книги из ГПНТБ / Черноусов Я.М. Уголь на Урале

Кроме того, угленосные отложения были срезаны (абрадированы) наступившим морем, и в результате сейчас угольные месторождения представлены небольшими об­ рывками некогда широко распространенных угленосных отложений... Эти месторождения, образовавшиеся в под­ вижной обстановке, принято называть геосинклинальны-

ми. На западном склоне, по-видимому, одновременно с

образованием угольных месторождений восточного скло­ на Урала нижнекаменноугольного возраста, существова­ ла огромная дельта, в которой были распространены заболоченные пространства. В таких условиях происхо­

дило накопление органического материала Кизеловского бассейна. Его угленосные отложения образовались в условиях, переходных от геосинклинали к платформе.

Печорский бассейн формировался, вероятно, также в пе­ реходной области.

После того как образовались Уральские горы со сложными складками в основном меридионального про­

стирания и ослабла вулканическая деятельность, Урал стал размываться, подвергаться сглаживанию, пенепле­

низации. Он превратился в устойчивую платформу. В триасовое время в платформе начали возникать разло­ мы меридионального направления. Они и создали деп­ рессии тектонического происхождения, ставшие областя­ ми угленакопления. Таким образом, угольные месторож­ дения, образовавшиеся в условиях геосинклинали, платформы и в переходных областях от геосинклинали к платформе, должны иметь на Урале простирание, близ­ кое к меридиональному. Из этого вытекает правило:

если известны выходы угленосных отложений, то их нужно прослеживать по простиранию в меридиональном направлении. Ширина же месторождения должна про­ слеживаться в широтном направлении. Зная, к какому тектоническому типу отложений принадлежат встречен­ ные угли, можно сказать и о их качестве. В геосинклинальных месторождениях будут встречены угли высокой физико-химической зрелости —полуантрациты или ан­ трациты, в областях, переходных от геосинклинали к плат­ форме,—каменные угли, а на платформе — бурые или каменные низкой степени «зрелости».

Геоморфологические закономерности предусматри­

вают собой приуроченность угольных месторождений к пониженным областям земной коры, или к депрессиям.

56

Большинство депрессий с угленосными отложениями,

имея отрицательный рельеф, очень хорошо выражено на поверхности земли (например, Богословское и Волчан­

ское месторождения). Исключения из этого правила составляют немногие месторождения (например, север­

ная часть Волч'анского месторождения). Вообще говоря, все угольные месторождения в зависимости от того, перекрыты они более поздними образованиями или нет, подразделяются на открытые, полуоткрытые и закрытые.

Типично открытых месторождений на Урале, пожалуй,

нет. Все они частично или полностью перекрыты поро­

дами. Богословское, Волчанское и Егоршинское место­ рождения могли бы принадлежать к типу открытых, но

два первых частично перекрыты надвинутыми породами девонского возраста, а третье — изверженными порода­ ми также более древнего возраста. К типично закрытым относятся месторождения Северо-Сосьвинского и Тургайского бассейнов. Они ничем не выражены на поверх­ ности. Угленосные отложения прикрыты иногда чехлом мощностью более 100 м и «вскрыть» их можно только с помощью специальных методов поисков. В частности,

в настоящее время применяются для выявления глубоко залегающих угленосных отложений геофизические мето­ ды, которые могут «подсказать» присутствие на глубине угленосных депрессий. Так, например, в Тургайском бас­

сейне был «вскрыт» геофизиками ряд угленосных деп­ рессий, которые подтверждены буровыми работами.

Таковы основные закономерности распространения угленосных отложений. Но каковы же непосредственные

поисковые признаки на уголь Урала? Их очень много.

Кто ездил по железной дороге от Челябинска до Орска, тот мог заметить, что в железнодорожных выем­ ках близ станций Полтавка и Бреды обнажаются темно­

он встречался при рытье овощных ям. Близ станции Бу­

баха склоны гор спускаются к железнодорожной линии. В некоторых местах они «слезоточат»: здесь на поверх­

57

ность пробиваются тончайшие струйки родников. А внизу

раскинулось бархатистое поле зеленой растительности.

Родники выходят из угольных пластов и, питая почву,

благоприятствуют произрастанию сочной, зеленой тра­ вы. На берегу реки Тольи растут могучие сосны. Нам

приходилось наблюдать вывороченные бурями деревья...

В корнях своих они прочно удерживали обломки породы,

как будто костлявыми пальцами все еще стремились

удержаться за почву. Среди этих обломков можно было увидеть обломки пород и куски угля. На берегу этой же реки Тольи часто можно встретить возвышенности —

маленькие сопки, сложенные горелыми породами — горельниками, образовавшимися при горении угля. Эти

породы указывают, что в этом районе залегает уголь.

Нужно искать его...

В 1950 году профессор А. Н. Ходалевич плыл вниз по

течению реки Пелым. В устье реки Лямли он заметил в русле обломки бурого угля, которые привез в Сверд­ ловск. В горном институте было установлено, что уголь подобен тольинскому. Геологи сделали предположение, что он перенесен на расстояние около 200 км ледником сморенными отложениями. Значит, весьма вероятно, что уголь будет обнаружен и в коренном залегании. Нужно помнить, что если уголь встречен в русле, то коренное месторождение нужно искать вверх по течению. Если уголь обнаружен среди ледниковых, так называемых моренных, отложений, то по количеству обломков можно узнать, на какое расстояние он перенесен ледником. Ис­ следователь Северо-Сосьвинского угленосного бассейна В. А. Лидер вывел показатель зависимости количества обломков угля от близости коренного месторождения.

Мы рассмотрели лишь некоторые поисковые призна­ ки на уголь. Их в действительности гораздо больше...

Зная закономерности угленакопления и поисковые при­ знаки, могут искать уголь и принести огромную пользу своей Родине не только геологи, но и люди других про­ фессий.

КАК ПРОИЗВОДИТСЯ РАЗВЕДКА НА УГОЛЬ

Специалисты-геологи производят геологоразведочные работы для того, чтобы выявить новые угольные место­ рождения или бассейны, детально исследовать участки

58

в пределах месторождений для проектирования на них новых угледобывающих предприятий. Кроме того, раз­ ведка дает возможность уточнить геологическое строе­

ние уже известного участка или шахтного поля и полу­ чить дополнительные данные о качестве угля, условиях залегания угольных пластов, гидрогеологических усло­ виях месторождения и т. д.

В результате проведения геологоразведочных работ

оцениваются количество, мощность и глубина залегания угольных пластов, устанавливаются состав вмещающих и покрывающих их пород, структурные особенности мес­ торождения, горногеологические и гидрогеологические условия разработки, качество углей и- запасы. Геолого­ промышленная оценка определяет направление исполь­ зования углей, размеры возможной угледобычи, выбор системы вскрытия и разработки, размеры капитальных затрат на строительство и экономическую целесообраз­ ность промышленного освоения месторождения или

участка.

Геологоразведочные работы имеют ряд стадий: геоло­ гическое картирование, поиски, предварительная раз­ ведка, детальная разведка, доразведка, эксплуатацион­

элементы залегания пород (углы падения, простирание),

отмечаются разрывные нарушения с их углами падения. Показываются также те полезные ископаемые, которые встречены при геологическом картировании. Составле­ ние карты производится методом пересечений местности

маршрутами с детальным описанием естественных обна­ жений. Если коренные породы скрыты под покровными отложениями, то проводится опорное или структурное бурение скважин. Количество маршрутов и точек наблю­ дения на 1 кв. км устанавливается в зависимости от масштаба съемки и сложности геологического строения

района. Так, например, при масштабе 1:25 000 (при пер-

59

вых работ затем детально изучаются в лабораторных ус­ ловиях, во время проведения научной обработки мате­ риалов. На основании новых данных карта корректи­ руется и получает новое, более полное и совершенное содержание и оформление. Основное требование к гео­

логической карте состоит в том, чтобы она показывала историю геологического формирования участка земной коры, условия залегания полезного ископаемого и зако­ номерности его распространения.

Геологическая карта служит основой для постанов­ ки поисковых работ на уголь, которые должны обнаружить угольные месторождения и дать их перспек­ тивную геологическую оценку. Они производятся на основе геологической карты или одновременно с деталь­ ной геологической съемкой. На месторождениях откры­

того (когда коренные угленосные отложения не прикры­ ты мощной толщей покровных образований) и закрыто­ го (когда угленосные отложения скрыты под сравни­ тельно мощной толщей покровных образований) типов

применяются различные методы поисковых работ. На

месторождениях открытого типа поиски проводятся пу­ тем проходки канав, мелких дудок и шурфов, мелких

буровых скважин. На месторождениях закрытого типа необходимо проведение геофизических исследований и бурение сравнительно глубоких скважин.

Геофизические работы позволяют непосредственно с дневной поверхности земли установить, какие породы залегают на глубине. Геофизические методы основаны на том, что угленосные породы имеют характерные, спе­

цифические физические свойства (например, электро­ проводность, плотность, упругость). Пропуская электри­ ческий ток через слои земли, можно установить величи­ ну сопротивления пород току, а следовательно, и состав! пород. Если измерить точными приборами силу притя­ жения Земли, можно выяснить плотность (а следова­ тельно, и состав) пород исследуемого района. Если про­

бе

извести взрыв и особыми приборами (сейсмографами) определить скорость распространения.взрывной волны на глубину, то можно получить данные о составе и строе­ нии земной коры исследуемого участка. Таким образом,

отложения Убаганского бассейна, Махневского, Еловского и других месторождений.

Проходкой канав преследуется цель подсечения угольных пластов вкрест и «вдоль» простирания. Они позволяют задокументировать все разновидности пород, включающих угольные пласты, а также и сами пласты. Канавы применяются на Егоршинском месторождении и в некоторых обнаженных участках Кизеловского района.

Если проходка канав из-за большой мощности по­ кровных отложений экономически не оправдывается, то для прослеживания угольных пластов под покровными отложениями («наносами» или четвертичными образова­

сечения диаметром 0,8—1,5 м. Обыкновенно они прохо­ дятся на глубину не свыше 20 м. Шурфы — вертикаль­ ные горные выработки глубиной 30 м и более. Они имеют прямоугольное сечение. Дудки и шурфы нужны не толь­ ко для определения мощности и прослеживания уголь­ ных пластов по простиранию. Они, пересекая угленосные отложения и угольные пласты ниже зоны выветривания,

используются для отбора проб невыветрелого угля, или,

как говорят, для опробования. Чтобы выяснить присут­ ствие или отсутствие угольных пластов, определить их мощность и условия залегания, проследить по падению и простиранию и опробовать угольные пласты, проходят буровые скважины различной глубины. Так, если нужно проследить угольные пласты близ дневной поверхности,

то есть на небольшой глубине, то проходят мелкие сква­ жины. Но иногда для прослеживания угольных пластов на больших глубинах задаются скважины глубиной до

1800—2000 м, как, например, в Кизеловском бассейне.

В дореволюциойное время бурение производилось толь­

61

ко импортными станками. Сейчас буровые работы вы­

полняются почти исключительно высокопроизводитель­ ными станками отечественного производства.

При пологом угле падения угольных пластов задают­ ся вертикальные скважины, а при крутом — наклон­ ные. Диаметр буровых скважин неодинаков. Он зависит от состава пород угленосной толщи и от глубины сква­ жины. Чем разнородней породы и больше глубина, тем-

больше начальный диаметр. Обыкновенно бурение сква­ жин начинается с диаметра 130 мц и кончается при диа­ метре 85 мм. Проходка буровых скважин — это слож­ ный процесс. Буровые агрегаты располагаются на буро­ вых вышках и состоят из двигателя, бурового станка и насоса. В качестве горючего для двигателей раньше ис­

пользовались бензин или нефть. Теперь станки и насосы приводятся в движение с помощью электроэнергии. Бу­ рение производится обыкновенно победитами, а при крепких породах — чугунной дробью или стальной сеч­ кой. В последнее время начали применять якутские ал­ мазы. Сущность механического вращательного колонко­

ное победитами или алмазами. Колонковая труба с ко­

роночным кольцом вращается вместе со штангами и за­ хватывает в себя те породы, которые она встречает на

своем пути. Вниз, к забою, поступает от насоса по штан­ гам и колонковой трубе вода, которая, с одной стороны,

обеспечивает вынос измельченной разбуренной породы на поверхность (в отстойники), а с другой — предупреж­ дает аварии из-за прихвата нагревающегося бурового'

наконечника стенками скважины. Если породы рыхлые и неустойчивые, к забою скважины подают не чистую

воду, а глинистый раствор. Для того чтобы стенки сква­ жины не обваливались, их периодически укрепляют так называемыми обсадными трубами.

Основной задачей бурения является получение стол­

бика породы, встреченной на пути колонкового снаряда,

иными словами — получение керна. Если выход керна мал, то скважина бракуется. Только хороший выход керна может дать относительно точное представление о составе пробуренных пород угленосной толщи. Дерн —

62

это каменный документ, на основании изучения которо­ го составляются геологические отчеты о произведенных работах, подсчитываются запасы угля в недрах, закла­ дываются шахты... После подъема колонкового снаряда’ на дневную поверхность керн извлекается, в определен­ ном порядке укладывается в специально изготовленные'

керновые ящики и подвергается тщательному полевому описанию. Но бывает и так, что буровые бригады при

бурении обеспечивают чуть не стопроцентный выход керна, а геологический персонал и другие руководители геологоразведочных партий не обеспечивают буровые вышки керновыми ящиками. В результате — керн после извлечения из колонковой трубы складывается как по­ пало, и тогда пройденная скважина ничего, кроме вреда*

мент (рис. 17), который показывает, что скважина глу-

Рис. 17. Столбики породы и угля (керн!, извлеченные из скважины, должны аккуратно складываться в керновые ящики и тщательно документироваться. В некоторых геологоразве­ дочных партиях преследуют цель скважину пробурить (датьметраж), а керн сложить в беспорядке... От такой скважины,

63

биной свыше трехсот метров пробурена, а керн в ящики не уложен и не задокументирован. Если учесть, что про­ ходка одного метра скважины обходится в данных усло­

виях примерно в 150 руб., то причиненный вред в денеж­ ном выражении составит 45 000 руб. А можно ли серьез­ но говорить о «геологической ценности» такого керна?

В последние годы получает распространение так на­

зываемое бескерновое бурение, при котором керн берется лишь с наиболее ответственных интервалов. Это позво­ ляет достичь наибольшей производительности и наимень­ шей стоимости буровых работ. Так, в 1955 году на Кашпирском месторождении, где в то время не применялось бескернового бурения, производительность бурового

станка в месяц составляла 702 погонных метра при стои­ мости одного погонного метра 117 рублей, а в 1957 году, когда с подъемом керна производилось бурение лишь опорных скважин, производительность возросла до 1213 погонных метров в месяц при стоимости одного погон­

ного метра 55 рублей.

Но бескерновое бурение требует тщательного контро­ ля за пробуренными породами, который мог бы в извест­ ной степени компенсировать отсутствие керна. Такой контроль осуществляется путем применения геофизиче­ ских методов исследования, в частности электрического и радиоактивного каротажа. Первый основан на раз­ ной электропроводности пород, второй — на облучении

стенок скважин гамма-лучами и определении рассеянно­ го породами гамма-излучения. С помощью гамма-гамма каротажа можно изучить состав пород, встреченных бу­

ровым снарядом, мощность и глубину залегания уголь­ ных пластов, характер искривления скважин, угол паде­

ния пород, места прйтока воды в скважину, качествен­

ные свойства угля. У каротажа большое будущее.

На основе поисковых работ проводится предвари­ тельная разведка. Она должна выяснить общие перспективы месторождения, установить возрасти строе­ ние угленосных отложений, общие качественные свой­ ства углей, запасы по категории В (разведанные, окон­

туренные), горнотехнические условия эксплуатации, гид­ рогеологические условия и размеры угледобычи.

Материалы предварительной разведки служат обос­ нованием для постановки детальной развед­ ки, которая проводится лишь тогда, когда промышленное

64