Горнотехнические условия Южно-Якутского бассейна

Горно-теологические условия месторождений в общем случае благоприятны: бассейн относится к открытому типу; угольные пласты залегают на небольшой глубине (около 50% всех запасов бассейна сосредоточено в интервале глубины до 300 м); рельеф большинства месторождений резко расчлененный, так что большая часть угольных пластов выходит на дневную поверхность; вмещающие породы и породы кровли и почвы угольных пластов устойчивые; гидрогеологические условия несложные, большая часть разреза характеризуется слабой водообильностью пород; рабочие угольные пласты относятся в основном к группе средних и мощных.

Характерной особенностью бассейна является наличие в нем значительных штольневых запасов и возможность отработки ряда месторождений крупными и мелкими карьерами. Положительные условия отработки осложняются широко развитым дроблением у зон разломов, вторичным перераспределением угольной массы в пластах вблизи тектонических нарушений и широко развитым явлением развальцевания углей под влиянием послойных подвижек. Отмеченные явления приводят на ряде месторождений и участков к резкой изменчивости мощностей угольных пластов до потери их рабочей мощности.

Физико-механические свойства вмещающих пород характеризуются следующими показателями:

1) по классификации М.М. Протодьяконова породы могут быть отнесены в основном к IV категории и около 20% — к категории IIIa. Породы трещиноватые, с блоковой, плитчатой и глыбовой отдельностью, в общем случае благоприятной для обрушения;

2) объемный вес пород может быть принят 2,5—2,7 т/м3. Объемный вес угля в среднем для бассейна составляет 1,3 т/м3;

3) коэффициент разрыхления угля равен 1,6—1,7.

Об устойчивости пород почвы и кровли пластов угля можно судить только по наблюдениям при проходке разведочных выработок (штолен и наклонных шахт сечением до 6 м2). Законченные проходкой выработки по прошествии ряда лет обычно имеют хорошее состояние. Явлений отслаивания и вывалов пород кровли и пучения пород почти не наблюдалось.

Газоносность месторождений бассейна изучалась лишь в 1962—1963 гг., на Муастахском и частично Денисовском и Чульмаканском месторождениях Ю.Ф. Нефедьевым и С.С. Каримовой. В итоге было установлено, что Муастахское месторождение весьма благоприятно для течения процессов вековой дегазации угленосной толщи. Этому способствуют высокая степень расчлененности местности, сильная дробленость, повышенная трещиноватость пород и островной характер развития многолетнемерзлых пород.

На месторождении установлено наличие трех газовых зон: азотной, азотно-метановой и метановой. Из горючих газов, кроме метана, в угольных пластах Муастахского месторождения обнаружен водород. Он встречен без видимой закономерности по всей территории месторождения в пределах распространения всех газовых зон.

В восточной части месторождения до глубины 150 м основное распространение имеет азотная зона, с 150 до 300 м — азотно-метановая и глубже — метановая. При некотором увеличении угла падения пород вертикальная глубина зоны дегазации увеличивается, и азотнометановая и метановая зоны располагаются глубже, при уменьшении угла падения пород — наоборот.

Содержание метана в угольных пластах из разных газовых зон резко различно. В азотной зоне, с учетом принятого коэффициента потерь, оно составило 0,1—0,4, в азотно-метановой — 0,6—1,6, в метановой — 6,6—7,7 м3/т. В пределах каждой зоны оно определяется прежде всего глубиной залегания и величиной угла падения угольных пластов.

Ступень нарастания метаноносности угольных пластов при переходе из азотно-метановой зоны к метановой, определенная в сив. 540 в интервале 267—416 м, составила 3,9 м3/т на 100 м углубки. Характеристика газоносности Муастахского месторождения приведена в табл. 13.

Газоносность месторождений, расположенных в зоне сложно дислоцированных пород, не будет значительно отличаться от газоносности Муастахского месторождения. В зоне пологого, почти горизонтального залегания угольных пластов деметанизация отложений уменьшается, и верхняя граница метановой зоны располагается ближе к дневной поверхности. Соответственно увеличивается и величина газоносности угольных пластов, расположенных в метановой зоне на одинаковых глубинах.

На площади Алдано-Чульманского района в направлении с северо-востока на юго-запад, при прочих равных условиях, возможно некоторое увеличение газоносности угольных пластов за счет увеличения степени метаморфизма углей. Эта же тенденция намечается также в направлении от верхних стратиграфических горизонтов угленосной толщи к нижним.

При дроблении и разрыхлении угля в забое появляется много пыли. Анализы угольной пыли по пласту Д15 из штолен 4 и 5 Чульманской шахты установили минимальную норму осланцевания от 66 до 75% при содержании СО2 от 0,02 до 0,14%. Угольная пыль по данным анализов взрывоопасна.

Содержание свободной двуокиси кремния в угольной массе 0,7— 0,9%, во вмещающих породах и породных прослоях в угле в среднем 20—30%. Это дает основание полагать, что эксплуатационные работы будут силикозоопасные.

Гидрогеологические условия месторождений характеризуются как несложные, большая часть промышленных запасов углей будет отработана в условиях минимального обводнения. При оценке гидрогеологических и инженерно-геологических условий следует учитывать наличие многолетней мерзлоты. Карстовые явления и плывуны во вмещающих породах отсутствуют. Оползневые явления будут иметь место в пределах делювиального покрова на крутых склонах при сезонной оттайке многолетней мерзлоты и нарушении ее естественного режима при строительстве.

Для Чульмаканского и Нерюнгринского месторождения приняты следующие кондиции:

1) наименьшая мощность пласта простого -строения для подземной разработки 0,7 м и для разработки открытым способом — 2 м. При сложном строении пласта суммарная мощность угольных пачек должна быть не менее указанной, а суммарная мощность породных прослоев, разделяющих эти пачки, не должна превышать 30% от общей мощности угольных пачек;

2) наибольшая зольность угля на абсолютно сухое топливо 30%, а для угля пласта «Мощного» Нерюнгринского месторождения 35%. В пластах сложного строения среднепластовая зольность с учетом засорения внутренними породными прослоями не должна превышать указанного предела;

3) для подсчета забалансовых запасов наименьшая мощность пласта установлена 0,5 м и наибольшая зольность 40%.

Угольные пласты Алдано-Чульманского района в основном относятся к группе тонких (менее 1,3 м) —до 75% от общего количества. Однако большая часть разведанных промышленных запасов связана с группой средних и мощных угольных пластов. Основные рабочие пласты Восточного участка Чульмаканского месторождения на большей части площади (65—75%) их развития ведут себя как относительно устойчивые и устойчивые с колебанием мощности их до 10—25%. На Западном участке месторождения устойчивость пластов резко падает, за исключением пласта Д19. Пласт «Мощный» Нерюнгринского месторождения по колебаниям мощности относится к группе неустойчивых, но распространен с повышенной мощностью на всей площади месторождений.

По условиям залегания угольных пластов и характеру рельефа штольневым способом может быть отработано до 50% всех запасов углей Алдано-Чульманского района, открытым — не менее 10—15%, остальные запасы — шахтным способом. По-видимому, близким к приведенному будет соотношение запасов по условиям отработки и для Токийского района.

Разработка месторождений крупными карьерами возможна благодаря наличию в бассейне мощных угольных пластов (12—40 м) при брахисинклинальной структуре -их залегания.

Из разведанных месторождений Алдано-Чульманского района штольневая отработка проектируется на Восточном участке Чульмаканского месторождения (штольня 1,5 млн. т в год) и крупными карьерами на Нерюнгринском месторождении (до 6,2 млн. т в год). Муастахское месторождение может быть отработано неглубокими шахтами. Месторождения типа Кабактинского (моноклинальное падение 10—15°) в условиях значительного расчленения рельефа могут быть отработаны штольнями по простиранию пластов.

Большая часть запасов углей, залегающих ниже зоны эрозионного расчленения рельефа, будет отрабатываться подземным способом. На первых этапах освоения бассейна преобладающими способами разработки месторождений будут открытые и штольневые.