Статья опубликована в №51 (ноябрь) 2017
Разделы: Геология
Размещена 22.11.2017.
Просмотров - 3300

Геологическое строение участка Шестаки Бачатского каменноугольного месторождения

Титов Дмитрий Юрьевич

магистр геологии

Новосибирский Государственный университет

геология и геохимия горючих полезных ископаемых

УДК 553.94

Введение

ОАО Разрез «Шестаки» расположено на территории Гурьевского района, вблизи автодороги г. Белово-Гурьевск. Ближайшими промышленными центрами являются города Белово и Гурьевск, удаленные от разреза «Шестаки» к северо-востоку и юго-западу на 18-19 км и 9-11 км, соответственно. В радиусе 20-30 км от участков, расположены деревни Мамонтово, Беково, Шестаки, Шанда, поселок Бачатский [4].

В непосредственной близости от юго-восточной границы участка по долине реки Малый Бачат, проходит железнодорожная магистраль, соединяющая города Белово и Гурьевск.

Климат района резко континентальный с продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом. Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца июля +25,2⁰ С, средняя минимальная температура самого холодного месяца января - 22,6⁰ С. В течение года преобладают ветры юго-западного направления (52%). Скорость ветра составляет 13 м/с.

В гидрологическом отношении участок представлен водосборной площадью р. Малый Бачат, протекающей в южной части участка. Длина водотока – 60 км, водосборная площадь – 805 км². По характеру водного режима р. Малый Бачат и ее притоки относятся к рекам с весенним половодьем и паводками в теплое время года.

Предприятие занимается добычей углей марок СС, КО, КСН, ГЖО. Поле разреза «Шестаки» расположено на Бачатском каменноугольном месторождении, которое представляет собой обособленную от основной площади Кузбасса полосу угленосных отложений в пределах складчатого пояса предгорий Салаирского кряжа. Эта полоса длиной около 20км при максимальной ширине 3,5 км протягивается от д. Шестаки на северо-востоке до реки Малый Бачат и несколько далее на северо-запад. Рельеф поля разреза представляет собой возвышенность с резко выраженными эрозионными формами рельефа. Абсолютные отметки в пределах 230-280 м.

Рис. 1. Обзорная карта района исследования.

Актуальность работ обусловлена необходимостью обощения всех сводных геологических данных по участку в целях его дальнейших исследований.
Целью работы было обощение полученных раннее даныых по участку Шестаки с целью создание его геологической модели.
Задача: обощение материалов из разрозненных источников, в том числе фондовых и отчетных, накопленных в ходе эксплатации месторождения и создание краткого сводного отчета по участку.
В связи с тем, что такую работу по участку Шестаки ранее не проводили, то этим обусловляется научная новизна.
Результаты работы представлены ниже.

Стратиграфия и литология

Поле ОАО «Разрез Шестаки» расположено в северо-западной части Бачатского каменноугольного месторождения - участок Бачатский Левобережный [1].

В пределах участка Бачатского Левобережного наибольшим распространением пользуются отложения кемеровской свиты верхнебалахонской подсерии. Другая ее свита ишановская представлена небольшими отрезками и значение их невелико. В северо-восточной части участка вскрыт лишь очень незначительный (50-60 м) разрез ишановской свиты, примыкающий к пласту Мощному и содержащий два неустойчивых пласта — I и II Безымянные и несколько тонких пропластков. Вмещающие породы представлены песчаниками и алевролитами. Кемеровская свита занимает основное место в разрезах участка. Свита содержит следующие пласты угля: Характерный, Горелый в.п. и н.п., I и II Прокопьевский, Мощный, Ι, ΙΙ, ΙΙΙ Внутренние. В разрезе в основном представлены песчаники, реже алевролиты, крайне редко углистые алевролиты и конгломераты.

Четвертичные отложения участка представлены: 1) Почвенно-растительным слоем, мощностью 0,3-0,6 м; 2) Лессовидным суглинком со следами корней, червей, местами пропитан окислами железа, с вкраплением кальцита.

Средняя мощность четвертичных отложений составляет 8,5 м.

В нижней части слоя суглинка появляется песок, встречается полуокатанная галька коренных пород. Содержание песка в некоторых скважинах увеличивается до 30%, превращая суглинок в супесь. Мощность суглинка колеблется от 4,8 м (скв.323) до 10,7 м (скв. №№ 183, 184, 189), увеличиваясь к юго-востоку в районе 8 разведочной линии. Галечник мощностью 1,6 м прослежен в скважине № 189 на 8 р.л. Площадное повсеместное распространение галечника наблюдается лишь в пределах Шандинской, 2 и 3 Заречной разведочной линий [4].
Тектоника

Угленосные отложения участка Бачатского Левобережного находятся в узком тектоническом блоке (ширина его составляет 180-200 м), ограниченном с обеих сторон крупными разрывными нарушениями. Условия залегания угольных пластов на участке определяются структурно-тектоническим положением его на северо-восточном крыле Бачатской синклинали. Пласты угля характеризуются крутым (50-70°) падением в юго-западном направлении (рис. 2).

Некоторое увеличение углов падения наблюдается вблизи тектонических зон А, Б, Е. Участок осложнен серией разрывных нарушений 2, 3, 2а, 26, 2в, X, У, А, Б, Е. Все нарушения, кроме X, У, типа взброса имеют субпараллельное простирание с незначительным отклонением на юго-запад (до 10-15°). Амплитуды и смещения крыльев нарушений различные. Часть нарушений перебурены скважинами, в которых зафиксированы двойные подсечения пластов (скв. №2356 - пласт III Внутренний, скв. № 4451 и 4459 - пласт Горелый верхний, скв. №2400 - пласт Лутугинский, скв. 336 и 10543 -пласт Безымянный II). Нарушения X, У выявлены при доразведке северной части поля участка отработки.

Нарушение «X-X» прослежено между 4 и 5-ой Заречной разведочными линиями на протяжении 500 м. В плане нарушение имеет форму дуги. Амплитуда по вертикали 25-35 м, угол падения плоскости сместителя 73-75° на северо-восток. Опущено северо-восточное крыло.

Нарушение «Y-Y» зафиксировано скважинами в пределах II и 10 р.л. Характер нарушения подобен вышеописанному для «X». Амплитуда примерно такая же, приподнятым является северо-восточное крыло.

Рис. 2. Геологический разрез по 3-й Заречной разведочной линии

Гидрогеология

Обводненность четвертичных отложений

Рыхлые четвертичные отложения на площади участка Бачатского Левобережного пользуются повсеместным распространением. Мощность их изменяется от 0 до 45 м.

По составу обводненности рыхлые отложения можно разделить на два типа: отложения водоразделов и аллювиальные отложения р. М. Бачат.

Основной водоносный горизонт рыхлой толщи приурочен к гравийно-галечниковым отложениям. Характерной особенностью их является большая фациальная изменчивость, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В большинстве случаев они характеризуются высокой степенью заиленности [2].
Обводненность продуктивных отложений

Водообильность коренных пород невысокая. Удельные дебиты изменяются от 0,04 до 0,17 л/сек. Коэффициенты фильтрации колеблются в пределах от 0,11 до 0,4 м/сутки.

Слабая обводненность пород объясняется тем, что песчаники и алевролиты обладают незначительной пористостью, а наблюдающиеся трещины в песчаниках, как правило, заполнены кальцитом или выполнены глинистым материалом, а также невыдержанностью литологического состава пород как по падению, так и по простиранию.

Несколько большей водообильностью обладают коренные породы в южной части участка, где они залегают под аллювиальными отложениями р. М. Бачат. Коэффициенты фильтрации имеют значение 0,7 м/сутки. В продуктивных отложениях ввиду сильной изменчивости литологического состава нет выдержанных водоносных горизонтов.

Отмечаются отдельные обводненные зоны в верхней выветрелой части коренных пород, которые гидравлически связаны между собой и образуют единую обводненную зону.

Несмотря на сильную нарушенность отложений, зоны тектонических нарушений и участки нарушенных пород обладают невысокой водообильностью.

Подземные воды в южной части участка характеризуются как напорные. В центральной части, где мощность наносов имеет минимальное значение, воды не обладают пьезометрическим напором. Глубина залегания пьезометрического уровня находится в полной зависимости от гипсометрии местности, имея наибольшую величину на высоких абсолютных отметках дневного рельефа и наименьшую вблизи р. М. Бачат. Абсолютные отметки пьезометрических уровней колеблются от 188,0 м (абс.) до 255,6 м (абс), в общих чертах отражая рельеф дневной поверхности.

Источником питания подземных вод служат атмосферные осадки, выпадающие как непосредственно на площади участка, так и на прилегающей к нему местности.

Характерной особенностью всего Бачатского месторождения является повышенное содержание сульфат-иона, изменяющегося от 125,4 до 272,8 мг/л. В пределах Бачатского месторождения пользуются развитием в основном воды сульфатно-гидрокарбонатные кальциево-натриевые с минерализацией от 0,796 до 1,17 г/л. Гидрокарбонаты изменяются от 311,1 до 494,1 мг/л, хлора - от 41,5 до 91,9 мг/л.

Из катионов в повышенном количестве присутствует К+Na от 110,7 до 141,7 мг/л и кальций от 69,5 до 148,7 мг/л. Магний присутствует в небольшом количестве, изменяясь от 28,8 до 49,5 мг/л.

Наличие углекислоты (связанной) характеризуется величинами в 112,2-178,2 мг/л, свободной - до 17,6 мг/л.

Из микрокомпонентов в водах содержится цинк до 2,68 мг/л, медь до 0,02 мг/л, свинец до 0,4 мг/л, мышьяк до 0,001-0,005 мг/л, фтор до 0,08-0,16 мг/л.

Подземные воды участка, согласно данным хим.анализов, агрессивную углекислоту не содержат, но воды обладают сульфатной агрессией по отношению к бетону.

Угольные пласты, их строение и качество

Строение пластов

В продуктивных отложениях участка отработки выявлено 10 пластов угля рабочей мощности стоящих на балансе предприятия (Безымянный II, Мощный, Прокопьевский I и II, Горелый нижний, Горелый верхний, Лутугинский, Внутренний III, Характерный н.п. и Характерный в.п.). Пласт Безымянный ΙΙ относительно выдержанный, залегает в 35 м стратиграфически ниже пласта Мощного. Пласт в пределах участка доразведки вскрыт 16 скважинами.

По простиранию прослежен на 1000 м, на глубину до горизонта ± 0 м. абс.

Из 16 пластопересечений 13 простого строения, два двухпачечного строения и одно четырехпачечное (скв. №10543 10 р.л.) - нехарактерное, т.к. находится в зоне негодного угля (представлено сажистым углем).

Мощность пласта колеблется в пределах 3,80-7,98 м, составляя в среднем 4,66 м.

Кровля и почва пласта сложены песчаником и алевролитом, реже аргиллитом и углистым аргиллитом.

Пласт Мощный является самым мощным, выдержанным угольным пластом.

Пласт вскрыт 18 скважинами по простиранию. Мощность пласта колеблется в пределах 9,10-18,80 и в среднем составляет 13,36 м.

В скв. №№ 4410, 340, 4430, 4466, 10544, 181, 316 и 333а пласт сложного строения, количество породных прослоев достигает двух, представленных углистым аргиллитом, алевролитом, реже песчаником.

Мощность породных прослоев колеблется от 0,10 до 1,9 м; площадного распространения они не имеют, образуют линзочки в угольной массе пласта.

Кровля и почва пласта Мощного сложены песчаником и алевролитом, преобладают алевролиты. Также встречаются в почве пласта аргиллит и углистый аргиллит.

Пласт Прокопьевский Iзалегает в 42 м выше пласта Мощного и является относительно выдержанным угольным пластом.

Пласт вскрыт 17 скважинами. Из 18 пластопересечений 13 имеют простое строение, три пластопересечения (скв. №№ 2371, 340, 344) двухпачечное, одно (скв. № 4466) трехпачечное и одно (скв. №10547) четырехпачечное строение. Мощность пласта колеблется от 1,71 до 5,27 м и в среднем составляет 4,19 м.

Мощность породных прослоев колеблется в пределах 0,02-0,21 м, представленные в основном углистыми аргиллитами.

Почва и кровля пласта сложены алевролитами, песчаником, реже углистым аргиллитом.

Пласт Прокопьевский II относительно выдержанный пласт не только по мощности и строению, но и по положению его в стратиграфическом разрезе. Приближаясь в районе 3 Заречной р.л., 8 р.л. и далее на юго-востоке 7, 6 разведочных линий к пласту Прокопьевскому I на расстояние 5-8 м пласт составляет верхнюю часть единого Прокопьевского пласта, разделенного прослоями углистого аргиллита. К северо-западу в районе 5-ой Заречной линии мощность породного прослоя, отделяющего пласт Прокопьевский II от Прокопьевского I увеличивается до 12-25 м, образуя два самостоятельных пласта.

Общая мощность пласта по всем пластопересечениям в общих пределах колеблется от 1,27 до 8,88 м и в среднем составляет 4,17 м.

Пласт Прокопьевский II имеет почти повсеместно сложное строение. Число породных прослоев варьирует от одного до четырех, мощностью от 0,02 до 0,48 м.

Породные прослои не имеют своего определенного положения в пласте и представлены в основном углистым аргиллитом, реже алевролитом и песчаником.

Кровля и почва пласта сложены алевролитом, аргиллитом, реже песчаником.

Пласт Лутугинскийзалегает на 15 м стратиграфически выше пласта Прокопьевского II, является относительно выдержанным угольным пластом.

Мощность пласта колеблется в пределах 1,29-4,70 м, в среднем составляя 3,79 м.

Из 13 пластопересечений 6 простого строения, 4- двухпачечного и 3- трехпачечного строения. Мощность породных прослоек не превышает 0,5 м. Прослои представлены углистым аргиллитом, реже алевролитом. Породные прослои не имеют своего определенного положения и образуют небольшие линзочки.

Кровля и почва пласта сложены алевролитом, реже песчаником.

Пласт Горелый нижнийзалегает в среднем на 21 м стратиграфически выше пласта Лутугинский и является относительно выдержанным угольным пластом. Пласт вскрыт 10 скважинами.

Мощность пласта колеблется от 2,86 м до 7,21 м, составляя в среднем 4,68 м.

Пласт в основном сложного строения, количество породных прослоев варьируется от 1 до 3 мощностью 0,10-0,38 м. Породные прослои представлены углистым аргиллитом, алевролитом. Положение их в пласте неопределенное.

Кровля и почва пласта представлены алевролитом, реже аргиллитом и песчаником.

Пласт Горелый верхнийзалегает на 36 м стратиграфически выше пласта Горелого нижнего. Пласт относительно выдержанный и мощный.

По простиранию на глубину пласт разбит нарушениями на многочисленные небольшие блоки.

Прослои пласта представлены алевролитом, мощностью от 0,05 до 1,61 м.

Мощность пласта колеблется от 2,46 до 13,78 м, в среднем составляя 7,08 м. Кровля и почва пласта сложены алевролитом.

Петрографический состав углей

Большинство пластов угля балахонской серии в Кузбассе имеют сложное строение, обусловленное чередованием матовых, блестящих и переходных между ними разностей. От петрографического состава углей зависят их технологические свойства.

На участке Бачатском Левобережном петрографический состав углей представлен тем же комплексом перемежающихся разностей, который характерен для одноименных пластов угля всего Бачатского каменноугольного месторождения.

В составе пласта Горелого значительное место занимают полуматовые переходные в полублестящие пачки угля (24,4%). На долю матовых и чистых полуматовых разностей остается сравнительно небольшой процент. Для блестящих и полублестящих разностей в основном характерна полосчатая структура. Несколько реже встречаются пачки с неяснополосчатыми углями.

Уголь пласта Мощного представлен преимущественно полуматовыми штриховатыми и матовыми однородными разностями.

В общей массе пласта объем полуматового полосчатого штриховатого угля на указанном пластопересечении занимает до 77,7%. Блестящие и полублестящие разности, приуроченные к верхней части пласта, составляют только 13,1%.

Преимущественно полуматовыми разностями сложены и пласты Безымянные. Уголь пластов Безымянных, как и пласта Мощного отнесен к энергетическим. В пределах участка Бачатского левобережного, установлено, что угли пластов безымянных I и II приобретают спекающие свойства. Это связано с некоторым изменением петрографического состава угля [4].

Метаморфизм углей

Метаморфизм углей несколько возрастает со стратиграфической глубиной от верхних пластов к нижним [1]. Так, если по пласту Горелому выход летучих веществ составляет в среднем по участку 24,4%, то по самому нижнему пласту Безымянному I он равен только 20,5%. Следует отметить, что в связи с неодинаковым содержанием витринита в пластах угля, градиент изменения выхода летучих с глубиной не является постоянным. На южной и северо-­восточной окраинах месторождения ниже пластов кемеровской свиты имеют развитие пласты ишановской свиты с содержанием витринита в угольной массе до 60-70%. Выход летучих веществ по этим пластам в сравнении с пластами кемеровской свиты почти не падает, несмотря на то, что они залегают значительно ниже (на 300-400 м). Такое же явление в некоторой степени имеет место и на участке Бачатском Левобережном в районе пластов Мощного-Безымянных. Благодаря тому, что в составе пластов Безымянных повышается количество блестящих и полублестящих разностей, выход летучих веществ по ним несколько выше, чем по пласту Мощному, который представлен в основном матовыми и полуматовыми разностями.

Марочный состав углей

Угли участка Бачатского Левобережного являются непосредственным продолжением в северо-западном направлении пластов участков Бачатских Глубокого, Центрального и Южного. Марочный состав на этих участках изучен по многочисленным керновым пробам, подтвержден результатами опробования основных пластов в специальных опробовательских горных выработках.

Уголь пласта Мощного на всем простирании месторождения характеризуется почти полным отсутствием спекаемости. Уголь пластов Безымянного II, Мощного и I Прокопьевского относятся к марке СС.

К коксующимся же отнесены угли всех остальных пластов участка. Так пласт Горелый в.п. и Горелый н.п. относятся к марке КО, пласт II Прокопьевский отнесен к марке КСН, Лутугинский – к марке КО.

Пласты III Внутренний, II Характерный в.п. и н.п. отнесены к марке ГЖО.

По зольности все угли участка Бачатского Левобережного делятся на две группы.

Уголь пласта Мощного является малозольным. Его зольность по чистым рядовым и флотированным пробам составляет в среднем 7,6%. Угли пластов Горелого, II Прокопъевского и II Безымянного характеризуются несколько повышенной зольностью; по средним ее показателям - соответственно 10,8%, 11,5% и 12,2%.

Зольность пласта Горелого, является довольно устойчивой с небольшими отклонениями от средних ее значений.

Для пластов II Прокопьевского, II Безымянного установить какие-либо закономерности изменения зольности по простиранию затруднительно.

Кроме того, по пласту Безымянный II встречаются участки, где уголь полностью замещен углистым аргиллитом.

Для пласта Мощного участки с максимальной зольностью в результате засорения породными прослойками находятся в крайней северо-западной части. Зольность с учетом засорения достигает 30%. На остальной площади участка пласт имеет в основном простое строение и при большой мощности его породные прослойки практически на засорение пласта влияние не окажут. В отношении остальных пластов также следует заметить, что зольность с учетом засорения породными прослоями будет небольшой [4].

Теплота сгорания, элементный состав углей

По пласту Горелому максимальная влагоемкость определена порядка 2,0-5,0%, по пласту Мощному - 3,0-5,5 %, по пласту II Прокопьевскому - 3,0-4,0% и по пласту Безымянному II - 3,7-4,6%.

По пласту Мощному низшая теплота сгорания угля на рабочее топливо составило 33,24 МДж/кг, а по пласту Горелому 29,64 МДж/кг.

Пласты угля участка характеризуются небольшим содержанием серы и повышенным содержанием фосфора. Так, по основным пластам участка Мощному и Горелому содержание серы в среднем составляет 0,32-0,35%, а содержание фосфора от 0,025 до 0,05%. В единичных случаях значения серы увеличиваются, но не превышают 0,5-0,78%.

Содержание углерода по пластам, в основном, колеблется в пределах от 87,5 до 89,5%, водорода от 4,3 до 4,7%, азота и кислорода от 6,4 до 8,0%. Из этих данных следует, что компоненты, определяющие теплотворную способность угля составляют от 91,8 до 94,2% от общей массы пробы.

Заключение
В результате удалось обобщить и представить в виде краткого отчета ранее полученные текстовые и графические данные по участку Шестаки Бачатского месторождения, что послужило первым этапом к уточнению геологического строения карьерного поля и созданию новой модели его строения, что будет освещено в дальнешйих статьях.

1. Матвеев К.А. Геология угольных месторождений СССР. М., Издат. Моск. университета, 1990 г.
2. Ольховатенко В.Е. Инженерная геология угольных месторождений Кузнецкого бассейна. Томск, изд-во ТГАСУ, 2014 г.
3. Омельянович В.М. Шахтная геология угольных месторождений. М., Недра, 1966 г.
4. Усачев В.З. и др. «Отчет о детальной разведке в пределах лицензионных границ участка "Шестаки-2" (геологический участок Северная прирезка к Бачатскому Западному-1) Бачатского каменноугольного месторождения (Геологическое строение, качество и запасы каменного угля по результатам разведки по состоянию на 01.01.2013 г.)»; г. Новокузнецк, 2013 г.

Рецензии:

22.11.2017, 16:05 Рукович Александр Владимирович
Рецензия: Статья представляет собой обобщенную информацию по геологическому строению месторождения. Статья имеет прикладное значение, может заинтересовать исследователей занимающихся геологией угольных месторождений. Статью можно рекомендовать к публикации

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий