СТЯГУН А.В.  кандидат техн. наук

 

О ПРОГНОЗИРОВАНИИ МЕЛКОАМПЛИТУДНЫХ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ

 

       В условиях Донбасса детальной разведкой шахтных полей уста­навливаются нарушения с амплитудой свыше 10—15 м. Невыяв­ленные геологические нарушения могут оказать влияние не только на технико-экономические показатели добычных участков, но и на работу шахты в целом. Так, из-за высокой степени нарушенности сокращены сроки службы шахт «Ветка-Глубокая», «Мушкетовская-Заперевальная» и др. В связи с этим вопросы изучения и прогно­зирования мелкоамплитудной тектоники приобретают особую ак­туальность.

      К настоящему времени накопился довольно большой опыт про­гнозирования разрывных нарушений на всех стадиях освоения место­рождения. При этом в практике разведочных работ известны графи­ческие, геофизические и геологические методы выявления мелко­амплитудных тектонических нарушений.

В горной геометрии известны приемы, позволяющие с наиболь­шей полнотой выявить и графически воспроизвести пространствен­ные и структурные особенности залегания угольных пластов. Эта работа выполняется путем построения изолиний, разрезов, профи­лей и уклонов пласта. Прогнозирование условий залегания по гра­фикам изолиний различных показателей, характеризующих эле­менты залегания, закономерности изменения параметров дизъюнк­тивных нарушений основано на распространении выявленных ранее особенностей пласта на разведываемые участки, однако мелко­амплитудные нарушения при этом выявляются недостаточно точно.

При построении геологических разрезов по данным разведочных выработок достоверно могут быть выявлены нарушения с ампли­тудой более 10—15 м. Способ плоских вертикальных сечений [3] позволяет на стадии геологической разведки выявить зоны мелких тектонических нарушений на участках пласта, перебуренных боль­шим числом скважин.

В настоящее время для выявления мелкоамплитудных тектони­ческих нарушений разрабатываются различные варианты геофизи­ческих методов. Пока они находят довольно ограниченное при­менение.

В процессе эксплуатации на наличие разрывных геологических нарушений указывает целый ряд признаков (смещение кровли или почвы угольного пласта, появление в угле клина породы при уве­личении общей мощности пласта резкое уменьшение мощности плас­та иногда до полного выклинивания, внезапная замена угля породой, резкое изменение элементов залегания угольного пласта и др.). Однако по этим признакам далеко не всегда удается опреде­лить тип нарушения, его амплитуду, направление смещения крыльев пласта.

В. А. Букринским был разработан метод прогнозирования раз­рывных тектонических нарушений, который основан на единстве образования и соответствии ориентировки и проявления экзоген­ной трещиноватости горных пород процессу образования и ориенти­ровки осей деформаций тектонических структур (складок, разры­вов) в результате действия тектонических полей напряжений [2].

В. А. Букринским и А. В. Михайловой [2] на основании наблюде­ний за трещиноватостью в Кадиевском районе Донбасса установле­но, что характерная для данного района картина трещиноватости искажается по мере приближения к разрывному нарушению. В пер­вую очередь искажения касаются тех систем трещин, которые имеют одинаковые с нарушением или близкие к нему элементы залегания. Обработка натурных наблюдений на структурных диаграммах пока­зала, что при наличии нарушений происходят следующие отклоне­ния максимума системы трещин от его теоретического положения:

1) отсутствие максимума, т. е. трещин данной системы, в резуль­тате полного ее замещения нарушением;

2) смещение максимума от его теоретического положения в ре­зультате частичного замещения трещин данной системы нарушением;

3) образование разрыва в максимуме в результате частичного" замещения трещин системы разрывным нарушением.

Однако существующая методика прогнозирования не всегда под­ходит к районам с другой структурой. В связи с этим задачей иссле­дований автора являются проверка и уточнение методики прогнози­рования нарушений на основе изучения трещиноватости для усло­вий Донецко-Макеевского района Донбасса.

Большинство наблюдений было проведено на шахте «Куйбы­шевская» ПО «Донецкуголь». Поле шахты «Куйбышевская» приуро­чено к южному крылу Кальмиуе-Торецкой котловины. Простира­ние отложений карбона в основном юго-западное, падение на северо-запад. Углы падения пород на большей части площади шахтного поля колеблются в пределах от 8 до 16°. Залегание каменноугольных пород осложнено наличием ряда разрывных нарушений типа надви­гов и сбросов. К наиболее крупным из них относятся надвиги Коксо­вый, Мушкетовский и др.

Коксовый надвиг, являясь естественной границей шахтного поля, на северо-востоке имеет северо-западное простирание, в юго-восточной части — субширотное. Падение плоскости сместителя — на северо-восток и север под углами от 10 до 45°. Амплитуда надвига меняется от 30 до 50 м.

Мушкетовский надвиг прослеживается в центральной части поля.

Простирание надвига — субширотное. Падение плоскости смес­тителя — на север под углом 20—30°. Амплитуда надвига на боль­шей части шахтного поля составляет 65—125 м. Кроме крупных нарушений, на поле шахты имеется значительное число мелкоампли­тудных нарушений, которые проявляются в виде нарушений надвигового и сбросового характера вблизи более или менее крупных нарушений, либо без всякой закономерности.

Для определения возможности прогнозирования мелкоамплитуд­ных разрывных нарушений производилось сравнение данных по трещиноватости в точках наблюдений, расположенных в ненару­шенных участках и в зоне влияния разрывных нарушений на раз­личном расстоянии от нарушения. Наблюдения проводились через каждые 10—15 м подвигания очистных забоев.

Наблюдения за трещиноватостью, как правило, производились в подготовительных и очистных выработках. Причем подавляющее большинство наблюдений проведено в очистных забоях, поскольку там площадь обнажения гораздо больше, чем в подготовительных выработках, а интенсивность трещиноватости угля выше, чем вме­щающих пород.

Наблюдения за трещиноватостью производились по следующей методике [1]. Через 10—15 м по линии падения лавы намечались места замеров, в которых выбиралась площадка длиной по падению, равной примерно мощности пласта. Выявив системы трещин, при­ступали к определению элементов залегания экзогенных трещин одного порядка, одновременно определяя интенсивность трещино­ватости, т. е. количество трещин, приходящихся на единицу длины. При производстве замеров экзогенных трещин описывался характер поверхности трещин, наличие минеральных включений в полости трещин, литологический состав горных пород. При наличии зеркал или борозд скольжения определялись их элементы залегания. В за­боях подготовительных выработок определялись элементы залега­ния экзогенных трещин вмещающих пород.

Средние элементы залегания эндогенных трещин определялись в подготовительных выработках и в двух-трех местах замеров очист­ного забоя. Здесь же измеряли угол и азимут падения плоскости пласта.                                                                                                                                                                                                         Обработка результатов наблюдений производилась с по­мощью меридиональных стереографических сеток. Диаграммы строи­лись по каждой точке наблюдений (лаве), включая данные замеров по откаточному и вентиляционному штрекам.

        В результате статистической обработки получали изолинии относительной плотности или густоты трещин. Кроме этого, на диаграмму наносились элементы залегания нарушений с амплитудой более 0,5 м и элементы залегания пласта.

       Установлена следующая закономерность трещинной тектоники на участке шахтного поля. Эндогенная трещиноватость в основном представлена двумя системами трещин — основной и торцевой. Эти системы легко выделяются на структурных диаграммах, по­скольку элементы их залегания отличаются постоянством (более выражена торцевая система трещин). Элементы залегания этих систем отклоняются от среднего значения до ± 10°. Эндогенные тре­щины характеризуются гладкими поверхностями, почти всегда покрытыми пленками кальцита. Расстояние между ними колеблется от 3—5 мм до 1 дм и более.

        Эндогенные или кососекущие трещины представлены трещинами скола. Они характеризуются поверхностями, несущими на себе следы перемещений — штрихи и борозды смещения, зеркала сколь­жения, царапины, которые указывают на направление перемещения. В ряде случаев направление экзогенных трещин совпадает с эндо­генным.

        Анализ проведенных наблюдений позволил сделать вывод а возможности прогнозирования мелкоамплитудных разрывных нару­шений по изменению количества систем трещин. При подходе к на­рушению количество систем трещин в угольном пласте по сравнению с ненарушенным участком увеличивается в два раза и более. При этом возможны варианты, отмеченные В. А. Букринским и А. В. Ми­хайловой [2]. Связи между степенью увеличения систем трещин и амплитудой смещения не обнаружено. Зона влияния нарушения за­висит от амплитуды смещения. Так, разрывы с амплитудой от 0,3 до 1,2 м выявляются на расстоянии от 5 до 40 м.

       Элементы залегания пласта в непосредственной близости у на­рушения, как правило, изменяются. В большинстве случаев лежа­чее крыло пласта подвернуто в сторону восстания плоскости сместителя. Часто появляются мелкие флексурные складки либо раз­рывы с элементами залегания, совпадающими с элементами залега­ния нарушения. В ряде случаев резко изменяется угол падения плас­та или мощность пласта и т. д. Наличие этих признаков говорит о необходимости вести непрерывные наблюдения при подходе к нару­шениям с целью своевременного их выявления.

       При проведении прогноза необходимо получить ориентировку и тип смещения. Элементы залегания плоскости сместителя прибли­женно определяются по структурным диаграммам. Тип смещения можно получить, восстанавливая тектонические поля напряжений. Восстановление ориентировки осей тектонических напряжений, произведенное по методике, разработанной М. В. Гзовским [4], позволяет не только уточнить ориентировку нарушения и устано­вить тип разрыва, но и выяснить механизм формирования тектони­ческих структур, этапов тектонических деформаций, что являет­ся важным при изучении закономерностей тектоники шахтного поля.

 

Список литературы

1. Аммосов И. И., Еремин И. В. Трещиноватость углей. М., Изд-во АН СССР, 1960. 110с.

2. Букринский В. А., Михайлова А. В. Изучение связи трещи новатости стек-тоническими структурами горных пород. М., Изд. Московского ин-та радиоэлект­роники и горной электромеханики, 1963. 96 с.

3. Выявление вероятных тектонических нарушений угольных пластов спо­собом плоских вертикальных сечений / А. И. Осецкий, Г. А. Антипенко, А. Н. Зо­рин и др.— Экспресс-информация, ЦНИЭИУголь, М., 1974. 29с.

4. Гзовский М. В. Основы тектонофизики. М., Наука, 1975. 536 с.

 

 

// Республиканский межведомственный научно-технический сборник "Разработка месторождений полезных ископаемых" №61 1982 г. стр.39-43