Слан­цы - горные породы с почти параллельным расположением пластинчатых или вытянутых минералов и легко разделяю­щиеся по плоскостям наслоения. К осадочным породам относят также торф, нефть, твердые битумы, горючие сланцы, асфальт; в осадочных породах содержится природный газ.

В угольных месторождениях процесс диагенеза заканчи­вался образованием бурого угля. В дальнейшем происхо­дило изменение его химического состава, физических и техноло­гических свойств под влиянием повышенных температур и дав­ления. В результате из бурого образовался каменный уголь, а из каменного угля антрацит. Процесс изменения состава угля в недрах от бурого до антрацита называют его метаморфизмом.

Метаморфическими считают те из магматических или осадочных пород, которые под действием высоких температур и давления изменили свой первоначальный состав и строение. К ним относят кварциты, гнейсы, кристаллические (слюдяные) сланцы, мраморы и др. В метаморфических породах находят руды железа, меди, вольфрама, редких металлов и др.[14]

Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре называют месторождением полезного ископаемого. Часто бывает, что в одном месторождении сосредоточено несколько полезных ископаемых - хромо-никелевые, медно-цинковые, нефтегазовые и др. Угольный бассейн - площадь сплошного или островного развития угленосных отложений, характеризую­щаяся общностью условий образования на протяжении одного геологического отрезка времени. Угольный бассейн обычно при­урочен к крупной тектонической структуре.

Угленосный район - часть угольного бассейна, отличающаяся едиными гео­логическими условиями залегания угольных пластов.

Геолого-промышленный район - часть угольного бассейна, характери­зующаяся не только едиными геологическими условиями, но и общностью экономических, географических и исторических осо­бенностей развития. Приведенные определения применимы с соответствующей поправкой к другим полезным ископаемым. Уголь в недрах залегает в виде пластов, руды - в виде жил, линз, гнезд, пластов, а горючие сланцы, соли, торф - в виде пластов и линз (рис. 1.1). Пласт - скопление в недрах полез­ного ископаемого, ограниченное двумя близкими к параллель­ным плоскостями и имеющее значительную площадь распро­странения по сравнению с мощностью (толщиной накопления). Группа пластов, залегающих совместно в порядке их гене­тического образования, чередующихся с вмещающими пустыми породами и объединяющихся по единому геологическому при­знаку (чаще всего - по возрасту), представляет собой свиту пластов. Вмещающие породы и свита угольных пластов вместе образуют угленосную толщу. Вмещающие породы, залегаю­щие непосредственно выше пласта, называют кровлей, ниже пласта - почвой. Пластообразное скопление пустой однородной породы или часть пласта называют слоем.

Если угольный пласт состоит из одного угля, он имеет про­стое строение. В большинстве случаев пласт разделен прослойками - тонкими слоями пустой породы - на уголь­ные пачки, и имеет сложное строение. Число пачек в угольных пластах колеблется от единицы до десятков и со­тен. Плоскости, по которым отдельные пласты или слои пород соприкасаются друг с другом, называют плоскостями напла­стования.

В процессе образования угольных пластов органические осадки откладывались горизонтальными или слабо наклонными слоями. Однако при разработке месторождений находят пласты и слои различного угла наклона к горизонтальной плоскости. Это объясняется тем, что в ходе диагенеза и метаморфизма, в недрах возникали тектонические движения, которые привели к нарушениям (дислокациям) первоначального зале­гания пород. Геологические нарушения разделяют на пликативные (складчатые без разрыва сплошности массива) и дизъюнктивные (с разрывом сплошности).

Рис. 1. Форма залегания полезных ископаемых в недрах:

а - пласт; б - линза; в - гнездо; г – жила

§ 3.1. Общая характеристика свойств и состояния массива

Свойство горной породы - присущее ей качество, которое ха­рактеризует ее структуру или реакцию на внешнее воздействие.[15] Свойство может выражаться численным показателем, т. е. свой­ство имеет меру. В поиске, разведке, добыче и обогащении по­лезных ископаемых наиболее широко используют плотностные, коллекторские, механические, электрические, электромагнитные и акустические свойства.

Плотностные свойства характеризуют вещества в каком-либо объеме. Их используют при учете добычи полезных иско­паемых, в расчетах транспортирования угля и горных пород, а также обогащения.

Знание механических свойств горных пород позволяет пра­вильно выбрать технологию и средства механизации процессов добычи и обогащения полезных ископаемых. От механических свойств горных пород зависит выбор способа крепления и уп­равления кровлей в очистном забое или проведения горной вы­работки.

Электрические свойства горных пород используют для раз­ведки полезных ископаемых. Для этого в разведочных скважи­нах помещают электроды и пропускают через них электрический ток. По его величине рассчитывают удельную электриче­скую проводимость горной породы и по ней определяют тип горной породы. Так получают разрез горных пород по скважине. По замерам в нескольких скважинах определяют структуру за­легания пластов и пород на данном месторождении. Электриче­ские свойства горных пород используют также при стимулиро­вании осушения водоносных слоев, оттаивании мерзлых пород на карьерах.

Электромагнитные свойства пород используют для установ­ления границ рудных тел, полостей скопления соляного ра­створа, границ зон, опасных по горным ударам.[16]

Акустические свойства горных пород используют для опре­деления зон, опасных по внезапным выбросам угля и газа, устойчивости целиков, границ между угольным пластом и вмещающими породами, трещиноватости и нарушенности мас­сива.

Термические (тепловые) свойства влияют на теплообмен по­род с шахтным воздухом, а, следовательно, на климатические условия в горных выработках. Они используются в термическом бурении скважин на карьерах, при подземной газификации угля.

При разработке полезных ископаемых те или иные свойства горных пород проявляются в сочетании друг с другом. Комплекс свойств и технология ведения горных работ обусловливают со­стояние массива горных пород. В таких случаях говорят о про­явлении технологических свойств массива.

Состояние массива горных пород характеризуется напряже­ниями, массами пород, воды и газов, содержащихся в единице объема горных пород, и температурой. Напряжение горной по­роды - сила, действующая на единицу площади какого-либо сечения породы. Если сила направлена перпендикулярно к рас­сматриваемой плоскости сечения, то напряжение называют нормальным. В случае действия силы в плоскости сечения напряжение считают касательным.

Напряжения в массиве возникают по различным причинам. Основная из них - вес вышележащих пород. Сила, вызываемая весом вышележащих пород, называется горным давлением. На­пряжения в массиве от действия веса вышележащих горных по­род на глубинах 800-1200 м достигают 20-30 МПа и более.[17] Такие значительные напряжения обязательно учитывают при выборе технологии ведения горных работ.