Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ДОБЫЧА УГЛЯ В ЮЖНОЙ ЯКУТИИ И ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ (на примере разреза «Нерюнгринский»)

Миронова С. И., Иванов В. В.,

1.2.1. Краткая характеристика предприятия

Нерюнгринское каменноугольное месторождение, отрабатываемое в настоящее время разрезом «Нерюнгринский», находится в Алдано-Чульманском угленосном районе Южно-Якутского угольного бассейна и своей южной частью примыкает к территории города Нерюнгри.

Разрез «Нерюнгринский» является структурной единицей по добыче угля ОАО ХК «Якутуголь» Министерства топлива и энергетики Республики Саха (Якутия). Разрабатываемое разрезом месторождение находится на территории, подчиненной администрации города Нерюнгри Республики Саха (Якутия).

Ближайшие к разрезу (месторождению) населенные пункты расположены: город угольщиков Нерюнгри и поселок энергетиков Серебряный Бор (Нерюнгринская ГРЭС) – в 6 и 20 км к востоку соответственно, поселок Чульман (Чульманская ГРЭС) – в 50 км к северу, поселок Беркакит (железнодорожная станция Беркакит) – в 20 км южнее разреза. В районе поселка Чульман имеется аэропорт города Нерюнгри, принимающий все типы современных самолетов. От железнодорожной станции Большой Невер (Транссибирская магистраль) до города Якутска, через поселки Беркакит, Чульман, Алдан и Томмот, проходит
Амуро-Якутская автомагистраль (АЯМ).

Все населенные пункты и промплощадки разреза связаны между собой и с Амуро-Якутской автомагистралью шоссейными дорогами. Связь района Нерюнгринского месторождения с Транссибирской и Байкало-Амурской железнодорожными магистралями осуществляется по железной дороге БАМ – Тында – Беркакит и подъездному железнодорожному пути от основной промплощадки разреза «Нерюнгринский» до станции Беркакит. В настоящее время осуществляется строительство железнодорожной магистрали от станции Беркакит до города Якутска. Участок строящейся магистрали между станциями Беркакит – Чульман – Алдан – Томмот находится в промышленной эксплуатации.

Основными структурными подразделениями ОАО ХК «Якутуголь», обеспечивающими функционирование разреза «Нерюнгринский» по добыче угля являются: обогатительная фабрика «Нерюнгринская», погрузочно-транспортное управление (ПТУ), Нерюнгринская автобаза, Нерюнгринский ремонтно-механический завод (РМЗ) и другие. Добываемые на разрезе коксующиеся угли обогащаются на Нерюнгринской ОФ, энергетические угли транспортируются автотранспортом на комплекс погрузки энергетических углей (КПЭУ) при ОФ «Нерюнгринская» и на прирельсовый угольный склад № 1 разреза на монтажной площадке с погрузкой угля в железнодорожные вагоны экскаватором-мехлопатой. Отгружаются энергетические угли в рядовом виде: крупностью 0–50 мм через КПЭУ; крупностью 0–300 мм с прирельсового склада № 1. В состав технологического комплекса разреза также входят: ремонтно-механический цех (РМЦ), участок подготовки производства (УПП), дренажный участок, комплекс по приготовлению щебня (в составе дорожно-строительного участка № 7), авто-тракторно-бульдозерный цех и склад ВМ. Административно-бытовое обслуживание трудящихся разреза осуществляется в АБК разреза, расположенном на главной промплощадке.

Энергетическая база района представлена Нерюнгринской и Чульманской ГРЭС – ТЭЦ мощностью 620 и 72 тыс. кВт, соответственно, которые посредством ЛЭП 110 кВ между собой и ЛЭП-220 кВ между Нерюнгринской и Зейской ГРЭС входят в состав единой энергетической системы. Топливом для ГРЭС-ТЭЦ являются, в основном, нерюнгринские энергетические угли и промпродукт нерюнгринской обогатительной фабрики. От НГРЭС по ВЛ-110 кВ на металлических опорах осуществляется питание ПС 110/35/7 кВ № 40, а от последней – питание объектов разреза «Нерюнгринский».

Теплоснабжение объектов разреза, ОФ и все промышленной зоны осуществляется также от Нерюнгринской ГРЭС – ТЭЦ по магистральной теплотрассе теплоносителем перегретая вода с максимальными параметрами 150–70 °С.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения объектов разреза является районный водопровод, по которому вода поступает на главную промплощадку разреза и далее по местным сетям водопровода распределяется по промплощадкам и объектам технологических комплексов разреза и ОФ и автобазы технологического автотранспорта.

Бытовые стоки от объектов ОФ и разреза отводятся через сети главной промплощадки разреза и ОФ в систему районной канализации (сети канализации, перекачивающие и подкачивающие насосные станции и очистные сооружения).

На Нерюнгринском месторождении непосредственно изучены только отложения нерюнгринской (J3nr) и холодниканской (К1ch) свит верхнеюрского и нижнемелового возрастов.

Отложения Нерюнгринской свиты вскрыты на всей площади месторождения буровыми скважинами на 10–30 м. ниже пласта Пятиметрового и, в большинстве случаев, 15–20 м. ниже пласта Мощного, который венчает ее разрез. Свита имеет высокую промышленную угленосность. Она содержит пласт Мощный, пласт Пятиметровый, пласт Неожиданный и два Промежуточных пласта, залегающих между Пятиметровым и Мощным.

Промышленный интерес имеют два угольных пласта рабочей мощности – пласты Мощный и Пятиметровый.

Пласт Мощный является основным объектом эксплуатации разрезом «Нерюнгринский». Он разрабатывается с 1979 г. Площадь его распространения составляет 16 км2, максимальная глубина погружения – 315 м; на крыльях Нерюнгринской мульды пласт выходит на дневную поверхность. По материалам разведочных работ пласт Мощный на площади месторождения характеризуется значительными колебаниями мощностей – от 1,40 до 79,15 м. В южной части месторождения он расслаивается на 2–3 пачки и уменьшается в мощности. Среднее значение мощности угольного пласта по всем пластопересечениям вне зоны расщепления составляет 24,82 м. В северо-западной части месторождения в первом тектоническом блоке мощность пласта колеблется от 14,82 до 35,75 м. Здесь пласт характеризуется, преимущественно, сложным строением. По данным доразведки в разрезе пласта установлено от 5 до 10 прослоев высокозольного угля, углистых алевролитов и песчаников. На площади второго, третьего и четвертого тектонических блоков пласт представляет собой залежь с ровной поверхностью кровли и с неровной валообразно изменяющейся почвой. Общая тенденция залежи – постепенное уменьшение мощности пласта в южном направлении. Мощность пласта изменяется от 43–46 м. на севере до 1,40 на юге, хотя максимальные значения мощности находятся в южной части второго тектонического блока. Участки пласта большой мощности постепенно или очень резко сменяются участками с пониженной мощностью. Особое положение занимает восточная часть блока. В северной части этого участка в восточном направлении мощность пласта изменяется от 43–46 м. до 3,65–7,90 м. на расстоянии менее, чем в 50 м. В юго-восточном и южном направлениях мощность возрастает до 11–15 м. Далее на юг пласт представляет собой залежь с резко расщепленной почвой, когда амплитуда колебаний мощности на отдельных участках достигает более 50 м. Здесь же отмечены максимальные для месторождения значения мощности пласта Мощного – 79,15 м. Участок характеризуется наличием мощных раздувов и утонений пласта, внутриформационных перерывов, явлений местных расщеплений. Здесь же общая мощность угольной залежи является максимальной и достигает 140 метров, однако, между верхней и нижней пачками угля залегает мощная линза песчаников с редкими до 1,45 м прослоями угля. Ширина этой линзы составляет 300 м. Южнее ее западное замыкание не установлено. В восточном направлении она резко обрывается, сменяясь мощной пачкой угля. Максимальная мощность линзы песчаника составляет 100 м.

Почва пласта Мощного на изученных участках месторождения сложена серыми мелкозернистыми песчаниками с пологоволнистой и мелкой косой слоистостью. У контакта с углем песчаник часто обогащен тонко рассеянным углистым материалом и содержит обугленные остатки растений.

При рассмотрении разреза пласта Мощного отмечается хорошо выраженная последовательность смены петрографических типов углей от блестящих к полуматовым и матовым. Согласно этой смене и происходит увеличение зольности угля при переходе от нижних слоев к верхним.

В южной части месторождения, как указывалось выше пласт Мощный расщепляется на три пачки – верхнюю, среднюю (основную) и нижнюю. Площадь из распространения составляет около 3 км2.

Верхняя пачка отщепляется от основной в юго-восточной части месторождения. Строение пачки сложное, обычно она содержит 2–3, реже 4–6 породных прослоя представленных углистыми песчаниками, углистыми алевролитами не выдержанных по простиранию, мощность которых изменяется от 0,10 до 0,50 м. Мощность пачки изменяется от 0,70 до 9,22 м. Увеличение мощности происходит постепенно на восток, от линии отщепления на западе, причем примерно на половину площади распространения верхней пачки мощность пласта не достигает рабочего значения. Далее на восток и северо-восток некондиционное значение мощности отмечено только в одной скважине. Рабочее значение мощности изменяется от 2,10 до 9,22 м, составляя в среднем 4,79 метров.

Основная пачка представляет собой относительно устойчивый угольный пласт на большей части своего распространения сохраняющий рабочее значение. Строение пачки в большинстве пластопересечений простое, однако, в ее разрезе очень часто встречаются 2–3 прослоя углистых алевролитов или песчаников мощностью 0,10–0,70 м и редко она содержит до 14 прослоев углистых пород мощностью 0,5–0,15 метров. В пространстве эти породные прослои не коррелируются, не установлено закономерности в приуроченности их какой-либо части в разрезе пласта. Из 116 пластопересечений только 10 показывают некондиционное значение мощности. Эти мощности приурочены к южной центральной части площади и наблюдаются в пределах 0,50–1,65 м. По другим 106 пластопересечениям мощность пласта изменяется от 2,07 до 28,26 м, составляя в среднем 11,03 метра. Наиболее встречаемые мощности составляют 9–13 метров. Пониженные значения мощности (2–3 м) приурочены, главным образом, к северной границе площади распространения пласта с некондиционной мощностью, а на остальной части встречаются редко, хотя и имеют место. Обращают внимание резкие колебания в значениях мощности пачки. Причем эти изменения происходят на коротких расстояниях и, как и в северной части месторождения, в основном со стороны почвы пласта.

Нижняя пачка представляет собой неустойчивый угольный пласт, который на значительной площади своего распространения имеет мощность ниже кондиционной или вообще отсутствует. Отчетливо выделяются два участка с наиболее устойчивыми значениями рабочих мощностей. На этих участках наиболее встречаемая мощность составляет 4–6 – 10 метров, достигая в отдельных случаях более 16–18 м. Вдоль всей северной границы участка расщепления мощности составляют – 2,5–5,0 метров. Для центральной части участка и всей его южной границы характерны мощности ниже 2,0 м. Значение рабочей мощности для всей площади участка составляет по 71 пластопересечению от 2,0 до 18,36 метров, при среднем значении 5,24 м. Строение пачки в основном простое. Редко она содержит 1–2 породных прослоя мощностью
0,10–0,25 метров представленных углистыми алевролитами или песчаниками невыдержанными по простиранию.

Другим перспективным пластом на месторождении является пласт «Пятиметровый», который имеет рабочую мощность на значительной площади своего распространения и залегает в 100–120 м ниже почвы пласта Мощного. Средняя подсчетная мощность пласта составляет 3,62 метра. По петрографическому составу уголь пласта Пятиметрового сходен с углем нижнего комплекса пл. Мощного. Он представлен преимущественно блестящими и полублестящими углями. Зольность угля изменяется от 10 до 30 %. В кровле пласта залегают разнообразные по литологическому составу породы – от аргиллитов до крупнозернистых песчаников. В почве пласта – песчано-алевролитовые и глинисто-углистые осадки пойм. Анализ мощностей и строения пласта показывает, что пласт сложную морфологию. Наибольшее колебание мощностей пласт испытывает в северо-западной части месторождения. Мощность здесь колеблется в пределах 2–10 м, достигая в отдельных точках до 21,38 метров. В южной части месторождения пласт значительно утрачивает свое промышленное значение ввиду небольших, невыдержанных мощностей и частым наличием участков полного выклинивания пласта. В итоге, анализируя все имеющиеся данные по характеристике пласта Пятиметрового, можно, с определенной долей уверенности, сказать, что пласт представляет собой единую угольную залежь.

При бурении скважин на пл. Пятиметровом в ряде скважин встречены угольные пласты, имеющие мощность 1 м и более, которые являются невыдержанными по мощности, строению, и площадному развитию, что позволяет предположить о бесперспективности этой части толщи. Ниже пласта Пятиметрового практический интерес может представлять лишь пласт Неожиданный, вскрытый единичными скважинами. Мощность его колеблется от нерабочей до 4–5 метров. Площадное распространение пласта не выяснено.

Характеристика угольных пластов приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Вмещающие вскрышные породы представлены, в основном крупно-, средне- и мелкозернистыми песчаниками кварц-полевошпатового состава, в незначительном количестве – алевролитами, аргиллитами, гравелитами и конгломератами высокой литификации.

Встречаемость разностей литологических типов пород приведена в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Четвертичные отложения, представлены песками и галечниками мощностью 1,0–3,0 м и распространены повсеместно. Удельный вес вскрышных пород изменяется от 2,62 до 2,84 г/см3, объемный вес – от 2,44 до 2,72 г/см3, составляя в среднем 2,58–2,60 г/см3. Коэффициенты крепости основных пород вскрыши (песчаников) по шкале проф. М.М. Протодьяконова изменяются от 6,6 у тонкозернистых песчаников до 10,1 – у крупнозернистых. Породы, сложенные разнозернистыми песчаниками, относятся к породам средней, выше средней и повышенной абразивности. Трещиноватость вскрышных пород и угля – высокая.

Все вскрышные породы содержат до 40–60 % свободной окиси кремния и относятся к силикозоопасным.

Вскрышные породы в связи с высоким содержанием в них кварца (45–70 %) относятся к породам средней, выше средней и повышенной абразивности.

Уголь месторождения сильно деформирован тектоническими процессами, подвержен многократному смерзанию и оттаиванию и, как следствие отличается исключительной хрупкостью, легкой дробимостью и повышенной склонностью к пылеобразованию при отработке после осушения.

В целом породы вскрыши классифицируются как крепкие, редко довольно крепкие (угли довольно мягкие), преимущественно выше средней абразивности, реже малоабразивные, средне – крупноблочные, сейсмически жесткие, при отработке требуют сплошного рыхления взрывными работами. Угли в отдельных случаях требуют частичного применения БВР.

Породы на площади месторождения по степени устойчивости в откосах разреза относятся:

1. В зоне выветривания – ко II группе 2-й подгруппы как скальные выветрелые породы повышенной трещиноватости средней крепости;

2. Вне зоны выветривания – к I группе 2-й подгруппы – крепкие скальные породы осложненные рядом пликативных и дизъюнктивных нарушений, иногда со значительным перемещением пород.

С точки зрения предельно равновесного состояния породы откосов имеют значительный запас прочности и классифицируются как весьма устойчивые.

В процессе эксплуатации разреза возможны следующие деформации уступов.

Обрушения по контактам, тектоническим нарушениям, отдельным трещинам падающим навстречу фронту работ под углами круче 25–30°. Для предотвращения обрушений необходима заоткоска уступов не круче углов падения сместителей, т. е. менее 70°. На участках, где падение
напластования пород направлено в сторону выработанного пространства возможна деформация всего уступа.

Осыпания уступов вследствии выветривания, промерзания и протаивания, интенсивной трещиноватости, массовых взрывов, отсутствия оптимальной заоткоски.

Провалы и оседания площадок рабочих уступов вызванные интенсивной тектонической нарушенностью пород участка и изменением температурного режима мерзлых горных пород в процессе ведения вскрышных работ летом.

Рекомендуемые углы откосов рабочих уступов при высоте 15–20 м, с учетом опыта ведения горных работ в зоне выветривания составляют 65–70°, ниже зоны выветривания – 75°. Углы наклона нерабочих уступов – 60°.

Ориентировочные углы наклона рабочих бортов с учетом размера рабочих площадок 50–60 м – 30–35°. Углы наклонов угольных уступов при высоте 10 м – 60°.

Отвалам из пород вскрыши отсыпаемых под углом естественного откоса на прочное основание может быть придана практически неограниченная высота без нарушения устойчивого равновесия.

Многолетнемерзлые породы на месторождении слагают большую часть его площади (70–80 %). Наименьшая мощность многолетнемерзлых (до 50 м) отмечается в южной части, наибольшая (150–160 м) – на склонах долины безымянного ручья – притока р. Н. Нерюнгра.

Температура горных пород в пределах распространения мерзлых пород на глубине 10 м достигает – 4,2 °С, средняя температура на этой глубине составляет – 1,29 °С. Мощность слоя сезонных колебаний температур достигает 25–20 м, геотермическая ступень – 95 м/°С, температурный градиент – 0,01 °С/м.

Талые породы отмечаются на небольших участках, располагающихся в верхних частях водораздела и вдоль русла р. В. Нерюнгра. Установлено, что таликовая зона в северо-восточной части не имеет сплошного распространения, а ее западная граница отодвинулась гипсометрически до отметки 950 м и проходит узкой полосой в верхней части водораздела р. В. Нерюнгра и руч. Холодникан с северо-запада на юго-восток.

Кроме того, таликовые зоны отмечаются еще на трех небольших участках, располагающихся также в верхней части водораздела, на южных склонах р. В. Нерюнгри и в районе скважины № 1509.

Талики водоразделов имеют снежногенно-инфильтрационную природу возникновения.

Почвы в районе месторождения преобладают подзолистого и болотного типа, имеющие невысокое плодородие. Почвообразующими породами являются продукты выветривания безкарбонатных кристаллических пород – песчаников, алевролитов и аргиллитов. селективное отвалообразование при одинаковых физико-механических свойствах вскрышных пород разреза и мелкоземов почвенного покрова нецелесообразно; также нецелесообразно снятие растительного слоя для использования в сельскохозяйственных целях из-за его непригодности.

Работы по изучению газоносности углей и пород Нерюнгринского месторождения проводились до 1975 года Южно-Якутской комплексной экспедицией, а с 1975 года Нерюнгринской геологоразведочной партией треста «Дальвостуглеразведка».

В угленосной толще месторождения установлены: метан, тяжелые углеводороды, водород, углекислый газ и азот. Образование природных газов связано с региональным, регионально-термальным метаморфизмом, окислительными процессами. При изучении состава газа угленосной толщи месторождения установлены три основные зоны: метаново-азотных, азотно-метановых и метановых газов. В связи с отсутствием на месторождении зоны полной деметанизации зоны углекисло-азотных и азотно-углекислых не выделены. Природные газы в угольной толще Нерюнгринского месторождения представлены в основном метаном. Газоносность угольных пластов не превышает по водороду 0,1 м3/т сбм; углекислому газу – 0,8 м3/т сбм. Поэтому основное внимание в настоящем разделе уделяется метану и метаноносности угольных пластов и вмещающих пород.

Метаноносность угольных пластов изменяется от 0,001 до 10,14 м3/т сбм. метаноносность пласта Мощного – от 0,001 до 8,63 м3/т сбм. Максимальные значения отмечены в осевой части брахисинклинали на глубине 280 м. Метаноносность пласта Пятиметрового изменяется от 0,11 до 10,14 м3/т сбм; максимальные значения наблюдаются на глубине 310 м.

В пределах месторождения отмечается закономерное увеличение метаноносности угольных пластов с глубиной их залегания. Так, на глубине 100 м средняя метаноносность пластов составляет 1,5 м3/т сбм; 200 м – 2–3,5 м3/т сбм; 300 м – 5,0–5,8 м3/т сбм; 350 м – 6,2–7,0 м3/т сбм.

На месторождении по характеру распределения метана в угольной толще выделяются три основные части: северо-западная, центральная и южная.

Северо-западная часть характеризуется изменчивой мощностью зоны газового выветривания, метаноносность пластов изменяется от 0,01 до 3,7 м3/т сбм. по пласту Мощному и от 1,2 до 10,1 м3/т сбм по пласту Пятиметровому.

Центральная часть месторождения характеризуется повышенными значениями метаноносности угольных пластов до 8–9 м3/т сбм по пласту Мощному. Метаноносность пласта Пятиметрового в этой части не изучена. Мощность газового выветривания относительна стабильна.

С увеличением залегания пластов происходит закономерное нарастание метаноносности до 9 м3/т сбм в осевой части складки.

Южная часть месторождения характеризуется пониженными содержаниями метана в угольных пластах (0,0–17,0 %) и метаноносностью 0,0–0,8 м3/т сбм на глубинах 80–180 м от поверхности.

Метаноносность вмещающих пород незначительна и изменяется от 0,06 до 0,28 м3/т и составляя в среднем 0,12 м3/т.

Подсчет запасов метана согласно «Временных методических требований геолого-экономической оценке и подсчету запасов метана в угольных пластах» не производился, так как Метаноносность угольных пластов менее 10 м3/т сбм.

Современная газоносность угленосной толщи зависит от влияния следующих геологических факторов: тектоники, глубины залегания угольных пластов, метаморфизма, угленосности, гидрогеологических и геокриологических условий, характера перекрывающих отложений и других.

Границей разреза является выход пласта Мощного под четвертичные отложения по периметру брахисинклинальной складки. В контуре выхода на поверхность пласта Мощного брахисинклиналь прослеживается в направлении с северо-запада на юго-восток на расстоянии 6,15 км при максимальной ширине 3,9 км. Площадь месторождения составляет около 16 км2. Максимальная проектная глубина горных работ разреза (глубина погружения почвы пласта Мощного по оси складки) до 400 м (абс. отм. +550 м). По состоянию на 01.01.03 года фактические отметки горных работ по пласту на горных участках западного крыла составили +605 м, восточного крыла – +768,0 м.

Подсчет запасов угля произведен согласно постоянным кондициям, разработанными институтом «Сибгипрошахт», которые утверждены протоколом ГКЗ СССР № 765 от 7 декабря 1973 г.:

– минимальная мощность угольных пачек пласта Мощного простого и сложного строения – 2 м;

– максимальная мощность отдельных породных прослоев, отрабатываемых валом и включаемых в подсчет запасов по угольной массе – 2 м;

– максимальная зольность (Ас) угольного пласта с учетом 100 % засорения породой – 35 %.

При утверждении запасов угля по месторождению (сводный геологический отчет по Нерюнгринскому месторождению, протокол ГКЗ № 10545 от 25.11.1988 г.) балансовые запасы по категориям А+В+С1 составили 365700 тыс. тонн.

Сравнение утвержденных протоколом ГКЗ и оставшихся балансовых запасов углей пласта Мощного в границах разреза по состоянию на 01.01.03 г. показано в табл. 1.3.

Таблица 1.3

В соответствии с принятой системой разработки отработка угольного пласта Мощный осуществляется слоями мощностью по 10 м с погрузкой в автомобильный транспорт.

Отработка угольного пласта принята селективная, в соответствии с утвержденным в 1987 году пересмотром технического проекта, в котором был произведен анализ горно-геологических условий залегания пласта.

Породоугольная смесь от зачистки угольного пласта при его отработке вывозится и складируется на вскрышных внешних и внутренних отвалах.