Материал: Engineering Geology of MD

рождении угля, лежат в пределах от 14 до 17%. На участках^ старой проходки, подверженных выдавливанию, примерно после 12 месяцев их эксплуатации среднее значение влажности глин было равно 19 %при предельных значениях от 16 до 23%.

Изменение влажности глин с глубиной на участках, подверженных деформациям, показано на рис. VI-IO. Сравнивая

•менение распространилось до глубины 0,7—0,85 м. Аналогичных гримеров изменения влажности глин в шахтах, подобных району Нелидово, известно много, и все они показывают, что это явление —следствие изменений окружающей обстановки и естественных условий залегания глин.

Специальные измерения горного давления в выработках Нелидовской шахты, выполненные С. М. Шайтановым, пока-

Итак, изучение вещественного состава глин, их физического состояния, размокаемости, набухаемости и изменения при этом их прочности, а также поведения в горных выработках, характера деформаций выработок и крепи показывает, что пучение глин связано не только с их способностью набухать, а главным образом с их свойством изменять свое состояние, терять устойчивость и прочность и выжиматься внутрь выработок под действием горного давления. Набухание же глин, обусловленное именно их свойствами, усиливает этот процесс, и тем значительнее, чем больше выработки врезаются в глины. Подтверждением этого вывода для Подмосковного бассейна и для других, находящихся в аналогичных геологических условиях, может служить тот факт, что объем породы, поступающей в выработки, несравненно больше того объема, который мог бы поступить только при набухании глин.

Чтобы убедиться в правильности сложившихся представлений о природе явлений, происходящих в горных выработках Подмосковного бассейна, было выполнено несколько опытов {18J. Моделировались горные выработки, в почве которых укладывали слой глин при плотности, близкой к естественной. Затем повышали опорное давление на них и вели наблюдения за деформациями глин в почве выработки. На рис. VI-11 показаны результаты наблюдений по некоторым из этих опытов. Все они

Данные наблюдений, выполненных на многих шахтах Донбасса [57], где глинистые породы имеют более высокую степень литификации, полностью согласуются с данными, полученными

182

Ofi

иnil

ДЛЯ Подмосковного бассейна. Там также главная причина выдавливания (пучения) глинистых пород почвы горных выработок связана с тем, что под влиянием горного давления упругое и упругопластическое состояние глин в некоторой зоне вокруг выработок изменяется на вязкопластическое неравновесное.. При этом они неограниченно длительно деформируются, и тем сильнее, чем глубже горные выработки (более 600—700 м),. т. е. чем выше горное давление. Все это указывает на то, что при оценке и прогнозе явлений пучения почвы в горных выра-

Отжим горных пород и угля в горные выработки. Неравновесное состояние горных пород наблюдается не только в почве горных выработок и в основании ограничивающих их опорных

т

* В сейсмологии применяют определенные методы вычисления энергии землетрясе - ннП. Она оценивается в д ж о у л я х . При сильных аемлегрясеииях составляет 10"—10" Д ж , •а при катастрофических — 10" — 10" Д ж -

ТОК. Такими породами наиболее часто являются различные глинистые: глины, аргиллиты, глинистые сланцы и др., а также пачки и слои углей.

Явление отжима пород и углей в горных выработках связано с недостаточной их устойчивостью, с переходом в пластическое или вязкопластическое состояние в зоне неупругих деформаций под влиянием действующих напряжений. Оно наблюдается главным образом на средних и больших глубинах, облегчает выемку угля, однако требует определенного внимания, так как создает трудности для охраны выработок.

Для оценки и прогноза явления отжима пород и угля пока не имеется строгих и надежных методов. Поэтому для этой цели пользуются в основном данными непосредственных наблюдений.

Динамические явления в подземных горных выработках. Это внезапно возникающие и протекающие с большой скоростью и силовым действием перемещения масс горных пород и полезного ископаемого в горную выработку, сопровождающиеся их дроблением, шелушением, образованием трещин — заколов, сейсмическими сотрясениями и значительным звуком. В зависимости от интенсивности проявления и соответственно вызываемых последствий различают следующие виды динамических явлений: стреляние горных пород, горные удары и толчки {38].

Горные удары бывают разной силы — от микроударов до ударов большой и даже катастрофической силы (табл. VI-2). Соответственно их подразделяют на четыре категории: I — с повышенной опасностью; II — опасные; III — не представляющие непосредственной опасности и IV — неопасные.

Стреляние горных пород — это быстрое откалывание и отскакивание кусков породы от обнаженной поверхности в горных выработках, сопровождающееся звуковым эффектом, возникаю-

184

щее вследствие их хрупкого разрушения при соответствующем напряженном состоянии. М. М. Протодьяконов 11933 г.] так описал это явление; «Когда проводится новая выработка, то в породе слышится треск, нередко достигающий по силе звука оружейного выстрела, и от обнаженной поверхности забоя отскакивают чечевицеобразные осколки и даже целые глыбы. Эти

свой объем и уже не могут быть вложены в то место, откуда они выскочили. Отскочив, порода уже теряет свои напряженные свойства, точно она была сдавлена, а тут получила возможность свободного расширения. Чаще и сильнее всего кускн отделяются с боков выработки, реже в почве и гораздо реже — в кровле. Отделение всегда параллельно обнаженной поверхности забоя... Обнаруживаться «стреляние» может и не тотчас после проведения выработки, а иногда спустя несколько недель или даже месяцев. Равным образом, продолжаться оно может долгое время, даже несколько лет, хотя и ослабевает со временем».

Стреляние горных пород может являться признаком возможных горных ударов. Оно наблюдается довольно часто, особенно при производстве горных работ на глубинах более 300—500 м, например на рудных месторождениях Тырныаузском (Северный Кавказ), Миргалимсайском (Южный Казахстан), Джезказганском (10жный Казахстан), Кадамжайском (Киргизская ССР), Садонском (Северный Кавказ), на месторождениях Горной Шории (Алтай) и др. Известно много примеров стреляния горных пород при строительстве горных туннелей в твердых скальных породах.

Микроудары проявляются в разрушении горных пород и полезного ископаемого в пределах сравнительно небольшого объема геологического пространства и быстром: их перемещении (выбросе) в горную выработку. Они сопровождаются резким звуком, образованием пыли и сотрясением масс горных пород, а в газоносных породах — усилением газовыделений. Микроудары обычно не вызывают повреждений горных выработок, крепи, машин и механизмов.

Горные удары средней и большой силы представляют собой быстрое хрупкое разрушеяие горных пород, пластов и залежей полезного ископаемого, сопровождающееся перемещением (выбросом их в горную выработку), резким звуком, образованием большого количества пыля, значительным сотрясением масс горных пород. При некоторых горных ударах разрушением охватываются породы на площади в сотни и даже миллионы квадратных метров, а сейсмическое воздействие ощущается на земной поверхности в радиусе до 5—10 км Шич Я. А., 1962 г.]. Инструментально такие явления регистрируются на расстоянии десятков и сотен километров от места удара. Так, например, горный удар, произошедший 8 июля 1958 г. на руднике

185

им. Э. Тельмана калийного комбината Верра в ГДР, был зарегистрирован сейсмическими станциями в СССР, Турции и Испании.

Последствия горных ударов всегда значительны. Обычно происходят разрушения и нарушения крепи и горных выработок в целом, машин, механизмов и оборудования. В результате горного удара на руднике им. Э. Тельмана были разрушены подземные выработки на площади 3 км^. Горный удар на шахте «Крюгерсхаль>, произошедший 24 мая 1940 г., был зарегистрирован сейсмическими станциями, расположенными на расстоянии 700 км от нее, а макроскопически ощущался в радиусе 35 км. При этом горном ударе в шахте погибло 42 человека, а на шахте «Фритц Хейприх» во время горного удара в 1942 г. погибло 45 человек [Бич Я. А., 1962 г.]. Горные удары возникают на всех основных угольных месторождениях мира, а также на многих рудных и соляных. Известны случаи их образования на месторождениях строительных материалов.

Толчками принято называть горные удары, проявляющиеся в разрушении горных пород и полезного ископаемого за пределами контуров выработок на некоторой глубине в толще пород, без их выброса в горную выработку Ш]. Толчки обнаруживаются по треску, значительному звуку, сотрясению масс пород, появлению пыли, осыпанию обломков пород и полезного ископаемого со стен выработок.

Из приведенной краткой характеристики динамических явлений следует, что непосредственную опасность при производстве горных работ для людей, сохранности горных выработок, машин, механизмов и другого оборудования представляют горные удары, хотя они происходят реже, чем все остальные явления. В связи с тем что горные работы во многих бассейнах и на месторождениях развиваются на все большую и большую глубину, опасность возникновения горных ударов возрастает. Поэтому изучение этих геологических явлений и их прогноз составляют исключительно важную задачу.

Необходимо отметить, что в этом плане уже много сделано советскими учеными, и особенно А. А. Скочинским, С. А. Авершиным, В. Д. Слесаревым, И. М. Петуховым, Я- А. Бичем, В. Д. Ходотом, В. И. Николиным и многими другими. В их работах показано, что горные удары возникают только при определенных геологических условиях и проявляются в разных формах на разных этапах развития горных работ. При их образовании разрушению подвергаются либо только полезное ископаемое, либо только вмещающие породы, либо область разрушения распространяется на те и другие. Соответственно различают [38] три основных типа геологических условий, при

186