Прокопенко О.О., руководитель Стягун А.В.
Донецкий национальный технический университет
Источник: Маркшейдерское обеспечение геотехнологий – 2011 / Материалы международной научно–практической конференции молодых ученых, студентов и представителей производства. – Днепропетровск, НГУ – 2011, с. 77–78.
В работе [1] Герасименко Г. И., делает вывод, что на участке шахт треста «Куйбышевуголь» преобладающей формой разрывных нарушений являются надвиги. Этот вывод можно распространить и на Донецко–Макеевский район в целом.
Белоусов В.В., [3] отмечает, что надвиги рассеиваются по простиранию, и если можно это проследить, по падению и восстанию расщепляются на все большее число все меньших по амплитуде смещений. Вышеизложенное подтверждает возможность прогнозирования разрывных нарушений по изменению трещиноватости горного массива. В основу прогнозирования положен факт, что по мере приближения к нарушению частота трещиноватости увеличивается. Ряд исследователей для прогнозирования расстояния до разрывного нарушения пользуются относительной частотой трещиноватости. За относительную частоту трещиноватости берется отношение числа данной системы трещин к общему числу трещин, замеренных в одной точке замера. Частота проявления трещин определяется только для экзогенной группы трещин. Букринский В.А., и Михайлова А.В., [3] установили, что величина относительной частоты трещиноватости по мере приближения к нарушению падает, достигая своего минимального значения, затем ее значение, достигая своего минимального значения, резко увеличивается. Расстояние от точки наблюдения, где величина относительной частоты трещиноватости минимальна до нарушения считается зоной влияния нарушения. Эта величина достаточно постоянна для различных районов. Так для южной зоны мелкой складчатости она находится в пределах 400–700 м. Для районов с открытым видом складок она равна 50–150 м. Кроме этого величина зоны влияния зависит от амплитуды самого нарушения. С увеличением амплитуды увеличивается величина зоны влияния нарушения. Отсюда, знание величины зоны влияния нарушения на трещиноватость дает возможность прогнозировать расстояния до нарушения и в условиях Донецко–Макеевского района.
Прежде чем приступить к определению зоны влияния нарушений, уточнилась методика определения частоты трещиноватости и обработки фактических данных. Уточнение методики производилось, в основном, по фактическим замерам в 5 западной лаве пласта h10 шахты «Глубокая» ПО «Донецкуголь». Эта лава была выбрана потому, что линия забоя лавы расположена перпендикулярно нарушению, находящемуся в 8 м ниже откаточного штрека. Причем положение линии очистного забоя относительно плоскости сместителя не меняется в течении ряда лет, что позволило провести неоднократное наблюдение за интенсивностью трещиноватости. Выкопировка из плана горных выработок по данной лаве приведена на рис. 1.
Рисунок 1.— Выкопировка с плана горных выработок по пл. h10 шахты Глубокая.
Некоторые авторы предлагают различные методики определения частоты трещиноватости. Так, например, Букринский В.А., и Михайлова А.В., [3] пользуются понятием интенсивности трещиноватости, под интенсивностью трещиноватости понимают проявление какой–либо системы трещин и выражают количеством трещин, приходящихся на единицу длины, а Михайлов А.С., [4] отмечает, что возможно относить количество трещин не только к единице длины, но и к единице площади.
Для определения интенсивности трещиноватости в лаве через каждые 10 м. определялось число трещин на 1 дм., затем подсчитывалось число трещин на площади 1дм., квадратный. По этим данным строились графики. В первом случае по вертикальной оси откладывалось число трещин на единицу длины рис. 2, во втором — на единицу площади рис. 3.
Рисунок 2. — График изменения частоты трещиноватости при определении количества трещин на 1дм.
Рисунок 3. — График изменения частоты трещиноватости при определении количества трещин на 1дм. квадратный.
При сопоставлении видно, что графики абсолютно идентичны, за исключением того, что на рис. 2 кривая интенсивности трещиноватости выше, что легко объяснимо. Следовательно, при определении интенсивности трещиноватости в условиях Донецко–Макеевского района вполне возможно ограничится подсчетом числа трещин на единицу длины. Подсчет количества трещин, развитых на единицы длины менее трудоемок и занимает меньше времени, чем подсчет трещин на единицу площади, что весьма существенно в стесненных условиях очистного забоя. В качестве единицы длины наиболее целесообразно взять один метр погонный, так как на нарушенных участках расстояние между трещинами экзокливажа может быть 50 см и более.
Выше указывалось, что прогнозирование расстояний до тектонических разрывов некоторые исследователи осуществляют по изменению относительной частоты трещин, параллельных сместителю. Относительная частота определялась как отношение числа трещин приходящихся на единицу длины 1 дм, к числу трещин измеренных по всей лаве. Более точный прогноз можно осуществить на основании изменения относительной частоты трещиноватости. В данном случае относительная частота трещиноватости определяется по формуле:
n=(ni-nв)nв*100%,
где ni — частота трещиноватости в зоне влияния нарушения;
nв — частота трещиноватости вне зоны влияния нарушения.
Установлено, что непосредственно у нарушения относительная частота трещиноватости, по сравнению с ненарушенной зоной возрастает примерно на 70%. Данные по изменению относительной частоты трещиноватости приведены в таблице 1.
Таблица 1. Изменение относительной частоты трещиноватости.
| Расстояния до нарушений (м), | 200 | 180 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | 60 | 40 | 20 | 0 |
| n, % | 5 | 10 | 20 | 30 | 30 | 25 | 42 | 46 | 52 | 56 | 70 |
Отклонения от приведенных значений относительной частоты трещиноватости могут колебаться в пределах 5% в обе стороны.
Исследования по определению величины зоны влияния нарушений позволили установить следующие закономерности:
Надвиги района характеризуются наличием зон интенсивной трещиноватости. Величина этих зон зависит от амплитуды нарушения. Так величина этих зон интенсивной трещиноватости для Мушкетовского надвига с амплитудой 100–130 м составляет в среднем 200 м. По опыту ведения горноэксплуатационных работ выемка запасов вблизи таких надвигов практически невозможна в полосе равной соответственно 50 и 100 м.
Крупные нарушения сопровождаются мелкими, причем ориентировка последних в основном совпадает с ориентировкой крупных. Так, например в 13 восточной лаве пласта l1 шахты «Куйбышевская» за 500 м до коксового надвига появились нарушения надвигового типа с амплитудой смещения 0,13–0,25 м. По мере приближения к основному нарушению амплитуда содизъюнктивных нарушений увеличивается. На расстоянии 100 м от коксового надвига амплитуда последних возросла до 1 м. Таким образом, влияние крупных нарушений сказывается на расстоянии до 500 м.
При приближении к разрыву частота трещин в общем увеличивается. На некотором расстоянии от разрыва уменьшается, затем увеличиваясь, достигает максимального значения в непосредственной близости у разрыва. Такое изменение частоты трещин объясняется тем, что при концентрации напряжений, в месте, где они достигают предельных напряжений, образуется разрыв. При дальнейшем подводе напряжений происходит перераспределение напряжений. В результате перераспределения величина напряжений на некотором расстоянии от разрыва падает. Это приводит к тому, что на этом расстоянии трещины, одинаковой с нарушением ориентировки, не образуются. Такие трещины появляются в непосредственной близости у разрыва за счет напряжений, возникающих при перемещении крыльев напластования по плоскости сместителя относительно друг друга.
Герасименко Г.И. К вопросу о геометризации формы залегания угольных пластов полей шахт треста «Куйбышевуголь». Автореферат диссертационной работы представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Д.: ДПИ , 1954.
Белоусов В.В. Структурная геология. — М.: Госгеолтехиздат, 1971. — 277с.
Букринский В.А., Михайлова А.В. Изучение связи трещиноватости с тектоническими структурами горных пород. — М.: МИИРГЭМ. 1963. — 96 с.
Михайлов А.Е. Полевые методы изучения трещин в горных породах. — М.: Госгеолтехиздат. 1956. — 132 с.