Источник: Геотехнології XXI ст. - 2010 / Матеріали V науково-практичної конференції молодих учених та студентів. - Донецьк, ДонНТУ - 2010
При выемке угольных пластов в зонах влияния разрывных геологических нарушений на шахтах Донбасса происходят внезапные выбросы угля, породы и газа, обрушение нависающих массивов угля с попутным газовыделением, опасные обрушения пород кровли в очистных и подготовительных выработках, завалы лав, что приводит к значительному снижению технико-экономических показателей работы угольных шахт.
В связи с этим, научно обоснованное определение границ зон опасного влияния разрывных геологических нарушений имеет большое практическое значение для повышения безопасности и эффективности ведения горных работ на шахтах Донбасса. В случае занижения размеров зон влияния геологических нарушений, существенно снижается безопасность отработки угольных пластов, в то время как завышенные размеры зон геологических нарушений приводят к большим потерям угля. Донецко-Макеевский район обладает некоторыми особенностями разрывных нарушений.
1. Развитие поперечных и диагональных разрывов в лежачем крыле крупных продольных надвигов. Такие разрывы строго приурочены к поднадвиговым крыльям пласта и не встречаются на надвинутых (лежачих) крыльях. Эти разрывы отличаются почти вертикальным падением. Амплитуды их затухают по мере удаления от надвига. Примером могут служить поперечные сбросы в поднадвиговом крыле Французского надвига.
Надвинутые крылья обычно не осложнены дополнительными разрывами, но иногда в них развивается своя система продольных спутников главного надвига в форме однонаправленных чешуй или сколов. Эти разрывы не пересекают линию основного надвига и не переходят в поднадвиговое крыло.2. Наложение систем разновозрастных пересекающихся разрывных нарушений (пересечение Французского, Калининского и Первомайского надвигов-Мушкетовским). Пересечение разрывных нарушений явление чрезвычайно редкое.
Малоамлитудные разрывные деформации разделяются на пять групп:
- разрывы переклинальных частей антиклинальных структур;
- разрывы сводов антиклиналей;
- разрывы центральных частей синклинальных структур;
- разрывы крутых крыльев складок;
- оперяющие разрывы.
С точки зрения прогнозирования разрывных нарушений вне связи со складчатыми структурами представляют разрывы пятой группы, поэтому приведем более подробное описание этих разрывов. Оперяющие разрывы генетически связаны с более крупными надвигами района и локализуются обычно в непосредственно близости к ним. Оперяющие разрывы ориентированы параллельно основным надвигам или под некоторым углом к ним (до 20-35град) и на определенном расстоянии примыкают к этим разрывам. По морфологическим особенностям почти все оперяющие разрывы подобны основным дизъюнктивам с которыми они генетически связаны. Оперяющие надвиги встречаются в равной степени, как в лежачих, так и в висячих крыльях основных дизъюнктивов. В лежачих крыльях иногда встречаются надвиги с обратным падением сместителей по отношению к основным разрывам. Иногда встречаются разрывы, ориентированные перпендикулярно к более крупным дизъюнктивам. В структурном отношении это сбросы и взбросы. Следует отметить, что наиболее интенсивным развитием оперяющие разрывы пользуются в местах пересечения крупными сводовых и переклинальных частей антиклинальных структур, а также их крутых крыльев. В остальных случаях оперяющие разрывы встречаются значительно реже.
К зонам геологических нарушений, опасным для ведения горных работ, относятся участки угольного пласта, на котором снижение прочности и устойчивости угля и боковых пород, увеличение их трещиноватости, обводнености и газовыделения генетически связаны с разрывными или морфологическими нарушениями. Зоны опасного ведения горных работ у геологических нарушений в подавляющем большинстве случаев образуются в результате воздействия на горный массив тектонических напряжений и, в основном, пространственно связаны с разрывными. В связи с этим для рациональной и безопасной отработки тектонически нарушенных участков угольных пластов, необходимо знать ширину зон влияния разрывных нарушений. Под зоной влияния разрывного нарушения понимается часть массива, примыкающая к сместителю и характеризующаяся значительным снижением прочностных свойств.
Границы зон влияния нарушений, т.е. расстояния до нарушений, устанавливаются на основе наблюдений и измерений, проводимых в горных выработках в соответствии с требованиями [1]. Границей зоны влияния разрывного нарушения в горной выработке считается точка, начиная с которой прослеживается появление новой системы трещин. По мере приближения к нарушению увеличивается количество систем и интенсивность трещиноватости. Одновременно снижается прочность вмещающих пород и угля, которая вблизи нарушения начинает, изменяется скачкообразно. Совместные влияния указанных изменений создает условия, опасные для ведения горных работ.
В условиях Донецко–Макеевского района, как правило, развиты две системы эндогенных трещин – основной и торцевой. Элементы залегания этих систем отличаются постоянством, однако торцевая система трещин более выражена. Эндогенные трещины характеризуются гладкими поверхностями, часто покрытыми плёнками кальцита. Расстояние между ними колеблется, в основном, от 3–5 мм до 1 дм. Элементы залегания систем отклоняются от средних значений до ± 10. Трещины, образующие приразрывную зону, получили наименование «стирающих» или особых, чем подчёркивается их связь с разрывными нарушениями. Они образуются в условиях сильного трения, когда в прилегающих к разрыву породах возникает деформация сдвига, сопровождающаяся как сжатием, так и растяжением. При этом образуются трещины отрыва и трещины скалывания. Трещины скалывания разделяются на две системы: одна, наиболее развитая, параллельна плоскости сместителя и прослеживается на большем расстоянии от сместителя, другая наклонена к последнему в сторону смещения. Трещины скола характеризуются поверхностями, несущими на себе следы перемещений – штрихи и борозды смещений, зеркала скольжений, царапины, указывающие на направление перемещения. Обнаружение этих трещин и определение их ориентировки и лежит в основе прогнозирования разрывных нарушений.
Наблюдения за трещиноватостью по ряду шахт Донецко–Макеевского района показали, что появляющиеся системы кососекущих трещин с элементами залегания близкими к элементам залегания нарушения по мере приближения к нарушению увеличиваются, достигая непосредственно у нарушения до девяти систем, что подтверждается данными работы [2]. Для определения влияния нормальной амплитуды смещения крыльев пласта на фактические размеры целиков, оставляемых у нарушений, были собраны горно-геологические материалы по 319 нарушениям на шахтах «Донецкуголь» и «Макеевуголь». В качестве исходных данных служили планы горных выработок, гипсометрические планы и геологические зарисовки. За фактический размер целика принималось кратчайшее расстояние по плану горных выработок от линии скрещения до остановленного очистного забоя. Размеры целиков, оставляемых у непереходимых разрывных нарушений, принимаются равными ширине зоны опасного влияния нарушений.
Следует отметить, что размеры целиков, оставляемых на шахтах у нарушений не достаточно обоснованы. На основе парной корреляции установлена связь между шириной целиков L и нормальной амплитудой N смещения
Таким образом, прогноз горно-геологических условий отработки угольных пластов возможен на основе комплексного изучения и обработки геолого-маркшейдерской информации.
1. Единая методика прогнозирования горно-геологических условий разработки угольных пластов. – Л., ВНИМИ, 1982. – 30 с.
2. Букринский В. А., Михайлова А. В. « Изучение связи трещиноватости с тектоническими структурами горных пород» - М., МИИРГЭМ, 1963 г.
Библиотека