лями или первыми единицами мегапаскалей. Сопротивление сдвигу повышенно, сцепление достигает 0,05—0,07 МПа, а коэффициент внутреннего трения 0,30—0,35. Коэффициент крепости лежит в пределах 2—4. При увлажнении многие разности размокают, набухают и резко снижают прочность. Давление набухания глин может достигать 0,6—0,9 МПа. Все это
указывает на |
зависимость |
их |
физического состояния от усло- |
вии окружающей среды. |
|
|
|
Отложения |
нижнего |
мела |
(апт-неокомские) распростра- |
нены на значительной части территории КМА. Они представлены в северных районах преимущественно песками, а на значительной площади южных районов главным образом глинами. Глины здесь в основном легкие, песчаные, редко переходят в тяжелые. Плотность их несколько выше средней, изменяется от 1,96 до 2,17 г/см^, пористость умеренная —28— 34%, хотя в отдельных случаях достигает 41 %. Естественная влажность низкая, поэтому они, как правило, находятся в полутвердом состоянии. Прочность глин, как пород средней степени литификации, нормальная. Сцепление изменяется от 0,01 до 0,1 МПа, а угол внутреннего трения достигает 20—25°.
Апт-неокомские пески довольно однородны по составу, но преобладают тонко- и мелкозернистые, местами глинистые.
Коэффициент |
фильтрации их |
не превышает первых метров |
в сутки. Угол |
естественного |
откоса достигает 30—35". Они |
водоносны и гидравлически непосредственно связаны с вышележащими сеноман-альбскими песками, с которыми образуют единый водоносный комплекс, напор воды в котором достигает 200—210 и даже 250 м. В результате развития дренажных,
водопонизительных и горных работ напор |
воды |
этого ком- |
|
плекса на многих участках сильно |
снизился и едва |
достигает |
|
10 м, То же самое наблюдается при |
выходе |
песков |
на поверх- |
ность. Апт-неокомские пески склонны разжижаться и переходить в плывунное состояние.
Сеноман-альбские пески на территории КМА распространены очень широко. Они, как правило, тонкозернистые, реже мелкозернистые (например, в районе Лебединского месторождения), в нижних горизонтах средне- и крупнозернистые, гравелистые. Пески этого горизонта содержат мало глинистых фракций. Местами они сцементированы до состояния слабых песчаников. Пески повсеместно водоносны, достаточно водообильны, играют большую роль в обводнении месторождений железных руд. Коэффициент фильтрации их достигает 15—20 м/сут.
Значительную |
часть геологического разреза |
верхнего мела |
в пределах КМА |
слагает мергельно-меловая |
толща, которая |
по стратиграфическим и петрографическим признакам делится
на три части. Нижняя сложена в |
основном мелом коньяк-ту- |
||
ронского возраста, |
средняя — мергелями сантонского |
яруса,, |
|
верхняя — мелом |
маастрихтского |
и кампанского |
ярусов. |
9 1
Мел нижней части толщи обычно плотный, но встречаются прослои мягкого. Плотность его на Яковлевском месторождении изменяется от 1,86 до 1,98 г/см®, среднее ее значение 1,95 г/см®. На Лебединском месторождении, где слои мела залегают на несколько меньшей глубине, его плотность изменяется от 1,72 до 1,94 г/см®, а среднее значение равно 1,82 г/см*. Средняя естественная влажность мела на Яковлевском месторождении равна 27%, на Лебединском 3 1 % . Соответственно временное сопротивление сжатию изменяется от 5 до 10 и от 0,3 до 3 МПа.
Мергели сантонского яруса разнообразны. Естественная влажность их изменяется в широких пределах — от 15 до 42 %, соответственно изменяется и временное сопротивление сжатию — от 0,2 до 12 МПа.
Слои маастрихт-кампанского мела характеризуются естественной влажностью от 20 до 37 %. Плотность его изменяется от 1,55 до 1,93 г/см®, а пористость от 42 до 47 %. Прочность ниже, чем мела туронского, и составляет 0,6—1,8 МПа.
Палеоген-неогеновые отложения на территории КМА представлены в основном глинами и песками с прослоями песчаников и мергелей. Пески преобладают тонко- и мелкозернистые, встречаются как глауконитовые глинистые, так и кварцевые сыпучие. Коэффициент фильтрации песков мал, обычно составляет десятые доли метра в сутки.
Четвертичные отложения на территории КМА имеют сплошное распространение, представлены преимущественно покровными делювиальными образованиями — суглинками, местами переходящими в супеси или в более тяжелые разности суглинков и даже в глины.
Подводя итоги краткого описания физико-механических свойств горных пород КМА, следует отметить.
1.Комплекс кристаллических пород докембринекого возраста принадлежит преимущественно к группе твердых — скальных, хотя в приповерхностных их горизонтах, непосредственно подстилающих осадочные породы палеозоя и мезозоя, они довольно неоднородны по составу, строению, степени выветрелости и трещиноватости. В пределах этих горизонтов они, как правило, относительно твердые — полускальные. Богатые руды неоднородны по плотности и прочности.
2.Рудно-кристаллические породы на значительной площади
КМА залегают на глубине от 35 до 180 м в центральной части
идо 350—600 м в южных районах.
3.Геологический разрез осадочных пород девонского, каменноугольного, юрского, мелового и кайнозойского возраста, образующих вскрышу на всех месторождениях КМА, сложен различными петрографическими типами пород, преимущественно относительно твердыми (полускальными), переслаивающимися с разнообразными глинами и песками. Все эти типы -пород имеют умеренную или малую степень литификации.
Ряс. IV-4. Схема Большого |
Донбасса. |
|
|
/ — площадь Старого Донбасса; |
2 — предполагаемые |
границы Большого |
Донбасса; ^ — |
предполагаемые границы угленосного карбона. |
|
||
К НИМ Приурочено до |
семи водоносных горизонтов, |
гидравли- |
|
чески связанных между собой, напор |
воды в которых до осу- |
шительных работ на месторождениях |
достигал 200—225 м. |
4. Данные, характеризующие физико-механические свойства |
|
осадочных пород вскрыши, как и опыт |
горно-эксплуатационных |
работ, показывают, что эти породы имеют недостаточную прочность и устойчивость. Поэтому в бортах и уступах карьеров и в подземных выработках нередко возникают оползни, осыпи, оплывание пород, суффозионные и другие явления, вызывающие необходимость выполнения сложных осушительных и других инженерных мероприятий для обеспечения нормальных условий строительства и эксплуатации шахт и карьеров.
[V-4. Физико-механические свойства горных пород угленосное формации Донецкого бассейна
Донецкий бассейн занимает обширное пространство юга европейской части СССР. От площади Донбасса (Старого Донбасса), где угленосные отложения карбона выходят непосредственно на поверхность, отличают площадь Большого Донбасса, где они перекрыты мощными толщами пород пермского, мезозойского и кайнозойского возраста (рис. IV-4). Это складчатое сооружение вытянуто в субширотном направлении на 650—700 км, имеет ширину до 200 км.
В строении Донецкого бассейна из региональных структур выделяется Главная антиклиналь, разделяющая его на северную и южную части. К северу и югу от Главной антиклинали соответственно располагаются Главная и Южная синклинали
93
Главная амтакпииаль Донецк' л
Рис. IV-5. Геологический разрез Донецкого бассейна (по В. С. Попову).
1—11 |
синклинали: |
1 — Южная, U |
— Главная. |
свит |
карбона; 3 — |
} — меэозойско-кайнозойские отложения; 5 —граничные |
известняки |
||||
кристаллические породы фундамента-, |
4 — разрывные |
нарушения |
(надвиги, сбросы). |
||
(рис. IV-5). В осевой части |
бассейна |
складчатость |
наиболее |
||
интенсивна, по направлению |
к окраинам постепенно |
затухает, |
|||
где наблюдается |
пологонаклонное залегание слоев пород. |
||||
Промышленные запасы угля в Донецком бассейне приурочены к отложениям каменноугольной геосинклинальной угленосной формации, мощность которой увеличивается с северозапада на юго-восток от 4 до 12 км и от его периферии к центру. Угленосная формация залегает трансгрессивно и несогласно на известняках, сланцах, песчаниках, туфах, базальтах и других породах верхнего девона или непосредственно на кристаллических породах докембрия. Перекрывается она толщами медистых песчаников (до 1000 м), глинисто-доломитовых пород (до 800 м) и соленосных отложений (до 600 м) раннепермского возраста. Выше залегают чередующиеся толщи песчаников, алевролитов, аргиллитов и конгломератов позднепермского возраста.
В северо-западных районах Старого Донбасса и на остальной большой площади Большого Донбасса на пермских отложениях залегают толщи пород триасового, юрского и мелового возраста, представленные разнообразными песками и песчаниками, глинистыми и карбонатными породами. Выше мезозойских отложений распространены пески, песчаники, глины, мергели и известняки палеоген-неогенового возраста. Среду! песчаных толщ палеогена встречаются залежи бурых углей. Повсеместно в пределах Донецкого бассейна распространены четвертичные песчано-глинистые и лёссовые отложения, мощность которых местами достигает нескольких десятков метров.
Угленосная формация Донецкого бассейна состоит в основном из песчаников, алевролитов, аргиллитов с подчинен-
ным |
числом |
слоев |
известняков |
и |
большим |
числом пластов |
|||
угля |
(более |
300). |
По стратиграфическим |
и |
петрографическим |
||||
признакам она |
подразделяется |
на |
три |
отдела: нижний |
(Ci)„ |
||||
средний (Са) |
и |
верхний (Сз). |
Каждый |
отдел разделен |
на |
||||
свиты, нз которых пять свит суммарной мощностью до 3000 м относятся к нижнему отделу (CS—C®i); семь мощностью от 2200
9 4
до |
7000 |
м — к среднему |
(С'г—С^г) и четыре мощностью от 600 |
до |
2500 |
м — к верхнему |
(C's, С^з, С'^з и Р). Каждая свита рас- |
членена с точностью до отдельного слоя. Слои известняков и угля имеют свои индексы, показывающие их порядковый номер в геологическом разрезе свиты. Известняки обозначаются про-
писными буквами |
латинского |
алфавита (Е, F, G, I и т. д.), |
а угли — строчными |
(е, f, g, h, |
i и т, д.). |
Основная промышленная угленосность Донецкого бассейна связана с верхними свитами среднего и нижними свитами верхнего карбона. В восточном и северном направлениях число пластов угля уменьшается. В западной и северо-западной частях бассейна промышленная угленосность связана со свитами нижнего карбона. На остальной его части ннжнекаменноугольные отложения не имеют промышленных пластов угля. В пределах бассейна выделяется 30 горнопромышленных районов, где выполнены и продолжаются геологоразведочные работы. Оконтурено много промышленных площадей, пройдены сотни шахт, глубина некоторы.? из янх достигает 1000 м и более (ствол шахты Петровской 1300 м), несколько сотен капитальных, подготовительных и очистных выработок, разработка углей ведется на все больших и больших глубинах.
Все это и особенно разнообразные геологические явления (значительное горное давление, выбросы угля и газа, горные удары, поддувание почвы и др.), деформации горных выработок, большие объемы ремонтно-восстановительных работ, большие расходы на поддержание подготовительных выработок и т. д. обусловили развитие инженерно-геологических исследований при разведке месторождений, строительстве шахт и эксплуатационных работах. В Донбассе создана специальная геологическая служба, которая выполняет разнообразные инже- нерно-геологические исследования, и в том числе изучение физико-механических свойств горных пород. Результаты этих исследований невозможно переоценить как в научном, методическом, так и в практическом отношениях. Некоторые из них опубликованы, но главная масса хранится в фондах и используется непосредственно при проектировании и строительстве горных сооружений. Из опубликованных очень большое значение имеют работы [26, 27, 44—47, 48],
Угленосная формация Донецкого бассейна, как уже было отмечено, состоит в основном из песчаников, алевролитов, аргиллитов и переслаивающихся с ними известняков. Грубообломочные породы — конгломераты, гравелиты и другие переходные типы — встречаются исключительно редко. Основная масса углевмещающих пород имеет морское происхождение, переходное •от морского к континентальному и континентальное (речные и болотные). Соотношение различных типов пород в геологическом разрезе на площади бассейна более или менее постоянно. Песчаники составляют в среднем 25—30%, алевролиты 30— 35 %, аргиллиты 35—45 %, известняки 1 % и угли 1 %.
95