книги из ГПНТБ / Дудушкина, К. И. Деформационные свойства пород глубоких горизонтов

уменьшается. Невысокие градиенты в III синклинали являются результатом ее изоляции разломами ММ и SS, а также низкой теплопроводностью безугольной толщи.

Температурный градиент кузнёцкой свиты (1,6— 2,3 °С), в основании которой имеется мощная пачка глинистых пород, значительно ниже градиента верхнебалахонской, возрастающего скачком до 3,4—4,3 (прослежены по Ольжерасскому моиоклиналу). Раз­ личие состоит, по-видимому, в соответствующей теп­

Упрочнение песчаников происходит вследствие фи­ зико-химического воздействия газовой среды и тер­ мальных вод в зоне тектонически нарушенных элемен­ тов залегания, являющихся или путями их миграции, или естественными резервуарами. При этом следует отметить, что не только жидкая среда, но и газовая способствует повышению механической прочности по­ род и это сказывается не только в «залечивании» трещин кальцитом и образовании вторичных минера­ лов, но и в глубоких структурных изменениях пород­ ного скелета и его минерализации.

Высокий уровень напряжений отражается на физи­ ко-механических свойствах пород; повышаются упру­ гие свойства и способность к накапливанию энергии, снижается пластичность. Так, соответственно давле­ нию налегающей толщи ~ 1 км скорость распростра­ нения упругих воли увеличивается на 20—40% (рис. 43 и 44), а анизотропия пород уменьшается. Плотность пород (см. табл. 17 и 18) с глубиной не­ значительно возрастает, что способствует росту упру­ гих показателей (рис. 45). Эксперименты при вдав­ ливании штампа в гидростатически нагруженный

ном сжатии с глубиной не устанавливается. В качест­ ве более надежного технологического показателя сле­ дует принимать предложенный Л. И. Бароном так на­ зываемый осредненный коэффициент крепости, соче­ тающий сжимающие и растягивающие напряжения и

101

Дймые механические параметры, т. е. стСж = 7,7стр + 226 с коэффициентом корреляции /'= 0,6 и границами до­ верительного интервала 0,27< г 0<;0,76, где стр — проч­ ность при одноосном растяжении. Связь между пара­ метрами вдавливания р0 и рт и прочностью оСш пред­ ставляется зависимостью

где ро=0,6рш+9,5 ( г = 0,78; 0 ,6 < г 0< 0 ,8 7 ) .

На этой основе величина рш определяется, как рш=12(Тсж. В свою очередь, твердость по штампу рш имеет связь с величиной модуля упругости, т. е.

ршл;0,04£ (г=0,8; 0,64< г0<0,9) или £ = 3 0 0 с т с ж -

Используя связи между различными механически­ ми параметрами, можно дать приближенную оценку тех структур, по которым имеется только величина

ПРОЧНОСТИ СТсж-

Прочностные, упругие и реологические параметры породной толщи (см. табл. 17—20) позволяют коли­ чественно более строго оценить свойства пород глубо­ ких горизонтов.

Таблица 17

При анализе факторов, влияющих на прочность пород важное значение уделено гидрогеологическим условиям бассейна, поскольку горный массив являет­ ся двухфазной системой (порода — жидкость в тре-

103

104

щинах и порах) с точки зрения механики и трехфаз­ ной — при рассмотрении кинетики химических реак­ ций. Влияние поровой и трещинной вод следует рас­ смотреть раздельно. Поровое давление значительно в глубинных породах с очень большим тектоническим напряжением. Однако породы месторождения даже на верхних горизонтах редко имеют открытую пористость 'выше 4—6%. что, в свою очередь, мало снижает их прочность. С глубиной плотность пород незначительно возрастает, например по полю шахты «Верхняя Магаиакская» (см. табл. 18).

Поровая вода, как было установлено при экспе­ риментах вдавливанием штампа с нагнетанием воды под давлением, значительно увеличивает пластич­ ность пород и снижает прочность. Снижение прочно­ сти (при одноосном сжатии) имеет место и в услови­ ях длительного замачивания без давления (рис. 46

и 47). Фильтрация растворов в геологические проме­ жутки времени через породный скелет далее с низкой открытой пористостью способствует глубоким физико­ химическим его преобразованиям, влияющим на проч­ ность. Переход от глинистых и глинисто-карбонатных цементов к гидрослюдистым, карбонатно-глинистым и карбонатным с увеличением глубины свидетельст­ вует об активных процессах минерализации породно­ го скелета.

105

Не меньшее значение имеют пути движения под­ земных вод, являющиеся границами раздела пород различной прочности. Такими путями являются тре­ щины. При переходе на большие глубины приобретает значение давление воды в трещинах, которое вследст-

т. кго/ск

Рис. 47. Влияние увлажнения песча­ ников на их прочность:

вне гидравлического эффекта способствует повыше­ нию напряженности в менее напряженных элементах массива под действием более напряженного. Прони­ цаемость трещин с глубиной увеличивается вследст­ вие снижения вязкости растворов при возрастании температуры.

Зональное распределение различных типов вод (в окислительной и восстановительной фазе, интенсивно­ го и медленного водообмена) определилось в резуль­ тате длительного палеогидрогеологического и тектони­ ческого развития бассейна. В крупных зонах нару­ шений имеется возможность разгрузки глубоких под­ земных вод. Трещины заполняются карбонатом, иног­ да с сульфидной минерализацией (1— 1,5 г/л) и би­ тумизацией. В зоне эффективной трещиноватости вы­ ветривания воды опреснены (•—0,6 г/л). Пути мигра­ ции вод осадочного происхождения также имеют свою зональность и приурочены к тектонически нарушен­ ным элементам структур. В подземных водах на та-

106

Т аблица 19

Физические свойства пород поля шахты «Коксовая»

(скв. 6946)

сглинисто-карбонатным

сглинисто-кальцитовым

о

Ю

110

ких участках очень высокое содержание сульфат-иона (> 1 г/л) и низкое значение pH г» 6. Вмещающие уголь породы (песчаники, аргиллиты) на этих участ­ ках осветлены и выщелочены на значительную глуби­ ну (до 120—250 м). Имеет значение тип нарушения элемента структуры. Несогласные взбросы и надвиги образуют карманы, препятствующие свободному про­ теканию вод, что отразилось на свойствах пород вос­ точных крыльев.

§ 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ОЦЕНКЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

При переходе на глубокие горизонты наиболее перспективными в отношении наличия коксующихся углей является I и III синклинали. Тектоническая осложненность Прокопьевском горного массива с глу­ биной не ослабевает, поэтому возрастают напряжен­ ность, газообильность, температура и т. д. Удароопас­ ность с глубиной, как правило, повышается. Однако ее снижение возможно при грамотных технологиче­ ских решениях и всестороннем учете ряда факторов. Важное значение приобретает изученность механиче­ ских свойств пород.

Как показывает анализ ситуаций, сопутствующих проявлениям горных ударов, зафиксированных в Куз­ бассе, можно выделить несколько основных факторов. Подавляющее количество горных ударов в Прокопьев­ ском районе произошло на сближенных пластах Внут­ ренних, Горелом и Лутугинском. Обычно это резуль­ тат разрушения целиков, реже — призабойной части пласта. При этом редко учитывается влияние цели­ ков на проводники пластов, ослабление целиков шур­ фом, при подходе к нарушению, при встречном веде­ нии забоев и т. д.

Сближенность пластов приводит к концентрации напряжений при отработке подрабатываемого либо надрабатываемого пласта. Особую роль играет нарушенность массива. На пластах Лутугинском и Горе­ лом зафиксирован ряд горных ударов в аналогичной ситуации, когда пласты сближены и находятся в зоне крупных тектонических нарушений. Отработка верх­ них пластов, вероятно, способствовала возможности

111