2. Определение ширины зоны тектонического влияния разрывного нарушения

Деформация геологических тел под действием тектонических процессов выражается в образовании складок, разрывов и густой сети трещин. Между этими видами деформации существует тесная связь и проявляются взаимные переходы.

Размах крыльев складки в поперечном сечении характеризуется внутренним углом складки (двугранный угол между крыльями). Этот угол показывает интенсивность деформирования горных пород в процессе складкообразования.

Тектонические нарушения в залегании горных пород с образованием трещин, по которым происходит разрыв сплошности горных пород и перемещение образовавшихся блоков (крыльев) относительно друг друга, называют разрывными нарушениями или дизъюнктивными дислокациями.

Основным элементом дизъюнктивной дислокации является трещина смещения или сместитель. Часть горных пород, прилегающая к системе со стороны лежачего бока, называется лежачим крылом, а со стороны висячего бока – висячим крылом разрыва.

Исследованиями Сибирского филиала ВНИМИ установлено, что у разрывных нарушений и в замках складок существуют участки пород и угля, в пределах которых последние деформируются преимущественно пластически и не могут представлять очаги накопления потенциальной энергии.

Участок пласта у разрывных нарушений или в замке складки, в котором породы и уголь имеют пониженную прочность и деформируются преимущественно пластически, называется зоной тектонического влияния разрыва или складки.

Отношение прочности угля и пород вне зоны тектонического влияния (f) к прочности угля и пород в пределах зоны (f_з.тв) называется коэффициентом тектонического влияния разрыва или складки – λ, т.е.

(2.4)

Для угля λ =2,2; песчаника и алевролита λ = 2,8; аргиллита - λ = 2,7.

Между шириной зоны тектоническою влияния разрыва и его вертикальной амплитудой h установлена зависимость вида

у = 1,5h+ 3,0, м. (2.5)

Зависимость между шириной зоны тектонического влияния в висячем крыле разрыва и его вертикальной амплитудой имеет вид

у_в = h + 2,0, м. (2.6)

Ширина зоны тектонического влияния в лежачем крыле разрыва находится из выражения

у_л = у- у_в, м. (2.7)

3.Определение ширины зоны тектонического влияния синклинальной и антиклинальной складок

В замках синклинальных складок зависимость ширины зоны тектонического влияния от внутреннего угла имеет вид

у_с.с = - 60υ+150, м. (2.8)

а в замках антиклинальных складок эта зависимость выражается в виде

у_а.с= - 40υ + 100, м. (2.9)

где υ внутренний угол складки в радианах.

4.Определение размеров зоны повышенных напряжений разрывного нарушения

У нарушений типа разрывов и складок как во вмещающих породах, так и в угольных пластах в зонах тектонического влияния уголь и порода имеют в 2,2 – 2,8 раза прочность ниже, чем вне их. На этих участках уголь и порода обладают пластическими свойствами. К границе перехода от слабого пластического угля (k = 20% – 30%) к упругому (k > 70%) и прочному приурочивается область повышенных тектонических напряжений. Величина вертикальной составляющей напряжений в этой области равна (2 – 3) Н. Поверхность сместителя разрыва также способствует повышению концентрации напряжений впереди забоев горных выработок при подходе их к нарушению (рис. 2.1 - 2.2).

Рис. 2.1. Схемы подхода очистных работ к разрыву:

1 и 2 – зоны слабого угля соответственно в лежачем и висячем крыльях разрыва

Рис. 2.2. Схема развития горных работ в замковых частях складок:

а -в антиклинальной складке; б – в синклинальной складке; 1 – зона тектонического влияния складки

Таким образом, при приближении горных выработок к разрыву или оси замка складки в области между выработкой и нарушением величина напряжений значительно возрастает. По мере приближения горной выработки к нарушению происходит на некотором участке концентрация напряжений. При этом горная выработка сохраняет устойчивость до тех пор, пока прочность призабойной части массива, являющейся как бы «целиком» между выработанным пространством и ослабленной зоной внутри массива, может противостоять нагрузке со стороны вмещающих пород. В процессе дальнейшей отработки этот «целик» постепенно уменьшается, относительная нагрузка на него возрастает и, наконец, наступает момент, когда удельная нагрузка превышает предел прочности угля (породы) при одноосном сжатии. Тогда происходит бурное разрушение этого «целика» в форме горного удара[2].

Исходя из вышеизложенного, наиболее вероятное место возникновения очага горного удара при подходе горных выработок к тектоническим нарушениям типа разрывов и замков складок устанавливается в зависимости от ширины участка, на котором происходит наложение зоны опорного давления с зоной тектонических напряжений.

При ведении горных работ в висячем крыле разрыва место возникновения очага горного удара определяется на участке, ширина которого равна

В_в=0,4(l_в+у_в), м (2.10)

где l_в – протяженность зоны влияния опорного давления по восстанию; у_в – ширина зоны тектонического влияния разрыва в висячем крыле.

Соответственно при ведении горных работ в лежачем крыле разрыва ширина участка, на котором возможно возникновение горного удара, определяется из выражения

В_л=0,4(l_п+у_л), м (2.11)

где у_л – ширина зоны тектонического влияния разрыва в лежачем крыле, м; l_п – протяженность зоны влияния опорного давления по падению.