Загальна характеристика диз’юнктивів
Вступ
Сучасне гірничо-видобувне підприємство являє собою складну виробничу систему,всі підрозділи якої тісно пов’язані між собою. Одним із найбільш важливих ланцюжків у цій системі є маркшейдерська служба ,яка забезпечує нормальне функціонування всього технологічного комплексу підприємства. Адже без якісного маркшейдерського забезпечення неможливі не лише будівництво та експлуатація родовищ корисних копалин,а й їх розвідка,проектування та ліквідація кар’єрів і шахт. На всіх перелічених етапах освоєння покладів маркшейдерська служба відіграє важливу роль. Підтвердженням цього є те, що в усіх країнах маркшейдерська справа стоїть на першому місці серед інших гірничих спеціальностей не лише в переліку інженерних,а й наукових кадрів.
Гірнича геометрія – це науково-технічна дисципліна, в якій вивчаються:[2]
– просторове розміщення в надрах покладів корисних копалин і умови їх залягання;
– методи зображення на маркшейдерському графіку форм покладів і умов їх залягання;
– розміщення в надрах запасів корисних копалин в цілому і окремих сортів, а також за рівнем їх підготовленості;
– розподіл у покладі корисних і шкідливих компонентів;
– способи підрахунку і обліку руху запасів, визначення втрат і збіднювання;
– геометричні методи дослідження мінливості показників;
– прогнозування показників на маловивчених ділянках покладу;
– геометричні методи розв’язування різних задач гірничої та геолого-розвідувальної справи.
Геометрія надр, як і всяка навчальна дисципліна, багатогранна. Вона тісно пов’язана з комплексом геологорозвідувальних, гірничих і маркшейдерських дисциплін, які є складовою частиною навчального плану підготовки інженера гірничого профілю. В зв’язку з великою вихідною інформацією, яку потрібно систематизувати, опрацювати і оцінити, геометрія надр, як навчальна дисципліна, потребує тісного зв’язку із загальнотеоретичними науками - фізикою, математичною статистикою, обчислювальною технікою тощо.[9]
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
Розділ I
Загальна характеристика диз’юнктивів
Загальні відомості
Однією із розповсюджених форм порушення залягання гірничих порід є розривні структури. Розглядаючи масив гірських порід, можна виділити два прояви розривів – диз’юнктивні дислокації, або диз’юнктиви, і тріщинуватість гірського масиву. [2]
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
Тріщинуватістю масиву гірських порід[1] називають розчленування масиву гірських порід на блоки сукупністю площин певної орієнтації без значного відносного переміщення по них блоків і поверхонь ослаблених порід. З генетичної точки зору всі тріщини в масиві гірських порід можна поділити на тектонічні і нетектонічні.
Рис. 1. Тріщинуватість масиву[14]
Спільним для тієї чи іншої форми розриву є розчленування порід на блоки тріщинами розриву. Відмінність же полягає в тому, що при диз’юнктивних порушеннях, або зміщеннях, спостерігається відносне переміщення блоків, а при тріщинуватості воно відсутнє.
Розриви гірських порід в формі диз’юнктивів і тріщинуватості виникають в природних умовах під впливом багатьох чинників. Умови утворення вказаних розривів істотно відрізняються від умов руйнування твердих тіл, спостережуваних в досліді.
Отже, під розривним порушенням, диз’юнктивною дислокацією або зміщенням[2] розуміють наслідок дії тектонічних напружень, при якому гірські породи розірвані по деякій поверхні на блоки, які зміщені відносно один одного.
Будучи прикладеними до певної ділянки земної кори, вони викликають деформацію гірських порід.
Рис.2. Вертикальний розріз диз’юнктива по лінії розвідувальних свердловин[7]
Процес деформації закінчується руйнуванням тіла, якщо одержані напруження досягають необхідної величини, що відповідає границі міцності за даних умов. Руйнування тіла здійснюється у формі відриву чи сколювання (Рис.3). Явище відриву пов’язане з нормальними розтяжними напруженнями або з поперечними подовженнями при стиску. Відривом є крихке руйнування. Сколювання зумовлюється дотичними напруженнями (воно може бути як крихким, так і в’язким). [4]
Рис.3. Тріщини сколювання(а) та відриву(б) [10]
Два типи руйнування рідко виникають спільно. Зазвичай, за певних умов спостерігається той чи інший тип руйнування, але зі зміною умов один тип може змінитися іншим. При проектуванні шахт наявність диз’юнктивів ускладнює вибір місця закладання розкривних виробок, встановлення меж шахтного поля, вибір системи розробки, встановлення проектної потужності шахти і вирішення інших проектних проблем.
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
Рис.4. Тріщини відриву, що формуються при стиску(а), розтягу(в), зсуву(в)
Р - зовнішні сили, стрілки – напрям зміщення блоків[8]
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
Рис.5. Тріщини сколювання, які формуються при стиску(а), розтягу(б), зсуву(в)[8]
Рис.6. Тріщини сколювання співпадають з круговими перерізами еліпсоїда деформації
1- Напрямок найбільшого стискаючого зусилля; 2 - кругові перерізи еліпсоїда деформації; 3 – тріщини сколювання; А – головна вісь деформації, що співпадає з напрямком мінімального стискаючого зусилля; С - головна вісь деформації, що співпадає з напрямком максимального стискаючого зусилля; В – головна проміжна вісь деформації[17]
При розробці порушених зміщеннями вугільних пластів зустрічаються чинники, які ускладнюють роботу шахти. До них відносяться:[5]
– “втрата” розроблюваного пласта, що часто викликає непередбачену зупинку гірничих робіт;
– ускладнення кріплення при підтриманні виробок і взагалі керування покрівлею в порушених зонах;
– неможливість при деяких умовах залягання вугільних пластів розробки зміщеної частини пласта без проведення капітальних розкривних гірничих виробок;
– необхідність здебільшого проведення на зміщеному крилі нових нарізних робіт;
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
– значне збільшення обсягу підготовчих робіт на порушених ділянках на одиницю видобутого вугілля;
– неможливість використання на порушених ділянках продуктивних систем розробки і обладнання;
– великі втрати вугілля в зоні зміщення і на ділянках, прилеглих до цієї зони;
– погіршення якості вугілля через забруднення видобутого вугілля пустими породами, а також інтенсивнішою мінералізацією вугільних пластів в порушених зонах;
– погіршення гідрогеологічних умов, оскільки зміщувачі і зони дроблення є шляхами проникнення води в гірничі виробки;
– погіршення умов безпечного проведення гірничих робіт: можливість виникнення завалів, проривів води, пожеж, а також раптових викидів, які часто приурочуються до ліній розривів.
Рис. 7. Порушення вугільного пласта[15]
Перераховані вище і багато інших обставин, які супроводжують роботу на порушених ділянках вугільних родовищ, є причиною того, що зміщенню вугільних пластів приділяють велику увагу геологорозвідники і гірники, зокрема маркшейдери і шахтні геологи.
1.1) Елементи зміщень та їх ознаки[2]
При розривних порушеннях гірські породи розчленовуються по поверхнях, які при цьому утворюються, на окремі частини чи блоки.
Поверхні, по яких відбувається це розчленування, є тріщини, по яких відокремлені блоки переміщуються один відносно одного на певну відстань. Кожну таку тріщину в цьому випадку називають зміщувачем, а переміщені по ній відносно один одного блоки – крилами. Крило, розміщене над зміщувачем, називають висячим, а розташоване під зміщувачем – лежачим. Зміщувач і крила (блоки) називають елементами зміщення. Зміщення, що спостерігаються в природі, за своєю формою дуже різноманітні й складні. Обмеженість розмірів ділянок, стосовно яких розглядаються окремі гірничі задачі, недостатність даних, які характеризують положення окремих елементів порушення, уможливлюють припустити, що крила і зміщувач є площини, а крила при цьому паралельні одне одному. При розв’язуванні практичних гірничих задач важливе значення мають просторово-геометричні співвідношення елементів зміщення в даній точці. Для їх виявлення необхідно з різноманітних форм виділити ознаки, властиві для будь-якої форми.
Рис. 8. Елементи розривного порушення
Зміщення пласта в даній точці характеризується двома показниками – формою і величиною відносного переміщення, яку називають амплітудою. Форма зміщення, в свою чергу, визначається виглядом схрещення зміщувача і крил, а також напрямом відносного переміщення крил.
Зміщення, у яких крила паралельні, називають правильними поступальними, або прямолінійними.[4]
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
При визначенні напряму відносного переміщення крил домовились вважати за нерухоме лежаче крило. При такій домовленості розрізняють підкиди – якщо висяче крило змістилося уверх відносно нерухомого лежачого крила і скиди – якщо висяче крило змістилося униз відносно лежачого крила.
Рис. 9. Прямолінійні порушення:[1]
б – підкид; а – скид
На рис. 10. схематично показано обертальний характер відносного переміщення. Тут амплітуда зміщення від точки затухання О поступово збільшується. Лінії схрещення s і s' утворюють кут затухання w.
Рис. 10. Обертальне розривне порушення[2]
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
1.2) Геометричні параметри диз’юнктивів
Геометричними параметрами диз’юнктиву називають лінійні і кутові величини, які характеризують розміри, форму і положення розривної структури в надрах. Крила К і К', зміщувач З і лінії їх перетину s і s' – це складові частини порушення. Елементи залягання цих складових частин диз’юнктиву, величину і напрям відносного переміщення крил визначають геометричні параметри розривного порушення.[9]
До кутових величин відносять:[1]
– елементи залягання крил (К||К'): простягання a і кут падіння d. На вертикальних розрізах, побудованих вхрест простягання зміщувача, спостерігається видимий кут падіння d' пласта (d¢<d') . Розріз вхрест простягання крил. Елементи залягання a і d пласта (крил) систематично визначають в гірничих виробках і відображають на маркшейдерських планах;
– елементи залягання зміщувача З – простягання А і кут падіння . Їх безпосередньо вимірюють або посередньо знаходять кожний раз при зустрічі зі зміщувачем у виробках;
– елементи залягання лінії схрещення (s||s'): простягання aо і кут нахилу до горизонту dо вимірюють безпосередньо або найчастіше знаходяться посередньо за елементами залягання крил і зміщувача. Використовуються для зображення зміщувача на плані у вигляді ліній обрізу пласта;
Рис. 11. Геометричні параметри диз’юнктивів
– кут диз’юнктиву V – двогранний кут між крилом і зміщувачем в бік відносного переміщення крила. На плані зображується кутом V², заключеним між ізогіпсами крила і зміщувача, а на вертикальному розрізі – кутом V' між тими ж елементами. Дійсна величина кута зміщення V матиме місце в площині розрізу, перпендикулярній лінії обрізу пласта. Кут V знаходиться із побудов. Він є важливою класифікаційною ознакою;
Рис. 12.
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
– напрям відносного переміщення крила aR. Для визначеності береться напрям відносного переміщення висячого крила. При цьому використовується дійсне (істинне) чи умовне відносне переміщення. Першим користуються при наявності ознак, які спостерігаються в площині або зоні зміщувача. Якщо ж установити вказані ознаки неможливо, то беруть умовний напрям відносного переміщення крила в площині зміщувача, який перпендикулярний до лінії обрізу пласта.
До лінійних величин відносять потужність зони зміщувача і амплітуди диз’юнктиву.[3]
Потужність зони зміщувача установлюють за допомогою виробок, що перетинають цю зону.
Амплітуда характеризує відстань одного крила відносно іншого в тому чи іншому напрямі[5]. До таких характерних напрямів відносяться:
– напрям по нормалі до крил а;
– по горизонтальному напряму d вхрест простягання крил співпадає з напрямом квершлажних виробок;
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
– по вертикалі h співпадає з напрямом вертикальних виробок;
– по горизонтальному напряму l, паралельному лінії простягання зміщувача .
Рис. 13. Лінійні параметри порушень
1.3) Класифікація диз’юнктивних порушень
Диз’юнктиви, які зустрічаються в надрах, дуже різноманітні за формою і величиною. Досі ще не розроблено скільки-небудь задовільного методу детального аналізу розривних порушень, а також відсутня єдина термінологія і класифікація диз’юнктивів, за якою враховува-лися б не лише генетичні, але й гірничо-геометричні особливості диз’юнктивів.[11]
Класифікація диз’юнктивів – це групування диз’юнктивів за основними геометричними ознаками з метою систематизації їх і впорядкування термінології стосовно умов і вимог експлуатаційної розвідки і розробки родовищ корисних копалин.
Класифікація диз’юнктивів за геометричними ознаками має бути простою, яка б допомагала документуванню і систематизації різноманітних за формою і проявленням розривних дислокацій, а також сприяла розв’язуванню геометричних задач при розвідці і розробці порушених ділянок.
Геометрична класифікація відповідатиме вказаним вимогам, якщо підставою для неї будуть спільні форми диз’юнктивів і основні геометричні їхні ознаки. Такими в усіх геометричних класифікаціях виступають дві ознаки:
– напрям відносного переміщення в площині зміщувача;
– кут диз’юнктиву V (кут між зміщувачем і крилом в бік відносного переміщення останнього).
Характеризувати диз’юнктиви прийнято за переміщенням висячого крила відносно лежачого, вважаючи останнє нерухомим.
Виходячи з цього, І. М. Ушаков запропонував простішу для практичного використання класифікацію порушень[9]. Суть її полягає в тому, що диз’юнктиви, які зустрічаються в природі, за напрямом відносного переміщення висячого боку можна поділити на два типи – підкиди і скиди, а за кутом диз’юнктиву, в свою чергу, в кожному типі можна виділити два типи – тупокутні і гострокутні.
| Змін. |
| Арк. |
| № докум. |
| Підпис |
| Дата |
| Арк. |
| КМ.13.КР.00.01 |
Рис. 14. Геометрична класифікація порушень за І. М. Ушаковим
Розділ II