Про прогнозуванні мелкоамплітудних розривних порушень

Стягун А.В. кандидат техн. наук

В умовах Донбасу детальною розвідкою шахтних полів встановлюються порушення з амплітудою понад 10-15 м. невиявлені геологічні порушення можуть надати вплив не тільки на техніко-економічні показники видобувних ділянок, але й на роботу шахти в цілому. Так, із-за високої ступеня порушень скорочені терміни служби шахт «Гілка-Глибока», «Мушкетівська-Заперевальна» та ін У зв'язку з цим питання вивчення і прогнозування мелкоамплітудной тектоніки набувають особливої актуальності.

До теперішнього часу накопичився досить великий досвід прогнозування розривних порушень на всіх стадіях освоєння родовища. При цьому в практиці розвідувальних робіт відомі графічні, геофізичні та геологічні методи виявлення мелкоамплітудних тектонічних порушень.

В гірської геометрії відомі прийоми, що дозволяють з найбільшою повнотою виявити і графічно відтворити просторові і структурні особливості залягання вугільних пластів. Ця робота виконується шляхом побудови ізоліній, розрізів, профілів і ухилів пласта. Прогнозування умов залягання за графіками ізоліній різних показників, що характеризують елементи залягання, закономірності зміни параметрів діз'юнктівних порушень засноване на поширенні виявлених раніше особливостей пласта на розвідує ділянки, однак мелкоамплітудние порушення при цьому виявляються недостатньо точно.

При побудові геологічних розрізів з даними розвідувальних виробок достовірно можуть бути виявлені порушення з амплітудою більше 10-15 м. Спосіб плоских вертикальних перетинів [3] дозволяє на стадії геологічної розвідки виявити зони дрібних тектонічних порушень на ділянках пласта, перебуренних великим числом свердловин.

В даний час для виявлення мелкоамплітудних тектонічних порушень розробляються різні варіанти геофізичних методів. Поки вони знаходять досить обмежене застосування.

В процесі експлуатації на наявність розривних геологічних порушень вказує цілий ряд ознак (зміщення покрівлі або грунту вугільного пласта, поява в вугіллі клина породи при збільшенні загальної потужності пласта різке зменшення потужності пласта іноді до повного виклинювання, раптова заміна вугілля породою, різка зміна елементів залягання вугільного пласта та ін.) Однак за цими ознаками далеко не завжди вдається визначити тип порушення, його амплітуду, напрямок зміщення крил пласта.

В. А. Букринський був розроблений метод прогнозування розривних тектонічних порушень, що заснований на єдності освіти і відповідно орієнтування і прояви екзогенної тріщинуватості гірських порід процесу освіти і орієнтування осей деформацій тектонічних структур (складок, розривів) в результаті дії тектонічних полів напруг [2].

В. А. Букринський і О. В. Михайлової [2] на підставі спостережень за тріщинуватістю в Кадіївського районі Донбасу встановлено, що характерна для даного району картина тріщинуватості спотворюється в міру наближення до розривних порушення. У першу чергу спотворення стосуються тих систем тріщин, які мають однакові з порушенням або близькі до нього елементи залягання. Обробка натурних спостережень на структурних діаграмах показала, що за наявності порушень відбуваються наступні відхилення максимуму системи тріщин від його теоретичного положення:

1) відсутність максимуму, тобто тріщин даної системи, в результаті повного її заміщення порушенням;

2) зміщення максимуму від його теоретичного положення в результаті часткового заміщення тріщин даної системи порушенням;

3) освіта розриву в максимумі в результаті часткового "заміщення тріщин системи розривним порушенням.

Однак існуючу методику прогнозування не завжди підходить до районів з іншого структурою. У зв'язку з цим завданням досліджень автора є перевірка і уточнення методики прогнозування порушень на основі вивчення тріщинуватості для умов Донецько-Макіївського району Донбасу.

Більшість спостережень було проведено на шахті «Куйбишевська» ВО «Донецьквугілля». Поле шахти «Куйбишевська» приурочене до південного крила Кальміуе-Торецька улоговини. Простягання відкладів карбону в основному південно-західне, падіння на північний захід. Кути падіння порід на більшій частині площі шахтного поля коливаються в межах від 8 до 16 °. Залягання кам'яновугільних порід ускладнене наявністю ряду розривних порушень типу насувів та скидів. До найбільших з них відносяться Недовго Коксовий, Мушкетівська та ін

Коксовий Недовго, будучи природним кордоном шахтного поля, на північному сході має північно-західне простягання, у південно-східній частині - субширотне. Падіння площині сместітеля - на північний схід і північ під кутами від 10 до 45 °. Амплітуда Недовго змінюється від 30 до 50 м.

Мушкетівська Недовго простежується в центральній частині поля.

простягання Недовго - субширотне. Падіння площині сместітеля - на північ під кутом 20-30 °. Амплітуда Недовго на більшій частині шахтного поля складає 65-125 м. Крім великих порушень, на полі шахти є значне число мелкоамплітудних порушень, які проявляються у вигляді порушень надвігового і скидного характеру поблизу більш-менш великих порушень, які без будь-якої закономірності.

Для визначення можливості прогнозування мелкоамплітудних розривних порушень проводилося порівняння даних по тріщинуватості в точках спостережень, розташованих у непорушених ділянках і в зоні впливу розривних порушень на різному відстані від порушення. Спостереження проводилися через кожні 10-15 м подвіганія очисних забоїв.

Спостереження за тріщинуватістю, як правило, проводилися у підготовчих і очисних виробках. Причому переважна більшість спостережень проведено в очисних вибоях, оскільки там площа оголення набагато більше, ніж у підготовчих виробках, а інтенсивність тріщинуватості вугілля вище, ніж вміщають порід.

Спостереження за тріщинуватістю проводилися за наступною методикою [1]. Через 10-15 м по лінії падіння лави намічалися місця вимірів, в яких обиралася майданчик довжиною з падіння, що дорівнює приблизно потужності пласта. Виявивши системи тріщин, приступали до визначення елементів залягання екзогенних тріщин одного порядку, одночасно визначаючи інтенсивність тріщинуватості, тобто кількість тріщин, що припадають на одиницю довжини. При виробництві вимірів екзогенних тріщин описувався характер поверхні тріщин, наявність мінеральних включень в порожнині тріщин, літологічних складу гірських порід. За наявності дзеркал або борозен ковзання визначалися їх елементи залягання. У вибоях підготовчих виробок визначалися елементи залягання екзогенних тріщин вміщуючих порід.

Середні елементи залягання ендогенних тріщин визначалися в підготовчих виробках і в двох-трьох місцях вимірів очисного вибою. Тут же вимірювали кут і азимут падіння площині пласта. Обробка результатів спостережень проводилася за допомогою меридіональних стереографіческіх сіток. Діаграми будувалися по кожній точці спостережень (лаві), включаючи дані вимірів по відкаточних і вентиляційного штреку.

В результаті статистичної обробки отримували ізолінії відносної щільності або густоти тріщин. Крім цього, на діаграму наносилися елементи залягання порушень з амплітудою більше 0,5 м і елементи залягання пласта.

Встановлена наступна закономірність тріщиною тектоніки на ділянці шахтного поля. Ендогенна тріщинуватість в основному представлена двома системами тріщин - основний і торцевого. Ці системи легко виділяються на структурних діаграмах, оскільки елементи їх залягання відрізняються сталістю (більш виражена торцева система тріщин). Елементи залягання цих систем відхиляються від середнього значення до ± 10 °. Ендогенні тріщини характеризуються гладкими поверхнями, майже завжди покритими плівками кальциту. Відстань між ними коливається від 3-5 мм до 1 дм і більше.

Ендогенні або кососекущіе тріщини представлені тріщинами відколу. Вони характеризуються поверхнями, що несуть на собі сліди переміщень - штрихи і борозни зсуву, дзеркала ковзання, подряпини, які вказують на напрям переміщення. У ряді випадків напрям екзогенних тріщин збігається з ендогенних.

Аналіз проведених спостережень дозволив зробити висновок а можливості прогнозування мелкоамплітудних розривних порушень щодо зміни кількості систем тріщин. При підході до порушення кількість систем тріщин у вугільному пласті в порівнянні з непошкодженими ділянкою збільшується в два рази і більше. При цьому можливі варіанти, відзначені В. А. Букринський і О. В. Михайлової [2]. Зв'язок між ступенем збільшення систем тріщин і амплітудою зміщення не виявлено. Зона впливу порушення залежить від амплітуди зміщення. Так, розриви з амплітудою від 0,3 до 1,2 м виявляються на відстані від 5 до 40 м.

Елементи залягання пласта в безпосередній близькості в порушення, як правило, змінюються. У більшості випадків лежаче крило пласта підвернути у бік повстання площині сместітеля. Часто з'являються дрібні флексурние складки або розриви з елементами залягання, збігаються з елементами залягання порушення. У ряді випадків різко змінюється кут падіння пласта або потужність пласта і т. д. Наявність цих ознак говорить про необхідність вести безперервні спостереження при підході до порушень з метою своєчасного їх виявлення.

При проведення прогнозу необхідно отримати орієнтування і тип зміщення. Елементи залягання площині сместітеля наближено визначаються за структурними діаграм. Тип зсуву можна отримати, відновлюючи тектонічні поля напруги. Відновлення орієнтування осей тектонічних напруг, вироблене за методикою, розробленою М. В. Гзовскім [4], дозволяє не тільки уточнити орієнтування порушення і встановити тип розриву, але і з'ясувати механізм формування тектонічних структур, етапів тектонічних деформацій, що є важливим при вивченні закономірностей тектоніки шахтного поля.

Список літератури

1. Аммосов І. І., Еремин И. В. тріщинуватість вугілля. М., Изд-во АН СССР, 1960. 110с.

2. Букринський В. А., Михайлова А. В. Вивчення зв'язку тріщить Новато стек-тонічними структурами гірських порід. М., Изд. Московського ін-ту радіоелектроніки та гірської електромеханіки, 1963. 96 с.

3. Виявлення ймовірних тектонічних порушень вугільних пластів способом плоских вертикальних перетинів/А. І. Осецький, Г. А. Антипенко, А. М. Зорін та ін -- Експрес-інформація, ЦНІЕІУголь, М., 1974. 29с.

4. Гзовскій М. В. Основи тектонофізікі. М., Наука, 1975. 536 с.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua