Геологическое строение и горно-геологическая характеристика месторождения

1. Геологическое строение и горно-геологическая характеристика месторождения

1. Основные сведения

Поле разреза «Бачатский» расположено  в пределах Бачатского месторождения  в северо-западной части Кузнецкого бассейна.[1]

По административному положению  поле разреза находится на территории Беловского и Гурьевского районов Кемеровской области Российской Федерации. В непосредственной близости от южной границы разреза по долине реки Большой Бачат, проходит электрифицированная железная дорога Новокузнецк-Новосибирск, связывающая месторождение с крупными административными центрами Кузбасса и Сибири. По долине реки Малый Бачат, в 1 км севернее поля разреза, проходит железнодорожная ветка Белово-Гурьевск, к которой примыкают подъездные пути разреза «Бачатский». Ближайшим промышленным центром является город Белово, удалённый на 30 км к востоку от месторождения. Населенные пункты: деревни Шестаково, Мамонтово, Артышта, поселок Бачаты, расположенные поблизости, соединены между собой шоссейными и грунтовыми дорогами.

Бачатское месторождение представляло собой продольную котловину, абсолютные отметки которой изменялись от +210м ( в южной части поля разреза в долине реки Большой Бачат ) до +310м – на водоразделах.

Первоначальный рельеф поверхности  поля разреза сильно изменен. В процессе ведения горных работ  открытым способом сформировались искусственные формы рельефа – возвышенности, образовавшиеся от складирования пород вскрыши (абс.отм. +283 м) и понижения на площадях добычных и вскрышных работ (абс. отм. -20 м).

Гидросеть представлена р. Большой Бачат, протекающей в 500 м от южной границы горного отвода разреза, и р. Малый Бачат, протекающей в 1200 м от его северо-западной границы горного отвода. Обе реки являются притоками реки Ини.

Климат района резко континентальный. Продолжительность безморозного периода составляет, в среднем, 100 дней. Установление снегового покрова отмечается в середине ноября. Средняя температура января (самого холодного месяца) -16,1^О¸-16,8^О, а минимальная - 41,9^О¸-42,8^О. Количество осадков, выпадающих в зимнее время, 100-150 мм, высота снежного покрова - 20-25 см. Глубина промерзания грунтов составляет 1,6 – 2,5 м, при средней - 1,8 м.

Преобладающими являются ветры  юго-западного направления.

Сейсмичность района – 7 баллов.

2. Геологическая характеристика месторождения

В пределах поля разреза выделены отложения верхнебалахонской подсерии верхнепермского возраста, включающей (в стратиграфической последовательности сверху вниз) Усятскую, Кемеровскую  и Ишановскую свиты. [1]

Усятская свита включает пласты VIII – I Внутренние. Мощность свиты составляет 150 м, рабочая угленосность – 9%. Литологический состав вмещающих  пород характеризуется переслаиванием песчаников и алевролитов.

Кемеровская свита, развитая на всей площади разреза, характеризуется  самой высокой угленосностью благодаря наличию в ней очень мощных пластов Горелого и Мощного. Мощность свиты от почвы пласта Мощного до кровли пласта II Характерного изменяется от 153 до 240 м. Рабочая угленосность 20 – 38 %. В составе свиты широко распространены песчаники, мощность слоев которых достигает 30-50 м.

Ишановская свита, вскрытая верхняя  часть разреза которой составляет 80 м, содержит 7 пластов угля, промышленное значение и повсеместное распространение  имеют только три верхних –  III, II и I Безымянные. Рабочая угленосность вскрытой части 10%. В составе свиты преобладают песчаники.

В пределах поля разреза «Бачатский», наибольшим распространением пользуются песчаники и алевролиты. Угли, аргиллиты и др. породы имеют подчиненное положение.

Соотношение литологических разностей пород и угля по свитам приведено в таблице 1

1. Соотношение литологических разностей пород и угля по свитам

Сводный стратиграфический разрез по полю разреза приведен на чертеже СибГИУ.130403.0714.2011.ДП.

Поле разреза «Бачатский» расположено  в центральной части Бачатского месторождения, приуроченного к зоне складчатого пояса предгорий Салаирского кряжа, и представляет изолированную от основной площади Кузбасса брахисинклинальную складку.

Тектоническое строение поля разреза  очень сложное. Основная структура  – брахисинклиналь осложнена  дополнительными складками второго  и более высоких порядков, а  также тектоническими разрывами, различными по амплитуде и протяжённости. Наиболее четко выделяются и прослеживаются по всему полю разреза крупные синклинали: Главная, А, С, синклинали F, L, Б, B, E и другие приурочены к их крыльям. Менее четко выражены антиклинали, наиболее крупные из них Центральная, АЕ, БВ. Падение крыльев складок невыдержанное, от пологого 10-15^о  до крутого 70-80^о, местами запрокинутое. Преобладающие углы падения пластов 50 – 80^о. Угленосные отложения нарушены большим количеством тектонических разрывов. Наиболее крупные из них прослеживаются по всему полю. Амплитуда смещения крыльев составляет 70-270 м и более. Протяженность нарушений с амплитудой 10-100 м от 100 до 2000 м, с амплитудой 1-10 м – от 10 до 100 м. В соответствии с действующей «Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твёрдых полезных ископаемых» по сложности геологического строения, выдержанности и мощности пластов, качеству угля, поле разреза отнесено  к месторождениям очень сложного строения – 3 группе.

Породы и пласты угля интенсивно трещиноваты. Интенсивность трещиноватости увеличивается вблизи замков складок и тектонических нарушений. Трещины имеют различную степень раскрытости, а также отличаются по характеру заполнителя. Трещиноватость оказывает отрицательное влияние на состояние и устойчивость массива горных пород.

В обводнении поля разреза принимают участие подземные воды угленосных и четвертичных отложений. К зоне устойчивого питания рыхлых отложений относится юго-западный борт разреза, где питание осуществляется за счёт инфильтрации вод из Сагарлыкского гидроотвала. Коренные породы характеризуются наибольшей водоносностью у северной и южной границ разреза, где коренные породы контактируют с аллювиальными отложениями долин рек, в особенно, наиболее выветрелой части толщи до глубины 70 – 100 м. Коэффициент фильтрации коренных пород низкий - изменяется от 0,017 до 2,5 м/сутки, при среднем значении 0,22 м/сутки. Согласно Справке по среднегодовому водопритоку в разрез за 2002-2004 гг. приток подземных вод составляет 218 м³/час.

Угленосные отложения поля разреза  включают 22 пласта угля. На балансе разреза числятся 10 пластов.[2] Часть пластов являются некондиционными.

Наибольшим  распространением пользуются пласты Кемеровской  свиты – II Прокопьевский, Горелый (верхняя пачка), Горелый (нижняя пачка), Мощный и Ишановской свиты – II Безымянный, I Безымянный.

По мощности пласты разделяются на:

тонкие (0,5-1,3 м) - Проводник Мощного;

средней мощности (1,3-3,5 м) – VIII Внутренний, VII Внутренний, V Внутренний, IV Внутренний, I Внутренний, Лутугинский, частично, I Безымянный;

мощные (3,5-15,0) – Горелый верхняя пачка, Горелый нижняя пачка, II Прокопьевский, I Прокопьевский, II Безымянный, I Безымянный;

весьма мощные (более 15,0 м) – Мощный.

Угли пластов I, II, III Безымянных относятся к марке СС, пласта Мощного – к марке СС и, частично, Т, а остальных пластов – КО, КС, СС и Ж. [1]

Сведения о мощности, строении пластов и вмещающих породах приведены в таблице 4.

Запасы угля утверждены в технических  границах разреза до гор.+0м с разделением запасов на I и II очереди. Разрезом запасы в технических границах учитываются без разделения на очереди. В границах разреза запасы угля категории А отсутствуют, запасы категории В составляют незначительное количество – 40,0 млн.т (10,46%) и, в основном (93-95%), выделены на пластах Мощный и Горелый. На основании форм отчетности (5-ГР и 2-ГР), предоставленных геолого-маркшейдерской службой разреза, количество запасов, учитываемых разрезом по состоянию на 1.01.2010 г представлено в таблице 2.

2. Балансовые запасы

Аналитическая влага невысокая  и составляет в среднем 1,2-1,4%[2]. Уголь пластов, намечаемых к отработке на разрезе, отличается довольно низкой зольностью чистых угольных пачек – в среднем на уровне 6,6-8,6%, а по пл.Мощному – 4,8%. Зольность с учетом 100% засорения породными прослоями пластам изменяется, в широком  в диапазоне от 6-8% до 26,4%. Для определения зольности добываемого угля в целом по разрезу был проведен расчет зольности угля по отдельным пластам, принятым в отработку, с учетом засорения его породой от внутрипластовых прослойков и боковыми породами. Зольность  угля по пластам рассчитывалась в соответствии с «Методикой расчета норм показателей качества и продуктов их переработки ...» 1987 г. и «Изменениями №1 к «Методике…» от 1993 г. Расчет эксплуатационной зольности угля по пластам проводился по существующей схеме ведения горных работ и учету добываемого угля и представлен в таблице 3. Угли всех пластов отличаются низким содержанием серы - по средним значениям не более 0,39%. Выход летучих веществ по углям верхних пластов в среднем составляет 19,3-21,6%, нижних – 23,3-27,2%. Спекающие свойства углей отдельных пластов проявляются по-разному: так по пластам Безымянным, Мощному и I Прокопьевскому толщина пластического слоя составляет 0-7 мм, а по нижележащим пластам - в среднем 9-11 мм, при колебаниях 5-14 мм. Теплота сгорания высшая по бомбе по пластам составляет 34,90-35,48 МДж/кг или 8335-8473 ккал/кг.

3. Расчет зольности по пластам

4. Характеристика строения пластов

3. Физико-механические свойства горных пород

На поле разреза выделяются 3 основные группы пород:[1]

а) рыхлые отложения четвертичного  и третичного возраста (к настоящему времени, в основном, отработаны);

б) коренные породы, затронутые выветриванием (глубина 40-80 м от кровли коренных пород);

в) коренные породы, не затронутые выветриванием (ниже глубины 40-80 м).

Рыхлые отложения. Верхний вскрышной горизонт мощностью 3–10 м – на северо-востоке и до 63м - на юго-западе поля разреза сложен лессовидными  суглинками, обогащёнными, в основном, грубообломочным, слегка окатанным делювиальным материалом. Плотность суглинков возрастает с глубиной. По классификации проф. М.М. Протодьяконова лессовидные суглинки относятся к VIII категории, а обогащённые делювием – VI категории.

Физико-механические свойства рыхлых пород представлены в таблице 4.

Коренные породы. Сцементированные коренные породы, затронутые процессами выветривания, залегают на глубинах от 40-60 до 70-80 м от поверхности коренных пород и представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Граница зоны выветривания зависит от рельефа коренных пород, их литологии и наличия тектонических нарушений. Так, в песчаниках она расположена на глубине 40-60 м, в алевролитах и аргиллитах - на глубине 70 – 80 м.

Физико-механические свойства песчаников и алевролитов, затронутых выветриванием, близки между собой, и представлены в таблице 5.

Коренные породы, не затронутые выветриванием, слагают основную толщу угленосных отложений и представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами, залегающими  на глубине ниже 40 – 80 м от поверхности коренных пород. Физико-механические свойства коренных пород, не затронутых процессами выветривания, представлены также в таблице 6. Характеристика прочностных свойств углей, приведена в таблице 7.[1]

Физико-механические свойства рыхлых отложений

6. Физико-механические свойства коренных пород

7. Характеристика прочностных свойств углей

К неблагоприятным инженерно-геологическим  процессам относятся осыпи, обрушения, оползни, оплывание, суффозия и наледи.

Осыпи распространены в пределах всего разреза. Наиболее интенсивно под воздействием процессов выветривания и под влиянием буровзрывных работ осыпаются уступы, сложенные алевролитами, в меньшей степени – массивными песчаниками.

Обрушения горных пород приурочены к контактам слоев и трещин. Ослаблению поверхности обрушения способствуют взрывные работы и проникновение в трещины поверхностных вод.

Оползни в бортах разреза приурочены к породам различного возраста и состояния. Наиболее часто оползнями захвачены уступы, сложенные желтыми, бурыми и серыми суглинками. Оползни в коренных породах связаны, главным образом, с тектоническими нарушениями, трещиноватостью и переслаиванием слоев. Этому способствуют поверхности ослабления, падающие в выработку.

Оплывание на разрезе наблюдается значительно реже и носит локальный характер. Способствует оплыванию суглинков переувлажнение за счет поверхностных вод или просачивания «верховодки».

Суффозионные процессы развиты в четвертичных породах по контакту серых суглинков с лессовидными из-за инфильтрации воды из Сагарлыкского отвала, и способствуют обрушению и оползаниям пород.

Наледи образуются в зимний период, и приурочены к выходам подземных вод в бортах разреза и к инфильтрации воды из Сагарлыкского гидроотвала.

2. Горные работы

1. Существующие состояния и анализ горных работ

Филиал «Бачатский угольный разрез»  осуществляет свою деятельность на основании «Лицензии на право пользования недрами» №1729 КЕМ 11703 ТЭ, от 18.09.2003 г. и Горноотводного акта № 1520 от 03.11.2003 года.

В настоящее время границей поля разреза «Бачатский» в плане  является граница по Лицензионному соглашению (граница горного отвода – акт №1520 от 03.11.2003 г.) в контуре с угловыми точками 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15^а-16^а -17-18-19- далее по порядку-36-36^а -37- далее по порядку-44-45-46 ^а -47 ^а -48-49-50-51-52-53-54-1). Нижняя граница отработки - гор. +0м (абс). В контуре, обозначенном на гор.+0  угловыми точками 62-63-64-65-66-67-68-69-61-60-59-58-57-56-55-54-62 нижняя граница отработки – гор.-20м (абс).

Размеры поля разреза:

- длина (по простиранию) - 10150 м;

- ширина (вкрест простиранию) –  до 2100 м.

Площадь горного отвода – 1513 га.

Результирующий угол откоса – 35

Отрабатываемые пласты:

I-III Безымянные, I-II Прокопьевские,  Лутугинский, Горелый н.п., Горелый  в.п., Характерные, Внутренние до  глубины +0 м (абс.).

Мощный - до глубины +0 м (абс.), а в  контуре, обозначенном угловыми точками 62-63-64-65-66-67-68-69-61-60-59-58-57-56-55-54-62, до глубины –20 м (абс.).

Производство горных работ по всем направлениям технологических процессов и производственным мероприятиям (включая подготовку угля к выемке, производство буровзрывных, вскрышных и добычных работ, транспортировку угля на обогатительные комплексы, транспортировку и отвалообразование вскрышных пород, строительство и содержание технологических автодорог и др.) осуществляется в соответствии со следующими имеющимися на разрезе разрешительными и иными утверждёнными и согласованными, в установленном порядке, документами.

Поле разреза «Бачатский» отрабатывается одновременно тремя эксплуатационными участками (Северным, Центральным и Южным), расположенными в границах единого карьерного поля.

Развитие горных работ осуществляется по продольно-углубочной двухбортовой схеме. Схема вскрытия поля разреза осуществляется как траншеями  внешнего заложения, так и скользящими съездами в рабочей зоне и на  погашенных бортах.

На выемке угля и вскрыши используются экскаваторы  цикличного действия с  ковшом, ёмкостью от 4 до 30м³ (мехлопаты, драглайны, гидравлические экскаваторы).

На транспортировании угля используется автомобильный транспорт, а на перевозке вскрышных пород – автомобильный, железнодорожный и авто-железнодорожный транспорт.

В соответствии с принятыми ранее  проектными решениями предприятие  должно было:

в 2006 произвести ввод ЦПТ-1;

в 2010 – ЦПТ-2;

в 2011 освоить производственную мощность 10 млн. т;

По состоянию горных работ на 2012 г. показатели производственной мощности достигнуты - ставится вопрос об увеличении до 13500 млн. т. Вместе с тем не запущена ни одна из линий ЦПТ, что обусловило появление отставания вскрышных работ от добычных.

2. Вскрытие карьерного поля

Фактические горные работы ведутся  на всем поле разреза – Северном, Центральном и Южном участках.

Верхняя группа горизонтов Северного  участка (+ 156 и выше на Восточном  борту и +210 и выше на Западном борту), отрабатывается на железнодорожный  транспорт, нижележащие горизонты - на автомобильно- железнодорожный транспорт при использовании двух  экскаваторных перегрузочных пунктов, находящихся в разрезе на гор + 156м  и гор +220 м.

На участке имеется 3 траншеи:

- Северная групповая траншея  внешнего заложения, переходящая во внутреннюю;

- Северо-Западная групповая траншея  внутреннего заложения;

- северо-западная №1 групповая  траншея  внутреннего заложения.

- северо-восточная №1 групповая  траншея  внутреннего заложения.

Рабочие горизонты, отрабатываемые на железнодорожный транспорт вскрываются Северной и Северо–Западной траншеями. Северной траншеей осуществляется вскрытие восточного борта и центральной части участка с помощью системы железнодорожных заездов со станции Семенушкино, имеющей транспортную связь с Северным отвалом и внешней сетью. Северо-западной траншеей  вскрывается западный борт участка со станции Породная с выходом на Западный железнодорожный отвал. По этой же схеме вскрываются верхние горизонты западного борта  Центрального участка (50-62 пр).

Рабочие горизонты, отрабатываемые на автомобильно-железнодорожный транспорт, вскрываются системой скользящих съездов и автомобильных заездов, имеющих автотранспортную связь с экскаваторными перегрузочными пунктами. Далее вскрышные породы железнодорожным транспортом вывозятся через Северную и Северо-Западную траншеи на Северный и Западный отвалы.

Через Северо–Западную №1 траншею  предусматривается автотранспортная связь  добычных горизонтов со станцией Погрузочная (угольным складом №8).