Горно-геологические условия строительства приводятся на основе данных детальной разведки участка Новобалахонский 1, выполненной в 1950-51 годах.
Участок Новобалахонский 1 приурочен к полосе развития кемеровской свиты балахонской серии Кузбасса в пределах северной половины западного крыла Кедровско-Крохалевской брахисинклинали.
В строении месторождения принимают участие угленосные отложения усятской, кемеровской и верхние горизонты ишановской свиты.
Промышленная угленосность участка приурочена к отложениям кемеровской свиты, которая содержит пласты угля Кемеровский, Волковский, Подволковский, Владимировский и Лутугинский.
Верхней границей свиты служат песчаники, залегающие в кровле пласта Кемеровского. Нижняя граница проводится условно в 50-60м ниже пласта Лутугинского. Мощность свиты колеблется от 230 до 270м.
По литологическому составу и угленосности отложения кемеровской свиты подразделяются на 2 горизонта: верхний — продуктивный и нижний — непродуктивный. Граница между горизонтами проводится по почве пласта Лутугинского.
Верхний горизонт литологически представлен в основном песчаниками и пластами угля. Алевролиты и аргиллиты занимают здесь подчиненное положение. Мощность горизонта составляет в среднем 180-200м. Нижний горизонт сложен песчано-глинистыми отложениями и совершенно не содержит пластов угля.
Свита сложена песчаниками (53%), алевролитами (31%), аргиллитами и углистыми аргиллитами (4,4%), пластами угля (11,4%).
Основная масса песчаников слагает 2 мощных горизонта: песчаники между пластами Подволковским и Викторовским и пластами Викторовским и Владимировским. Песчаники мелко- и среднезернистые, на глинистом цементе, светло и темно-серые. Нередко наблюдается косая слоистость. Глинистые породы алевролиты и аргиллиты темно-серые и имеют хорошо выраженную слоистую текстуру.
Рыхлые отложения представлены четвертичными суглинками и глинами мощностью от 5 до 30м.
Продуктивная толща участка, как и всего западного крыла Кедровско-Крохалевской брахисинклинали, имеет сложное строение. Западное крыло брахисинклинали осложнено дополнительными складками первого и второго порядков. На площади участка развиты антиклинали “Б”. “б” и синклинали “А”, “а”. Складчатые структуры простираются на северо-восток по азимуту 200. Падение крыльев складок в основном пологое под углом 10-30 градусов. Антиклиналь “Б” ассиметричная, с пологим западным и крутым (45-70 градусов) восточным крылом. Антиклиналь “Б” и синклиналь “А” прослеживаются по всему участку от XVIII до XXIII разведочной линии. Складки второго порядка — антиклиналь “б” и синклиналь “а” — прослеживаются от XIX до XXI разведочной линии. Далее в направлении на север и юг складки быстро затухают.
Кроме складчатых структур геологическое строение участка осложнено разрывными нарушениями надвигового характера.
Надвиг I прослеживается от XXIII р. л. на севере и почти доходит до XX р.л. Амплитуда смещения от 4 до 20м. Поражает пласты от Кемеровского до Лутугинского.
Надвиг II прослеживается от XVIII почти до XXI разведочной линии. Амплитуда смещения от 5 до 8м. Поражает пласты от Волковского до Лутугинского.
Надвиг III прослеживается на XIX разведочной линии. Амплитуда смещения 3м. Поражает пласты Владимировский и Лутугинский.
Кроме перечисленных дизъюнктивов отмечены более мелкие с амплитудой 2-5м, имеющие небольшую протяженность по площади.
По сложности геологического строения участок, как и все месторождение, относится ко II группе.
Угленосность участка связана с отложениями кемеровской свиты, которая содержит пласты угля Кемеровский, Волковский, Подволковский, Викторовский, Владимировский и Лутугинский.
Строение угольных пластов в основном сложное и крайне изменчивое за счет расщепления, наличия внутриформационных размывов. Большая часть пластов относится к невыдержанным.
Предназначенный к первоочередной отработке пласт Владимировский залегает в 38-48м ниже пласта Викторовского, имеет невыдержанную мощность, простое и сложное строение. Средняя мощность пласта равна 4,02м при колебаниях от 0,94 до 7,50м. Средняя мощность угольных пачек равна 3,88м при колебаниях от 0,94 до 6,78м.
На площади участка пласт содержит от 1 до 2 породных прослоев, представленных алевролитом. Средняя мощность породных прослоев составляет 0,38м, при колебаниях от 0,13 до 0,59м.
Почва пласта сложена алевролитом, на юге — песчаником. В кровле залегает мелкозернистый, переходящий в крупнозернистый алевролит, на севере — песчаник.
Местами имеются ложные кровля и почва.
Гидрогеологические условия строительства характеризуются следующим.
В пределах участка выделяются два водоносных комплекса:
— грунтовые воды рыхлых отложений;
— подземные воды коренных пород.
В водоносном комплексе четвертичных отложений выделяется три водоносных горизонта: — верховодка покровных суглинков, водоносный горизонт элювиально-делювиальных образований и водоносный горизонт синих суглинков, приуроченных к тальвегам балок и долин.
Глубина стояния верховодки 0,25-4,0м, дебит не превышает 0,05л/сек. В конце лета верховодка покровных суглинков исчезает и появляется только осенью или весной следующего года.
Элювиально-делювиальные воды приурачиваются к склонам речных долин и логов. Глубина залегания этих вод находится в пределах 1,0-5,0м и более. Дебит изменяется от сотых до десятых долей литра в секунду. Элювиально-делювиальные воды дренируются логами и долинами рек Кедровка и Балахонка. Водообильность четвертичных отложений невысокая и не будет вызывать осложнений при ведении горных работ.
В целом обводненность пород кемеровской свиты невысокая. Породы с повышенной степенью водоносности встречаются в зонах тектонических нарушений и под долинами речной сети.
По аналогии с шахтой “Южная” (г. Березовский), длительное время разрабатывавшей те же пласты угля, приток воды в горные выработки участка Новобалахонского 1 на горизонт +100м составит не более 50-100м3/час. Максимальные водопритоки наблюдаются в весеннее время, превышение их над среднегодовыми составит 1,2 раза по опыту работы на соседних участках.
Таким образом максимальные водопритоки составят 60-120м3/час.
При ведении горных работ в непосредственной близости от водных объектов приток может увеличиться до 200-240м3/час.
При переходе на нижележащие горизонты водоприток уменьшится ввиду затухания трещиноватости горных пород и уменьшения их водообильности. С учетом перетекания с вышележащего на нижележащий горизонт водоприток составит около 60-80м3/час.
Частично воды рыхлых и коренных пород сдренированы в результате ведения открытых работ разрезом “Кедровский”.
По химическому составу подземные воды относятся к гидрокарбонатным кальциево-натриевым. Агрессивная углекислота отсутствует.
Таким образом, гидрогеологические условия отработки угольных пластов предполагаются простыми.
Все горные породы участка с учетом их состава, физико-механических свойств, состояния выветрелости разделены на 3 группы:
- Рыхлые четвертичные отложения.
- Осадочные породы, затронутые процессом выветривания.
- Осадочные породы, не затронутые выветриванием.
Рыхлые четвертичные отложения представлены буроватыми лессовидными суглинками мощностью до 8м, лессовидными деградированными суглинками мощностью до 6м, иловатыми суглинками зеленовато-серого цвета мощностью до 8м и глинами светло-желтого и бурого цветов мощностью до 18м. Глины пользуются меньшим распространением, чем суглинки и по гранулометрическому составу они относятся к пылеватым.
Глины и суглинки находятся в состоянии полного насыщения и обладают невысокой прочностью.
Коренные породы представлены песчаниками, алевролитами, реже углистыми алевролитами, углистыми аргиллитами и углями.
Песчаники крупно, средне и мелкозернистые от светло до темно-серых составляют значительную часть разреза и залегают в основном в кровле пласта Владимировского. В большинстве случаев песчаники плотные, крепкие — на карбонатном и серицитовом цементе, менее прочные — на гидрослюдистом и глинистом цементе. Для всей толщи песчаников временное сопротивление сжатию изменяется от 572 до 1591кг/см2. В зоне физического выветривания и вблизи тектонических нарушений прочность их значительно снижается; величина временного сопротивления сжатию колеблется от 10 до 552кг/см2.
Алевролиты в разрезе представлены разностями от мелких до крупных, слоистые, полимиктовые, цементирующая масса глинистая с примесью гидрослюдистой, редко карбонатная. Временное сопротивление сжатию составляет от 438 до 972кг/см2, в зонах физического выветривания и вблизи тектонических нарушений 155-491кг/см2.
Алевролиты, залегающие в кровле угольных пластов и имеющие мощность 0,20-0,40м, способны к расслаиванию, а в почве — к пучению.
Углистые алевролиты и углистые аргиллиты распространены незначительно. Залегают обычно вблизи угольных пластов, чаще всего слагают ложную кровлю. Временное сопротивление сжатию имеет среднее значение около 175кг/см2. При отработке они отслаиваются и засоряют уголь.
Углистые аргиллиты почти на 70% состоят из углистой массы. По физико-механическим свойствам занимают промежуточное положение между вмещающими породами и углями и обладают низкими прочностными свойствами.
Каменные угли неоднородны по петрографическому составу, в основном полуматовые с блестящими и полублестящими разностями, довольно крепкие. Временное сопротивление сжатию — 130-209кг/см2.
Конкреционные породы, мелкоалевролитовые сидериты, встречаются чаще всего среди вмещающих пород и в виде единичных включений — в пласте Владимировском.
Прогноз устойчивости кровли дается по рассматриваемым пластам следующий:
По пласту Владимировскому основная кровля сложена довольно крепким мелкозернистым песчаником, редко алевролитом. Коэффициент крепости песчаников 7-8, временное сопротивление сжатию — 750-1095кг/см2. Алевролиты мелкозернистые средней крепости. Мощность основной кровли изменяется от 4 до 60 м.
Непосредственная кровля прослеживается не везде, часто замещается основной кровлей. Представлена алевролитами, временное сопротивление сжатию которых 700-890кг/см2, коэффициент крепости 6-7. Мощность ее колеблется от 1,5 до 11,4м. На значительной площади присутствует ложная кровля.
По нагрузочным свойствам кровля пласта Владимировского делится на тяжелую (70%), среднюю (25%) и легкую (5%).
По устойчивости непосредственная кровля делится на устойчивую (40%), средней устойчивости (40%) и неустойчивую (20%).
По управляемости активная кровля пласта Владимировского делится на средне (30%) и трудноуправляемую (70%).
Все тектонические нарушения сопровождаются зонами трещиноватости мощностью от 11 до 20м.
Газоносность угольных пластов на участке Новобалахонский 1 не изучалась.
По данным многочисленных исследований газоносность пластов кемеровской свиты характерна как для отдельного, так и для Кемеровского района в целом. Таким образом данные по газоносности рассматриваемых пластов принимаются по аналогам — юго-восточная часть поля шахты “Глушинская” и шахта “Южная”.
На основании этих данных газовая зональность на участке Новобалахонском 1 выглядит следующим образом:
— углекисло-азотная зона распространяется на глубину 60-130м (абс. отм. +180¼+110м) и имеет газоносность от следов до 2,0м3/т.с.б.м.;
— азотно-метановая зона распространяется на глубину 85-160м (абс. отм. +155¼+80м) и имеет газоносность от 2,0 до 5,0м3/т.с.б.м.;
— метаново-азотная зона распространяется с глубины 140-180м (абс. отм. +100¼+60м) и имеет газоносность 5,0м3/т.с.б.м. и более;
— метановая зона, имеющая верхнюю границу на абс. отметке +100¼+60м.
На основании данных по участкам аналогам пласт Владимировский находятся в зоне газового выветривания. Метаноносность пласта Владимирского составит не более 5-6м3/т.с.б.м.
Согласно перечня пластов угля, склонных к самовозгоранию, пласт Владимировский на близрасположенных шахтах (“Ягуновская”, “Южная”, “Северная” и им. Волкова) отнесены к опасным по самовозгоранию.
Угли рассматриваемого участка с содержанием летучих веществ в пределах 15-27% являются опасными по взрывам угольной пыли.
По содержанию свободной двуокиси кремния от 27,53% до 40,92% — в песчаниках и от 25,4% до 39,65% — в алевролитах все породы участка относятся к силикозоопасным.
Согласно расчету, выполненному институтом ВостНИИ по шахте “Южная” (аналог участка Новобалахонский 1), критическая глубина появления внезапных выбросов составит 67-100м от поверхности метановой зоны. Таким образом, при отработке пласта Владимировского, глубина залегания которого в границах участка не превышает 95-100 м, появление внезапных выбросов не ожидается.
