О прогнозировании мелкоамплитудных разрывных нарушений

Стягун А.В. кандидат техн. наук

В условиях Донбасса детальной разведкой шахтных полей устанавливаются нарушения с амплитудой свыше 10—15 м. Невыявленные геологические нарушения могут оказать влияние не только на технико-экономические показатели добычных участков, но и на работу шахты в целом. Так, из-за высокой степени нарушенности сокращены сроки службы шахт «Ветка-Глубокая», «Мушкетовская-Заперевальная» и др. В связи с этим вопросы изучения и прогнозирования мелкоамплитудной тектоники приобретают особую актуальность.

К настоящему времени накопился довольно большой опыт прогнозирования разрывных нарушений на всех стадиях освоения месторождения. При этом в практике разведочных работ известны графические, геофизические и геологические методы выявления мелкоамплитудных тектонических нарушений.

В горной геометрии известны приемы, позволяющие с наибольшей полнотой выявить и графически воспроизвести пространственные и структурные особенности залегания угольных пластов. Эта работа выполняется путем построения изолиний, разрезов, профилей и уклонов пласта. Прогнозирование условий залегания по графикам изолиний различных показателей, характеризующих элементы залегания, закономерности изменения параметров дизъюнктивных нарушений основано на распространении выявленных ранее особенностей пласта на разведываемые участки, однако мелкоамплитудные нарушения при этом выявляются недостаточно точно.

При построении геологических разрезов по данным разведочных выработок достоверно могут быть выявлены нарушения с амплитудой более 10—15 м. Способ плоских вертикальных сечений [3] позволяет на стадии геологической разведки выявить зоны мелких тектонических нарушений на участках пласта, перебуренных большим числом скважин.

В настоящее время для выявления мелкоамплитудных тектонических нарушений разрабатываются различные варианты геофизических методов. Пока они находят довольно ограниченное применение.

В процессе эксплуатации на наличие разрывных геологических нарушений указывает целый ряд признаков (смещение кровли или почвы угольного пласта, появление в угле клина породы при увеличении общей мощности пласта резкое уменьшение мощности пласта иногда до полного выклинивания, внезапная замена угля породой, резкое изменение элементов залегания угольного пласта и др.). Однако по этим признакам далеко не всегда удается определить тип нарушения, его амплитуду, направление смещения крыльев пласта.

В. А. Букринским был разработан метод прогнозирования разрывных тектонических нарушений, который основан на единстве образования и соответствии ориентировки и проявления экзогенной трещиноватости горных пород процессу образования и ориентировки осей деформаций тектонических структур (складок, разрывов) в результате действия тектонических полей напряжений [2].

В. А. Букринским и А. В. Михайловой [2] на основании наблюдений за трещиноватостью в Кадиевском районе Донбасса установлено, что характерная для данного района картина трещиноватости искажается по мере приближения к разрывному нарушению. В первую очередь искажения касаются тех систем трещин, которые имеют одинаковые с нарушением или близкие к нему элементы залегания. Обработка натурных наблюдений на структурных диаграммах показала, что при наличии нарушений происходят следующие отклонения максимума системы трещин от его теоретического положения:

1) отсутствие максимума, т. е. трещин данной системы, в результате полного ее замещения нарушением;

2) смещение максимума от его теоретического положения в результате частичного замещения трещин данной системы нарушением;

3) образование разрыва в максимуме в результате частичного" замещения трещин системы разрывным нарушением.

Однако существующая методика прогнозирования не всегда подходит к районам с другой структурой. В связи с этим задачей исследований автора являются проверка и уточнение методики прогнозирования нарушений на основе изучения трещиноватости для условий Донецко-Макеевского района Донбасса.

Большинство наблюдений было проведено на шахте «Куйбышевская» ПО «Донецкуголь». Поле шахты «Куйбышевская» приурочено к южному крылу Кальмиуе-Торецкой котловины. Простирание отложений карбона в основном юго-западное, падение на северо-запад. Углы падения пород на большей части площади шахтного поля колеблются в пределах от 8 до 16°. Залегание каменноугольных пород осложнено наличием ряда разрывных нарушений типа надвигов и сбросов. К наиболее крупным из них относятся надвиги Коксовый, Мушкетовский и др.

Коксовый надвиг, являясь естественной границей шахтного поля, на северо-востоке имеет северо-западное простирание, в юго-восточной части — субширотное. Падение плоскости сместителя — на северо-восток и север под углами от 10 до 45°. Амплитуда надвига меняется от 30 до 50 м.

Мушкетовский надвиг прослеживается в центральной части поля.

Простирание надвига — субширотное. Падение плоскости сместителя — на север под углом 20—30°. Амплитуда надвига на большей части шахтного поля составляет 65—125 м. Кроме крупных нарушений, на поле шахты имеется значительное число мелкоамплитудных нарушений, которые проявляются в виде нарушений надвигового и сбросового характера вблизи более или менее крупных нарушений, либо без всякой закономерности.

Для определения возможности прогнозирования мелкоамплитудных разрывных нарушений производилось сравнение данных по трещиноватости в точках наблюдений, расположенных в нена