Природные типы углей характеризуются большим разнообразием физических, химических и технологических свойств. Это разнообразие связано с исходным материалом, условиями угленакопления и степенью последующего метаморфизма углей. По характеру исходного вещества угли подразделяются на гумусовые и сапропелевые.

Угольные пласты иногда сложены целиком или в своей значительной части одним из перечисленных выше основных типов углей, что создаёт однородную структуру угольного пласта, но в большинстве случаев отдельные петрографические разности переслаиваются, образуемые так называемые полосчатые угли.

Минеральные примеси в углях содержатся в тонкорассеянном состоянии и в виде кристаллов и конкреций различной формы и величины. Состав минеральных примесей весьма различен - зёрна кварца, глинистое вещество, пирит, марказит, сульфаты, карбонаты, а также соединения, содержащие калий, натрий, серу, фосфор и редкие элементы (ванадий, германий и др.).

В результате различной степени метаморфизма угли дают генетический ряд, начинающийся бурыми углями и заканчивающийся антрацитами.

Природа оптических ориентировок витринитов углей до настоящего времени не выяснена окончательно. В связи с этим данные об ориентировке оси Np и плоскости NgNp оптической индикатрисы витринита рассматриваются раздельно, так как ранее установлено, что их расположение фиксируется в различные периоды формирования тектонических структур.

Донецко-Макеевкий район расположен на Южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины, охватывающей всю юго-западную часть Донецкого бассейна.Все тектонические разрывы Кальмиус-Торецкой котловины образованы сериями кулисообразно расположенных более мелких ветвей. Первомайский, Калининский, Мушкетовский и Итальянский надвиги имеют сдвиговую составляющую до 900 - 1000 м. Мелкоамплитудные разрывы имеют слабо выраженную тенденцию к затуханию с глубиной и образуют четыре хорошо выраженные системы с азимутом простирания 345-3350, 40-500, 85-950, 105-1150. Для Кальсииус-Торецкой котловины реконструировано напряженное состояние, при котором завершилось формирование структуры. Вектор сжимающих усилий был направлен по азимуту 130-1600, растягивающих - 50-700. Ось средних напряжений близка к вертикали.

Наиболее детально в данном районе исследованы угли шахтных полей, расположенных в зоне действия Мушкетовского надвига. Замеры, проведенные в ориентированных шлифах, показывают изменение азимута простирания оптических осей (NgNp) витринита от параллельного Мушкетовскому надвигу до параллельного серии оперяющих данный надвиг мелкоамплитудных нарушений. Ориентировка оси Np параллельно Софиевскому надвигу фиксируется в витринитах углей, отобранных в его висячем крыле. В углях крутопадающих крыльев Калиновской и Явиновско-Ждановской флексур плоскость NgNp оптической индикатрисы витринита углей ориентирована вдоль шарниров данных структур. В лежачих крыльях Первомайского и Колпаковского надвигов плоскость оптических осей NgNp витринита углей нормальна к простиранию разломов.

Восстановление локальных полей напряжений, по данным замеров векторов смещений на зеркалах скольжения мелкоамплитудных разломов и трещин в исследуемых точках, показало значительное изменение ориентации осей исходного поля, что обусловлено переориентацией главных нормальных и касательных напряжений в окрестностях разломов. Направление действия максимальных сжимающих усилий изменяется от субгоризонтального до вертикального. Оптическая индикатриса под действием этих полей ориентируется таким образом, что плоскость оптических осей (NgNp) параллельна вектору смещения на поверхности напластования.

Таким образом, в пределах Донецко-Макеевского района (центральная и восточная части Кальмиус-Торецкой котловины) плоскость NgNp оптической индикатрисы витринита углей имеет азимуты простирания преимущественно 3000(1200) и 300 (2100), менее развита ее ориентировка по азимуту 900.

В углях, отобранных в висячих крыльях региональных разломов, которые имеют значительную сдвиговую составляющую, плоскость NgNp оптической индикатрисы витринита углей параллельна простиранию данных разломов или оперяющих их мелкоамплитудных нарушений. В висячих крыльях разломов исследуемая плоскость оптической индикатрисы занимает положение, ортогональное предыдущему.

Плоскость NgNp оптической индикатрисы витринита углей параллельна вектору смещения на поверхности напластования, характерному для локальных полей напряжения, восстановленных в точках отбора ориентированных образцов.

Южно-Добасский угленосный район расположен на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины Донбасса, где отложения палеозоя сочленяются с докембрийскими образованиями Приазовского кристаллического массива. Относительно неглубокое залегание жесткого фундамента обусловило все своеобразие тектоники района. Здесь наблюдается сочетание складчатости и надвигов, характерных для центральных областей, со сбросами и взбросами, отражающими глыбовый характер строения докембрийского основания.

Эти особенности тектонического строения района характерны для шахтного поля шахты "Южно-Донбасская" №1, где проведены наши исследования. Юго-западной границей шахтного поля является Криворожско-Павловский сброс, а в восточной части шахтное поле ограничено Владимирским сбросом. Простирание низнекаменноугольных отложений на описываемой площади в основном широтное - 1000. На западе оно поворачивает к югу, переходя в брахиантиклинальную складку. Углы падения пород в основном пологие (от 4 до 15-180).

Для регионального поля напряжений исследуемого района свойственно симметричное расположение осей главных нормальных напряжений относительно общедонецкого простирания складчатости. Оси максимальных сжимающих и растягивающих напряжений прослеживаются горизонтально, соответственно продольно и перпендикулярно по отношению к линейным складчатым структурам. Для локальных полей напряжений отдельных тектонических блоков шахты "Южно-Донбасская" №1 характерна значительная изменчивость направлений и соотношений величин главных нормальных напряжений. Для углей шахты "Южно-Донбасская" №1 установлены преобладающие ориентировки плоскости NgNp оптической индикатрисы по азимутам 35, 80, 135, 1700.

Центральный угленосный район приурочен к западной части Главной антиклинали Донбасса. Главная антиклиналь представляет собой простую узкую с крутыми углами падения (60-800) линейную складку субширотного простирания. Система разрывных нарушений, главным образом надвигового типа, осложняет строение как крыльев антиклинали, так и осевой части. Отмечаются продольные и диагональные надвиги протяженностью от нескольких сотен метров до десятков километров при амплитудах смещения до 250м.

Основные закономерности в изменении ориентировки плоскости NgNp оптической индикатрисы витринита углей Центрального района можно сформулировать следующим образом.

Плоскость NgNp витринита как на южном, так и на северном крыльях Главной антиклинали ориентирована закономерно в соответствии с локальными полями напряжений в точках отбора проб.

Выявлено несколько азимутальных положений плоскости NgNp 35, 120, 175, 50-700.

Простирание плоскости NgNp оптической индикатрисы витринита по азимуту 20-300 наиболее характерно для северо-западного замыкания Главной Антиклинали.Вблизи флексур или тектонических нарушений, где происходило вращение плоскости NgNp вокруг оси Np, она ориентируется по азимуту 50-600.

Большинство положений плоскости NgNp витринита углей по азимуту 1750 является общим для северного и южного крыльев Главной антиклинали, за исключением ориентировки изучаемой плоскости с азимутом простирания 1200, которое фиксируется лишь на северном крыле. Положение плоскости NgNp оптической индикатрисы витринита полностью контролируется ориентацией максимальных сжимающих и растягивающих напряжений, восстановленных методом кинематического анализа в точках отбора ориентированных образцов углей. В условиях одноосного вертикального сжатия угольных пластов плоскость NgNp ориентируется строго по падению пластов, изменяя свое положение при приближении к тектоническим разломам до параллельного и перпендикулярного к линии пересечения угольного пласта разломов.

Анализ полученных результатов позволил установить, что оптическая индикатриса витринита углей формируется в процессе метаморфизма углей и является зафиксированной моделью палеодеформаций в условиях максимального термодинамического режима. При изменении локальных полей напряжений происходит вращение плоскости NgNp витринита вокруг неподвижной оси Np оптической индикатрисы. Это позволяет выделить два этапа в формировании оптической ориентировки витринита - доинверсионный и постинверсионный. Данные об ориентировке оптической индикатрисы витринита могут быль использованы для восстановления локальных полей напряжения в угольных пластах и в каждом конкретном случае можно прогнозировать места действия повышенных касательных напряжений, предопределяя тем самым возможное положение выбросоопасных участков.

В связи с резким ухудшением качества угля на отдельных участках шахтного поля работу в лаве иногда приходится временно приостанавливать и выяснять причины этого явления (проявление прослоев в угольном пласте, слабая кровля, вызывающая загрязнение угля боковыми породами пласта, местные включения породы в виде линз, внедрение пород кровли или почвы в угольный пласт, включение сернистых соединений и т.д.). Необходимо также проследить строение пласта и его качества по ближайшим разведочным скважинам, смежным шахтам, разрабатывающим те же пласты, изучить по разведочным данным изменчивость геологического строения кровли и почвы угольного пласта, установив возможные границы распространения условий, вызывающих изменение качества добываемого угля.

Геолог должен не только изучать геологическую базу горного предприятия и устанавливать запасы, но также знать и качества добываемого угля (зольность, содержание серы. марочный состав, влажность, пластометрические показатели), так как при определённых условиях (кондициях) полезное ископаемое становится нерентабельным для разработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Корчемагин В.А., Рябоштан Ю.С. Тектоника и поле напряжений Донбасса // Поля напряжений и деформаций в земной коре. – М.: Наука, 1987. – с.164-186.

2. Крылова Н.М. Оптические свойства углей как индикаторы тектонических напряжений // Осадконакопление углей карбона. – М.: Наука, 1971. – с.134-140.

3. Янышева Т.В. Изучение оптических свойств углей – новый метод оценки локальных полей напряжений в угольных пластах // 7-е Всесоюзное угольное совещание. – Ростов-на-Дону, 1982. – с.87-88.

4. International Handbook of coal petrography. Intern. Committee for coal petrology (ed.), 2-nd. ed., Centre National Recherch 233; Scientifigue. – Paris, 1963. - с.45-48.