Материал: Engineering Geology of MD

т а б л и ц а !V-2

Средние значения прочности основных разностей горных пород различной степени литифнкации Донецкого бассейна

(по Н. В. Соннну)

П е с ч а н н к н

Р а й о н в с т е п е н ь л н т и ф и к а ц н н п о р о д

П Р О Д О Л Ж Е Н И Е Т А Б Л . IVJ!

А р г и л л н т ы

Крепость пород угленосной формации соответствует их петрографическому составу и принадлежности к группам полускальных и скальных. Породы средней степени литифнкации, как правило, имеют среднюю крепость, коэффициент крепости равен 3—4. Значительная часть полускальных пород довольно крепкие, коэффициент крепости их достигает 5—6. Песчаники, алевролиты и известняки повышенной и высокой степени литификации крепкие, с коэффициентом крепости выше 6. Крепость аргиллитов ниже, чем крепость других петрографических типов пород, и в отдельных случаях (как иногда и глинистых песчаников) в соответствии с их переходом в полускальные разности малой прочности мала, коэффициент крепости меньше 2. Де-

101

формационные свойства всех рассматриваемых разностей пород (модуль общей деформации десятки тысяч мегапаскалей, коэффициент поперечной деформации ОДО—0,30, реже 0,40) имеют значения, соответствующие их положению в инженерно-геологи- ческой классификации [19].

Итак, в пределах Донецкого бассейна наблюдается четкая зависимость изменения физико-механических свойств основных разностей пород от их состава, строения, физического состояния, других петрографических особенностей и от степени литификации. Обобщенные значения показателя прочности пород характеризуются большим коэффициентом вариации (30— 50%) . Однако, как отмечают многие исследователи, если породы расчленить более детально по их строению (структуре и текстуре), то разброс этих значений в одной группе пород по степени литификации будет более узким.

Под}лтоживая 7:раткую характеристику физико-механических свойств' горных пород' угленосной формации Донецкого бассейна, необходимо отметить следующее.

1. По физическому состоянию и механическим свойствам они являются преимущественно относительно твердыми — полускальными, переходящими с глубиной, с повышением степени литификации, в типичные твердые — скальные.

2. Фиаико-механические свойства основных петрографических типов пород угленосной формации существенно зависят от многих природных и искусственных горнотехнических факторов, поэтому на разных конкретных участках они имеют различные показатели.

3. Крепость пород угленосной формации соответствует их петрографическому составу н принадлежности к группам скальных и полускальных.

IV-5. Фнзико-механические свойства глин угленосной свиты Подмосковного бассейна

В Подмосковном бассейне глинистые отложения занимают значительную часть разреза песчано-глинистой угленосной свиты нижнего карбона. Эта свита почти непрерывно распространена по всему бассейну (рис. IV-7). Главная масса ее представлена глинами, которые прослеживаются по южному и западному крыльям бассейна. Как показывают материалы разведочных и эксплуатационных работ, угли Подмосковного бассейна приурочены, как правило, к толщам глин, свойства которых определяют условия проведения горных работ и устойчивость горных выработок. Почти на всех шахтах и рудниках все нарезные выработки и откаточные штреки проходят здесь исключительно по глинам или по углю, но с подрывкой глин в почве и кровле.

Глины в угленосной свите Подмосковного бассейна по положению в разрезе подразделяются на подугольные, надугольные

102

и межугольные. Подробное петрографическое описание их приведено в ряде работ {17, 18]. При естественной влажности они имеют полутвердую консистенцию, естественная влажность их умеренна и соответствует уплотненным породам. Средняя естественная влажность глин, вскрытых шахтами, изменяется от 18 до 22 %, а скважинами на разведанных участках —от 14 до 16%. Это объясняется тем, что шахты расположены в более южных районах бассейна, где

шую гравитационную нагрузку и более дегидратированы. Среднее значение коэффициента насыщения их приближается к единице (0,85—0,96). Коэффициент меньше единицы объясняется их разуплотнением при извлечении с большой глубины.

Как следует из сравнения естественной влажности глин с их влажностью на пределах пластичности, последняя всегда значительно выше. Следовательно, при нарушении естественного сложения глины в большинстве случаев должны обнаруживать полутвердую или твердую консистенцию и реже тугопластичную или пластичную. Значение показателя естественной уплотненности глин Kd почти всегда больше единицы. Все это указывает на повышенную уплотненность глин угленосной свиты Подмосковного бассейна и подтверждает визуальные наблюдения.

Результаты определения плотности и пористости глин показывают, что среднее значение плотности их минеральной части пониженное (2,49—2,62 г/см®), это связано со значительной углистостью. Неоднородность состава (степень углистости) глин хорошо подтверждает и предельные значения плотности минеральной части (2,08—2,69 г/см®). О повышенной уплотненности и соответственно умеренной пористости этих глин свидетельствуют их плотность, плотность скелета и пористость. Средняя плотность глин, вскрытых шахтами, изменяется от 1,93 до

103

2,07 г/смз, а скважинами — от 2,00 до 2,07 г/смз. Соответственно пористость изменяется от 34 до 37 % и от 29 до 32 %. На разведанных месторождениях уплотненность глин выше, чем на разрабатываемых.

Прочность глин соответствует их повышенной уплотненности

иумеренно'й естественной влажности. Среднее арифметическое значение временного сопротивления сжатию достигает 2,1 МПа

иизменяется от 0,15 до 5,0 МПа. Неоднородность механической прочности глин объясняется слоистостью, скрытой трещиноватостью, различной степенью песчанистости и сажистости. Испытания глин естественного сложения и влажности на разрыв указывают на большую неоднородность их и в этом отношении. Многочисленные опыты, выполненные с образцами из разных месторождений бассейна, показывают, что временное сопротивление глин разрыву изменяется от О до 0,90 МПа,

Результаты испытаний глин естественной влажности на сжатие свидетельствуют об их малой деформируемости. Эффективная нагрузка достигает 0,5—0,7 МПа и соответствует природной нагрузке. Коэффициент сжимаемости изменяется от 0,0001 до 0,0007 МПа-'. Относительная деформация в пределах нагрузок 1,0—1,6 МПа измеряется десятыми долями процента (редко превышает 1—2%). Кривые уплотнения и набухания почти сливаются. Следовательно, в пределах нагрузок до 1,0—1,6 МПа остаточные деформации в глинах ничтожны. По данным 189 определений средний модуль общей деформации глин при ориентировке нагрузки перпендикулярно к слоистости достигает 169,0 МПа, а параллельно ей —293,0 МПа. Эти данные указывают на малую степень деформируемости глин в пределах нагрузок, не превышающих их временное сопротивление сжатию. Об этом свидетельствуют также малые значения коэффициентов поперечного расширения (0,11-—0,14) и бокового давления (0,13—0,18).

Сопротивление сдвигу глин естественного сложения и влажности, как у пород достаточно уплотненных, повышенно, но отличается большой изменчивостью. Это связано с наличием в них скрытой трещиноватости, прослойков сажи, угля, с неоднородной их песчанистостью и некоторой изменчивостью физического состояния.

Как известно из опыта эксплуатации Подмосковного угольного бассейна, при поступлении воды в горные выработки, при пуске воды по выработкам, при их затоплении или даже при плохом проветривании и повышении влажности воздуха влажность глин повышается. В результате глины размокают, «раскисают», становятся мягкими, набухают и резко увеличивают давление на крепи выработок, вызывая их деформации. Как показало специальное исследование в различных горных выработках, явное изменение физического состояния глин при поступлении воды в горные выработки, как правило, обнаруживается только до глубины 5—10 см, не более 20—30 см. Повышение же

104