Гидрогеологические и горнотехнические условия Камской угленосной площади
Основным фактором, определяющим сложность горнотехнических условий разработки углей, является значительная глубина залегания угленосной толщи. Вся серия осадочных пород, слагающих Камскую площадь, в той или иной степени обводнена, за исключением самых верхних слоев, дренируемых речными долинами. В геологическом разрезе можно насчитать, ряд водоносных горизонтов, в большинстве своем мало обособленных друг от друга.
Воды четвертичных, главным образом аллювиальных песчаных отложений крупных рек, имеют непостоянный дебит, безнапорные или слабо напорные, пресные. Локальный характер имеют также подземные воды неогеновых, меловых и юрских отложений, циркулирующие в песках, песчаниках и мергелях. Они пресные, гидрокарбонатно-кальциевые, безнапорные или с малыми напорами, глубина их залегания от 10 до 200 м.
Воды, связанные с пермскими отложениями, развиты повсеместно. В них различаются две водоносные зоны, разделенные водоупорной толщей кунгурских гипсов, ангидритов и доломитов. Верхняя зона, находящаяся на глубине от 10 до 300 м, отличается преобладанием пресных и слабо минерализованных вод; водовмещающими породами являются известняки, доломиты, песчаники и конгломераты. Нижняя зона представлена водоносными горизонтами в известняках и доломитах сакмарского и артинского ярусов. Водоносные горизонты имеют напор до 300 м и характеризуются различной степенью минерализации до рассолов с содержанием сухого остатка 176 г/л.
Водоносный комплекс каменноугольных отложений тесно связан с водоносными горизонтами нижнепермских пород; степень минерализации вод в толще карбона еще выше; пьезометрический уровень устанавливается почтя у дневной поверхности, тогда как кровля верхнекаменноугольного водоносного горизонта находится на глубине 200—600 м. Водовмещающими породами в карбоне являются мощные толщи закарстованных пород верхнего, среднего и нижнего отделов, а также песчаники, пески и алевриты угленосной толщи. Загипсованностъ многих слоев известняков и доломитов сказывается на составе вод в виде примеси сульфатных вод к преобладающим хлоридно-натриевым. Внизу толщи карбона подземные воды представляют крепкие рассолы (до 230 г/л) с напорами до 1500 м.
В подстилающей карбон мощной толще девонских отложений имеется ряд водоносных горизонтов: вверху — в толще фаменскйх и франских трещиноватых известняков и доломитов, внизу — в песчаниках и алевролитах продуктивной нефтеносной толщи живетского яруса. Состав вод хлоридно-натриевый с общей минерализацией от 220 до 320 г/л.
Отсутствие регионально выдержанных водоупоров в геологическом разрезе позволяет предположить наличие гидравлической связи между всеми водоносными комплексами. Роль местных водоупоров, число которых значительно, сказывается в различии химического состава и степени минерализации соседних водоносных горизонтов.
Водообильность водоносных комплексов и горизонтов колеблется в широких пределах в зависимости от степени трещиноватости и закарстованности, а также величин пористости водовмещающих пород. Показатели удельных дебитов для различных водоносных горизонтов приведены в табл. 131 (по М.А. Штейну).
Из табличных данных видно, что с увеличением глубины удельные дебиты уменьшаются. Это обстоятельство согласуется с наблюдаемой общей картиной затухания трещиноватости пород и возрастанием их плотности с глубиной. Вместе с тем в некоторых глубоко лежащих горизонтах (верейские терригенные породы, серпуховские известняки и доломиты) отмечаются очень высокие поглощающие свойства, проявляющиеся на ограниченных участках, что указывает на локальный характер интенсивной трещиноватости и закарстованности.
По ориентировочным расчетам, ожидаемый приток подземных вод в момент развития эксплуатационных работ в условиях Камской угленосной площади составит около 1000—1200 м3/час.
Ввиду наличия более или менее отчетливо выраженной гидравлической связи между водоносными комплексами и горизонтами, пьезометрические уровни вод близки. Единый уровень для всех горизонтов отсутствует лишь потому, что удельный вес воды из-за различной степени минерализации неодинаков: вверху разреза близок к 1,0, а внизу достигает 1,2.
Для вод угленосной толщи нижнего карбона в пределах Камской угленосной площади характерны напоры в 1000—1100 м.
В составе подземных вод присутствуют в заметных количествах бром, фтор, бор и стронций. Многие водоносные горизонты по своей термальности (до 25—40°), радиоактивности и химическому составу пригодны для бальнеологических целей. В пределах ряда участков Камской площади (Кукморский, Казаковский, Акаршурский и др.) в подземных водах глубоких горизонтов растворено значительное количество газов, преимущественно азотного состава с незначительной примесью углеводородной группы. На отдельных участках в сводовых частях антиклинальных структур образуются газовые «шапки», которые при вскрытии буровыми скважинами образуют мощные газовые фонтаны с давлением до 100 атм и более. С приближением к нефтеносным площадям количество газов углеводородной группы в водоносных горизонтах возрастает.
О составе пород кровли и почвы угольных пластов можно судить по материалам, полученным при проходке Волжской комплексной экспедицией структурных скважин на уголь в Кукморском, Елабужском и Набережно-Челнинском районах. Выяснилось, что на сравнительно близких расстояниях (10—20 км) -устойчивость пород, разделяющих угольные пласты или непосредственно залегающих в их кровле и почве, резко различна. Так, в скважинах 1-у (Соболеково), 3-у (Федотово) и 12-у (Мурзиха), расположенных к западу и юго-западу от г. Елабуги, почву-угольных пластов слагают аргиллиты с пределами прочности на сжатие от 190 до 330 кг/см2; в кровле углей находятся алевролиты, выдерживающие сжатие до 195—335 кг/см2. Как те, так и другие породы являются достаточно устойчивыми. В разрезе скв. 12-у (Мурзиха) над угольным пластом располагается 2-метровый пласт слабо сцементированного песчаника с пределом прочности на сжатие около 60 кг/см2. В этой же скважине песчаники вверх по разрезу переходят в рыхлые тешкозернистые пески, по гранулометрическому составу аналогичные плывунам, характерным для многих месторождений Подмосковного бассейна. Особенно много таких рыхлых песчаных образований в разрезах скважин 26-у и 27-у, расположенных в 50 км к востоку от г. Елабуги, где мощность их достигает в почве угольного пласта нескольких десятков метров. Как показал термокаротаж и непосредственные замеры в скважинах, на глубинах залегания угольных пластов температура достигает 22—25°.