Материал: Engineering Geology of MD

ноклинальной, синклинальной, антиклинальной и др.) они находятся. Кроме того, для большинства месторождений, особенно расположенных в складчатых и переходных областях, характерно, что их территории (участки земной коры) расчленены на блоки (часто разных порядков) тектоническими разрывами — нарушениями. Поэтому различные участки месторождений могут располагаться в пределах отдельных блоков или их сочетаний.

Тектонические нарушения, особенно крупные, постоянно сопровождаются участками и зонами дробления, брекчирования и милонитизацнн пород. Поэтому явление расчленения горных пород на тектонические блоки обычно увеличйвает сложность и неоднородность геологического строения-и имеет большое значение в связи с образованием участков и зон разрушенных пород, которые могут являться причиной малой их устойчивости в горных выработках, большой деформируемости пород, сосредоточенной фильтрации воды, большой обводненности пород, местного повышения сейсмичности и т. д. Все это требует детального изучения структурно-тектонического положения месторождений и отдельных их частей, шахтных и карьерных полей, расположения тектонических нарушений, обусловливающих значительную неоднородность геологического строения.

В пределах каждого тектонического блока монолитность (сплошность) горных пород обычно нарушена трещинами, их системами и другими разрывами различных фаз тектогенеза. Эта нарушенность может быть различной — от малой до значительной. В соответствии с этим изменяются размеры отдельностей пород, модули трещиноватости, коэффициенты трещинной пустотности, удельные водопоглошения, скорости распространения упругих волн и другие показатели их строения и свойств. Она может быть также неравномерной по площади и на глубину. Соответственно и степень внутренней неоднородности каждого тектонического блока может характеризоваться неодинаково: развитием отдельных трещин, участков некоторого сгущения трещин и образования зон повышенкой трещиноватости.

Таким образом, если горные породы расчленены тектоническими нарушениями на блоки и эти нарушения существенно определяют геологическое строение районов распространения месторождений полезных ископаемых в целом, участков непосредственного их размещения, шахтного и карьерного полей, то трещиноватость существенно определяет внутреннее строение отдельных блоков, сложенных твердыми и относительно твердыми горными породами, их трещинную тектонику и структуру. Описание влияния трещиноватости на свойства горных пород и развитие геологических процессов, их происхождения, способов образования, методов изучения и количественные показатели степени трещиноватости приведены в работах [19, 21, 22]. Поэтому здесь остановимся только на некоторых вопросах, которых мы не касались в перечисленных работах.

ров и имеют направление, оконтуривающее обнаженную поверхность пород, т. е. следуют параллельно ей. Образование их связано с действием горного давления на породы в призабойной части выработок, а частично с явлением разуплотнения пород при их обнажении и с производством взрывных работ в капитальных и подготовительных выработках.

Элементы залегания этих трещин как бы зависят от направления движения забоя. Угол их падения в прочных породах крутой, достигает 90% в менее прочных — до 40''. При этом в подземных выработках падение трещин в кровле обычно направ-

При удалении от обнаженной поверхности пород степень их трещиноватости уменьшается. Число трещин, секущих слоистые толщи, зависит от физико-механических свойств пород и от мощности слоев. Как правило, чем выше прочность и крепость пород и больше мощность слоев, тем меньше их трещиноватость. Так например, при специальном изучении в Гуково-Зверевском районе Донбасса установлено [Дручин В. С., 1969 г.], что в песчаниках и известняках с мощностью слоев до 2 м модуль трещиноватости изменяется от 0,3 до I, в глинистых и песчано-гли- нистых слоях такой же мощности он достигал 2—3. В слоях таких же пород меньщей мощности (до 0,3—0,5 м) модуль трещиноватости достигал 10—20. По наблюдениям В. П. Субботина [1977 г.], в Красноармейском, Донецко-Макеевском и Чистя ковско-Снеженском районах распространение трещин по слою пород зависит также от мощности слоев и прочности пород. Слои небольшой мощности {до 1,5—2 м) пересекаются трещинами полностью. В расслоенных породах трещины переходят из одной плитки в другую. С увеличением прочности пород расстояния между трещинами увеличиваются.

Таким образом, обнаженная поверхность горных пород в горных выработках обычно окружена зоной, в пределах которой распространены искусственные трещины, определенным образом ориентированные. Мощность зоны разрушения пород искусственными трещинами достигает больших значений. Так, например, в Гуково-Зверевском районе Донбасса она в среднем равна 10—15 м, в Красноармейском районе в кровле очистных выработок— 17—25 м, а в почве — 5—10 м. В Донецко-Макеевском районе соответственно 11—26 и 8—10 м, а в Чистяковско-Сне- женском — 10—55 и 6—20 м.

В очистных выработках искусственные трещины обычно обусловливают обрушение пород в кровле и пучение в почве. Они способствуют проявлению ложной кровли, образованию вывалов, сдвижению блоков пород, интенсивному проявлению горного давления, деформации крепи и уменьшению сечения выра-

37

Рис. П-6. Схема расположения сечения горных выработок относительно ха-

рактерных координат пространства.

боток. Если в горных выработках встречаются естественные трещины, поверхности которых под углом пересекаются с искусственными, размеры зоны разрушения пород резко возрастают, а высота вывалов (куполов) достигает 5—7 м. В. Л. Свержевским и В. П. Субботиным [1976 г.] в перечисленных выше районах Донбасса выявлена тесная прямолинейная корреляционная зависимость между высотой зоны распространения искусственных трещин и глубиной ведения очистных работ.

При инженерно-геологическом изучении трещиноватости горных пород необходимо уделять большое внимание следующим основным вопросам; 1) пространственной ориентировке отдельных трещин и их групп; 2) морфологии трещин; 3) определению степени трещиноватости горных пород; 4) оценке влияния отдельных трещин и их систем как поверхностей и зон ослабления на прочность, деформируемость, устойчивость и водопроницаемость пород и их анизотропность в этом отношении; оценке влияния на устойчивость подземных горных выработок, уступов и бортов карьеров и т. д.; 5) применению рациональной методики разведочных и опытных работ при инженерно-геологиче- ских исследованиях. Все эти вопросы рассмотрены в «Инженерной петрологии» [19].

На рис. II-6 приведена схема расположения характерных осей и сечений горной выработки. Как видно, силы, действующие в кровле, почве и бортах выработки, связаны с ее характерными осями следующим образом (вдоль оси).

вбортах карьера и стенках подземной выработки

вкровле подземной выработки

3 S

•Гидростатический напор:

Из приведенного примера следует, что если поверхности и зоны ослабления будут ориентированы в направлениях, неблагоприятных относительно действующих сил, то в бортах карьера либо в кровле, почве и стенках подземной выработки скорее могут возникнуть деформации пород и нарушения устойчивости сооружений. Поэтому при оценке влияния трещиноватости на изменение свойств пород последние следует изучать и оценивать по характерным направлениям и сечениям, т. е. определять их дирекционные характеристики. Это позволяет выяснять как неоднородность свойств пород, так и их анизотропность. В этом плане большой интерес представляет метод оценки влияния поверхностей ослабления на прочность горных пород и их анизотропность, разработанный Г. Н. Кузнецовым [1970 г.].

Важной характеристикой влияния трещиноватости пород на их свойства является показатель ослабления их прочности или изменения других свойств. Он равен отношению прочности пород (или скорости распространения продольных волн и др.) в условиях естественного залегания с„ к прочности пород в образце Соб, т. е.

Косл—Сн1Соб-

Следует отметить, что этот показатель справедлив лишь для отдельных частных условий, так как его значения будут разными для различных видов напряженного состояния горных пород. У монолитных, слаботрещиноватых пород и по направлениям, не совпадающим с направлением поверхностей и зон ослабления, его значения составляют десятые доли единицы, а у пород с повышенной трещиноватостью, либо по направлениям трещин — сотые и тысячные доли единицы [Куваев Н. Н., 1964 г.. Значения этого показателя зависят от отношения размеров исследуемого объема пород к размерам образца.

Ряд исследователей [Турчанинов И. А. и др., 1963 г.; Куваев Н. Н., 1964 г.; Гусев Б. В., 1965 г.] отмечают, что чем меньше трещиноватость пород и, следовательно, чем крупнее отдельности, образуемые трещинами, тем более неоднородны и анизотропны свойства пород в условиях естественного залегания.

Условная однородность и изотропность начинают проявляться при отношении объема исследуемых пород в условиях

Оценка влияния трещин и систем трещин на устойчивость местности и горных выработок должна завершаться обоснова-

39