CC BY
1УДК 622:550.81
К. В. Репина
ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШАХТ ДОНЕЦКО-МАКЕЕВСКОГО РАЙОНА
В статье рассмотрены горно-геологические условия эксплуатации шахт Донецко-Макеевского угленосного района. Сложность тектонического строения шахтного поля определяет не только разведочную сеть скважин, но и степень подтверждения запасов во время отработки угольных пластов.
Ключевые слова: тектонические нарушения, угленосная толща, шахтное поле, горно-геологические условия, разведочная сеть.
Введение. Геологическое строение Донецко-Макеевского района весьма неоднородно. Это связано с тем, что здесь присутствуют системы надвигов, имеющих разное время заложения. Большая часть Донецко-Макеевского угленосного района расположена на южном склоне Главного антиклинория Донбасса, в зоне развития мелкой складчатости. Надвиги, имеющие одно направление с основной линейной складчатостью Донбасса, появились в связи с его формированием и отнесены к наиболее древним. Западная часть района характеризуется простым геологическим строением. Она расположена в пределах юго-восточного крыла Волчанской синклинали. Для неё характерно моноклинальное залегание пластов угленосных свит среднего
5 1
карбона (С2 -С2). Шахтные поля, расположенные в этой части относятся по сложности геологического строения к I группе. Это шахты: Трудовская, Петровская, Челюскинцев, Абакумова, Ско-чинского и др.
Последующие тектонические дислокации усложнили первичную структуру района, привели к образованию поперечных складок северо-восточного и субмеридионального простирания, что способствовало появлению серии надвигов, параллельным
этим складкам. Такая более молодая, наложенная система тектонических нарушений присутствует в центральной и восточной частях района наряду с пологими субширотными складками [1]. Расположенные здесь шахтные поля отнесены ко II группе сложности геологического строения. Отработка угольных пластов шахтами им. А. Ф. Засядько, «Бутовка-Донецкая», «Кальмиус-ский рудник» ведётся на глубинах 1420-1600 м, что дополнительно усложняет горно-геологические условия эксплуатации.
Целью данного исследования является оценка достоверности прогноза горно-геологических условий эксплуатации шахтных полей Донецко-Макеевского угленосного района разной степени сложности по геологоразведочным данным.
Материалы и методы исследования. Сложность горногеологических условий эксплуатации напрямую связана с тектоническим строением шахтного поля. Если шахтное поле находится в пределах одной тектонической структуры, то горногеологические условия отработки угольного пласта при отсутствии дополнительных дизъюнктивных нарушений меняются незначительно. В зонах перехода одной пликативной структуры в другую, а также при наличии крупных надвигов на шахтном поле наблюдается значительная изменчивость морфометрии и условий залегания угольного пласта [2]. Рассмотрим эти условия на примере конкретных шахт Донецко-Макеевского района.
В Донецко-Макеевском районе угленосную толщу составляют все свиты среднего карбона и нижние свиты верхнего карбона. Несмотря на более сложное геологическое строение, более высокая угленосность наблюдается в центральной части района, а самая низкая - в западной. Это связано с распространением и относительным содержанием песчаников и углей в различных сви-
3 5 6
тах карбона. В свитах С2 , С2 , С2 песчаники составляют 32 -
12 7
34 %, а менее угленосных свитах - С2 , С2 1 С2 - 19 - 20 %. Наибольшее число угольных пластов балансовой мощности
3 5 6 1
включают свиты С2 , С2 , С2 и С2 . В свитах среднего карбона
12 4
С2 , С2 , С2 встречаются угольные пласты, достигающие рабочей мощности, но их промышленное значение ограничено [3]. Угленосность свит верхнего карбона крайне невелика: в свите С31 содержится только один угольный пласт рабочей мощности, а в
свите С32 все угольные пласты не имеют промышленного значения.
К главным угольным пластам района относят 11 пластов: h3, h7, h8, h10, k8, l1, l3, l4, l81, m3, n1. Эти пласты сохраняют рабочую мощность на большей части площади и разрабатываются многими шахтами. Угольные пласты имеют преимущественно сложное строение, включающее несколько прослоек, которые имеют мощности от нескольких сантиметров до 0,5 м. Некоторые угольные пласты (h10, k8, l1, n1) расщепляются на две пачки, которые в дальнейшем разрабатываются как отдельные самостоятельные пласты [3].
Поле шахты им. Скочинского находится в западной части Донецко-Макеевского района и расположено на границе двух структурных зон Донецкого бассейна. Основная часть запасов (85,9 %) представлена коксующимся малосернистым углем, из которых 65,7 % составляют дефицитные марки Ж, К, ОС [4]. Промышленная угленосность поля шахты им. А.А. Скочинского связана с отложениями свиты С23 среднего карбона. Стоящие на балансе шахты угольные пласты h10, h8, h61, h3 имеют кондиционную мощность на всей площади шахтного поля или на отдельных его частях - пласты h11, h5.
Основная часть шахтного поля находится на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины. Крайние восточная и юго-восточная части расположены в зоне поперечных дислокаций зоны мелкой складчатости [2]. При этом западная и центральная части характеризуются пологим моноклинальным слабонару-шенным залеганием. Здесь угольные пласты имеют запад-юго-западное простирание, с переходом на отдельных участках на юго-западное и с пологим падением пород (7 - 16°) на северо-запад.
Восточная часть шахтного поля расположена в зоне влияния Ветковской флексуры, которая принадлежит к группе субмеридиональных пликативных структур района. Здесь углы падения пластов увеличиваются до 26 - 40° с изменением простирания до субширотного во висячем крыле Ветковской флексуры. Дополнительное усложнение геологического строения угольных пластов наблюдается с приближением к двум крупным надвигам района
- Французскому и Коксовому, которые расположены на восточной границе шахтного поля. В зоне их сочленения происходит увеличение углов падения до 21 - 40° с изменением направления падения с северо - западного на северо - восточное, которое установлено на площади шириной 1200 - 1400 м [4]. Разрывные нарушения внутренней части шахтного поля характеризуются как мелкоамплитудные, поскольку амплитуды смещения крыльев пластов обычно не превышают 10 м. В процессе горных работ установлена их генетическая связь с Французским надвигом. По отношению к породам все нарушения имеют диагональное простирание и затухают с глубиной. Простирание нарушений в западном крыле северо-западное (юго-восточное); в восточной части шахтного поля простирание разрывных нарушений субширотное и по расположению рассматриваются как апофизы Французского надвига. Сместители этих нарушений имеют ступенчатый характер и сопровождаются зонами потери запасов при отработке. Ширина таких зон коррелируется с амплитудами этих нарушений. Поскольку большая часть балансовых запасов связана с западной частью шахтного поля, тектоническое строение шахтного поля квалифицируется как простое.
Плотность разведочной сети регламентируется в связи с необходимой степенью геологической изученности шахтного поля. Она должна обеспечивать не только определённое соотношение балансовых запасов угля по категориям А+В+С1, но и обеспечивать требуемую точность подсчета запасов для блоков отдельных категорий. Геологоразведочные скважины расположены в 26 разведочных профилях, ориентированных вкрест простирания пород. Расстояния между линиями 500-1000 метров с увеличением до 1200-1700 метров в восточной части шахтного поля, где расположены забалансовые запасы. На площадях балансовых запасов поля шахты им. А. А. Скочинского плотность разведочной сети меняется от 0,12 до 2,17 скважин на 1 км2 [4]. Это связано с изменчивостью элементов залегания пластов и усложнением тектонического строения угольных пластов. Минимальная плотность сети принята в западной части шахтного поля с моноклинальным ненарушенным залеганием пластов. С переходом в центральную и восточную части шахтного поля возникает необхо-
димость повышения числа скважин для обеспечения требуемой точности подсчёта запасов соответствующих категорий В+С1. Здесь плотность разведочной сети имеет максимальные значения. Для обеспечения точности подсчёта запасов блоков, расположенных в зонах тектонических нарушений бурятся дополнительные скважины.
Поле шахты им. А.Ф. Засядько расположено в центральной части Донецко-Макеевского района, на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины. Здесь развиты как крупные (флексуры), так и мелкие пликативные структуры, дополнительное влияние на горно-геологические условия отработки угольных пластов оказывают дизъюнктивные тектонические нарушения. Шахтное поле расположено в висячем крыле регионального Французского надвига, между двумя флексурными складками - Ветковской и Чайкинской. Обе флексуры сопровождаются Григорьевским надвигом с четырьмя ветвями Ветковского надвига. Поле шахты представляет собой слабо выраженную синклинальную складку, ограниченную флексурами. Северо-западное крыло этой складки опущено, юго-восточное приподнято. На крыльях этой складки образовались пликативные структуры второго и третьего порядка, представляющие собой чередование локальных положительных и отрицательных структур. Помимо региональных нарушений, оконтуривающих шахтное поле по техническим границам, присутствуют мелкоамплитудные нарушения, развитые неравномерно по всему шахтному полю [5]. Они не установлены в процессе геологоразведочных работ из-за небольших амплитуд, не превышающих 2,0 м, и зафиксированы только в горных выработках. Простирание угленосной толщи субширотное, которое изменяется близ Ветковской флексуры на северо-восточное. Падение пород на север, северо-восток под углами 5 - 14 в районе флексуры углы падения достигают 30 - 40 °.
В границах поля шахты им. А. Ф. Засядько угленосная тол-
1 6 ща сложена отложениями свит С2 мощностью 460 - 510м, С2 -
мощностью 250 - 290м и С25 - мощностью 360 - 430м [2]. Шахтой отрабатываются угольные пласты m3, l4, l1, k8.
По факторам усложнения горно-геологических условий на поле шахты им. А. Ф. Засядько установлены два блока: восточ-
ный и западный [5]. В западном блоке фактором, осложняющим горно-геологические условия, является мелкоамлитудная тектоника, которая связана с конкретными тектоническими структурами. Горными работами по пластам т3 и 11 в западном блоке шахтного поля установлена мощная зона малоамплитудной нарушенности, шириной до 150 метров и северо-восточным простиранием с углами падения 20 - 25 ° и амплитудой смещения от 0,5 м до 1,75 м. При вскрытии горными выработками угольных пластов в этой части шахтного поля возникают такие осложняющие факторы, как вывалы, суфляры, в зонах трещиноватости возникают условия загазирования горных выработок. Для безопасного ведения горных работ зоны трещиноватости периклиналь-ных частей пликативных антиклинальных структур рекомендуется вскрывать опережающими скважинами с поверхности и подземными дегазационными скважинами [6].
В восточном блоке тектонические деформации отсутствуют. Здесь усложнение строения пластов связано с размывами и сопровождающими их сбросами, наличие которых обусловлено ли-тологическим строением горного массива и прочностными свойствами вмещающих пород. Прогноз горно-геологических условий здесь выполняется на основании анализа мощностей и фаций отдельных литологических разновидностей горного массива по данным геологоразведочных скважин. Условия отработки пластов сложные, обусловленные наличием неустойчивых пород кровли и почвы пластов, размывов и обводненностью выработок [5]. Для прогноза горно-геологических условий отработки угольных пластов используют результаты лабораторных испытаний образцов керна разведочных скважин и монолитов из горных выработок, дополняя их данными акустического каротажа разведочных скважин с учетом литолого-петрографических особенностей пород. Их результаты выносятся на прогнозные литолого -прочностные карты кровли и почвы пластов, дополняются данными горных работ. Затем выносят на литолого-прочностные карты контуры границ смены литологического состава пород, устанавливают прочностные свойства непосредственной кровли и почвы пластов. Выполняется прогноз горно-геологических условий отработки пласта по литолого-прочностным картам
кровли и почвы с учётом категорий обрушаемости массива пород кровли, устойчивости нижнего слоя кровли и устойчивости верхнего слоя почвы [7].
Заключение. Таким образом, с усложнением геологического строения шахтных полей повышается количество факторов, осложняющих горно-геологические условия отработки угольных пластов. На площадях значительной тектонической нарушенно-сти шахтных полей основным фактором является мелкоамплитудная тектоника, непрогнозируемая по данным геологоразведочных работ. В зонах тектонических нарушений, где низкий выход керна не гарантирует получения точных значений необходимых показателей, возрастают потери подсчитанных запасов угля. Решением этого вопроса является получение дополнительной информации с помощью бурения дополнительных скважин в районе нарушения.
При наличии сингенетичных размывов угольного пласта происходит изменение его морфометрии, смена литологического состава пород непосредственной его кровли и почвы. Для прогноза условий его отработки, выполняют анализ устойчивости непосредственной кровли и почвы пласта, который позволяет получить более полную характеристику вмещающих пород по об-рушаемости основной кровли, что способствует принятию оптимальных технологических решений.
Геолого-экономическая оценка месторождения является завершающим этапом каждой стадии геологоразведочных работ. Требованиями нормативных документов в сфере использования недр предусмотрено проведение государственной экспертизы и оценивания запасов полезных ископаемых Государственной комиссией по запасам. Точность определения горно-геологических показателей на стадии разведки определяет не только объем промышленных запасов, но и элементы, форму и мощность залегания рудных тел, ожидаемую крепость и стойкость пород. На этих показателях базируются принимаемые системы вскрытия и отработки угольных пластов.
Исследования проведены в рамках выполнения научно-исследовательской работы БЯ8Я 2024-0002 «Исследование де-
формированного состояния и геофизических свойств подработанного углепородного массива».
ЛИТЕРАТУРА
1. Забигайло, В. Е. Тектоника и горно-геологические условия разработки угольных месторождений Донбасса / В. Е. Забигайло, В. В. Лукинов и др. - Киев: Наукова думка. -1994. - 357 с.
2. Корчемагин, В. А. Структурно-тектонофизические исследования для прогноза газоносности и горно-геологических условий на полях шахт Донецко-Макеевского района / В. А. Кор-чемагин, В. И. Алёхин, И. О. Павлов // Геотехническая механика.
- Днепропетровск: ИГТМ. - 2010. - Вып. 87. - С. 209-217.
3. Кузнецов, И. А. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР / И. А. Кузнецов, В. В. Лагутина, М. Л. Левен-штейн и др. - Москва. - 1963. - т.1 - 1210 с.
4. Заславський, С. М. Звгг про геолопчне вивчення надр. Розвщка поля шахти 1м. О.О.Скочинського в Донецько -Макивському вугленосному район / С. М. Заславський та шш. ДРГП «Донецькгеолопя». - Артем1вськ. - 2007. - Т.1. - 1147 с.
5. Лужецкая, Л. М. Геологический отчет о доразведке и переоценке запасов каменных углей поля шахты им. А.Ф. Засядько/ Л. М. Лужецкая, Т. К. Сухоносова и др. - Донецк. - 1988. - 114 с.
6. Попов, В. С. Мелкоамплитудные разрывные нарушения в угольных пластах Донецко-Макеевского геолого-промышленного района Донбасса// Геологический журнал. - Москва. - 1979. -№6. - с.19-31.
7. Павленко, О. Е. Геологический отчет о переоценке запасов каменных углей в западной части «Кальмиусского Рудника»
- блока лицензирования для шх. им. А.Ф. Засядько / Щегловская ГРЭ, ПГО «Донбассгеология». - Артёмовск. - 1997. - 172 с.
Репина Ксения Владимировна, научный сотрудник отдела геофизических и геодинамических процессов, Российская Федерация, Донецкая Народная Республика, Донецк, [email protected].
THE MINING AND GEOLOGICAL OPERATING CONDITIONS OF THE MINES IN THE DONETSK-MAKEEVSKY REGION
The article considers the mining and geological conditions of the mines of the Donetsk-Makeevsky coal-bearing region. The complexity of the tectonic structure of the mine field determines not only the exploration grid of wells, but also the degree of confirmation of reserves during mining of coal seams.
Keywords: tectonic disturbances, coal-bearing strata, mine field, mining and geological conditions, exploration grid.
Repina Kseniya Vladimirovna, Researcher at the Department of Geophysical and Geodynamic Processes, Russian Federation, Donetsk People's Republic, Donetsk, [email protected].
