Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра геологии и геодезии

Гумиров Ш.В.

Шпайхер Е.Д.

Учебное пособие по курсу «Инженерная геология, гидрогеология»

Для студентов специальностей

130403 «Открытые горные работы»

130404 «Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых»

130408 «Взрывное дело»

Новокузнецк

2008

УДК 551.49+624.131.1

Гумиров Ш.В., Шпайхер Е.Д. Учебное пособие по курсу «Инженерная геология, гидрогеология». «СибГИУ, Новокузнецк, 2008.-»

Рассмотрены основные вопросы инженерной геологии и гидрогеологии в связи с разработкой месторождений полезных ископаемых. Большое внимание уделено проблемам обеспечения безопасности горных работ.

Предназначено для студентов специальностей 130403, 130404, 130408.

© Сибирский государственный индустриальный университет

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

1. Введение

Предметом изучения инженерной геологии является породный массив с точки зрения его воздействия на горные машины и механизмы, а также на горняка, работающего в очистном или в подготовительном забое. Воздействие массива выражается в следующем (рисунок 1):

1. В сопротивлении горных пород разрушению при бурении, выемке, взрыве. С ростом прочности горных пород снижаются темпы проходки горных выработок.

2. В разрушении машин и механизмов, подземных и поверхностных строительных сооружений из-за самообрушения горных пород, сдвижения массива, горных ударов, внезапных выбросов угля и горных пород.

3. В виде вредного воздействия на человека в забое высокой температуры, подземных вод, породной и угольной пыли, компонентов шахтного воздуха: метана, углекислого газа, продуктов взрыва.

Выемка полезного ископаемого и горных пород создает пустое пространство в массиве и приводит к нарушению природного равновесия. В результате происходит концентрация напряженности по контуру пустого пространства. Это приводит к образованию искусственных трещин горного давления, к горным ударам, к вывалам боковых пород, к пучению пород почвы, к деформации и разрушению крепи. В зависимости от вида осложнений применяются те или иные меры по улучшению безопасности труда: технические, организационные или экономические.Осложнения легче предотвратить, чем ликвидировать их по- следствия. Например, разбор завала лавы может занять 30-90 дней, а

Рисунок 1 – Блок-схема влияния геологического строения породного массива на горные работы.

его предотвращение потребует всего несколько дней. Поэтому следует предусматривать такую технологию и механизмы, которые бы исключили осложнения, сопутствующие данной геологической обстановке.

Особенности геологической обстановки выясняются геологической службой предприятия или геологоразведочной организацией, составляются карты геологического прогноза тектонических нарушений, устойчивости кровли, пучения почвы и других опасных зон. Осложнения для горных работ и применяемые меры безопасности определяют уровень трудовых и материальных затрат, тем самым от геологического строения массива зависит экономика предприятия.

По возможности прогнозирования можно выделить две группы геологических факторов, осложняющих горные работы.

Первая группа – площадные факторы, распространенные на значительных площадях и потому легко прогнозируемые:

1. Прочность горных пород.

2. Природная трещиноватость.

3. Трещины горного давления.

Вторая группа – локальные факторы, которые имеют ширину 3-30 м и потому их невозможно прогнозировать традиционными способами по данным разведочного бурения:

1. Нарушения морфологии (облика) залежи.

2. Пликативные нарушения.

3. Дизъюнктивные (разрывные) нарушения.

Однако и в зонах развития площадных факторов осложнения могут носить дискретный (внезапный) характер. Например, в зоне развития прочных горных пород внезапно может произойти горный удар, или вторичный осадок основной кровли. Эти осложнения развиваются в течение долей секунд и сопровождаются катастрофическими последствиями.

Некоторые термины и определения:

1. Горный удар – это катастрофическое, хрупкое разрушение горной породы или угля. Происходит в результате накопления потенциальной энергии упругого сжатия породы или угля и сопровождается последующим освобождением энергии при быстром разрушении предельно напряженных участков массива. Удароопасными являются угли Кузбасса на глубине более 150 м, песчаники Донбасса на глубине более 700 м, магматические и метаморфические породы рудных месторождений на глубинах более 700 м.

2. Прочность горной породы – это сопротивляемость разрушению целостности ее блоков или кусков. Характеризуется крепостью породы – сопротивлением раздавливанию под прессом в условиях линейного или объемного сжатия. С ростом прочности растет сопротивление породы при бурении, при взрыве, при дроблении.

3. Внезапный выброс угля или породы представляет собой их измельчение на кусочки размером несколько миллиметров или сантиметров, и последующее отбрасывание многотонной массы в пустоту горной выработки на расстояние до нескольких десятков метров. Происходит как в горизонтальных, так и в вертикальных выработках. Причиной выброса является высокое внутрипластовое давление газа или паров воды и напряженность массива.

4. Вывалы (самообрушения) горных пород происходят либо в незакрепленном пространстве забоя, либо над крепью с ее разрушением. Обязательным условием вывала является наличие трещин в породе. Трещины могут быть любого происхождения: тектонические, горного давления, от взрыва, от работы механизмов. Природная трещиноватость наиболее интенсивна вблизи разрывных и пликативных нарушений, на фациальных стыках пород, и именно там вероятность вывалов возрастает.

5. Трещины горного давления повторяют контур горных выработок и развиваются в зоне шириной от 2 до 40 метров в глубине массива. У подготовительных выработок, пройденных в породах с коэффициентом крепости 3-7, ширина трещиноватой зоны около 2,5 м. Это соответствует зоне разгрузки, где напряженность массива отсутствует. Впереди очистного забоя трещины горного давления возникают перед посадкой основной кровли и проникают на расстояние от 2 до 40 м вглубь массива. Минимальное расстояние – 2-3 м характерно для алевролитов с коэффициентом крепости 6-7, а максимальная величина (40 м) – для аргиллитов с коэффициентом крепости 3-4.

6. Посадка основной кровли – это внезапное обрушение блоков основной кровли, зависающих в выработанном пространстве лавы. Посадка обычно происходит по всей длине лавы, а по простиранию от забоя лавы до линии прошлой посадки основной кровли. Различают первичную посадку основной кровли, когда она обрушается от монтажной печи до забоя лавы, и вторичные осадки основной кровли – это ее последующие посадки до забоя лавы. Первичная посадка происходит при продвижении забоя лавы от монтажной печи на 100-130 м, а вторичные осадки – через каждые 25-30 м продвижения забоя лавы. Расстояние между линиями вторичных осадков называют шагом вторичных осадков.