Основные стадии и этапы работ при организации и ведении мониторинга

Состояния недр

Основными характеристиками, определяющими горно-геологические условия являются ведения горных работ являются: физико-механические свойства руды (углей) и вмещающих пород (крепость пород по Протодьяконову, абразивность, временное сопротивление сжатию, плотность, пористость, скорость продольных волн, коэффициент Пуассона, модуль Юнга, модуль объёмной упругости, модуль сдвига); морфология и выдержанность залежей полезного ископаемого; нарушенность и трещиноватость толщи; устойчивость кровли и почвы залежи полезного ископаемого; газоносность (состав газов и газовая зональность, метаноносность), выбросоопасность, пыленосность, силикозоопасность, способность сульфидных руд (углей) к самовозгоранию.

Физико-механические свойства горных пород изучаются в основном на стадии разведки по керновому материалу, по данным каротажа, а на стадии эксплуатационной разведки по редким пробам, отобранным в горных выработках и экспресс-методами. Для участков вскрытых горными выработками производят сопоставление данных разведки и эксплуатационной разведки.

Основными факторами, влияющими на поведение кровли и почвы угольных пластов, приняты: их строение, состав вмещающих пород, их мощность и прочность, мощность угольного пласта, сцепление между слоями. При залегании в кровле пласта однородной толщи мощность непосредственной кровли принимается равной пятикратной мощности пласта.

Для условий Кузбасса непосредственная кровля классифицируется неустойчивой, если она сложена трещиноватыми аргиллит-алевролитовыми слоями, с включениями углистого материала, имеющими низкую прочность (s_сж. до 25 МН/м²) и слабое сцепление с вышележащим слоем. Среднеустойчивая кровля представлена переслаиванием разнозернистых алевролитов, средней прочности (s_сж.=25÷45 МН/м²).

Основная кровля считается легкообрушающейся, если она сложена аргиллит-алевролитовыми слоями, трещиноватыми, с включениями углистого материала, имеющими низкую прочность (s_сж.до 25 МН/м²). Среднеобрушающаяся кровля обычно представлена разнозернистыми алевролитами, различными типами переслаивания песчано-глинистых пород средней прочности (s_сж.=25÷45 МН/м²) или песчаниками, мощностью менее 8 м, а также при отстоянии слоя песчаника от пласта более чем на трехкратную его мощность. Труднообрушающаяся кровля сложена песчаниками, мощностью более 8 м, прочными (s_сж. более 45 МН/м²), а также при удаленности их от пласта на расстояние не более трехкратной мощности пласта. При большой мощности пласта принято ограничение по последнему фактору – 6 м.

В границах зоны выветривания непосредственная кровля часто неустойчива, основная кровля – легкообрушающаяся.

Классификация почвы пласта выполняется по содержанию глинистого вещества в породе. Если глинистость меньше 44% - почвы не склонны к пучению, 44÷84% - слабопучащие, больше 84% - склонны к пучению.

Минимальная критическая глубина появления внезапных выбросов угля и газа определяются по газовому фактору из выражения[25]:

Н_кр=

где Н₅ – глубина залегания поверхности метановой зоны (глубина залегания изогазы «5» м³/т с.б.м.);

grad X – градиент нарастания метаноносности пласта от поверхности метановой зоны, м³/т с.б.м. на 100 м;

V^daf – среднее значение выхода летучих веществ из угольного пласта по изогазе «15» м³/т с.б.м. на интервале рассматриваемой линии, %;

F – среднее содержание фюзинита в угольном пласте, %

Каменные угли с выходом летучих веществ (V_c^daf) более 10% относятся к опасным по взрываемости угольной пыли.[26]

Критерием для определения силикозоопасности горных пород является показатель содержания в них свободной двуокиси кремния (SiO₂). Породы с содержанием SiO₂ более 10% относятся к силикозоопасным.[27]

Склонность углей к самовозгоранию оценивают по методу В.С. Веселовского и Г.Л. Орлеанской по величине разности температур возгорания (Δt) исходного (восстановленного t_в^в) и окисленного пергидролем (t_в^о) угля. Угли дающие понижение температуры возгорания окисленного угля по отношению к неокисленному Δt до 5⁰С относятся к неопасным (не склонным) к самовозгоранию, а при Δt =25⁰С и более считаются опасными по самовозгораемости.

[1] Горный отвод – геометризованный участок недр, предоставленный недропользователю на основе лицензии для целей добычи полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, образования особо охраняемых геологических объектов, а также для разведки запасов минерального сырья. Недропользователь имеет исключительное право пользования недрами в границах горного отвода в соответствии лицензией. Иная деятельность, связанная с пользованием недрами в границах горного отвода не допускается.

[2] Горная масса — смесь полезного ископаемого, пустых и вмещающих горных пород, крепежных и закладочных материалов, образующаяся при разработке залежей полезных ископаемых и сопутствующих работах.

[3] Массив горных пород- участок недр, выделяемый для целей изучения и освоения. Массив горных пород состоит из множества структурных элементов: блоков и ограничивающих блоки ослабленных зон.

[4] Геологическое тело – участок недр в геологических границах.

[5] Геологическая граница – поверхность (линия, точка), установленная в недрах в результате однозначной процедуры. Геологические границы являются специализированными по тому свойству (свойствам), по которым они выделены, и различаются по мерности, природе и процедуре выделения. Различают: 1) границы резкостные, при переходе через эти границы качественно меняются характеристики, по которым выделено геологическое тело(например, поверхность напластования); 2) дизъюнктивные границы - соответствуют тектоническим контактам; 3) условные границы различных типов: определяются фиксированными значениями конкретных свойств (например, содержание полезного компонента); или выделяются по качественному признаку (напр., участки залежи с пологим и наклонным падением); или являются хроностратиграфическими; или определяются, каким либо нормативным путем (например, границы месторождений и горных отводов). Границы различной геологической природы могут пересекаться. Следует также различать: достоверные геологические границы – прослеженные прямыми наблюдениями на всем протяжении, вероятные – прослеженные косвенными методами и подтвержденные прямыми наблюдениями в отдельных точках, предполагаемые – установленные только косвенными методами.

[6] Технологичность запасов полезного ископаемого, извлекаемость запасов – пригодность и подготовленность запасов полезного ископаемого к эффективной отработке с высокой нагрузкой на забой.

[7] К руде относятся, как металлические полезные ископаемые, так и некоторые виды неметаллического минерального сырья, например, баритовая, графитовая, асбестовая, агрономическая руда.

[8] Горное давление - совокупное напряжённое состояние недр, возникающие вследствие естественного напряженного состояния и техногенных воздействий на недра и вызывающее сдвижение массива горных пород и деформация земной поверхности, а также динамические явления в горных выработках, деформации и срезание обсадных колон буровых скважин. Наиболее опасные динамические явления: горные удары и внезапные выбросы.

[9] Горный удар – мгновенная разрядка потенциальной энергии техногенно измененного участка недр, сопровождающаяся хрупкой деформацией массива горных пород.

[10] Внезапный выброс – лавинообразная деформация массива, сопровождающаяся значительным газовыделением, дезинтеграцией горных пород и перемещением продуктов выброса в горную выработку.

[11] Эндогенный пожар – неконтролируемый процесс горения горных пород, вызванный их самовозгоранием.

[12] Под георесурсами понимаются, содержащиеся в недрах источники удовлетворения различных потребностей общества в минеральном веществе, энергии, пространстве и информации.

[13] Геологический отвод – участок недр, предоставляемый недропользователю для геологического изучения без проходки тяжелых горных выработок – траншей, штолен, шахтных стволов и бурения скважин, используемых для добычи полезных ископаемых. В границах геологического отвода могут одновременно проводить работы несколько пользователей недр, взаимоотношения которых определены соответствующими лицензиями.

[14] Кондиции на минеральное сырьё — совокупность требований к качеству и количеству полезных ископаемых в недрах, к горно-геологическим и другим условиям разработки месторождения, определяющим его промышленную ценность. Временные кондиции используются для оперативного подсчёта предварительно оцененных запасов и решении вопроса о целесообразности разведки месторождения.

[15] Суммарная площадь 100 скважин колонкового бурения Ø 59 мм составляет порядка ⅓ м². При площади залежи в 1 км² и мощности в 1 м керновым материалом будет охарактеризована 3 млн. доля объема залежи. Поэтому скважинами можно изучать лишь залежи простого строения.

[16] ГОСТ 2.850-75 - ГОСТ 2.857-75 «Горная графическая документация». –М.: Изд-во стандартов, 1983, -200 с.

[17] Развертка – сопряженное изображение разных сечений геологических тел. При составлении развертки одну из поверхностей обнажения массива горных пород совмещают с плоскостью чертежа, а остальные поверхности обнажения разворачивают по линиям сопряжения в разные стороны на плоскость чертежа.

[18] Геологический блок – участок месторождения, характеризующийся более или менее равномерной изученностью, близкими геолого-промышленными, горно-геологическими и, следовательно, горнотехническими параметрами.

[19] Кушнарев И.П., Лукин Л.И. Об изучении трещинной тектоники // Сб. «Проблемы тектонофизики». Тр. I Всесоюзн. тектонофиз. сов. 1957. Госгеолтехиздат, 1960.

[20] Журков С.Н., Слуцкер А.И., Марихин В.А. Определение формы субмикроскопических трещин в деформированных полимерах // Физика твердого тела. Т.1, вып. 11, 1959.

[21] Схема справедлива для взброса в вертикальной проекции и сдвига в горизонтальной. Поворот по часовой стрелке на 90° делает ее справедливой и для сброса в вертикальной проекции.

[22] СНиП 2.01.15-90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования. –М.: 1991.

[23] Павловский Н.Н. Учебный гидравлический справочник. – Л.: 1929. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: 1986. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. – СПб.: 1992. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения. - М.: 1986.

[24]Капеж – подземные воды, поступающие в виде капель из кровли и со стенок горных выработок или пещер.

[25] “Методика оценки выбросоопасности угольных пластов с глубиной на разведываемых участках по геологоразведочным данным” ВОСТНИИ, 1989 г.

[26] “Единые правила безопасности в каменноугольной промышленности”, 1997 г.

[27] Постановление СМ СССР 1774 от 17.09.2005 г.