Прогноз влияния геодинамической активности блоковых структур на напряженно-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов

Сурунов, Николай Федорович

Автореферат диссертации по теме "Прогноз влияния геодинамической активности блоковых структур на напряженно-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов"

На правах рукописи

СУРУНОВ НИКОЛАЙ ФЁДОРОВИЧ

ПРОГНОЗ ВЛИЯНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ БЛОКОВЫХ СТРУКТУР НА НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВОВ И МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Кемерово - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Иванов Вадим Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гоголин Вячеслав Анатольевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кочетков Валерий Николаевич

Ведущая организация - ОАО «Кузбассгипрошахт»

Защита диссертации состоится «19 » октября 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу:'650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет». •

Автореферат разослан « » сентября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, докт. техн. наук, проф.

Иванов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Геодинамические процессы, протекающие в недрах Земли и на её поверхности, негативно влияют на многие сферы жизни и деятельности человека. Особенно сильно проявляется отрицательное воздействие этих процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. В шахтах и рудниках многих горнопромышленных районов мира происходят динамические явления, сопровождающиеся внезапными выбросами угля, породы и газа, горными ударами, техногенными землетрясениями. Подобные явления наблюдаются также на угольных месторождениях России, в том числе и в Кузбассе, они приводят к снижению рентабельности горнодобывающих предприятий и опасны для жизни и здоровья работающего персонала.

Существующая расчленённость земной коры на блоки различных масштабных уровней свидетельствует о том, что решение вопросов геодинамической безопасности при освоении недр и земной поверхности находится в области исследований взаимодействия блочной структуры территории с техногенной деятельностью человека. Повышенная сейсмичность южных районов Кузбасса, концентрация открытых и подземных горных работ и техногенное воздействие на природные процессы приводят к возрастанию числа опасных для людей динамических явлений и усилению их проявлений. Сложность и многоаспектность этих проблем требует комплексного подхода к их решению.

Обязательный учёт влияния геодинамических процессов и блочного строения Земли при проектировании, строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий позволил бы избежать многих отрицательных последствий динамических явлений. Своевременный прогноз опасности и успешное предупреждение горных ударов, внезапных выбросов угля, породы и газа возможны, если знать условия их возникновения. Для определения этих условий необходимы, прежде всего, информация о блоковом строении территории, количественная оценка действующих в блоках сил, описание напряжённого состояния, вызванного этими силами, и выяснение причин, нарушающих их равновесное напряжённое состояние.

В настоящее время отсутствуют сведения о блочном строении территорий промышленной и хозяйственной деятельности человека, разрабатываемых месторождений полезных ископаемых и участков проектируемых шахт, не произведена количественная оценка напряжённо-деформированного состояния блоков, не разработан метод определения дополнительного газовыделения в горные выработки при сейсмическом воздействии на блоки. Решение этих вопросов позволит повысить безопасность и эффективность на всех этапах освоения месторождений полезных ископаемых.

Поэтому прогноз влияния геодинамической активности блоковых структур на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов является актуальной научной и практической задачей.

Настоящая работа содержит результаты исследований, выполненных автором в 2000 - 2006 гг. в соответствии с заказом администрации Кемеровской области по темам НИР № 103/2000 и № 320/2004.

Целью работы является разработка и обоснование метода прогноза влияния гсодинамической активности блоковых структур на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов на основе анализа карт блоковых структур региона и регистрации их современных движений.

Основная идея работы заключается в использовании закономерностей смещения блоков для прогноза влияния их геодинамической активности на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов, расположенных в пределах данных блоковых структур.

Задачи исследований:

- выявить блочное строение 1 - 4 рангов территорий угольных месторождений и участков вновь проектируемых шахт для определения напряжённо-деформированного состояния блоков с целью повышения безопасности эксплуатации горнодобывающих предприятий;

- оценить степень однородности деформаций блоков 4 ранга, приращения главных компонент деформаций и напряжений блоковых структур по результатам геодезических наблюдений их среднегодовых смещений;

- разработать метод прогноза влияния геодинамической активности блоковых структур на газовыделение в действующие выработки шахт.

Методы исследований:

- метод морфоструктурного анализа рельефа земной поверхности для выявления закономерных связей между рельефом и внутренним строением Земли;

- метод геодинамического районирования для определения блочного строения территории месторождения;

- картографический анализ и сопоставление различных материалов, характеризующих геодинамическое состояние территории месторождения;

- методы механики деформируемого твёрдого тела и геомеханики при моделировании газовыделения из угольных пластов и при оценке деформаций и напряжений блоковых структур.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- блоковые структуры 4 ранга, выявленные на этапе проектирования шахт, являются основой возведения в безопасных местах наземных и подземных сооружений и выработок, а также рационального размещения пунктов наземной геодезической сети для проведения повторных нивелировок и количественной оценки напряжённо-деформированного состояния блоков;

- деформации блоков 4 ранга являются однородными, а приращения величин главных напряжений блоков 4 ранга при их сейсмической активизации находятся в пределах 10,8 - 12,0 МПа и сравнимы со значениями снимаемых при крупных землетрясениях напряжений, которые лежат в диапазоне 10-100 МПа;

- резонансные колебания блоков 4 ранга, являясь следствием различных сейсмических событий природного и техногенного характера, вызывают дополнительное выделение газа до 300 тыс. м3 в горные выработки, увеличивая опасность взрывов метана и загазования шахты, а колебания блоков более высокого ранга (1-3 рангов), могут приводить к выделению дополнительно десятков миллионов кубических метров метана.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке методики выявления блоковых структур и определении свойств и функций линий разломов при разномасштабных исследованиях блочного строения территорий;

- в установлении однородности деформаций блоков 4 ранга, в оценке приращения величин главных напряжений блоков 4 ранга, обусловленных их медленными вековыми тектоническими движениями;

- в выявлении влияния резонансных колебаний блоков 4 ранга под действием различных сейсмических событий природного и техногенного характера на дополнительное выделение газа в горные выработки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- использованием основных положений теории тектоники плит, достоверность которой была подтверждена большим количеством экспериментальных исследований и инструментальных наблюдений, выполненных рядом учёных;

- применением метода выявления блоковых структур по рельефу, положительно зарекомендовавшего себя при решении различных задач в некоторых отраслях народного хозяйства;

- хорошей сходимостью полученных результатов геодинамического районирования территории Егозово-Красноярского месторождения с изысканиями ПГО «Запсибгеолсъёмка» и данными шахтных наблюдений;

- использованием классических методов механики деформируемого твёрдого тела и геомеханики.

Личный вклад автора заключается:

- в раскрытии значений применяемых в геодинамике недр терминов, позволивших уточнить объект и предмет исследований;

- в усовершенствовании методических приёмов и способов выявления блоковых структур по топографическим картам;

- в выявлении блочного строения 1-4 рангов территории Кемеровской области, Егозово-Красноярского месторождения, Колмогоровского участка, поля первоочередной шахты;

- в определении участков шахтного поля, где высока вероятность возникновения опасных динамических явлений при инженерных работах на шахте;

- в полученных результатах расчёта главных компонент деформации блоков земной коры по данным геодезических измерений их среднегодовых смещений и результатах моделирования газовыделения из угольных пластов при сейсмической активизации блоков;

- в разработке комплексной методики проектирования шахт и шахтных полей на основе результатов геодинамического районирования месторождений.

Научное значение работы заключается в расширении представлений о напряжённо-деформированном состоянии блоковых структур в процессе их вековых движений и оценке влияния сейсмических волн на газоопасность угольных пластов.

Практическая ценность работы:

- получены схемы блочного строения месторождения, использование которых существенно повышает обоснованность и надёжность практических решений как по размещению и строительству подземных и наземных сооружений шахтного комплекса, так и по выбору способа, параметров и технологии разработки месторождений полезных ископаемых, вследствие чего повышается безопасность работ, улучшаются технико-экономические показатели горного предприятия;

- подтверждена однородность деформаций для блоков 4 ранга и произведена количественная оценка напряжений на участках шахтных полей, попадающих в эти блоки, используя результаты геодезических измерений их среднегодовых смещений, способствующая принятию оптимальных проектов строительства и эксплуатации шахт и безаварийной отработке шахтных полей;

- получены результаты моделирования газовыделения угольных пластов при сейсмическом воздействии на блоковые структуры земной коры;

- разработаны рекомендации по проектированию шахт и шахтных полей на основе учёта результатов геодинамического районирования, повышающие эффективность и безопасность освоения угольных месторождений.

Реализация работы. Положения, разработанные в диссертации, были реализованы в следующих работах.

Временные методические указания по выявлению блоков земной коры по картам и расчету главных компонент их деформации на основе измерений смещения пунктов геодезической сети. - Кемерово: КузГТУ, 2005. - 46 с. Данные указания приняты к производству институтами ОАО «Кузниишахтострой» и ОАО «Кузбассгипрошахт», а также предназначены для инженерно-технических работников шахт и разрезов, отраслевых институтов, занимающихся проблемами проектирования и строительства горнодобывающих предприятий, проблемами прогноза газодинамических явлений и горных ударов, аспирантов и студентов горных специальностей.

Выявление блоков земной коры по топографическим картам. Методические указания к проведению практических занятий по курсу «Механика блочных структур» для студентов специальности 070600 «Физические процессы горного производства». Они используются в учебном процессе в ГУ КузГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции в рамках выставки «Уголь России и майнинг» (Новокузнецк, 2004г.), на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005, 2006 гг.), на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов ГУ КузГТУ (Кемерово, 2000 - 2005 гг.).

Экспонат - научная разработка «Геодинамика и безопасность жизнедеятельности территорий», подготовленный с участием автора диссертации, награждён Дипломом II степени Международной выставки-ярмарки «Экспо-Сибирь» (Кемерово, 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 168 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 149 наименований, 3 приложения.

Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю д.т.н., проф. В.В. Иванову за постоянное внимание и методическую помощь в проведении исследований, ценные советы, замечания и новые идеи, реализация которых способствовала успешному выполнению данной работы, к.т.н., доц. Бузуку Р.В. за консультации и полезное обсуждение результатов исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы влияния блоковой структуры на шахтное строительство и разработку месторождений полезных ископаемых.

Человеческое общество на протяжении своего существования постоянно сталкивается с опасными для человека природными явлениями (землетрясения, наводнения, тайфуны и др.). Оно также, нарушая течение природных процессов в ходе промышленного освоения территорий, само способствует возникновению ситуаций, наносящих ущерб и обществу, и природе (человеческие жертвы, экологические катастрофы, экономические потери). Особенно это наблюдается при освоении недр, где в обострённой форме проявляются многие проблемы, обусловленные блоковым строением земной коры, требующие своего разрешения.

В последние годы решением проблемы борьбы с динамическими явлениями на шахтах и рудниках занимается новая отрасль науки «Геодинамика недр» (И.М. Петухов, И.М. Батугина), созданная на основе обобщения знаний наук о Земле, фундаментальных и технических наук.

В новой отрасли горной науки применяется метод геодинамического районирования участков земной коры, в основном разработанный И.М. Батугиной, КузПИ (КузГТУ) и И.М. Петуховым, ВНИМИ, который позволяет учитывать особенности геодинамики земной коры конкретного района. Суть метода заключается в изучении блочной структуры массива горных пород для выявления его тектонически-напряженных зон и оценки напряженного состояния. На базе этих данных разрабатываются рекомендации и профилактические меры безопасного и эффективного освоения недр, применяемые на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации горных предприятий.

В методе геодинамического районирования выделяются три основных этапа исследований: 1 - выявление блочной структуры любой территории, в том числе, территории района месторождения полезного ископаемого; 2 - оценка напряженного состояния нетронутого массива в районе месторождения; 3 — разработка рекомендаций и профилактических мер по безопасному освоению недр на всех стадиях. ■

Идея метода геодинамического районирования базируется на теории тектоники литосферных плит. Немецким геофизиком А. Вегснером и американским геологом Ф. Тейлором была выдвшгута гипотеза континентального дрейфа, в дальнейшем развитая другими учёными в теорию тектоники литосферных плит.

Согласно этой теории, земная кора разделена на подвижные литосферные плиты. Плиты смещаются относительно друг друга, образуя зоны растяжений, надвиги, поддвиги и сдвиги. В результате их взаимодействия и напряжений, возникающих на границах плит, плиты дробятся на крупные мегаблоки. Последние по той же схеме и согласно напряжениям на их контактах, делятся на блоки меньших размеров. Таким путём можно получить блочное строение небольшой

территории, динамическое взаимодействие блоков которой и будет определять естественное поле напряжений исследуемого района.

Метод геодинамического районирования первым этапом исследований предполагает выделение блочной структуры участка земной коры. Основным методом выявления блоков является морфоструктурный анализ (МСА) рельефа. Значительный вклад в развитие приёмов и методов МСА и их применение на практике внесли Л.Б. Аристархова, A.M. Берлянт, Н.Г. Волков, П.С. Воронов, С.С. Воскресенский, В.Я. Гвин, И.П. Герасимов, К.И. Геренчук, Л.К. Зятькова, Ю.Н. Кулаков, А.Н. Ласточкин, К.К. Марков, Ю.А. Мещеряков, Н.И. Николаев, A.B. Орлова, H.A. Ржаницын, А.П. Рождественский, Л.Е. Сетунская, Ю.Г. Симонов, В.П. Философов, В.А. Филькин, В.Е. Хаин и многие другие исследователи.

Изучением напряжений и оценкой напряженного состояния земной коры занимались М.В. Гзовский, В.А. Гоголин, С.С. Григорян, A.C. Григорьев, О.И. Гущенко, A.B. Долицкий, Н.П. Есиков, В.Н. Кочетков, П.Н. Кропоткин, P.M. Ло-бацкая, П.Н. Николаев, Д.Н. Осокина, В.Д. Парфенов, С.И. Шерман и многие другие учёные.

На многие области деятельности человека оказывает мощное воздействие существующая расчленённость земной коры на блоки различных масштабных уровней. Это воздействие проявляется в разных формах через механизм участия блоков в геодинамических процессах. Ряд возникающих при освоении недр проблем напрямую связан с тем, что в основу технических и технологических расчётов не была включена информация о блоковом строении территории.

В связи с планируемым созданием новых шахт в Кузбассе появляется возможность в рамках предггроектных работ провести на этих территориях геодинамические исследования, направленные на повышение безопасности и эффективности функционирования горных предприятий. Первым, основным и обязательным этапом этих исследований является геодинамическое районирование Кузбасса. Оно выполняется по топографическим картам, масштабы которых постепенно увеличивают, одновременно уменьшая размеры рассматриваемой территории от угольного бассейна до горных отводов шахт. На картах укрупнённых масштабов с большей детальностью отображается геоморфологическое строение районируемой площади, что позволяет выявлять блоковую структуру даже шахтных полей.

Вторая глава посвящена выявлению блоковых структур земной коры 1—4 рангов на участках вновь проектируемых шахт.

Многочисленными исследованиями установлено, что земная кора состоит из множества различных по составу, форме, размеру и подвижности блоков, со всех сторон ограниченных тектоническими поверхностями - разломами, которые так же, как и блоки, крайне разнообразны по морфолопш, геологической истории и роли в структуре земной коры. Вдоль межблоковых структур - разломов происходят относительные перемещения блоков: Блоки имеют различные размеры — от крупнейших геоблоков до блоков размером с месторождение, шахтное поле и ещё меньше. При этом относительные деформация и перемещения блоков по разломам совершаются в различных режимах (растяжения и сжатия) и разных направлениях. Следствием является сложное строение и крайне неравномерное напряжённое состояние любой территории.

Для выявления блоковых структур привлекаются разнообразные методы, обладающие своими преимуществами и недостатками. Применение методики

A.B. Орловой, позволяющей выявлять блоковые структуры по рельефу, на наш взгляд, в большей мере отвечает требованиям промышленного освоения территорий.

Методика A.B. Орловой основывается на теоретических положениях о ведущей роли тектонических движений в формировании рельефа. Перемещение блоков происходит по разломам, а рельеф через изменение гипсометрического уровня поверхности отражает в себе сумму этих последовательных перемещений. Используя определённым образом соотношение высот отдельных участков, учитывая рисовку горизонталей и расположение гидросети, можно по топографической карте выявить блоковые структуры той или иной территории.

Для выявления блоковых структур применяют топографические карты различных масштабов (предложено И.М. Батугиной). При этом блоки 1 ранга выделяют по топографической карте масштаба 1 : 2 500 ООО, блоки 2 ранга - по топографической карте масштаба 1 : 1 ООО ООО в пределах того блока 1 ранга, в котором расположена исследуемая территория. Блоки 3 ранга выделяют по топографической карте масштаба 1 : 100 ООО в пределах блока 2 ранга, к которому приурочена исследуемая территория. Блоки 4 ранга выделяются по топографической карте масштаба 1 : 25 ООО в пределах блока 3 ранга, в котором находится исследуемая территория.

Первой операцией при выделении блоков является определение минимальной разницы высот, достаточной для отнесения двух соседних участков к разным блокам, В каждом конкретном районе за минимальную разницу высот hmj„ можно принять 0.1 (Hmax-Hmin), где Нтах — абсолютная максимальная высота рельефа, м; Hmm - абсолютная минимальная высота рельефа (без учета врезов речных долин), м. На карте намечаются опорные высоты, к которым относятся отметки водоразделов, отчетливо выраженные горизонтальные площадки (ступени) на склонах, а также пониженные выровненные участки. Во внимание не принимаются отметки склонов и речных долин. Опорные высоты позволяют (с учетом минимальной разницы высот) оконтурить блоки линиями разломов, которые проводятся прямолинейными и плавно закругленными.

Выделение границ блоков осуществляется по следующим дешифрировоч-ным признакам рельефа: подножию склонов; последовательно размещенным спрямленным участкам речных долин; перегибу склона, отделяющему тектоническую ступень от более возвышенной части; тяготению к определенной линии русел разных рек и ручьев, в результате чего, последовательно соединяя эти русла, можно получить одну линию; приуроченности коленообразных изгибов речных долин к одной общей линии; линейному расположению седловидных перегибов или уступов двух или нескольких соседних гряд; цепочке озер или болот.

Наиболее достоверно выделяются блоки линиями разломов, которые проходят по разнородным признакам. Всей поверхности блока условно приписывают отметку наивысшего в его пределах участка.

Таким образом, исследуемая территория разбивается на блоки разной формы, разных размеров и разной абсолютной высоты. Полученная карта блоков является основой для реконструкции линий рельефообразующих разломов, определения амплитуды для каждого из разломов, установления знака перемещения блоков по этим разломам.

На топографических картах ошибки планового положения контуров, вызванные погрешностями разного рода, включая генерализацию, находятся в среднем в пределах от 0,5 до 0,75 мм, а погрешности определения длин и площадей при измерениях средней точности доходят до 3 - 5%, а углов - до 3°.

В результате проведённых построений и их представления в электронном виде получена карта-схема блоковых структур 1 ранга Кемеровской области. На этом этапе исследований определился блок Гранта, назовём его «Кузнецким», в

. Геодинамическое районирование Кузнецкого блока в масштабе 1 : 500 000 показало, что он состоит из девяти блоков второго ранга. Перспективные для промышленных угольных разработок площади Колмогоровского участка Егозово-Красноярского месторождения расположены в блоке № 5, который в дальнейшем будем называть «Колмогоровский».

Далее, контуры Колмогоровского блока 2 ранга и Кузнецкого блока 1 ранга были перенесены с карты масштаба 1 : 500 ООО на топографическую карту масштаба 1 :100 ООО. Геодинамическому районированию подверглась вся площадь Колмогоровского блока. А на территории Кузнецкого блока выявлялись лишь хорошо выраженные в рельефе отдельные линии разломов, их фрагменты и некоторые блоки 3 ранга. На построенной таким образом схеме показана расчленённость Колмогоровского блока блоками 3 ранга, и обозначены блоки, занятые полем шахты, по плану вводимой в эксплуатацию в первую очередь. Оценка точности и достоверности выявленного нами блочного строения территории производилась путём сопоставления результатов геодинамического районирования с геологическими материалами и результатами дешифрирования аэрокосмо— и радиолокационных фотоматериалов по этому району. Степень сходимости сопоставляемых материалов получилась достаточно хорошая, в среднем она составляет 85-100 %.

Блоковая структура 4 ранга Колмогоровского участка определялась в соответствие с методикой по топографической карте масштаба 1 : 25 000. Геологи, исследовавшие этот район, считают, что на основном поле участка тектонических нарушений, в том числе и мелкоамгогатудных, не ожидается и, согласно инструктивно-нормативным документам, освоение данных площадей должно пройти без осложнений, вызываемых тектоникой. С учётом прогнозных геологических данных, не располагая сведениями о блочном строении этой территории, было запроектировано размещение на шахтном поле вентиляционных и воздухоподающих стволов и промплощадки (рис. 2, 3).

Условные обозначения

^^ Разломы и блоки Э ранга f"*' I Границы шахтного поля

|1" ' —| Разломы 4 ранга |к=э Зона разлома по

гт I __ j Зона разлома по

геологическим данным

■—ж—I Устья вентиляционных и ' ^ » воздухоподающих стволов

Рис. 2. Схема блочного строения 4 ранга первоочередной шахты Колмогоровского участка

Рис. 3. Промплощадка первоочередной шахты Колмогоровского участка

Если объекты шахтного комплекса разместить, как указано в проекте, то они все окажутся на опасных участках шахтного поля (рис. 2, 3). Это приведёт к тому, что даже на стадии их строительства будут возникать аварийные ситуации. А в процессе отработки месторождения на этих участках будут происходить и более опасные динамические явления. Поэтому, данные проектные решения нуждаются в серьёзной корректировке, учитывающей расположение опасных для отработки участков, выявленных геодинамическим районированием. Необходимо контуры шахтного поля привести в соответствие с границами блоков, а планируемые объекты и сооружения шахтного комплекса вывести из зоны влияния разломов.

Прогнозные изменения состояния и положения блоков, обусловленные природными процессами и будущей эксплуатацией шахты, можно определить путём вычисления главных компонент деформации и главных направлений деформации блоков по результатам геодезических измерений их смещений. Эти данные необходимы для выбора порядка и технологии отработки шахтного поля, которые предупреждают возникновение опасных газодинамических явлений.

В третьей главе изложены результаты разработки метода оценки деформаций блоков 4 ранга и напряжений блоковых структур по результатам их среднегодовых смещений.

По имеющимся в настоящее время в научной литературе данным деформации блоковых структур можно в первом приближении считать однородными. Тогда вследствие того, что деформации вычисляются через первые производные от смещений по координатам точек земной поверхности, смещения должны быть линейными функциями координат.

Для пункта 1 в силу вышесказанных предположений относительно характера деформаций компоненты смещений можно записать в виде (1).

а, = е„ от, + е,2 у, +е13 г, +а; Щ = е31 х, + ей -У1 +е33 -г, +г>,- (1)

Щ = е3, -х, + е3, у1 +е33 +с,

ди ди ди ду ду ду

где еи ——-; е,2= —; еи= —; вц = —-; ; е23= — и т.д.;

дх ду ог дх ду дг

ву - тензор деформации блоковых структур.

Как видно из (1), для определения 12 неизвестных а, Ь, с надо иметь систему двенадцати линейных уравнений, т.е. для определения главных деформаций какого-либо блока необходимо иметь внутри блока геодезическую сеть, состоящую, как минимум, из четырёх пунктов, расположенных в вершинах какого-либо тетраэдра (пункты не должны лежать в одной плоскости). Пятый опорный пункт наблюдения, относительно которого измеряются смещения, находится вне изучаемого блока. Будем считать, что все еу, а, Ь, с найдены.

Из механики сплошных сред известно, что тензор еу описывает одновременно вращение и чистую деформацию, т.е. не является симметричным. Выполняя операцию симметрирования и альтернирования тензора еу, получим симметричный тензор который характеризует относительное изменение длин и углов, т.е. определяет чистую деформацию, и кососимметричный тензор со у, определяющий вращение рассматриваемого блока как абсолютно твёрдого целого.

Главные значения деформаций можно найти из решения кубического уравнения (2)

+ = (2) где - ^¿з - инварианты тензора деформаций.

Согласно механике сплошных сред, угловые компоненты деформаций (3), характеризующие искажение углов между направлениями, параллельными соответствующим осям координат, находят из (1):

„ - 1(8и I ду)-еп+еу. Р

■>~2[ду дх) 2 ' ду

£ + ^ = (3)

" 2{дг дх) 2

Относительное изменение объёма блока определяется по формуле (4).

Jl = еи + еп + е33. (4)

При ,//>0 наблюдается объёмное расширение блока, при сжатие.

Малый поворот блока как абсолютно твёрдого целого определяется вектором: <у = • ¡+а>г • ]+ (У3 • к, где - единичные орты осей ох, оу, ог. Компоненты этого вектора находят из выражений (5):

где <от, - углы поворота блока в плоскостях хоу, хог, уог, т.е. вокруг осей ог, оу, ох соответственно.

Многолетние геодезические наблюдения за современными движениями земной коры проводились на геодинамическом полигоне, расположенном на поле шахты «Распадская» (рис. 4).

Рис. 4. Схема расположения пунктов (наблюдательных станций) на геодинамическом полигоне шахты «Распадская»

Результаты измерения среднегодовых смещений опорных пунктов в проекциях на оси декартовой системы координат Охуг приведены в табл. 1. Оценки главных направлений деформации, главных деформаций и разворотов, условно выделенных блоков I и П представлены в табл. 2 и 3.

Анализ результатов, приведённых в табл. 2 и табл. 3, показывает, что условное разделение на блоки I и П является не вполне правомерным, поскольку обе группы пунктов испытывают примерно одинаковые деформации и имеют близкие значения углов, которые составляют главные направления с осями выбранной системы координат Охуг.

Таблица 1

Смещение опорных пунктов геодезической сети

Номер условно выделенного блока земной коры Опорный пункт Среднегодовое горизонтальное смещение, мм Среднегодовое вертикальное смещение, мм Азимут, град Компоненты смещений, мм

VI

I М-26 +19,6 -8,0 80° +3,40 +19,31 -8,0

6646 +19,8 -0,6 280° +3,44 -19,50 -0,6

7849 +11,4 -4,6 295° -10,34 -Л,6

0254 +5,0 +5,0 30° +4,33 +2,50 +5,0

II 8777 +19,9 -2,3 76° +4,82 +19,30 -2,3

Грозовой +8,3 21° +7,75 +2,97 -4,0

Звёздный +7,3 -4,7 50° +4,69 +5,59 -4,7

0906 +5,0 -7,5 290° +1,71 -4,70 -7,5

Таблица 2

Главные направления деформаций и развороты блоков земной коры на поле шахты «Распадская»

Угол/ гл. напр. Угол/ гл. напр. Угол / гл. напр. Угол II гл. напр. Угол II гл. напр. Угол II гл. напр. Углы разворота блоков, рад

с осью Ох, град с осью Оу, град с осью Ог, град с осью Ох, град с осью С*. град с осью Ог, град Вокруг оси Ох Вокруг оси Оу Вокруг оси Ог

62° 90° 28° 90° 0° 90° —2,2-10"ь —8,1-Ю-6 8,3-10"6

60° 90° 30° 89° 0° 91° -2,0-Ю-6 -7,9-10"6 8,МО"6

Доверительные границы главных среднегодовых деформаций были определены согласно I - критерию Стьюдента и в процентах.

Таблица 3

Главные среднегодовые деформации на поле шахты «Распадская», их доверительные границы согласно I —критерию Стьюдента и максимальные ошибки в процентах

Номер блока У-1, отн. ед. %2, отн. ед. отн. ед. Максимальная ошибка, %

тх ту Щ

I 5,69-Ю-4 ±8,0-10_ь -5,70-Ю"4 ±3,3-Ю"5 -3,90-Ю"5 ±1,3-10° 1,4 5,8 33,3

II 6,00 10"4 ±1,3-10"5 -5,50-10'4 ±3,2-Ю-3 -4,00-10"3 ±1,3-10° 2,2 5,8 32,5

Близкие значения деформаций I и II блоков (табл. 3), полученные с помощью 8 наблюдательных пунктов, свидетельствуют об однородности деформаций.

Расчёты и описание напряжённого состояния горных пород осуществляются многочисленными и разнообразными методами. В этих методиках не рассматривается возможность определения дополнительных напряжений, параметры которых непременно должны учитываться на всех стадиях освоения месторождений полезных ископаемых.

. Приведённые в табл.3 данные позволяют оценить главные и средние дополнительные напряжения для блоков шахты «Распадская» при их сейсмической активизации. Расчёт главных дополнительных напряжений производился по формулам закона Гука.

Главные и средние дополнительные напряжения для блоков I и II шахты «Распадская», рассчитанные при значениях Е = 2,5-Ю10, Па и у = 0,27, представлены в табл. 4.

Таблица 4

Главные дополнительные напряжения, обусловленные сейсмической активизацией блоков земной коры поля шахты «Распадская»

Номер 0|, 02. Оз, СГср,

блока МПа МПа МПа МПа

I 10,8 -11,7 -1,2 -0,7

И 12,0 -10,8 -0,7 0,2

Такое приращение напряжений в блоках (табл. 4) сравнимо со снимаемым напряжением при землетрясениях. Величина сброшенного напряжения при силь-

°1 г. 1

л * - и а/2

т т т у 1 1 !

ных землетрясениях, как показывают расчеты Д. Тёркота и Дж. Шуберта, лежит в диапазоне 10 - 100 МПа. Дополнительные напряжения при подвижках блоков, вызванные природными и техногенными причинами, явились причиной горного удара тектонического типа, произошедшего на шахте «Распадская» в период проведения геодезических наблюдений. Исходя из наших расчётов, этот горный удар легко было спрогнозировать на основе геодезических измерений смещения блоковых структур в рассматриваемый период времени.

В четвёртой главе представлена разработка метода прогноза влияния геодинамической активности блоковых структур на газовыделение в действующие выработки шахт.

В сейсмоактивных районах блоки испытывают как горизонтальные, так и вертикальные смещения. Рассмотрим систему сил, действующих на блок, считая его для простоты расчётов прямоугольным параллелепипедом (рис. 5).

Р, - импульсная сила нагрузки; Лс - сила вязкого сопротивления; Ртр — суммарная сила трения,

действующая на боковую поверхность блока; Н— высота блока, м;

у — смещение блока от положения равновесия, м

Рис. 5. Схема к расчёту колебаний блока при импульсных воздействиях

Суммарную силу трения, действующую на боковую поверхность блока, находим по формуле

2

где /а — динамический коэффициент трения; р — плотность горных пород, кг/м ; рш - плотность воды в порах разлома, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; а - размеры блока по горизонтали, м; Н— высота блока, м.

Применяя условие равновесия блока, находим максимальную силу способную сдвигать блок вдоль разломов:

ГГ=2/,(р-р„)ваНг+р§а2Н, (6)

где £ - статический коэффициент трения.

Полагая, что начало координат располагается на поверхности земли (см. рис. 5) и, обозначая смещение блока от положения равновесия буквой у, запишем уравнение движения блока в виде:

ту = - 2- Яс + РГ Ш" Ж ~ ■ (7)

где ^(г) = (1, если / > 0 и 0, если < < 0) - функция Хэвисайда; Q = pgaг Н + су - сила, действующая на подошву блока; с — жёсткость пород основания блока, н/м2; Яс-ау, а - коэффициент вязкого сопротивления на границе разломов, кг/с; т = рН а2 — масса блока.

Решение уравнения (8) y(t) = /}-e-1" sin + в) + Л БШ 7, (8)

где Ь = а/2рНа2, с'1; = -Jk1 - Ь! ; к - -Jc/pHa1 - собственная частота колебаний блока, с"1; Я = Т2/, (1 - р» / p)gH/а; 0 = gf^-pw/p)gH/а1 \ в-сдвиг фазы, определяемый из начальных условий задачи, показывает, что по логарифмическому декременту затухания колебаний можно найти коэффициент вязкого сопротивления а, а по величине условного периода колебаний = 2ж/к{ - жёсткость пород основания с. По остаточному смещению блока (¿sinможно оценить динамический коэффициент трения на берегах разломов f¿¡.

Газосодержание Vg углей определяется двумя составляющими — объёмом сорбированного газа F, в единице объёма угля и объёмом свободного газа Vf, содержащегося в полостях, трещинах и порах:

= К + Vf, м3/м\ (9)

Как правило, объём сорбированного газа определяется законом Лэнгмюра:

где Р - давление газа, н/м2; а, - предельное газосодержание сорбированного газа при высоких давлениях.

Относительное изменение объёма блока равно:

di)

где а - продольный и поперечный размеры блока, м; Н - высота блока, м; утах — максимальное смещение блока при резонансных колебаниях, м.

Максимальный дополнительный объём газа Q, который переходит в свободное состояние при резонансных колебаниях блока, можно оценить следующим образом:

в=в

(12)

где а- угол падения пластов в свите, расположенных в пределах блока; -

4-1

суммарная мощность угольных пластов в свите, попадающих в рассматриваемый блок, м.

Уравнение вынужденных колебаний блока запишется следующим образом:

+ + ], (13)

где Т-период импульсной нагрузки, с; динамический коэффициент трения на границах разломов; т|(/) - единичная функция Хэвисайда.

Представим периодическую функцию в правой части уравнения (13) её разложением в ряд Фурье и оставим в этом выражении наиболее существенную — первую форму колебаний (первую гармонику):

А 2А .

г)г- + —этол (14)

2 ж

Уравнение (13) имеет теперь следующий вид:

у + 2Ьу + Гу = к + ±АшШ (15) где '

2 ж а

Максимальная динамическая составляющая амплитуды резонансных колебаний блока равна:

V = А ^р{2НГХ\-ра1р)1а + \]Наг

У1ПЗХ I 1 V /

та жта

где а - коэффициент вязкого сопротивления, кг/с; а> = к = —-—, Гц; с —

V ра II

коэффициент жёсткости пород основания блока, который может быть оценен по Еаг

формуле с =-, где Е - модуль Юнга пород основания блока, Па.

Н

В угольных шахтах источниками газовыделения служат разрабатываемые, а также смежные подрабатываемые или надрабатываемые пласты угля и пропласт-ки, вмещающие породы. Выделяются газы через свободную поверхность пласта и из отбитого угля. Прогноз ожидаемого газовыделения осуществляется в настоящее время расчётным методом по природной газоносности пластов с учётом принятой системы разработки и порядка отработки пластов в свите. Полученный таким образом прогноз не содержит газовую составляющую, образуемую при тектонических подвижках.

Для условий шахты «Распадская» была произведена оценка возможного дополнительного газовыделения из угольных пород и пластов при сейсмическом воздействии на блоки. Нами предлагается метод определения дополнительного газовыделения в горные выработки, который учитывает раздробленность шахтного поля на блоки, испытывающие различной природы силовые нагрузки. В расчётную формулу, кроме природной газоносности и физико-механических свойств горных пород и углей, вводятся геометрические параметры блока и суммарная мощность угольных пластов, находящихся в этом блоке.

Различные сейсмические события природного и техногенного характера приводят к резонансным колебаниям блоков, в силу которых выделяется дополнительный объём газа из угольных пород, и пластов. Расчёт объёмов дополнительного газовыделения вычислялся по формуле

Q g-\2Hf,(\-pJp)/a+l]-a,

Цщ J

а' /eosа

где д _ сН'ехрЬН ГДе ' 1,425 '

Р

Исходные данные о физико-технических свойствах и газоносности угольных пород и пластов шахты «Распадская», необходимые для расчёта объёмов до-

полнительного газовыделения при сейсмическом воздействии на блоки, были взяты из соответствующих справочников (табл. 5).

Таблица 5

Исходные данные для расчёта объёмов дополнительного газовыделения

/7=2574, кг/м 3 р0 = 1425, кг/м3 р„ = 1000, кг/м3

0,27 Л = 0,85 в = 0,8, с'1

£ = 2,5-104,МПа Е- = 2,5-10и), Па

а= 1,719 Ь = —3,017-10"3 с — 2,137-10'3

Н= 150 м; Н= 500 м; //=600 м;

1Г = 5504,28 (м); /Г = 43 604,31 (м); Н° = 59654,33 (м);

ехр(Ь-\50 м) = 0,636 ехр(Ъ-500м> = 0,221 ехр(Ь-600м) =0,164

Хпь = 10 м 2*'", = 15 м Ет-, = 20 м

а= 9° С050г= 0,99 а = 500 м | а = 600 м

Таблица 6

Объём газа, который может дополнительно выделиться из сейсмически активизированных блоков разных размеров

Н - высота блока, м а — размеры блока по горизонтали, м ][т> - суммарная мощность угольных пластов в свите <2 - дополнительное газовыделение, м3

150 500 10 22115,9

15 32517,3

20 43356,4

500 500 10 92712,9

15 139069,4

20 185425,8

600 600 10 135539,2

15 203308,8

20 271078,4

Расчёт дополнительного газовыделения производился для блоков разных размеров, содержащих суммарные мощности угольных пластов 10, 15 и 20 метров. Объёмы возможного дополнительного выделения газов из блоков при их сейсмических подвижках приведены в табл. 6.

Дополнительное выделение больших объёмов газа (табл. 6), являясь производной сейсмических подвижек блоков, увеличивает вероятность воспламенения метана и других газодинамических явлений. Поэтому учёт дополнительного газовыделения из угольных пород и пластов блоков необходим и важен при проектировании и отработке угольных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи по прогнозу влияния геодинамической активности блоковых структур на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановы-деление из угольных пластов, обеспечивающее повышение эффективности и безопасности горных работ и имеющее существенное значение для угольной промышленности.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Геодинамические процессы, протекающие в недрах Земли и на её поверхности, негативно влияют на многие сферы жизни и деятельности человека. Повышенная сейсмичность южных районов Кузбасса, концентрация открытых и подземных работ и техногенное воздействие на природные процессы приводит к возрастанию числа опасных для людей динамических явлений и усилению их проявлений. Решение вопросов геодинамической безопасности при освоении недр и земной поверхности находится в области исследований взаимодействия блочной структуры территории с техногенной деятельностью человека, поскольку расчленённость земной коры на блоки различных масштабных уровней характерна для всей литосферы.

2. В районах предполагаемого строительства новых шахт перед их проектированием необходимо выполнить геодинамическое районирование этой территории и получить схемы её блочного строения 1—4 рангов. Схемы служат основой рационального планирования, проведения различных инженерных изысканий и подготовки более объективных исходных данных для проектирования, организации технологического процесса отработки месторождения и мониторинга за геодинамическим состоянием недр. Использование результатов геодинамического районирования позволяет повысить надежность проектных решений по размещению и строительству объектов шахтного комплекса, улучшить технологию и качество отработки месторождения, разработать комплекс дополнительных мер по обеспечению безопасной эксплуатации горнодобывающего предприятия.

3. Выявление блоковых структур 4 ранга на этапе проектирования шахт позволяет определить безопасные места возведения наземных и подземных сооружений и выработок, а также рационально разместить пункты наземной геодезической сети для проведения повторных нивелировок и количественной оценки напряжённо-деформированного состояния блоков.

4. Относительные деформации и перемещения блоков по разломам можно определить геодезическим методом. По результатам геодезических измерений вычисляют главные компоненты деформации и главные направления деформации блоков. Полученные с помощью 8 наблюдательных пунктов близкие значения деформаций I и II блоков (табл. 3.) свидетельствуют об однородности деформаций блоков. Ранее, Есиковым Н.П. была выдвинута гипотеза об однородности деформаций мегаблоков, которая, по нашим исследованиям, также верна и для блоков 4 ранга.

5. Приращения величин главных напряжений блоков шахты «Распадская» при их сейсмической активизации находятся в пределах 10,8 — 12,0 МПа и срав-

нимы со значениями снимаемых при крупных землетрясениях напряжений, которые лежат в диапазоне 10-100 МПа;

6. Резонансные колебания блоков 4 ранга, являясь следствием различных сейсмических событий природного и техногенного характера, вызывают дополнительное выделение газа до 300 тыс. м3 в горные выработки, увеличивая опасность взрывов метана и загазования шахты, а колебания блоков более высокого ранга (1-3 рангов), могут приводить к выделению дополнительно до нескольких десятков миллионов кубических метров метана.

7. Комплексный метод оценки геодинамической активности и напряжённо-деформированного состояния участков шахтных полей на основе их геодинамического районирования, геодезических измерений смещений блоковых структур земной коры и учёта дополнительного газовыделения из блоков при сейсмических событиях обеспечивает эффективное, грамотное, предсказуемое и безопасное освоение месторождений полезных ископаемых.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Сурунов, Н.Ф. Блочная структура некоторых шахтных полей Донбасса / Н.Ф. Сурунов // Прикладные геодинамические исследования: сб. науч. тр. / Куз-бас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1995. - С. 78 - 82.

2. Сурунов, Н.Ф. О некоторых вопросах метода геодинамического районирования месторождений / Н.Ф. Сурунов // Прикладные геодинамические исследования: сб. науч. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1995. - С. 32 - 50.

3. Иванов, В.В. Оценка главных компонент деформаций блоков земной коры по результатам геодезических измерений её современных движений / В.В. Иванов, Р.В. Бузук, Н.Ф. Сурунов // Вестник КузГТУ. - 2000. - № 4. - С. 32-35.

4. Иванов, В.В. Геодинамическое районирование дорожной сети Кемеровской области / В.В. Иванов, Р.В. Бузук, Н.Ф. Сурунов, В.Н. Ардеев, А.И. Должи-ков // Вестник КузГТУ - 2002. - № 1. - С. 3 - 7.

5. Иванов, В.В. Оценка точности выявления блоковых структур по картам / В.В. Иванов, Р.В. Бузук, Н.Ф. Сурунов, В.Н. Ардеев // Вестник КузГТУ - 2002,-№2. -С. 3-5.

6. Иванов, В.В. Геодинамический аспект освоения месторождений полезных ископаемых / В.В. Иванов, Н.Ф. Сурунов, A.B. Столярчук // Вестник КузГТУ -2004. -№6.2. -С. 17-20.

7. Иванов, В.В. Оценка дополнительных напряжений блоков земной коры, обусловленных её современными движениями / В.В. Иванов, Н.Ф. Сурунов, Р.В. Бузук //Вестник КузГТУ - 2006.-№ 3. - С. 11-12.

8. Иванов, В.В. Моделирование дополнительного газовыделения из угольных пластов при сейсмическом воздействии на блоковые структуры земной коры / В.В. Иванов, Н.Ф. Сурунов // Вестник КузГТУ - 2006. - № 3. - С. 7 - 10.

Подписано в печать Формат 64X84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. Л. 1. Тираж 100 экз. Заказ £40 ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сурунов, Николай Федорович

Введение.

1. Современное состояние проблемы влияния блоковой структуры земной коры на шахтное строительство и разработку месторождений полезных ископаемых.И

1.1. Проблемы освоения территорий.

1.2. Методы выявления блоковых структур в подходах различных авторов.

1.3. Методы оценки напряжённого состояния земной коры.

1.4. Вопросы и пути совершенствования метода геодинамического районирования.

1.5. Выводы и постановка задач.

2. Выявление блоковых структур земной коры 1 - 4 рангов на участках вновь проектируемых шахт.

2.1. Теоретические подходы к обоснованию методики выявления блоковых структур земной коры.

2.2. Методика выявления блоковых структур.

2.3. Оценка точности выявления блоковых структур по картам.

2.4. Схемы блоковых структур 1 и 2 рангов Кемеровской области и Егозово-Красноярского месторождения.

2.5. Схемы блоковых структур 3 ранга Егозово-Красноярского месторождения.

2.6. Общие сведения по Колмогоровскому участку.

2.7. Блоковое строение 4 ранга северо-запада Колмогоровского участка и первоочередной шахты Менчерепского УДК.

2.8. Выводы.

3. Разработка метода оценки деформаций блоков 4 ранга и напряжений блоковых структур по результатам их среднегодовых смещений.

3.1. Роль геодинамического районирования в проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий.

3.2. Методика расчёта главных компонент деформации блоков земной коры по результатам геодезических измерений их смещений.

3.3. Алгоритм вычислений.

3.4. Применение методики на практике.

3.5. Выводы.

4. Разработка метода прогноза влияния геодинамической активности блоковых структур на газовыделение в действующие выработки шахт.

4.1. Модель колебаний блоковых структур под действием сейсмических волн.

4.2. Моделирование газовыделения угольных пластов при сейсмическом воздействии на блоковые структуры земной коры.

4.3. Оценка дополнительного газовыделения из угольных пород и пластов при сейсмическом воздействии на блоки шахты «Распадская».

4.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Прогноз влияния геодинамической активности блоковых структур на напряженно-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов"

Актуальность работы. Геодинамические процессы, протекающие в недрах Земли и на её поверхности, негативно влияют на многие сферы жизни и деятельности человека. Особенно сильно проявляется отрицательное воздействие этих процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. В шахтах и рудниках многих горнопромышленных районов мира происходят динамические явления, сопровождающиеся внезапными выбросами угля, породы и газа, горными ударами, техногенными землетрясениями. Подобные явления наблюдаются также на угольных месторождениях России, в том числе и в Кузбассе, они приводят к снижению рентабельности горнодобывающих предприятий и опасны для жизни и здоровья работающего персонала.

Существующая расчленённость земной коры на блоки различных масштабных уровней свидетельствует о том, что решение вопросов геодинамической безопасности при освоении недр и земной поверхности находится в области исследований взаимодействия блочной структуры территории с техногенной деятельностью человека. Повышенная сейсмичность южных районов Кузбасса, концентрация открытых и подземных горных работ и техногенное воздействие на природные процессы приводят к возрастанию числа опасных для людей динамических явлений и усилению их проявлений. Сложность и многоаспектность этих проблем требует комплексного подхода к их решению.

Обязательный учёт влияния геодинамических процессов и блочного строения Земли при проектировании, строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий позволил бы избежать многих отрицательных последствий динамических явлений. Своевременный прогноз опасности и успешное предупреждение горных ударов, внезапных выбросов угля, породы и газа возможны, если знать условия их возникновения. Для определения этих условий необходимы, прежде всего, информация о блоковом строении территории, количественная оценка действующих в блоках сил, описание напряжённого состояния, вызванного этими силами, и выяснение причин, нарушающих их равновесное напряжённое состояние.

В настоящее время отсутствуют сведения о блочном строении территорий промышленной и хозяйственной деятельности человека, разрабатываемых месторождений полезных ископаемых и участков проектируемых шахт, не произведена количественная оценка напряжённо-деформированного состояния блоков, не разработан метод определения дополнительного газовыделения в горные выработки при сейсмическом воздействии на блоки. Решение этих вопросов позволит повысить безопасность и эффективность на всех этапах освоения месторождений полезных ископаемых.

Поэтому прогноз влияния геодинамической активности блоковых структур на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановы-деление из угольных пластов является актуальной научной и практической задачей.

Настоящая работа содержит результаты исследований, выполненных автором в 2000 - 2006 гг. в соответствии с заказом администрации Кемеровской области по темам НИР № 103/2000 и № 320/2004.

Целью работы является разработка и обоснование метода прогноза влияния геодинамической активности блоковых структур на напряжённо-деформированное состояние массивов и метановыделение из угольных пластов на основе анализа карт блоковых структур региона и регистрации их современных движений.