CC BY
59
УДК 553.9 В.Г. Пожидаев
ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА
Семинар № 1
ТЪ Восточном Донбассе промыш--я-3 ленная угленосность приурочена к пяти верхним свитам среднего карбона
(С23 - С*2), содержит угли технологических марок от «Д» (длиннопламенных) до «А» (антрацитов), что объясняется процессами регионального метаморфизма. Среди углей антрациты составляют около 87 %, коксующиеся угли -примерно 4-5 %. Угли особо ценных марок «КЖ» (коксово-жирные), «К» (коксовые) и «ОС» (отощенные спекающиеся) составляют более 80 % от запасов коксующихся углей. В стратиграфическом разрезе метаморфизм углей возрастает от верхних пластов к нижним, по площади - с севера на юг. Наиболее представительным районом с наличием всего диапазона марочного состава углей является Каменско-Гундоровский район, который приурочен к Северной зоне мелкой складчатости Донбасса. На территории этого района находится девять шахт, работающих на глубоких угольных горизонтах (Северная Гундо-ровская - 3, Гундоровская Ю-З, 1 БИС, Северное Изварино - 1, Углерод и др.).
Практика показывает, что при ведении горных работ на глубоких горизонтах проявляются сложнейшие инженерно-геологические процессы и явления, изучение которых необходимо осуществлять для оценки безопасности горных работ. Под оценкой инженерногеологических условий понимается их
прогнозная оценка, т.е. решение комплекса вопросов, связанных с учетом природных и горнотехнических факторов в их сложном взаимодействии.
На основе анализа вещественного состава углевмещающих пород и степени метаморфизма углей, трещиноватости, расслоения и анизотропности выделены четыре системы массивов горных пород. Для первой системы характерна начальная стадия вторичных изменений с высокими показателями расслоения. Вторая и третья системы массивов характеризуются высокой трещиноватостью и умеренным расслоением пород. Степень вторичных изменений этой системы характеризуется образованием большого количества слюдистых минералов. Четвертая система объединяет породы, вмещающие сильнометаморфизованные угли, имеющие высокую трещиноватость при незначительном расслоении.
Сопоставление значений напряжений, полученных при измерении их в тектонически нарушенном и ненарушенном массивах, с величинами уН позволило сделать следующие выводы:
- на участках Каменско-Гундоровс-кого угленосного района, где отсутствуют крупные тектонические нарушения, при горизонтальном или субгори-зонтальном залегании вертикальные напряжения (сг) близки к уН;
-при наличии тектонических нарушений напряжения в массиве значительно превышают уН и в среднем уве-
личиваются в 1,6 - 1,8 раза. Прослеживается определенная зависимость а2 от типа тектонической структуры. Наибольшие напряжения (2,9 - 3,8 уН) наблюдались в районе антиклиналей, несколько меньше напряжения в районе синклиналей.
Промежуточное положение занимают районы моноклинального залегания пород, где напряжения составляют от 2,5 до 2,8 уН. При этом было установлено, что в условиях одинаковых тектонических структур более высокие напряжения наблюдаются при крутом залегании пород.
К инженерно-геологическим процессам и явлениям, возникающим при освоении глубоких горизонтов Восточного Донбасса, относятся различные деформации в очистных, подготовительных и капитальных выработках, а также горные удары и выбросы пород и угля. На основе типизации инженерногеологических процессов, характерных для глубоких горизонтов Восточного Донбасса, в зависимости от различных геологических факторов - литологического состава пород кровли, мощности слоев, их тектонической нарушенности, а также от степени углефикации (метаморфизма) углей, влияющих на прочностные и деформационные свойства пород в кровле и почве горных выработок, установлено, что все инженерногеологические процессы и явления, происходящие в глубоких шахтах, как в кровле, так и в почве горных выработок связаны с напряжением и неоднородностью состава и свойств массивов пород.
Установлено, что физико-механические и деформационные свойства пород глубоких горизонтов находятся в зависимости от различных природных факторов: геоструктурной обстановки, литологического состава, фациальных особенностей, стратиграфической и со-
временной глубины залегания, напряженного состояния.
Отмечается довольно быстрый рост показателей прочности пород от зоны длиннопламенных углей через газовые к жирным углям, а затем на более высоких стадиях метаморфизма углей эти показатели растут более медленно и без резких скачков. Изменение твердости песчаников и известняков с ростом метаморфизма происходит весьма неравномерно со значительными колебаниями в зонах распространения углей «Ж», «К», «ОС» с последующим плавным снижением твердости.
По разрезу угленосной толщи также проводились сопоставления показателей физико-механических свойств пород в районах распространения углей марочного состава «Д», «Г», «Ж», «К», «ОС», «Т», «А». Анализировались аргиллиты и
песчаники свит С 2 , С 2 и С 2 среднего карбона Каменско-Гундоровского района. Средние значения объемного веса, пределов прочности при сжатии и разрыве, а также твердости этих пород увеличиваются в направлении от районов распространения наименее метаморфи-зованных длиннопламенных углей «Д» к высокометаморфизованным антрацитам «А», а значения пористости и коэффициент пластичности в том же направлении уменьшается, что отражает различную степень преобразования угленосных отложений. Установлено, что изменение средних значений показателей физико-меха-нических свойств как глинистых, так и обломочных пород в процессе метаморфизма углей происходит неравномерно и с разной интенсивностью. Оно наиболее резко проявляется на рубеже марок «Д» и «Г», а также в зоне распространения коксовых углей. При этом на низких стадиях метаморфизма углей наибольшему изменению подвергаются значения общей пористо-
сти, прочности на сжатие и твердости углевмещающих пород, а на средних и высоких стадиях - показатели прочности на растяжение.
Кроме того, установлены закономерности изменения физико-механи-ческих свойств пород с глубиной вне зоны выветривания. Доказано, что интенсивность изменений свойств пород для каждой литологической разности в основном зависит от современной глубины залегания и степени вторичных изменений.
Изменение физико-механических
свойств с возрастанием метаморфизма происходит неравномерно. Так, на начальной стадии метаморфизма (в интервалах углей марок «Д» - «К») прочностные характеристики возрастают с глубиной также и за счет катагенетических изменений, проявляющихся главным образом в уплотнении материала. На более высоких стадиях катагенеза и начального метаморфизма это явление менее значительное. Чтобы иметь представление о количественном влиянии одновременно глубины залегания и вторичных изменений пород на физикомеханические свойства был проведен множественный корреляционно-
регрессионный анализ. Результаты исследований показывают, что между прочностью на сжатие (осж, МПа), прочностью на растяжение параллельно слоистости (ор^, МПа), глубиной (Н, м) и метаморфизмом (М, баллы) получены тесные корреляционные связи. Между прочностью на растяжение перпендикулярно слоистости (ор , МПа), скоростью ультразвуковых волн параллельно (Ур\ мм/мкс) и перпендикулярно слоистости (Ур^, мм/мкс), глубиной и метаморфизмом установлены менее тесные корреляционные связи. Анализ полученных результатов показывает, что на физико-
механические свойства пород оказывают влияние и глубина, и метаморфизм.
Установлено, что стратиграфическая глубина оказывает влияние на изменение физико-механических свойств пород лишь на участках распространения углей низкой метаморфизации - «Д» и «Г». В районах распространения углей средней и высокой метаморфизации стратиграфическая глубина особого влияния не имеет, так как по всем стратиграфическим горизонтам углевмещающие породы имеют одинаковую степень вторичных изменений. По всему же разрезу угленосной толщи при наличии нескольких типоморфных разностей изменения свойств пород с глубиной, в частности прочностью, описываются нелинейными уравнениями регрессии. Инженерно-геологическая оценка глубоких горизонтов угольных месторождений немыслима без изучения деформационных свойств, отражающих их поведение при мгновенной и длительной нагрузке.
Особое значение при исследовании деформационных свойств имеет оценка реологических показателей пород, что наглядно выражается в росте сдвижений в горных выработках. Анализ данных реологических свойств показывает, что величина параметров ползучести зависит от литологической принадлежности, глубины залегания и степени вторичных изменений в горных породах.
По результатам проведенных исследований установлена различная склонность пород к проявлению свойств ползучести. При этом выделяются два характерных периода деформирования: первый период характеризуется интенсивным протеканием деформаций - не-установившаяся ползучесть, но с затуханием скорости деформирования; второй - стабилизацией процесса деформирования - установившаяся ползучесть.
Продолжительность каждого периода деформирования, а также величина деформаций ползучести определяются структурно-текстурными особенностями пород, их физическим состоянием и величиной прикладываемой нагрузки. Было установлено, что период неустано-вившейся ползучести как для аргиллитов, так и алевролитов изменяется в больших пределах.
Проведенные исследования показали, что процесс ползучести различных типов пород протекает по линейному закону. В результате определены параметры, которые позволили найти теоретические значения величин деформации испытанных пород.
Результаты исследований показали, что породы на глубоких горизонтах Ка-менско-Гундоровского района обладают значительной деформационной способностью с максимальными условномгновенными деформациями аргиллита, где реологический показатель достигает величины 0,104. Анализ обобщенных физических, прочностных и деформаци-
1. Методические рекомендации по геоэкологическому изучению угольных месторождений при разведке.- М., МПР РФ, 1999. - 40 с.
2. Молев М.Д., Бородин Р.А. Оценка на-рушенности антрацитовых пластов, разрабатываемых шахтами ОАО «Ростовуголь» // Уголь.-
1999. - № 7.
онных свойств пород Каменско-Гундоровского района показывает их изменение в пространстве.
Во всех литологических разностях пород установлены два периода деформирования: с интенсивным протеканием деформаций - неустановившаяся ползучесть; со стабилизацией процесса деформирования - установившаяся ползучесть, которые зависят от литологической принадлежности и глубины залегания пород. Изменение физикомеханических свойств пород с глубиной находится в прямой зависимости от степени метаморфизма углей и, как правило, носит постоянный характер. В районах распространения углей марки «Д» и «Г» прочность пород с глубиной увеличивается очень интенсивно, составляя на каждые 100 м глубины 15-20 %. По мере возрастания степени метаморфизма углей изменение физикомеханических свойств пород с глубиной уменьшается и практически не происходит при переходе к углям марки «А».
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Угольная база России. Угольные бассейны и месторождения Европейской части России. т.1 / Под ред. В.Ф. Череповского. - М.:
2000.- 414 с.
4. Фромм В.В. Опыт создания единого геоэкомониторинга в угледобывающих регионах Донбасса. - М.: Геология и разведка. 1998, № 6. ЕШ
— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------
ПожидаевВ.Г. - УК «Русский уголь».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 1 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.М. Гальперин
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
7_Пожидаев1
H:\HoBoe по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-4\07 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm Диагностика геодинамической активности с целью обеспечения
Галина Михайловна Маницына
13.02.2009 16:17:00 6
18.02.2009 15:17:00 Пользователь
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 24.03.2009 0:01:00
При последней печати страниц: 4
слов: 1 737 (прибл.)
знаков: 9 903 (прибл.)
