Горно-геологические условия и инженерно-геологическая характеристика пород вскрыши и угля

Изучение инженерно-геологических и горнотехнических условий отработки участка Холбольджинский проводилось, практически, на всех этапах геологоразведочных работ. Физико-механические свойства пород изучались по монолитам из скважин и шурфов в лабораторных и полевых условиях.

В 1971 – 73г.г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) были выполнены научно-исследовательские работы по изучению устойчивости бортов Холбольджинского разреза с целью уточнения и обоснования параметров бортов и отвалов. В результате проведенных работ изучены физико-механические и деформационные свойства вмещающих пород, пород отвалов и их основания, сделаны расчеты по определению устойчивости бортов разреза с учетом сейсмичности и определены параметры устойчивости отвалов.

В 1993 году научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом по добыче полезных ископаемых открытым способом (НИИОГР) выполнен отчет о научно-исследовательской работе " Выполнить исследования по определению устойчивых углов откосов вскрышных уступов рабочего борта разреза " Холбольджинский" п.о. " Востсибуголь". В данной работе приведены результаты дополнительного изучения физико-механических свойств пород Холбольджинского участка.

По данным геологоразведочных работ в литологическом составе отложений угленосной толщи выделяются следующие разновидности пород:

1. Песчаники на глинистом, известковистом или известково-кремнистом цементе;

2. Алевролиты;

3. Аргиллиты;

4. Гравелиты и дресвяники;

5. Конгломераты и брекчии;

6. Угли бурые;

7. Горелые породы;

8. Четвертичные (несцементированные) отложения.

Угольные пласты, имея мощность в основном от 10 до 20м, характеризуются выдержанностью, как по простиранию, так и по падению. Породы, заключенные между угольными пластами (междупластья) различаются по мощности и по процентному соотношению литологических разностей.

Средние мощности междупластий и процентное соотношение между литологическими разновидностями пород приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Основные физико-механические характеристики пород вскрыши приведены в таблице 1.2.

Четвертичные отложения распространены на площади участка повсеместно, залегают в виде сплошного покрова мощностью от 1-2 до 5-8м, нередко мощность отложений достигает 16 – 30м. Представлены суглинками с прослоями песка, гравия или дресвы и щебня; супесями с песком или щебнем; песчано-щебенистыми отложениями. Наибольшим распространением пользуются суглинки с включениями песка, дресвы и щебня.

Породы являются хорошим основанием фундаментов сооружений легкого и среднего типов, а также хорошим основанием под отвалы. В естественном залегании в бортах карьеров довольно устойчивые: углы откоса бортов 40 – 50°, в отвалах 20 -30°.

Песчаники весьма слабые на глинистом цементе занимают основное положение в продуктивной толще участка и составляют от 70 до 85% общей мощности разреза. Мощность слоев достигает 15-30м, увеличиваясь в отдельных случаях до 60 – 80м.

Песчаники различного гранулометрического состава – от тонкозернистых до грубозернистых. Цемент песчаников глинисто-серицитовый или глинисто-слюдистый, базальный. Углы естественного откоса в бортах действующих карьеров – 25-40°.

Песчаники слабые на глинистом цементе пользуются меньшим распространением и залегают в виде выдержанных слоев мощностью от 5 до 10м, иногда в виде линз и невыдержанных слоев. По своей структуре, минералогическому гранулометрическому составу мало отличаются от песчаников весьма слабых, но обладают повышенным объемным весом, сцеплением, сопротивлением сжатию.

Песчаники среднепрочные на известковистом и кремнисто-известковистом цементе пользуются ограниченным распространением, составляют 2 – 5% мощности разреза толщи и являются наиболее крепкими породами. Встречаются в виде маломощных линз и прослоев мощностью от 0, 2 до 1, 0м среди песчаников на глинистом цементе. В природных условиях довольно прочные. Для экскавации песчаников требуется предварительное взрывание. Небольшие очень прочные глыбы (от 0, 5 до 1, 5м) песчаников на кремнистом цементе не являются серьезным препятствием при эксплуатации.

Алевролиты весьма слабые и слабые широко распространены, залегают в виде линз и выдержанных слоев мощностью от 1 до 10м, часто переслаиваются с песчаниками и аргиллитами. Сложность выражена отчетливо, местами породы трещиноваты. Алевролиты водонепроницаемы, трещиноватые разности обладают относительной проницаемостью. В бортах карьеров алевролиты достаточно устойчивые, образуют углы устойчивого откоса 60 – 65°, в отвалах 35 – 40°.

Алевролиты среднепрочные имеют ограниченное распространение, отличаются высокой прочностью, разбиты микротрещинами. При экскавации требуют предварительного рыхления.

Аргиллиты составляют от 3 до 25% от мощности продуктивной толщи. Аргиллиты обычно слагают кровлю и почву угольных пластов и являются относительно водонепроницаемыми породами. При взаимодействии с водой некоторые разновидности разбухают и пучат. По гранулометрическому составу эти породы относятся к тяжелым глинам. Борта карьеров, пройденных по аргиллитам обычно устойчивы.

Таблица 1.2

Наименование литологических разностей пород вскрыши

Содержание в общем объеме, %

Объемная масса, т/м3

Удельный вес, т/м3

Влажность естественная, %

Пористость, %

Временное сопротивление сжатию,

Временное сопротивление растяжению,

Угол внутреннего трения, град

Удельное сцепление,

Крепость пород по Протодъяконову

Конгломераты и брекчии залегают в виде выдержанных слоев, пропластков и линз, характеризуются слабой окатанностью и небольших размеров галек. Цемент конгломератов и брекчий песчано-глинистый, реже известковистый.

Угли в разрезе продуктивной толщи составляют 10-12%. Пласты угля трещиноваты, развита густая сеть трещин кливажа, перпендикулярных и наклонных к плоскостям наслоения, обладают высокими фильтрационными свойствами. Плотность углей зависит от зольности, степени выветрелости и трещиноватости.

По физико – механическим свойствам угли подразделяются на весьма слабые и слабые. В бортах карьеров уголь всегда устойчив, только рыхлые сажистые разности слабо устойчивы.

Углистые аргиллиты залегают обычно в кровле и почве угольных пластов и слагают внутрипластовые породные прослои мощностью от 1 до 2м. Как правило, это крепкие породы с отчетливо выраженной сланцеватостью, на воздухе быстро выветриваются, растрескиваясь на тонкие плитки.

Породы обладают невысокой крепостью, но обладают хорошей устойчивостью.

Углы откоса в бортах карьера и естественном залегании составляют 60 – 70°, в отвалах 25 – 30°.

Газоносность угольных пластов и пород междупластий установлена геологоразведочными работами. Наибольшая газонасыщенность свойственна для горизонтов, залегающих на глубинах более 100м. На более глубоких горизонтах опасность газопроявлений увеличивается.

Горные выработки Холбольджинской площади являются опасными по пыли. Для борьбы с пылью должны производиться мероприятия по обеспыливанию горных выработок карьерными (очищенными) водами.

Силикозоопасность пород продуктивной толщи изучена по пробам из керна скважин и горных выработок.

Содержание свободной кремнекислоты в породах составляет:

Уголь практически отсутствует

Аргиллиты от 1, 0 до 8-10%, редко 12%

Алевролиты от 15, 0 до 34%

Песчаники от 27, 0 до 43, 0%

Наиболее силикозоопасными являются кварцесодержащие породы – алевролиты и песчаники.

Многолетняя мерзлота на площади месторождения не обнаружена.

Характерные структурные колонки по разведочным скважинам Холбольджинского участка, с указанием разновидности пород, приведены на чертежах 4311-103-ГГ, листы 2-4 и рисунке 1.7.