РОЗВИТОК СИСТЕМ КЛІВАЖУ І МАЛОАМПЛІТУДНОЇ ТЕКТОНІКИ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ВИКИДОНЕБЕЗПЕЧНІСТЬ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ У МЕЖАХ ГІРНИЧОГО ВІДВЕДЕННЯ ШАХТИ ІМ. О. Ф. ЗАСЯДЬКО

 

Автори: Привалов В.О., Панова О.А., Саксенхофер Р.Ф., Рейшенбахер Д., Ткаченко О.В., Пилюгін Д.В.

Джерело:  труди УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012

Анотація: Привалов В.О., Панова О.А., Саксенхофер Р.Ф., Рейшенбахер Д., Ткаченко О.В., Пилюгін Д.В. Розвиток систем кліважу і малоамплітудної тектонікита їх вплив на викидонебезпечність вугільних пластів у межах гірничого відведення шахти ім. О.Ф. Засядько. У роботі представлені результати геометризації і розглянуті механізми виникнення тектонічної порушеності і систем кліважа в межах гірничого відводу шахти ім. О. Ф. Засядько.

 

Донецький басейн - один з найбільших за запасами вугіль-них басейнів світу та головна вугільна база України [1]. Біля  95,4 % вітчизняного вуглевидобутку приходиться на Донбас. Українські вугільні шахти справедливо вважаються одними з найнебезпечніших у світі. Викиди газів під час підземних робіт та зумовлені цим небезпечні умови гірничо-видобувних робіт - це основні проблеми, що стримують безпечний та ефективний видо-буток вугілля у Донбасі. Практика інтенсивного ведення робіт на викидонебезпечних пластах щорічно доповнює неутішну статис-тику виникнення газодинамічних явищ новими випадками, в то-му числі, з людськими жертвами. У Донбасі більшість шахт видобуває вугілля на ділянках окремих тектонічних блоків, що обмежені регіональними насу-вами, на теренах яких розвинуто зони (переважно зсувного похо-дження [4]) концентрованого розвитку малоамлітудних тектоніч-них порушень.

Скорочення обсягів вуглевидобутку та зниження добових навантажень на забої виробок в межах більшості підприємств ву-глевидобувної галузі в Донбасі створило ілюзорний образ тенде-нції загального зниження кількості газодинамічних явищ в шах-тах [7]. Тим часом, на тих підприємствах, де гірничі роботи пере-ходять на все більш глибокі горизонти, а інтенсифікація гірничо-експлуатаційних робіт неухильно зростає, геодинамічна актив-ність і газозбагаченість гірничих виробок стають основними чин-никами, що стримують темпи видобутку вугілля за рахунок різ-кого погіршення умов безпеки праці.

Об'єктивно, актуальність цієї проблеми сягає критичних рівнів в межах гірничих відведень "шахт-ветеранів", як то шахта ім. О. Засядька, котра введена вексплуатацію у 1958 р. Саме тут тривала експлуатація призвела до практично пов-ної виїмці вугілля в межах центральних бремсбергових і уклон-них полів, що зумовило необхідність переходу до відпрацювання на глибоких горизонтах тектонічно ускладнених флангових по-лів, що примикають до природних границь шахт, якими є, як пра-вило, регіональні розривні порушення і змикаючі крила флексур-них складок. У такій ситуації більш 50 % гірничо-експлу-атаційних робіт виявляється в зонах впливу тектонічних геологі-чних порушень.

Головними ознаками викидів вугілля та газу є майже миттє-ве руйнування частини гірського масиву біля вибою гірничої ви-робки з високим ступенем подрібнення вугілля, підвищенням га-зовиділення і наявністю порожнин в масиві гірських порід [4]. Перед раптовим викидом вугілля та газу спостерігається значне підвищення сейсмоакустичної активності масиву, своєрідне «лу-щення» або «стріляння» вміщуючих порід. З ускладненням тек-тонічної будови шахтного поля, розвитком дрібних плікативних та диз’юнктивних порушень небезпека викидів зростає. 1979 р. В.С. Попов [10] вперше звернув увагу на те що, за даними підземного геологічного картування, більшість малоамп-літудних розривів в Донбасі сконцентровано в межах специфіч-них смугоподібних у плані тектонічних зон або тектоносмуг. Останні розташовуються усередині тектонічних блоків, трасу-ються практично по всіх вугільних пластах у вигляді 1-2 азимут-них напрямів, косо зорієнтованих до регіональних розривів на межах тектонічних блоків. В.С. Попов справедливо вважав, що різноманіття мікротектонічних форм в межах тектоносмуг є ре-зультатом дії специфічних внутрішньопластових напруг, концен-траторами яких виступають самі вугільні пласти (див. нижче ду-плекси стиснення).роботах [-4] на прикладі Донецько-Макіївського райо-ну Донбасу встановлено, що:

1)плитоподібні в трьохвимірному просторі, витримані по простяганню зони концентрованого розвитку малоамплітудної тектоніки (тектоносмуги) генетично є результатом сколового ме-ханізму разлінзування масиву гірських порід площинами макси-мальних дотичних напружень, тобто мають беззаперечно зсувне походження; 

2) контрастність тектоносмуг на навколишньому фоні ви-значається інтенсивністю зсувних деформацій, а їх просторове положення пов'язане з орієнтуванням векторів головних норма-льних напружень, при цьому, вісь максимальних стискуючих на-пружень σ₁ займає положення бісектриси гострих кутів 2θ = 52…78 ° (середнє значення 60°) на перетині парних спряжених тектоносмуг;

3) тектоносмуги одного порядку рівновіддалені одна від од-ної, що додає шахтним полям мозаїчно-блокову будову (напри-клад, ромбоподібна сітка тектоносмуг в межах гірничого відве-дення шахти ім. газети «Донбас»);

4) у контурі тектоносмуг розвинені різні морфологічні типи малоамплітудної тектоніки (диз'юнктиви - багатоступінчаті усту-пи і луски, односторонні розриви підошви і покрівлі вугільних пластів, мікроскладки, флексурні вигини, порушення первинної структури і потужності вугільного пласта – зони брекчирування, препарування вугілля, роздування, пережими і клиновидні укорі-нення вугілля у вміщуючі породи і ін.), чиє простягання не зав-жди співпадає з орієнтуванням тектоносмуг;

5)орієнтування порушень усередині зони малоамплітудної тектоніки найчастіше співпадає з простяганням тектоносмуги – 82 % випадків, відрізняється на 10…30 °- 12 %, займає квазіпопе-речне до граничних розривів – 6 % (див. нижче синтетичні й ан-титетичні зсуви Риделя);

6) не дивлячись на ідентичний структурний малюнок по різ-них пластах із практично повним проекційним збігом тектонос-муг на погоризонтних планах (тобто крізний характер зон в умо-вах єдиного поля напружень), тектоносмуги навіть в межах збли-жених шахтопластів (гірниче відведення шахти ім. газети «Дон-бас», зближені до 100 м пласти h₈ і h₁₀) мають суттєві відмінності внутрішньої будови , що характеризуються наявністю дрібних по-рушень поздовжніх до граничних розривів (пласт h₈, в покрівлі пласта – пісковик) або квазіпоперечних до останніх (пласт h₁₀, в покрівлі пласта – аргіліт);

7) із збільшенням глибини розробки (зростанням літостати-чного тиску) в зонах малоамплітудної тектоніки фіксується тренд зниження вертикальних амплітуд розривів;

8) зони малоамплітудної тектонічної порушенності контро-люються деформаційними аномаліями рельєфу вугільних пластів (флексурні перегини, лінійно-зорієнтовані зони змін кутів і ази-мутів падіння вугленосної товщі, локальні «роздування» або «пе-режими» – стоншування вугільного пласта);

9) блоки вугленосної товщі, що обмежені регіональними те-ктонічними розривами у Донецько-Макіївському районі, зазнали повного спектру деформацій, як то паралельного переносу, обер-тальних рухів, зміни об'ємів та форми (дилатації), в умовах зсув-ного поля напружень (поле шахти. ім. М. Калініна - вісь стиснення σ₁: 115…125 ° (295…305 °), вісь розтягування σ₃: 25…35 ° (205…215 °), вісь проміжних напружень σ₂ - субвертікальна; поля шахт ім. газети "Донбас" і "Заперевальна" - вісь стиснення σ ₁: 120…130 ° (300…310 °), вісь розтягування σ₃ : 30…40 ° (210…220 °), σ₂ - вертикальна; поле шахти Глибока - вісь стиснення σ₁: 135…145 ° (315…325 °), вісь розтягування σ₃: 45…55 ° (225…235 °), σ₂ - вертикальна);

10) в умовах зсувного поля напружень регіональні розриви Донецько- Макіївського району зазнали розвитку як підкидово-зсувні форми з переважанням зсувної компоненти зрушення (Першотравневий, Мушкетівській розриви, субширотна ділянка Французького насува) або практично чисті зсувні дислокації - ро-зриви Софіївський (шахта Глибока) і Провіданс.

Вугільним пластам властива природна тріщинуватість (клі-важ), що виявляється у вигляді систем відкритих «пустих» або заповнених мінералізацією тріщин та чисельних звивистих , роз-галужених, східчастих, струйчастих поверхонь сколювання у ву-гіллі. Первинна тріщинуватість або ендокліваж (за Г. О. Івановим [12]) утворюється під впливом літостатичного тиску вищезаляга-ючої товщі гірських порід в процесі регіональних перетворень осадових порід вугленосної товщі (діагенез, катагенез, метагенез), під час яких відбувається молекулярне ущільнення, вида-лення вологи і скорочення об'єму вугільної речовини. Первинні тріщини, як правило, є нормально січними по відношенню до на-пластування, а за характером розвитку напружень вони є тріщи-нами розтягу. Екзогенний кліваж виникає під дією зовнішніх сил і є одним з важливих показників впливу тектонічних процесів: тут можуть бути присутні різні за кінематикою тектонічні рухи, пов'язані з відносними переміщеннями – ковзаннями бортів тріщин по типу скидів, підкидів або зсувів. Ще в 1939 р., спираючись на численні виміри в гірничих вибоях, Г.О. Іванов [12] встановив, що екзоклі-важ або тектонічна тріщинуватість у вугленосних відкладах не є безсистемною, а виразно групується в подздовжні і діагональні по-яси із переривчастим горизонтальним "рухом мас".

Кліваж розвивається успадковано по первинно закладених ослаблених зонах, по неоднорідних в структурному відношенні ділянках, що призводить до розвитку нових систем тріщин. Пер-винні ендогенні тріщини часто затушковані вторинними екзоген-ними. Звичайно збільшення екзогенної тріщинуватості спостері-гається поблизу тектонічних порушень та у зв’язку з розподілом елементів тектонічних структур. Часто інтенсивно перем’ятими виявляються пачки вугілля, що прилягають до покрівлі чи підош-ви вугільного пласта. Саме по тріщинах відбувається міграція ву-глеводневих газів і метану, що міститься в вугільних пластах. Кліваж і його параметри (орієнтування тріщин, ступінь їх розк-риття), а також кінематичний тип безпосередньо впливають на процеси, що відбуваються в вуглепородному масиві, бо роблять вугільні пласти проникними, служать шляхами міграції флюїдів, зокрема води і газів. Тріщини кліважу мають бути достатньо доб-ре розвинутими, щоб вугільний метан зміг мігрувати до свердло-вини і бути витягнутим на поверхню у разі дегазації вугільного пласта або промислової розробки газу. Чим більше розкрита і ро-звинена система кліважу, тим ефективніше дегазація вуглепород-ного масиву.

        ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ