Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород
В настоящее время, ведение горных работ при разработке угольных месторождений связано с постоянным ухудшением горно-геологических условии добычи угля. Одним из основных геологических факторов, осложняющих проведение горных работ, являются разрывные нарушения угольных пластов, вызванные тектоническим...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2002
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189802 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород / Е.В. Гладкая // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 119-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859731126688415744 |
|---|---|
| author | Гладкая, Е.В. |
| author_facet | Гладкая, Е.В. |
| citation_txt | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород / Е.В. Гладкая // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 119-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | В настоящее время, ведение горных работ при разработке угольных месторождений связано с постоянным ухудшением горно-геологических условии добычи угля. Одним из основных геологических факторов, осложняющих проведение горных работ, являются разрывные нарушения угольных пластов, вызванные тектоническими процессами. В результате проведенных исследований и наблюдений за изменчивостью физико-механических характеристик горных пород в зонах малоамплитудных разрывных нарушений было установлено, что эффективная поверхностная энергия наиболее полно характеризует неоднородность свойств массива, вызванную действием тектонических напряжений. Ее абсолютные значения в зонах разрывов изменяются в 2-3 раза.
|
| first_indexed | 2025-12-01T13:37:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.831
ПРОГНОЗ МАЛОАМПЛИТУДНЫХ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ ПО
ЭФФЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ ВМЕЩАЮЩИХ
УГОЛЬНЫЙ ПЛа СТ ПОРОД
ниж. Гладкая Е.В. (Институт фишки горных процессов НАН Украины)
В настоящее время, ведение горных работ при разработке угольных
месторождений связано с постоянным ухудшением 1'орно геологических
условии добычи угля. Одним из основных геологических факторов,
осложняющих проведение горных работ, являются разрывные нарушения
угольных пластов, вызванные тектоническими процессами.
Известно, что близость горных выработок к системам тектонических
нарушений существенно снижает их устойчивость за счет повышения
интенсивности проявления горного давления, в зонах тектонических нарушении
ухудшаются условия эксплуатации подготовительных и очистных выработок,
часто проявляются горные удары, внезапные выбросы угля и газа.
Как показывают многочисленные исследования устойчивости горных
выработок, сооружаемых в геологических нарушениях вопросы установления
размеров зон влияния нарушений по длине выработки и изучения характера и
особенностей проявления горного давления в выработках в период их
сооружения в районе нарушений изучены не достаточно полно.
Крупно - и среднеамплитудные нарушения сплошности горных пород
достаточно достоверно выявляются и прослеживаются геологоразведочными
работами и поэтому не оказывают значительного воздействия на добычу угля,
являясь естестъенпыми границами шахтных полей и выемочных участков.
Особый интерес вызывают малоамшштудные тектонические нарушения,
которые являются наиболее многочисленными и при внезапном своем
проявлении оказывают существенное влияние на все звенья технологического
цикла.
При определении размеров зон влияния разрывного нарушения
используются раз гичные факторы, в шлющие на механическое состояние
массива. Но наиболее соответствующее действительности представление
основано на использовании таких показателей, как параметры разрывного
нарушения физико-механические свойства вмещающих выработку пород, а
также глубина разработки.
Для решения различных задач производства, особенно в зонах
тектонических нарушений, зачастую привлекаются методы шахтной геофизики.
Наибольшее развитие получили методы сейсморазведки и электроразведки,
которые применяются также для решения задач по оценке устойчивости кровли
и по разведке тектонических нарушений угольных пластов [1 , 2 ].
Однако анализ точности определения параметров разрывных нарушений
существующими на сегодня методами, основанными, на использовании
119
основных физико-механических свойств углей и пород показывает, что
наибольшие погрешности до (40%) приходятся на диапазон амплитуд до 3 м,
которые являются наиболее многочисленными [3].
Так, согласно многочисленным исследованиям проведенным в области
изучения тектонических структур, различные свойства пород (как физико
механические, так и физические) изменяются только при невысоких степенях
эпигенеза пород и больших амплитудах нарушений в весьма узких (10-15 м)
юнах породы, примыкающих к трещине разрыва с обеих сторон. За пределами
этой зоны влияние тектонических нарушений на свойства пород не
обнаруживаются Малоамнлитудные разрывные нарушения существенных
изменений базовых свойств пород не вызывают Зачастую, скачок свойств в
зонах тектонических разрывов с малыми амплитудами (до 1 0 м), приурочен
непосредственно к трещине разрыва При высокой стадии метаморфизма (на
стадии антрацитов) изменения свойств при тектонических движениях
практически не наблюдаются [2 ]. Это подтверждается, как региональными
ни чедопаштями по площади угольных бассейнов и их разрезам, так и
юкадьным изучением различных тектонических структур
Согласно результатам исследований, полученным в работе [4] при
из' чении тектоники угольных месторождений, наряду с прочностными и
деформационными показателями целесообразно рассматривать эффективную
поверхностную энергию (ЭПЭ), которая характеризует энергетические затраты
на образование новой поверхности ЭПЭ интегральная характеристика,
функционально связанная с прочностными и деформационными показателями
твердых тел.
В настоящее время величина ЭПЭ представляет наибольший интерес
для практики, как характеристика, интегрально учитывающая все
энергопоглощающие процессы локализованные непосредственно перед
фронтом зрещипы В отЛичие от используемых для оценки разрушения торных
пород прочностных и деформационных характеристик, ЭПЭ оценивает все
механизмы разрушения (продольный сдвиг, поперечный сдвиг по критически
ориентироватшт ш трещинам и отрыв).
В результате проведенных исследований и наблюдений за
изменчивостью физико-механических характеристик горных пород в зонах
малоамплитудных разрывных нарушений было установлено, что эффективная
поверхностная энергия наиболее полно характеризует неоднородность свойств
массива, вызванную действием тектонических напряжении Ее абсолютшле
значения в зонах разрывов изменяются в 2-3 раза.
Изменение значений ЭПЭ изучаемых пород относительно фоновых
наблюдается уже при подходе к разрывным нарушениям. Гак, величина ЭПЭ
вмещающих угольный пласт пород в районе малоамплитудных тектонических
нарушений на 50-80% меньше фонового значения, определенного в
ненарушенной части угольного пласта. При этом перепад величины ЭПЭ пород
увеличивается с увеличением амплитуды нарушений, как для сбросового гипа
1ВХ н д-т в )СрОеО0 (надвигов).
< о| тт.но, литературным данным известно, что в результате процессов,
120
инициируемых в горной породе внешним воздействием, происходит изменение
дефектности ее структурных элементов. Разрушение горных пород в объемном
поле сжимающи: напряжений сопровождается структурно-фазовыми
превращениями породообразующих минералов. Так, в основном
породообразующем минерале песчаников - кварце при этом поочередно
происходит ряд структурных переходов:
а - кварц <-*• р - кварц <-> р - гридимит <-»{?- кристобалит <-> расплав
Дальнейшие исследования и наблюдения, показали, чго подобные
сфуктурные преобразования являются результатом действия тектонических
напряжений. Так, в углевмещающих песчаниках из зон влиянш разрывных
нарушений, были обнаружены полиморфные превращение кварца, типа а —>р -
переход. Появление в песчанике р - кьарца (до 100%), в качестве основной
фазы, является 1 раницей действия повышенных напряжений в утолыюм пласте,
что весьма важно при прогнозе тектонических разрывов с различной
амплитудой смещения.
С полиморфными превращениями, вызванными тектоническими
напряжениями тесно связаны перепады эффективной поверхностной энергии
песчаников и модуля упругости. Следует отметить, что в зонах тектонических
нарушений ЭПЭ изменяется с модулем упругости синфазно (в точке а —>(1 -
перехода экстремумы модуля упругости и ЭПЭ совпадают) [5].
На основе, полученных в результате исследований закономерностей
изменения физико-механических свойств кварцсодержащих горных пород
(песчаники, песчанистые сланцы) и их связи с преобразованием структуры
основного породообразующих минерала кварца, протекающих под действием
тектонических процессов, был разработан метод прогноза малоамплитудных
разрывных и определения их параметров (,амплитуда смещения, ширина зоны
влияния).
Данный метод позволяет определять, либо уточнять координаты не
вскрытого горными выработками разрыва с диапазоном амплитуд 0,05-3 м.
Для прогноза малоамплитудных разрывных нарушений, с учетом
характера проявления горного давления в выработках в период их сооружения в
районе упомянутых нарушений был разработан комплексных показатель:
( 1)
где у - объемный вес пород, Мн/мэ;
Н - глубина заложения выработки, м,
I - крит ическая длина трещины, м;
Г - эффективная поверхностная энергия, Дж/м2'
Е - модуль упругости. МПа;
у - коэффициент Пуассона.
121
Установлено параметров нарушения (юны влияния и амплитуды)
производится по критерию. отражающему интенсивность изменения
комплексного показателя Кг. Для удобства (повышения точности определения
местоположения нарушений) был предложен относительный показатель:
к„ = Кг тек /Кгф он - (2)
где КГ тек - значение КГ на 1 м метре выработки;
КГ’ фон фоновое значение КГ, определенное в ненарушенной части
стольного гыаста.
Проявление разрывной тектоники в горном массиве характеризуется
значением кн > 1,5.
Данный метод позволяет осуществлять прогноз малоамплигудных
разрывных нарушений на разных глубинах отработки угольного пласта (до
1 0 0 0 м), т.к. значение кн находится в зависимости только от параметров
разрыва.
13 результате статистической обработки материалов исследований, была
получена корреляционная зависимость (коэффициент корреляции II = 0,96)
между ширимой зоны аномальных значений кн (Г, м) и амплитудой нарушения
(Н, м) Она описывается уравнением:
Ь = 4,1207е °'82Н (3)
Полученная ависимосп., хорошо согласуется с ранее установленной
сотрудниками IЮ «Укрутлегеология» связью между шириной зоны влияния
«•рушений и амплитудой. Это позволяет принять аномальные изменения
величины к„ за граыИЦу зоны влияния малоамнлитудного нарушения.
ГГри дальнейшем исследовании было установлено, что между критерием
Г „ и шириной зоны влияния разрывного нарушения (в одну сторону от
сместителя) существует линейная связь Г=/(к„), в виде функции
Ь = 8,4673 к -9,11. (4)
Для более удобного пользования полученных в результате иеследования
зависимостей (2, 3, и 4) предлагается номограмма, позволяющая определить, не
вскрывая координаты и параметры разрывного нарушения по величине кн
(рис 1 ).
Для установления надежности полученного критерия к„ была проведена
проверка предлагаемого метода прогноза в производственных условиях в
VI ловии ; шахты «Глубокая» при прохождении подготовительных выработок по
наш |у 1м (юр 460 м).
II пределах ноля шахты «Глубокая» исследовались алевролиты и
1В чаинки Ь г-Гг, непосредственной кровли угольного пласта 1ц, содержащего
, наг м и р н ы I , I с ч а п и к слюдистый от светло-серого до темно-серого,
I "
Рис. 1. Номограмма для определе1гИЯ размеров зон влияния нарушении
но перепадам ЭПЭ: кн - интенсивность изменения комплексного показателя Кг,
II - амплитуда разрыва, м; Ь - ширина зоны влияния нарушения в одну сторону
от сместмтеля, м.
слоистый трещиноватый. Песчанистый сланец темно-серый, с прослойками
песчаника.
Поведенные по предлагаемому метод) испытания, показали хорошую
сходимость прогнозных и фактических данных.
Так, при прохождении ходка лавы №23 (рис.2) по предварительному'
геологическом) прогнозу ожидалось разрывное нарушение надвшозого типа с
амплитудой смещения пласта 0,4 м и зоной влияния 10 м ( ГПС 13 - ПК 14+5 м).
Однако, но результатам дополнительных испытаний, проведенных но
предлагаемой методике, на всем протяжении указанного интервала изменения
величины комплексного показателя Кг. относительного фонового не превысили
критического шачеши к„ ^ 1,5 (к„ фаи. =’ 0,9). Согласно предлагаемому методу
ото свидетельствует об отсутствии тектонического нарушения по ходу
выработки. При дальнейшем проведении ходка лавы №23 на ПК 15+2 м
величина кн приняла критическое значение (к„ ф^. = 1,7), что соответствует
попаданию выработки в зону влияния разрыва с амплитудой смещения атаста
0,5 м По данному прогнозу положение тоещины еместителя предполагалось на
ПК 15+7 м. Фактически нарушение было вскрыто на ПК 16.
Применение нового метода прогноза малоамгшитудных разрывны;
нар)шеш1й также показал хорошую сходимость прогнозных и фактических
данных при прохождении бортовых выработок №16 (ПК 59+5 м), №15 (ПК
154+7 м), ходка лавы №23 (ПК 8+5 м). что позволяет повысить надежность
прогнозирования разрывных нарушений е малыми амплитудами.
123
Рпс.2. Геологический разрез участка ходка лавы №23 (шх. «Глубокая»):
1 - положение сместителя нарушения по прогнозу методом увязки с разрывом в
соседней горной выработке [6 ]; 2 - положение сместителя нарушения, согласно
методу по эффективной поверхностной энергии; 3 - фактическое
местоположение разрыва.
Автор выражает благодарность докт. техн наук, профессору
А Д. Алексееву за ценные советы и замечания при подготовке и проведении
исследований
СПИСОК ЛИТЕР 4ТУРЫ
1. Азаров П Я , Яковлев Д.В. Сейсмоакустичеекий метод прогноза горно
геологических условий эксплуатации угольных месторождений. -
М. Недра, 1988.
2 В.В. 1 речухин. Г1.А. Бродский, А.А.Климов, И.Т.Козельекий,
В.Т.Козельская, Б.И Воевода Геофизические методы изучения геологии
угольных месторождений. М Недра. 1995. 477с.
3. Н.С. Гарбер, В.Е. Григорьев, Ю Н. Дунак и др. Разрывные нарушения
угольных пластов. ( по материалам шахтной геологии). -Л.: Недра, 1979.
190с.
4. В.Н Ревва, Е В. Гладкая. А.Д.Меляков, А.В.Литвинов. Влияние
малоамгшиудной тектонической нарушенности угольных пластов на
трещшюстойкостъ вмещающих пород // Известия донецкого горного
института -2001. ■ №2. -С . 25-28.
5. Гладкая Е В , Рсвва В .II, Самойленко З А., Пушенко Е.И Исследование
структурного состояния горных пород в аднах тектонической нарушенности
// Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк:
ДонФТИ. №3. -2001. - С. 50-57.
6 . Геолопчш робота на вуглевндобувних II дприсмствах Укранш: йтструкщя:
Керши, норматив, док. М-ва палива та енергетики Украши - Допецьк:
2001 -384с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189802 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T13:37:43Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гладкая, Е.В. 2023-04-24T18:01:52Z 2023-04-24T18:01:52Z 2002 Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород / Е.В. Гладкая // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 119-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189802 622.831 В настоящее время, ведение горных работ при разработке угольных месторождений связано с постоянным ухудшением горно-геологических условии добычи угля. Одним из основных геологических факторов, осложняющих проведение горных работ, являются разрывные нарушения угольных пластов, вызванные тектоническими процессами. В результате проведенных исследований и наблюдений за изменчивостью физико-механических характеристик горных пород в зонах малоамплитудных разрывных нарушений было установлено, что эффективная поверхностная энергия наиболее полно характеризует неоднородность свойств массива, вызванную действием тектонических напряжений. Ее абсолютные значения в зонах разрывов изменяются в 2-3 раза. Автор выражает благодарность докт. техн наук, профессору А Д. Алексееву за ценные советы и замечания при подготовке и проведении исследований. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород Article published earlier |
| spellingShingle | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород Гладкая, Е.В. |
| title | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| title_full | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| title_fullStr | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| title_full_unstemmed | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| title_short | Прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| title_sort | прогноз малоамплитудных разрывных нарушений по эффективной поверхностной энергии вмещающих угольный пласт пород |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189802 |
| work_keys_str_mv | AT gladkaâev prognozmaloamplitudnyhrazryvnyhnarušeniipoéffektivnoipoverhnostnoiénergiivmeŝaûŝihugolʹnyiplastporod |