЗТ ШСМУ шахты «Полосухинская» и ООО «Горняк». Добычные работы в границах шахты «Антоновская» (бывший участок «Антоновский-2 шахты «Полосухинская») ведутся с 1996г.

Общая длина шахтного поля по простиранию составляет 2,5 км, вкрест простирания – 4,8 км. Глубина отработки около 500 м.

В границах шахтного поля залегают 6 рабочих пластов: 34, 33. 32, 30, 29а и 26а.

Пласты вскрыты наклонными выработками по пластам.

Горно-геологические условия отработки угольных пластов сложные. Пласты относятся к угрожаемым по горным ударам и по внезапным выбросам, газоносность достигает 21 м³/т с.б.м. Высокая дизъюнктивная нарушенность. Углы падения пластов колеблются от 2 до 60 град., мощность от 0,8 до 4,5 м.

 

4.Качество углей и его технологические свойства

Метаморфизм, петрографический и марочный состав углей

Петрографический состав углей однороден, преобладающими типами являются блестящие и полублестящие. Блестящий и полублестящий типы являются пластообразующими. Они нередко почти нацело слагают отдельные пласты угля. Такие угли обладают стеклянным блеском, неровным изломом, большой хрупкостью.

Структура угля неяснополсчатая, реже полосчатая, иногда штриховатая. Наблюдается глазковая отдельность с кальцитом и зернами пирита.

По микроструктуре уголь представляет собой кларен,плавно переходящий в ультракларен. Встречается так же кларен с включениями полос витрена. Основная масса неоднородная. Ферменные элементы – микроспоры, тонкие элементы кутикулы, мелкие обрезки фюзенизированных тканей, а так же редкие линзы фюзена.

Главной петрографической составляющей является витринит. Содержание его колеблется от 82,2 % (пл. 34) в пересчете на беззольный уголь. Содержание инертинита колеблется от 7,6% (пл.26^а), до 12,5 % (пл. 37^а). Установлена закономерность изменения петрографических показателей в стратиграфическом разрезе. Содержание витринита с глубиной возрастает, в то время , как содержание инетртинита падает.

Высокое содержание компонентов группы витринита обуславливает хорошую спекаемость углей. Содержание семивитринита колеблется от 1,0 до 2,0 % (33. пл), а содержание липтинита- 1,2% до 2,6%. (табл.1) Из минеральных примесей присутствуют зерна карбонатов, пирит, глина, содержание их достигает до 9%.

Четких закономерных изменений петрографического состава углей по площади поля шахты в связи с изменением мощности пластов или их расщеплением, не установлено.

Марочный состав угля зависит от регионального метаморфизма, поскольку петрографический состав углей однороден. За стандартный показатель метаморфизма принята отражательная способность витринита, которая увеличивается от верхних стратиграфических горизонтов к нижним. Об изменении степени метаморфизма со стратиграфической глубиной можно судить и по изменению таких показателей, как выход летучих веществ, толщина пластического слоя, содержание углерода, водорода, теплота сгорания угля. Содержание углерода изменяется от 81,4% до 84,9%, увеличиваясь от стратиграфических верхних горизонтов к нижним. Содержание водорода изменяется от 5,3 % до 5,7 %. Нарастание его с увеличением метаморфизма происходит менее интенсивно, чем содержание углерода. Содержание кислорода и азота в ряду метаморфизма уменьшается от 12,9% до 8,3%. Закономерных изменений элементного состава по площади не установлено.

Толщина пластического слоя, содержание углерода, водорода и теплотворная способность углей со стратиграфической глубиной возрастают, а выход летучих веществ уменьшается.

В границах участка II очереди отмечается уменьшение метаморфизма к выходу пласта, особенно четко вино на примере пласта 26^а по показателю толщины пластического слоя. К центральной части толщина пластического слоя от 30 мм до 43 мм, от периферии она падает о 25 мм.

Главными показателями, определяющими марочную принадлежность углей, согласно ГОСТ 8162-79, являются выход летучих веществ и толщина пластического слоя.

В пределах района распространяются угли с выходом летучих от 36,2 (пл. 34) до 38,4 (пл.37) и толщиной пластического слоя от 13 мм до 29 мм (средние показатели), соотвествуют марки угля Г, ГЖ, Ж. К газовым группы Г6 относятся угли пластов 37, 33, 30, к газовым группы Г17 относятся пласт 29^а, к газово-жирным пласты 34, 32, 31, к жирным -26^а пласт.

Таблица 3.Микропетрографическая характеристика углей

 

Наименование пласта	Содержание групп мацералов, %				Показатель отражения витринита в иммерсионном масле R0, %	Стадия метаморфизмапо ГОСТ 21489-76 по средним показателям
	Витринит (Vt)	Семивитринит (Sv)	Инертинит (I)	Липтинит (L)
34	79,4-80,4 82,2 (5)	1,0-1,1 1,1 (5)	13,1-16,5 14,5 (5)	1,0-3,1 2,1 (5)	0,75-0,84 0,80 (5)	II
33	78,4-86,0 84,0(5)	1,0-3,1 2,0 (5)	10,0-15,5 12,3 (5)	1,0-4,1 1,8 (5)	0,75-0,84 0,60 (5)	II
32	76,8-90 85 (13)	0-3,0 2,0 (13)	10-25,5 12,3 (13)	1,0-2,1 1,5 (13)	0,75-0,85 0,80 (13)	II
31	80-84 86 (11)	0-3,0 1 (11)	5,8-10 2,1 (11)	1-4 2 (11)	0,77-0,84 0,7 (11)	II
30	74,7-89,8 84,1 (15)	1-1,3 1,4 (15)	7,2-20,3 12,5 (15)	1,0-1,3 2 (15)	0,76-0,84 0,81 (15)	II
29а	72,4-91 86,2 (22)	0-6,1 1,6 (22)	7,0-20,2 11,7 (22)	1-4,1 10 (22)	0,80-0,82 0,82 (22)	II
26а	80-98 89 (28)	0-3,0 1,0 (28)	1-13,0 7,4 (28)	1-4,1 2,1 (28)	0,84-0,85 0,84 (28)	II

Содержание в углях вредных примесей

К вредными примесям относятся: сера, мышьяк, ртуть, бериллий,

фтор, для коксующих углей – фосфор.

Содержание серы изучено по многочисленным пробам.

Среднее ее содержание по большинству проб углей менее 1%, за исключение пласта 37, содержание серы составляет 1%. Повышенное содержание связано с серой органической. Но в целом угли малосернистые , не представляют никакой опасности.

Содержания в углях элементов – мышьяк, бериллий и фтор ниже предельно допустимых концентраций (ПДК). Содержание ртути по многим пробам выше ПДК. Содержание ртути было изучено по 47 пробам, из них 11 проб не имеют ртути, 18 проб имеют содержание меньше 1 г/т, а остальные 18 проб выше 1 г/т.

Содержание ртути, мышьяка и фтора возрастает с увеличением метаморфизма. По пластам 37, 36 содержание ртути и мышьяка максимальное. Установлено, что это связанно с содержанием серы. Выявлена тесная зависимость содержание ртути с серой. Кроме того, выявлена тесная связь ртути и мышьяка между собой.

Для коксующих углей к вредным примесям относят фосфор. Содержание фосфора в углях поля шахты Антоновской колеблется от 0,002 % до 0,184%.