книги из ГПНТБ / Дудушкина, К. И. Деформационные свойства пород глубоких горизонтов

сдвижений значительной массы пород разбитого на блоки западного крыла V синклинали. При этом на увеличение напряжений сказывается близость замка синклинали. Такая нарушенность может способство­ вать длительным сдвижениям и привести к горным ударам.

Сопутствующим фактором при горных ударах яв­ ляется повышенная газоносность, приводящая к выб­ росу разрушенной горной массы. В пликативных на­ рушениях и в зонах разломов, как правило, имеются участки повышенной газоносности, которая с глуби­ ной заметно повышается. Температура пород на глу­ бине 1000 м повышается до 20—25°С.

Во всех приведенных ситуациях прочность пород непосредственной и основной кровли высокая и мощ­ ность слоев от средних (10— 15 м) и выше. Для пород характерна анизотропия свойств вдоль и поперек сло­ истости, при этом упругие свойства вдоль слоистости с увеличением размера слоя снижаются незначитель­ но. Упругие параметры при увеличении размера слоя поперек слоистости заметно убывают (рис. 48). При увеличении размера угольного блока коэффициент анизотропии параболически возрастает. Отсюда сле-

Рис. 48. Анизотропия скоростей распространения продольных ультразвуковых волн в угольных бло­ ках различного размера:

/ — параллельно слоистости; 2 — перпендикулярно слоис­ тости; 3 — коэффициент анизотропии

112

дует вывод, что при крутых пластах и расположении забоя поперек простирания трещин породы могут на­ капливать упругую энергию и тем больше, чем зна­ чительней пласт и прочнее порода. Разрядка энергии может быть двоякой. При высоких пластических свой­ ствах пород и склонности их к ползучести деформация во времени снимает часть напряжений. Если породы имеют выраженные хрупкие свойства, то разрядка возможна за счет мгновенного разрушения. Критери­ ем должна служить скорость деформаций. Если ско­ рость деформаций меньше скорости смещения, то воз­ можен горный удар.

Приведенный анализ показывает, что удароопас­ ность является предельной характеристикой устойчи­ вости пород и включает в себя весь комплекс факто­ ров, учитываемых при расчете устойчивости вырабо­ ток: нарушенность элемента структуры; углы паде­ ния; углы встречи выработки с нарушением; сближен­ ность пластов, мощность их и слоев, слагающих кров­ лю; газоносность пластов; анизотропия пород; пас­ портные данные прочности пород; упругие характери­ стики и склонность к ползучести; хрупкопластиче­ ские свойства пород.

В местах, где были зарегистрированы случаи гор­

крыле Маганакской антиклинали поля шахты «Ноградской») определены физико-механические свойства пород, которые сравнивались с породами остальных синклиналей (табл. 21).

Принимая за эталон удароопасность пород V и. VI синклиналей, и учитывая строение толщи, можно сде­ лать следующие обобщения. Осовные маркирующие пласты IV Внутренний, Горелый, Мощный имеют вы­ сокую крепость, превышающую 1,5. Напряженность структур I и II синклиналей несколько ниже, напря­ женности V и VI синклиналей, для III синклинали она значительно понижается. Рассредоточенность пластов, небольшая мощность пластов углей и породных слоев, преобладание алевролитовых разностей снижают воз­ можности возникновения удароопасных ситуаций в I синклинали, Однако высокая газообильность и пере-

1113

Таблица 22

Физико-механические свойства пород контуроп выработок шахты «Коксовая»

10 м от пласта

ІО

120

121

мятыё пласты тонкослоистой толіди на юге указывают на возможность появления внезапных выбросов. По механическим параметрам породы близки к свойст­ вам пород V и VI синклиналей.

II синклиналь по всем показателям физико-механи­ ческих свойств менее удароопасна по сравнению с V и VI синклиналями. Для II синклинали характерны тонкие сближенные угольные пласты, преобладание алевритовых разностей и наличие угольных примесей на контактах слоев. Породы упругие и менее склонны к ползучести, но с выраженной склонностью к мгно­ венным пластическим деформациям. В области повы­ шенного горного давления в тектонически нарушен­ ных зонах на контуре выработок породы склонны к пучению и неограниченно вязкому течению. В север­ ном замыкании II синклинали устойчивость пород вы­ ше, но появляется опасность проявления горных уда­ ров.

Таким образом, породы III синклинали по показа­ телям механических свойств менее предрасположены к горным ударам на глубоких горизонтах.

Устойчивость пород III синклинали более высокая, чем II синклинали, поскольку показатели прочности, упругости, пластичности и ползучести характеризуют породы как податливую и устойчивую среду. Высо­ кий коэффициент хрупости (0,5—0,8) и низкий коэф­ фициент пластичности (1,8—3,0) дают основание по­ лагать, что сдвижение кровли будет происходить без особых осложнений.

Для более детального исследования устойчивости пород глубоких горизонтов с учетом влияния горных выработок могут быть использованы результаты ис­ пытаний шахтных проб (табл. 22—24).

Приведенные данные экспериментов могут быть взяты за основу характеристики почвы и кровли угольных пластов, которые еще детально не изучены.

122

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Закономерности тектонического развития Кузнец­ кого бассейна отразились на формировании в Про- копьевско-Киселевском районе своеобразной структур­ ной зоны синклинальных и антиклинальных прогибов, разбитых на тектоноблоки серией разломов северовосточного простирания. Детальное изучение гидро­ геологической и геотермической обстановки, условий метаморфизма и газоносности пород больших глубин свидетельствует о тектонической активности бассейна и в настоящее время. Между этими процессами и воз­ никающими явлениями устанавливается взаимообус­ ловленность и закономерность зонального их распро­ странения.

Влияние вековых тектонофизических и гидрохими­ ческих процессов в угленосной толще подчинило такой же закономерности и формирование физико-ме­ ханических свойств горных пород и углей.

Анализ физико-механических свойств пород и уг­ лей глубоких горизонтов Прокопьевского месторожде­ ния дает основание сделать следующие выводы.

1. Напряженность рассматриваемого элемента горного массива в пределах Прокопьевского место­ рождения определяется своеобразным расположением разломов, расчленивших его на отдельные тектоно­ блоки. Тектоническая составляющая напряженности в элементах складок второго порядка (синклиналях и антиклиналях) изменяется соответственно ориентации разломов. Обратное (юго-западное) падение разло­ ма ММ как бы изолирует III синклиналь от высоких тектонических напряжений. Напротив, II синклиналь

и граничащая с ней Тайбинская антиклиналь сдавлен нрі противоположным падением разлрмор ММ, RR,

Щ

ВВ и др. Тектоническая напряженность II синклина­ ли, а также в осложненных участках I, V и VI синк­ линалей значительно выше, чем III синклинали. В южном замыкании перечисленных структур напряжен­ ность снижается.

2. Исходя из допущения пропорциональности меж­ ду прочностью и действующими в толще напряжения­ ми, в качестве показателя напряженности структур использована среднестатическая величина прочности о'сж песчаника как основного материала до глубины 1000 м. Как показали исследования, прочность песча­ ников в западных крыльях синклиналей ниже, чем в восточных (за исключением III синклинали), что со­ ответствует общеизвестному положению о разгружен­ ное™ висячих боков тектоноблоков и большей нап­ ряженности лежачих. Прочность пород в замках син­ клиналей несколько ниже, чем в замках антиклина­ лей, но, как правило, выше, чем в крыльях. По простиранию структур наибольшая концентрация напряжений соответственно максимальному значению прочности отмечена для I синклинали на уровне VIII разведочной линии и VI разведочной линии для VI синклинали.

3. Зоны наиболее высокой прочности песчаников совпадают с путями движения (и разгрузки) минера­ лизованных подземных вод (карбонатная, иногда сульфидная минерализация), что позволяет считать природу упрочнения пород результатом физико-хими­ ческих преобразований и не связывать с прямым воз­ действием тектонической раздробленности. Своеоб­ разное падение глубоких разломов ММ и SS, оконтуривающих III синклиналь, ограничивает зону менее активных химических процессов, способствующих восстановительной фазе, за счет чего породы более осветлены и выщелочены на значительную глубину

(до 250 м), 4. Удароопасность пород в районе является след­

ствием ряда факторов: высокой тектонической напря­ женности структуры, сближенности угольных пластов, высокой прочности, упругости угольных и породных слоев и несовершенства технологических решений при отработке пластов. Зоны высокой концентрации нап­ ряжений, пересекающие структуры с северо-запада на

124