Géologie et exploration

Butt Fracture (in coal)

Fracture de culée : Une discontinuité secondaire dans le charbon

Introduction :

Dans le domaine de l'exploitation minière du charbon et de la géologie, la compréhension des différents types de fractures présentes dans les veines de charbon est cruciale pour une extraction sûre et efficace. Une de ces fractures, connue sous le nom de fracture de culée, est une fracture secondaire et discontinue qui joue un rôle significatif dans le comportement mécanique et la qualité globale du charbon.

Définition :

Une fracture de culée est une fracture discontinue qui se forme perpendiculairement au plan de stratification d'une veine de charbon. C'est généralement une fracture secondaire, ce qui signifie qu'elle se développe après le processus de formation primaire de la veine de charbon. Ces fractures sont souvent sub-parallèles les unes aux autres et peuvent être de forme droite ou courbe.

Mécanisme de formation :

Les fractures de culée sont souvent attribuées à la concentration de contraintes au sein de la veine de charbon. Cette contrainte peut provenir de divers facteurs, notamment :

  • Forces tectoniques : Les mouvements de la croûte terrestre peuvent exercer une pression sur la veine de charbon, entraînant le développement de fractures.
  • Affaissement : L'élimination des couches rocheuses sus-jacentes peut provoquer un affaissement de la veine de charbon, créant une contrainte de traction et induisant des fractures.
  • Failles : Le mouvement le long des failles peut créer des contraintes de cisaillement qui se propagent dans la veine de charbon, entraînant des fractures de culée.
  • Activité minière : L'extraction du charbon peut introduire des concentrations de contraintes, conduisant à la formation de fractures de culée, en particulier près du front de taille.

Caractéristiques :

  • Discontinuité : Les fractures de culée ne s'étendent pas continuellement sur toute la veine, contrairement à certaines fractures primaires.
  • Sub-parallèle : Elles se produisent généralement dans une série de fractures sub-parallèles étroitement espacées.
  • Espacement variable : L'espacement entre les fractures de culée peut varier considérablement, allant de quelques millimètres à quelques mètres.
  • Ouverture : Les fractures de culée peuvent avoir des ouvertures variables, de microscopiques à macroscopiques.
  • Remplissage : Elles peuvent être remplies de divers matériaux, tels que la calcite, la pyrite ou l'argile.

Importance :

  • Qualité du charbon : Les fractures de culée peuvent affecter la qualité du charbon en augmentant sa perméabilité, ce qui peut avoir un impact sur sa teneur en humidité, son adsorption du méthane et sa teneur énergétique globale.
  • Sécurité minière : La présence de fractures de culée peut contribuer aux chutes de toit et à d'autres dangers miniers, en particulier si elles sont mal caractérisées.
  • Évaluation des ressources en charbon : La compréhension de la distribution et des caractéristiques des fractures de culée est essentielle pour une évaluation précise des ressources en charbon et une planification minière.

Conclusion :

Les fractures de culée sont une caractéristique importante dans les veines de charbon, représentant des fractures secondaires et discontinues qui peuvent avoir un impact significatif sur le comportement mécanique et la qualité du charbon. Comprendre leur mécanisme de formation, leurs caractéristiques et leur importance est crucial pour des opérations d'exploitation minière du charbon efficaces et sûres.


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Butt Fracture Quiz

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What type of fracture is a butt fracture?

a) Primary, continuous fracture b) Secondary, discontinuous fracture c) Primary, discontinuous fracture d) Secondary, continuous fracture

Answer

b) Secondary, discontinuous fracture

2. How do butt fractures typically form?

a) During the initial formation of the coal seam b) Due to stress concentration within the coal seam c) As a result of volcanic activity d) From the erosion of the coal seam

Answer

b) Due to stress concentration within the coal seam

3. What is the typical orientation of butt fractures relative to the bedding plane?

a) Parallel b) Perpendicular c) Diagonal d) Random

Answer

b) Perpendicular

4. Which of the following factors can contribute to the formation of butt fractures?

a) Tectonic forces b) Subsidence c) Faulting d) All of the above

Answer

d) All of the above

5. How can butt fractures impact the quality of coal?

a) Increasing its moisture content b) Affecting its methane adsorption c) Reducing its overall energy content d) All of the above

Answer

d) All of the above

Butt Fracture Exercise

Scenario: You are a geologist working on a coal mining project. During a site survey, you encounter a series of closely spaced, sub-parallel fractures in the coal seam, oriented perpendicular to the bedding plane.

Task:

  1. Based on the description, identify the type of fracture you have observed.
  2. Explain how this type of fracture may impact the mining operation.
  3. Suggest two ways to mitigate the potential risks associated with this fracture type.

Exercice Correction

1. Based on the description, you have observed **butt fractures**. 2. Butt fractures can significantly impact mining operations in several ways: * **Roof instability:** Butt fractures can weaken the roof of the mine, increasing the risk of roof falls. * **Gas migration:** Butt fractures can act as pathways for methane gas migration, increasing the risk of gas explosions. * **Water ingress:** Butt fractures can allow water to enter the mine, potentially causing flooding and safety hazards. * **Reduced coal quality:** Butt fractures can increase the permeability of the coal, leading to higher moisture content and lower energy content. 3. Here are two ways to mitigate the risks associated with butt fractures: * **Proper support:** Using appropriate support systems (e.g., roof bolts, timber sets) to reinforce the mine roof and prevent roof falls. * **Gas management:** Implementing a gas monitoring and ventilation system to control methane gas concentration and mitigate the risk of explosions.


Books

  • Coal Geology: By Charles H. Cecil (2008) - Provides an in-depth overview of coal geology, including sections on coal fractures.
  • Coal Mining Geology: By N.G. Zhurba (2008) - Covers the geological aspects of coal mining, including topics on coal fractures and their impact on mining operations.
  • The Geology of Coal: By Brian H. Kent (2006) - Explores the geological aspects of coal formation and occurrence, with a chapter dedicated to coal fractures.
  • Coal Resources and Technology: By J.G. Stout and R.D. Hagni (1992) - Focuses on the exploration, extraction, and utilization of coal resources, including a section on coal fracturing.

Articles

  • "Coal Fracture Systems and their Influence on Methane Gas Migration" by P.R. Moore, D.A. Vutukuri, and H.H. Einstein (2008) - Investigates the role of coal fractures in methane gas migration.
  • "The Influence of Butt Cleats on Coal Seam Gas Production" by J.A. Rice and D.L. Wise (1998) - Explores the impact of butt cleats on coal seam gas production.
  • "Fracture Characteristics and Their Relationship to Gas Production in Coalbeds" by C.D. Johnson and J.A. Rice (1997) - Analyzes the relationship between fracture characteristics and gas production in coal seams.

Online Resources

  • "Coal Geology" by the Illinois State Geological Survey - Provides an online resource on coal geology, including information on coal fractures.
  • "Coalbed Methane" by the U.S. Department of Energy - Offers comprehensive information on coalbed methane extraction, with sections on coal fracture systems.
  • "Coal Geology and Mining" by the British Geological Survey - Features articles and reports on coal geology and mining, including topics on coal fractures.

Search Tips

  • Use specific keywords: "Butt fracture coal," "secondary fracture coal," "coal seam fracture," "discontinuous fracture coal."
  • Combine keywords with location: "Butt fracture coal West Virginia," "coal fracture systems Pennsylvania," etc.
  • Explore academic databases: Search on Google Scholar, JSTOR, ScienceDirect, and other databases for academic publications on coal fractures.

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