Материал: Engineering Geology of MD

ками более низких порядков, в пределах тектонических блоков, ограниченных глубокими разрывами, надвигами, флексурными перегибами и другими нарушениями. Их распространение связано с областями и участками новейших и современных тектонических движений и соответственно повышенного или избыточного естественного напряжения пород.

Важное значение имеет также строение слоев, толщ и зон, так как отдельные их составляющие неодинаковы в отношении развития в них различных динамических явлений (Бич Я. А., 1962 г.]. В слоях и зонах однородных плотных и прочных пород значительной и сравнительно значительной мощности происходит концентрация Потенциальной энергии под влиянием горного давления до опасных пределов и поэтому они более склонны к образованию динамических явлений. Слои, толщи и зоны неоднородных пород, переслаивающихся со слоями, прослоями и участками пород слабых, склонных к пластическим деформациям, имеющих низкие пределы текучести, не склонны к накоплению потенциальной энергии; они легко разрушаются, раздавливаются, отжимаются в горные выработки. В газоносных пластах в таких случаях идет интенсивное газовыделение. Следовательно, в зависимости от строения слоя, толщи или зоны пород в пределах месторождения или шахтного поля на одних участках динамические явления могут развиваться, на других — нет. Этим же объясняются различные степень их опасности и вид.

Я. А. Бич [1962 г.] на основании многолетних исследований причин и условий развития динамических явлений на разных угольных месторождениях СССР показал, что процесс деформирования горных пород в зонах опорного давления на разных участках происходит по-разному: на одних только высвобождение потенциальной энергии, на других — одновременно с этим возникновение и повышенного давления газа, т. е. могут начаться процесс внезапного выброса угля и газа или какие-либо другие динамические или газодинамические явления.

Существенное значение для оценки и прогноза динамических явлений имеет также учет степени трещиноватости горных пород, пространственной ориентировки систем трещин, угла их встречи с простиранием поверхности обнаженных пород. Горные удары, например, на месторождениях СУБР в целом на участках I и И категорий опасности наблюдаются там, где отчетливо выражено преобладание поперечной системы трещин. Горные удары III категории опасности наблюдаются главным образом на участках развития диагональной системы трещин. Отчетливой связи горных ударов с продольной системой трешин здесь не обнаруживается. Замечено, что опасные горные

192

Опасные горные удары наблюдаются в основном на участках, где простирание поперечной системы трещин образует с простиранием обнажения пород в выработке угол от О до 30° и от 60 до 90°. Снижение удароопасности наблюдается там, где этот угол встречи изменяется от 30 до 60°. Заметное влияние на удароопасность оказывает и степень трещнноватости

Таковы главные общие региональные и конкретные (местные) геологические условия развития динамических явлений на месторождениях, рудных и шахтных полях, в горных выработках и забоях.

Из горнотехнических условий первостепенное значение имеют: высокое горное давление на отдельных участках, условия вскрытия и система разработки встречными и догоняющими забоями, разработка полезного ископаемого под целиками или оставленных целиков, отставание крепления выработок или недостаточная его мощность, невыполнение мер по снижению напряженности горных пород, их хрупкости с помощью проходки разгружающих скважин, увлажнения пород нагнетанием воды в скважины и других мероприятий, предусмотренных инструкцией по безопасному ведению горных работ на месторождениях, где возможны горные удары ИЗ, 14].

Оценка и прогноз динамических явлений при проектировании освоения месторождений твердых полезных ископаемых, расположенных в определенных геологических условиях, должны обязательно выполняться на стадии разведки месторождений и затем уточняться при производстве горных работ. На первом этапе, т. е. при разведке месторождений, оценивается возможность образования динамических явлений и составляется прогноз степени (категории) их опасности. При выполнении горных работ предварительный прогноз уточняется и затем сменяется непрерывной текущей оперативной оценкой и прогнозом возможных участков проявления динамических явлений, их видов и интенсивности (категории).

Как на первом, так и на втором этапе обычно используются все данные региональных и детальных геологических наблюдений и их анализа в районе месторождения, рудного или шахтного поля, в горных выработках и на отдельных их участках, а также данные специальных полевых опытных работ, наблюдений и измерений.

Из полевых методов, опытных работ, специальных наблюдений и измерений наиболее часто применяют: метод разгрузки горных пород для оценки их напряженного состояния; наблюдения за деформациями горных выработок и измерения деформаций и действующих давлений на крепь для оценки напряженно-

деформированного состояния горных пород; наблюдения за состоянием керна из буровых скважин, степенью и распределением трещиноватости горных пород для оценки их физического состояния, хрупкости и прочности; испытания горных пород специальными давильными установками и штампами для оценки их прочности, упругости и хрупкости; измерения скорости распространения упругих волн в горных породах (методами сейсмическими, микросейсмическими, акустическими и лабораторным — ультразвуковым) для оценки их деформационных свойств; измерение удельного и кажущегося электрического сопротивления горных пород, их импульсного электромагнитного сопротивления для оценки их напряженного состояния и механических свойств и др. Описание этих методов приведено в ряде работ (12, 13, 14, 38].

Кроме перечисленного на угольных месторождениях потенциально опасными считаются породы, имеющие прочность на сжатие более 80 МПа, залегающие на глубине более 500 м, особенно когда при бурении скважин наблюдается дискование керна, т. е. его деление на вогнуто-выпуклые диски толщиной менее 7з диаметра. Для таких пород также характерно, что отношение предела прочности керна на сжатие к растяжению превышает 25.

Газодинамические явления в подземных горных выработках.

Это главным образом быстро протекающие геологические явления в виде разрушения газоносных пластов углей, руд и горных пород в прнзабойных частях подготовительных и очистных выработок, сопровождающиеся повышенным выделением газа

иперемещением пли выбросом разрушенных масс в выработку,

Кэтим явлениям относятся; внезапные выбросы угля и газа, внезапное выдавливание, обрушение и высыпание угля с повышенным выделением газа и выбросы угля и горных пород при выполнении взрывных работ [12], Кроме того, известны внезапные выбросы пород, руд и газа на калийных рудниках [41].

Газодинамические явления отличаются от динамических участием в их образовании и развитии давления газа и поэтому более сложные. Они происходят на многих угольных месторождениях, но особенно часты на шахтах Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского и Печорского угольных бассейнов, на месторождениях Дальнего Востока и Сахалина. Один случай таких явлений отмечен на Талнахском месторождении угля в Норильском районе и многочисленные на калийных рудниках Верхнекамского (Соликамский, Первый и Второй Березниковские) и Старобинского (Первый, Второй и Третий Солегорские) месторождений.

Выбросы угля и газа обычно сопровождаются перемещением угля из забоя в горную выработку, которое может происходить с различной скоростью, но чаще быстро или мгновенно. При

1 9 4

ной массы и газа нередко перемещаются и крупные куски угля и обломки горных пород, сдвигаются и опрокидываются вагонетки, разрушается крепь, а выработка на то или иное расстояние от забоя полностью или частично заполняется угольной мелочью. Объем выбросов мол^ет изменяться от нескольких тонн до 10—15 тыс. т угля и от десятка до сотен тысяч кубических метров газа. В Советском Союзе самый крупный выброс произошел на шахте-км. Гагарина в Донбассе при вскрытии пласта на горизонте 710 м. Из мировой практики известны случаи, когда мгновенные выбросы засыпали людей на своих рабочих местах.

Выдавливания, обрушения и высыпания угля сопровождаются также перемещениями угля и горных пород, но на сравнительно небольшие расстояния от забоя. При этом в пластах угля также образуются полости, но менее глубокие и более широкие в устье и много выделяется газа. Такие явления обычно не вызывают повреждений горных выработок.

Таким образом, из газодинамических явлений наибольшую опасность и затруднения при выполнении горных работ составляют внезапные выбросы угля и газа, а на соляных месторож- дениях—выбросы солей и газа. Именно под действием опорного давления и газа в определенных геологических условиях возникают сосредоточенные в пространстве и во времени явления большой интенсивности. Когда говорят о газодинамических явлениях, обычно имеют в виду в первую очередь внезапные выбросы угля и газа.

Следует отметить, что этим явлениям часто предшествуют некоторые предупредительные признаки, как то: откалывание и отскакивание кусков угля от обнаженных его поверхностей (стреляние), появление толчков, треска, шумов в толще горных пород, зажим бурового инструмента при проходке шпуров и скважин, дискование керна, появление зон и участков высокой раздробленности угля, отжим угля в забое, повышенное выделение газа и др. Установлено, что в местах внезапных выбросов

в определенных геологических условиях, из которых первостепенное значение имеют: степень газоносности углей и горных пород и повышенное давление газа, мощность угольных пластов, их строение и петрографические особенности (марка угля), прочность и фазово-физические свойства, тектоническая нарушенность и раздробленность, глубина залегания от поверхности земли и повышенная естественная напряженность. Важное значение при этом имеет необводненность угленосных толп! и низ-

напряженного состояния горных пород в зоне влияния горных выработок, применение буровзрывных работ и несвоевременное выполнение мероприятий по устранению выбросоопасности по причине трудности прогноза таких явлений в отдельных случаях. Согласно инструкции по безопасному ведению горных работ 112] угольные пласты подразделяются на выбросоопасные, угрожаемые (склонные к таким явлениям) и невыбросоопасные. В отдельных случаях могут выделяться особо опасные участки.

Большое число факторов, влияющих на развитие газодинамических явлений, указывает на сложность условий их образования. Эта сложность часто определяется тем, что при, казалось бы, одинаковых геологических условиях один и тот же пласт угля на одном участке выбросоопасен, на другом нет. Так, например, во многих случаях по расчету на определенной глубине шахтного поля напряжения в призабойной части угольного пласта получаются одинаковыми, как и другие горнотехнические условия, и уголь должен бы разрушаться и перемещаться (выбрасываться) в сторону выработанного пространства, однако это происходит не везде, а только в определенной части поля, где выявляются признаки, не сразу явно выступающие, но при прочих равных условиях имеющие решающее значение.

Поэтому при изучении, оценке и прогнозе внезапных вы-

месторождения. При выполнении такой работы надо уделять внимание всем возможным факторам, так как любое упущение здесь может обернуться опасным явлением.

Газоносность углей и горных пород — одна из важнейших причин образования выбросов угля и газа. С увеличением глубины залегания углей их газоносность, содержание главным образом метана, возрастает и соответственно повышается опасность образования таких явлений. В центральном районе Донбасса угли с газоносностью 7 м^/т твердой массы и менее считаются неопасными, а при 20 м^/т и выше — безусловно выбросоопасными. Согласно инструкщш по безопасному ведению горных работ [12] в Донбассе на глубине, где угли характеризуются выходом летучих веществ более 35 %, они считаются неопасными по выбросам. Во всех других случаях, показанных в соответствующих таблицах, угольные пласты относятся к категории опасных.

Известно, что в Донецком бассейне между давлением газа в угольном пласте и его опасностью по выбросам непосредственной связи нет [31]. На пластах с давлением газа 2,5—3 МПа внезапных выбросов не происходило и в то же время они возникали на пластах с давлением газа 0,2—0,3 МПа. В большинстве случаев выбросы происходят из угольных пластов с высокой газоносностью при давлении газа 0,6—1 МПа. На калийных рудниках отличительными особенностями внезапных вы-

196