Материал: Engineering Geology of MD

трещинами.

о 10 -20

нием инженерных мероприятий, необходимых для локализации или устранения вредного влияния трещиноватости. Для этого применяют различные виды крепи в подземных выработках, анкерные устройства и искусственное уплотнение и укрепление пород (цементация, глинизация, битумизация и др.), устраивают противофильтрационные завесы, дренажи, а также вводят различные конструктивные элементы, обеспечивающие большую устойчивость сооружений.

Новейшие и современные тектонические движения и сейсмические явления —это важный фактор, определяющий инженер- но-геологические условия района или участков месторождений полезных ископаемых.

Новейшими тектоническими движениями земной коры принято называть такие, которые происходили в течение всего чет-

эпоху, наблюдающиеся и теперь. Сейсмические явления также относятся к современным тектоническим движениям, но проявляются в виде землетрясений различной интенсивности, угрожающих сохранности территорий, сооружений, жизни и деятельности людей.

Новейшие и современные тектонические движения — это эпейрогенические движения земной коры. Они имеют колебательный характер, так как в одной и той же местности поднятия земной коры сменяются опусканиями. Это медленные вековые движения, развивающиеся со скоростью, измеряемой миллиметрами в год. Землетрясения, в отличие от эпейрогенических движений, проявляются в деформациях горных пород (сжатие, растяжение, сдвиги) со скоростями, измеряемыми многими тысячами километров в секунду.

Изучение новейших и современных тектонических движений и сейсмических явлений имеет огромное научное и практическое

высокое напряженное состояние горных пород в земной корена отдельных участках, сохранность и устойчивость территорий и сооружений, условия строительства и эксплуатации последних.

4 0

На карте новейших колебательных движений земной коры на территории СССР, составленной Н. И. Николаевым [1949 г.], выделены области, испытывающие тектонические колебательные движения разного направления и разной скорости. Она дает указания о распространении районов активных новейших тектонических движений земной коры. При этом следует учитывать, что горные области повсеместно являются областями поднятий, тогда как низменности и равнины — чаш;е областями опусканий. Полоса интенсивных поднятий, соответствующая наиболее высоким и молодым горам, охватывает Советский Союз широкой дугой с юга и востока. Она является наиболее активной в сейсмическом отношении, сила землетрясений здесь

редко сохраняют свою первоначальную свежесть и естественное физическое состояние. В этой приповерхностной зоне в новых температурных, влажностных и физико-химических условиях

зона выветрелых пород. При решении инл<енерно-геологических задач оценка степени выветрелости горных пород имеет огромное значение, так как чем она больше, тем больше и степень нх разрушения.

От мощности зоны выветривания и степени выветрелости пород зависит решение ряда практических задач, например: а) выбор наиболее благоприятных участков для размещения сооружений (с точки зрения разрушенности пород выветриванием); б) определение мощности выветрелых пород, подлежащих съему при проектировании горных работ; в) оценка устойчивости выветрелых пород на склонах, в откосах или подземных выработках; г) прогноз возможности развития осыпей, обвалов, вывалов и других видов деформаций горных пород; д) определение строительной категории выветрелых пород, условий и способов их разработки; е) определение необходимых инженерных мероприятий для обеспечения устойчивости горных выработок, защиты их от опасных деформаций выветрелых пород или за-

Газоносность горных пород. Горные породы на месторождениях твердых полезных ископаемых, как и в других местах земной коры, могут содержать различные газы: метан, углекислый газ, азот, тяжелые углеводородные газы (этан, пропан, бутан и др.), водород, окись углерода, сернистый газ, сероводород, радон и др. Наибольшее практическое значение при оценке инже- нерно-геологических условий строительства шахт, рудников н выполнения горных работ имеют метан, углекислый газ и часто азот. Именно они чаще всего определяют газоносность место-

4 !

рождений твердых полезных ископаемых, в относительно большом количестве содержатся в воздухе подземных горных выработок, вызывают развитие газодинамических явлений (см. гл. VI), взрывоопасны, вредны для человека.

Многочисленными исследованиями установлено, что в углях, рудах и горных породах газ может находиться: 1) в свободном состоянии, заполняя различные трещины и пустоты сверхкапиллярных размеров; 2) в сорбированном состоянии, т. е. удерживаться молекулярными силами в порах (пустотах) капиллярных и субкапиллярных размеров, и 3) в связанном состоянии под влиянием физико-химических сил с массой измененного органического вещества.

Газы в горных породах земной коры могут иметь различное происхождение; биохимическое, т. е. образовываться в результате разложения и углефикации скоплений органического вещества (пласты, слои, залежи) или находящегося в рассеянном состоянии в горных породах; вулканическое и метаморфическое— поступают с больших глубин недр Земли; атмосферное, когда газы поступают в недра Земли главным образом в растворенном виде (в подземных водах), и радиоактивное, т. е. образовываться при самопроизвольном распаде радиоактивных элементов. В горных породах месторождений твердых полезных ископаемых, особенно угольных, газы имеют главным образом биохимическое происхождение, газы другого генезиса в них обычно образуют примеси. Относительное содержание метана, углекислоты и азота достигает в них 99 % и более. Мерой природной газоносности или, точнее, газонасыщенности горных пород и полезных ископаемых является количество содержащегося в них свободного и сорбированного газа, измеряемое в кубических метрах на тонну или на кубический метр твердого вещества.

Как показывают материалы обобщений [Газоносность угольных бассейнов . . . , 1980 г.], распределение газов в горных поро-

а) петрографического состава горных пород, который определяет их коллекторские свойства; б) глубины залегания от поверхности земли; в) состава углей и угленасыщенности стратиграфического разреза; г) тектонической нарушенности и трещиноватости пород; д) водоносности, водо- и газопроницаемости пород; е) мощности покровных отложений и их экранирующих свойств; ж) многолетней мерзлоты й др. Обычно наиболее газоносны месторождения углей.

Газоносность угольных месторождений возрастает с глубиной: от малой на глубине до 300 м в зоне дегазации горных пород и газового выветривания до наибольшей в зоне распространения каменных углей и антрацитов. Максимальная газоносность здесь достигает 40 м^т. Как в природных условиях,

4 2

так и особенно при нарушении естественного залегания и сложения горных пород, углей и руд идет процесс их дегазации с различной интенсивностью, но наиболее интенсивно в приповерхностных горизонтах земной коры.

Состав газов и их распределение в недрах Земли закономерно изменяются в зависимости от геологического строения того или иного района или месторождения. Так, например, состав газов по падению осадочных толщ, как и пластов угля, изменяется следующим образом. В приповерхностных горизонтах располагается зона углекислых газов, ее сменяют зоны азотных, затем азотно-метановых и, наконец, метановых газов. Другие газы в этих зонах могут составлять небольшие примеси. Глубина распространения зоны углекислых газов изменяется от

Зона азотно-метановых газов обнаружена на большинстве известных угольных месторождений и бассейнов. Ее нижняя граница прослеживается на разных глубинах, например в западной части Донбасса она опускается до 60—150 м, местами до 300 м, а в восточной части (в негазоносных районах) еще глубже.

Самая нижняя зона представлена в основном метаном с незначительной примесью других газов. Вообще содержание метана с глубиной обычно возрастает. Нижняя граница метановой зоны на угольных месторождениях опускается ниже глубины современной разработки месторождений. Максимальная метаноносность угольных пластов определяется в 20—25 м^/т для малометаморфизованных углей и до 35—40 mVt для антрацитов.

Газоносность горных пород н полезного ископаемого определяет газообильность горных выработок и соответственно опасность производства в них горных работ. Выделение газов в горные выработки происходит: 1) обыкновенным путем, т. е. непрерывно из визуально невидимых пор в породах, углях и рудах; 2) в виде суфляров, т. е. концентрированных струй, выделяющихся из видимых трещин и пустот, и 3) в виде внезапных прорывов — выбросов газов в значительных количествах, нередко сопровождающихся выбросами масс горных пород, угля или других полезных ископаемых. Газообильность горных выработок оценивают по количеству поступающего в них газа в куби-

тельности, так и по интенсивности. В Англии на угольной шахте «Гаарвуд» суфляр, выведенный на поверхность земли, горел 10 лет столбом большой высоты. В Донбассе на щахте «Прасковейская» суфляр действовал в течение двух лет; вначале да-

43

вал около 2000—3000 м® газа в сутки, а всего выделил около 1 млн. мЗ метана. На шахте «Центральная» суфляр в началь-

время действия этот суфляр дал свыше 6 млн. м^ метана [Петросян А. Э. и др., 1978 г.]. Известно много примеров значительного выделения газов при строительстве туннелей в разных странах. Такие явления нередко сопровождались взрывами, пожарами и человеческими жертвами.

Как отмечено выше, на месторождениях твердых полезных ископаемых чаще всего встречаются метан (СН4), углекислый газ (СО2) и азот (N2). Их суммарное содержание в воздухе горных выработок может достигать почти 100%. Смесь газов, содержащая до 6—6 % метана, может при определенных условиях гореть, а от 5—6 до 14—16% взрываться. Взрывы наибольшей силы возникают при содержании метана в шахтной атмосфере 9,5%. При большем его содержании (14—16%) смесь

держание в шахтном и рудничном воздухе не должно превышать допустимого предела.

По газовому режиму горные выработки подразделяются на категории. Так, угольные шахты по содержанию в воздухе ме-

при разведке месторождений необходимо уделять большое внимание изучению степени газокосности горных пород, углей и руд, состава газов и их распределения по глубине и простиранию угленосных и рудовмещающих толщ. Без этого инженерногеологическая информация о разведуемом месторождении, рудном или шахтном поле будет неполной.

Геотермические условия. Горные породы в земной коре обладают определенным запасом тепла. Поэтому в каждой точке

44