Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности влияния геологических факторов на сдвижение земной поверхности в условиях подработки (на примере Донецко-Макеевского района Донбасса)

ВАК РФ 04.00.16, Геология, поиски и разведка месторождений твердых горючих ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Закономерности влияния геологических факторов на сдвижение земной поверхности в условиях подработки (на примере Донецко-Макеевского района Донбасса)"

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЇ І ГЕОХІМІЇ ГОРЮЧИХ КОПАЛИН

Р Г Б ОД •

_ На правах рукопису

- З ОКТ 1995

ПАНОВА Олена Анатоліївна

ЗАКОНОМІРНОСТІ ВПЛИВУ ГЕОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА ЗРУШЕННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ В УМОВАХ ПІДРОБКИ (НА ПРИКЛАДІ ДОИЕЦЬКО-МАКІЇВСЬКОГО РАЙОНУ ДОНБАСУ)

04.00.16 — Геологія, пошуки і розвідка родовищ твердих горючих копалин

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеню кандидата геологічних наук

ЛЬВІВ— 1995

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті на кафедрі геології (м. Донецьк).

наук, професор Азаров Микола Яиович.

Офіційні опоненти: доктор геол.-мін. наук, професор Лукіиов Вячеслав Володимирович (Інститут геотехнічної механіки НАН України м. Дніпропетровськ); кандидат технічних наук, доцент Озеров Ілля Федорович (Український державний науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи, м. Донецьк).

Провідна організація — ВГО «Укрвугдсгеологін» (м. Донецьк).

Захист відбудеться «Ж...» .............................. 1995 р.

у ¡-ЬС “

о ........ год. на засіданні спеціалізованої ради Д 04.02.01 и

Інституті геології і геохімії горючих копалин НАН України.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ІГГІ'К НАН України за адресою: м. Львів, вул. Наукова, За.

Відгуки на автореферат в 2 прим., завірені печаткою підприємства, просимо надсилати вченому секретарю спеціалізованої ради за адресою: 290053, м. Львів, вул. Наукова За, вченому секретарю спеціалізованої ради.

Науковий керівник — доктор геолого-мінералогічші.х

Автореферат розісланий

1995 р

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат геол.-мін. наук

ХМЕЛПВСЬКА О. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. У теперішній, час роевиток народного господарства і гірничо-добувної промисловості Донбасу сильно еалежить від ефективності і стабільності роботи підприємств вугледобувної сфери. У вв'яаку в цим стоїть еадача вбільшення добутку вугілля, у тому числі, вп рахунок повноти використання надр. Актуальність даної роботи витікав а особливостей сучасного етапу ровробки вугільник пластів у межах існуючих гірських відводів діючих шахт Донбасу, природними границями яких в, як правило, крупно- 1 середньоамплітудні роариви, а в окремих випадках вмикаючі крила флексурних складок. Тривала експлуатація вугледобувних підпризмств привела до практично повної виїмки вугілля у межах центральних Сремабергових і уклонних полів, що вумовило необхідність ровгляду питання про відробку тектонічно ускладнених, флангових полів 1 глибоких горизонтів. У такій ситуації практично до БОХ сучасних гірничих робіт виявляються в вонах впливу геологічних неоднорідностей вугленосної товщі. При цьому останні можуть бути валучені у процес зрушення в гравітаційним вміщанням окремих блоків по поверхнях структурного послаблення, які приводять до утворення на денній поверхні ЭОН 80-середжених, аномальних ва рівнем вертикальних і горизонтальних деформацій, що дуже несприятливо впливав на експлуатацію існуючих будівель і споруд, спричиняв ріст дефіцит;.' вільних площ для ввбудови, потребує спеціальних додаткових ватрат для їх вахисту і постійного екологічного контролю.

Багагірічна практика візуальних і експериментальних спостережень показала суттєвий вплив геологічних факторів на роавиток, темпи і рівні деформаційних процесів на вемній поверхні, які відбуваються на підроблених територіях. Однак, до останнього часу ці фактори враховуються недостатньо, а інколи і просто ігноруються, ввільняючи місце традиційним напівемпіричним методам розрахунку очікуваних деформацій вемної поверхні, які базуються, головним Чином, на виключно гірничо-технічних факторах.

Метою дисертаційної роботи в встановлення закономірностей впливу геологічних факторів на зрушення земної поверхні в умовах підроблених масивів ( на прикладі Донецько-Макі-ївського району Донбасу ), а також вивчення особливостей геодинаміки району досліджень і наслідків її впливу на розвиток техногенних деформаційних процесів на вемній поверхні.

Основні задачі досліджень:

- вивчення особливостей процесу зрушення гірських порід на ділянках ів структурно-генетичними неоднорідностями вугленосної товщі!

- розробка моделей реактивації розривних і складчастих дислокацій при підробці;

- вивчення впливу геологічних факторів, які обумовлюють аномальні характеристики осідання і деформацій земної поверхні-,

- експериментальне моделювання розподілу енергії пружних дефор іцій в масті гірських порід і аналіз отриманих даних стосовно оцінки ширини виходу на донну поверхню зон Тектонічних порушень, залучених у процес зрушення;

- розробка моделі фрактальног геодинаміки басейну з ви-

- в -

кодом Н5. виділення регіональній: 00!; тектонічного походкеинл, які епліипють нз характеристик.:: процес"- ерутгенн:,

СантичикГі матеріал і методика досліджень. ? осію?" дисертації поклагчн* матеріали досліл.чеш.. пьг псові;, азто; пі.’.- 4SC робот:; в Укракнсьхокг ¿еокавнокг науково-дослідно^

І проеКТКО-конгтругїторсьKO! " ІЯСГЙТТТ: ГірННЧГ ‘ Г«*ОЛОГ» :

гео».<5хаішс: і мзсіжмідїфського діла УкрНЦКП. Іослідтенк.

Сза5"злн-ь їїj г^еудьтатх: ггологосозві^озхькк’- гірш’-чо-вкгплуптадійчкг рсОіт у t-ors.:: Бс z-.гякок Іеиеиьііг'-ї-зкі-iEOt,«ioro райсгу, Ьі". закладок: мзрїамііг-грські • rooüs •

вігі::, споотаре^тзаді::. сгкяи ї, г як;::: підянкі; були са~-

г;:сто оСат“.«гкі ютово-' us. предмет виявлені!' cor- активного п&оязу теїстошчнк:: г.орусень пр;: їп тдообці. конструктивні:.: пегкодкш;-- (іудіЕоль і споруд. Вибір об'єкті :ї дослід>янь в у >.:овд<?!і::г. ctvtiî:;.':.; еидчєнссг. діля;:с:ч нглдпіст-- і-актітаог-: ;.'.r.T-:‘Dii:„,:7, ::а оз::ї?и яксго іяміа грсСіггк HSfibiль:: достозіг:; гпспгггсг, п::• тс-рг.іу.гтїс:-' дг^:о( прсСл?!',.

Ддл аизчекчл мидозі.дідітугпо; тєістоніг.:-'- іуд; пгозз”?к: доолід.*вн:і.~ ії сахтоплггтІР у мета:-: },онет>ко-?.'лкі їпськог: раїїсну. Ь дисертаційні;: роооті використано волійте. аналіти--ки:і матері а.- еєятігЛ ¡з опуЗдікоашвіг наукових doüit і ps-sулітати спостерегені спеціалісті? геолого-марЕЗйдерсьга::: слухС, проід'слдгд;: of влвакь по видоЗут;?/ вугіллі "Сонец:.-

гсоутчлдл'* і "йііїі їзуплді:’'.

? і еєішп 'поставленії:: гадвч здійснювалось шляхом експерг-ментального шделвваїшп, рослідгані' фрактадіноУ геометрії основшес розривів Донецького басейну, структурнш: побудов тз ішшп; методів, комплексна застосування ягас; дозволило виявити закономірності впливу геологічних аикторів на вруионня

вемноі пое'рхні і вивчити особливості гсодщкшіки району та наслідки її впливу на розвиток деформаційних процесів поверхні.

Наукоза повнена роботи подяга5 в тому, ср: уточнені характеристики рівних факторів, включаючи структурні, текто-цо-динашчні, гідрогеологічні, фрикдійно-когеаійні, літологічні, гірничо-геометричні, які впливають на процес врушення в околі структурио-генетичншс неоднорідностей; проведено аналіз напружено-деформованого стану масиву 1 рогподід енергії пруяних деформацій в останньому в вастосуванням моделювання на основі голографічного методу фотопрувності; роароО-деіп механіеші реактиааці ї роеривнюс порушень і фдексурннх складок при підробці; виявлені вакономірності приуроченості максимальних значень фрактадьного вшірсванна ровривів чохла Донецького 'басейну до глибинних роадомів фундаменту і їх вваамовв*явок їв сучасними геодинамічними процесами; покаеа-но, щр в околі структурно-генетичних неоднорідностей вугленосно ІГ товщі відбуваються окремі реактив аційні посування по синтетичних і антитетичних поверхнях послаблення при їх підробці, які надасть кривим осідання фракталіний характер; встановлено, цр процес авільнешш енергії пружних деформацій на ділянках виходів тектонічних порушиь може бути описаний як аналог обмеженої дифуаі ї агрегаці ї (ОДА) і перкодяційної дифузії.

Практична цінність. Основні ревультати досліджень Сули використані Українським державним науково-дослідним і проектно-конструкторським інститутом гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи при виконанні ряду науково* дослідних робіт (УкрНДМІ, NN держ. реестраці І 02300Б0000,

0230035000, 0293028000), а також науково-дослідним інститу-

том гірничої геомеханіки і маркшейдерської справи (ВіЩШ, NN дерн, реєстрації 02300Б0000), практичні висновки і окремі методичні підходи, розроблені автором,. увійшли складовою частиноа в "Методичні вказівки по комплексному геолого- геофізичному і маркшейдерському прогнову деформацій земної поверхні для захисту підроблюваних будівель і споруд".

Повокгння, щр пропонуються до захисту;

1. Наявність структурно-генетичних неоднорідносте* вугленосної товщі в гірських масивах при підробці викликав аномальне протікання процесу вручення та приводить до суттзво: зміни його характеристик.

2. Основними фактораьш, які визначають харшстар валу-чення тектонічних порушень у процес арутання, виділені! геометричне співвідношення гірничих робіт 1 структурно-послабленої зони; співвідношення простягання зміщувача і основної осі діючих тектонічних напрупень; літологічна вудова розрізу; заводненість 1 фригапйно-когезійні властивості локальнизс. об’вмів гірських порід; наявність трівдо, антитетично спрп-' иених а основною поверхнею послаблення.

3. Лініг виходу тектонічного порушення на денну поверхню характеризується "лабою фрактальною поведінкою, посилення якої відбувається над глибинними розломами фундамента басейну. Контури підвищених вначень фрактального вимірювання контролюють активність сучасних геодинамічних процесів, у тому числі, процесів зрушення.

4. Ширина зон активного проявлення тектонічного порушення на денній поверхні при підробці гірничими роботами еа-лекить не лише від його амплітуди, а й від розподілу енергії

прулних деформацій у гірському масиві під впливом сучасного тектонічного поля напружень.

Б. На ділянках виходів структурно-генетичних неоднорід-ноатей вугленосноі товщі профілі осідання ©ємної поверхні, під впливом гірничих робіт і процесу евільнвння енергії пружних дефоркіацій, мають вправну фрактальну природу.

Апробація роботи і публікації. Основні рееультати роботи і її окремі положення викладені в 13 публікаціях, доповідались і обговорювались на Всесоюзному науково-дослідному семінарі "Проблеми будівництва об'єктів вугільної промисловості на підроблюваних територіях" /Донецьк, 1589/) Есесоюе-ній конференції "Геолого-геофіеичні доолідмення при вирішенні екологічних еадач" /Звенигород, 1991/] 12-ому робочому засіданні міжнародної маркшейдерсько* комісії /Донецьк, 1992/; III республіканській студентській науковій конференції "Охорона оточуючого середовища і раціональне використання природних ресурсів" /Донецьк, 1993/) Міжнародному конгресі "Геологія Європи та ва II межами" /Кейворт-Шттінгем , 1994/; Міжнародній конференції по тектоніці /Потсдам, 1994/; 16-їй нараді мінералогічної асоціації /Піва, 1994/; Міжнародному симпозіумі по проблемах екологи /Донецьк, 1094/.

Об'єм і структура роботи. Диоертація складається в вступу, п’яти глав і заключения, які викладені на 108 сторінках машинописного тексту, 32 рисунків,4 таблиць, вагальний об'єм

- 1Б0 сторінок, Спиоок літератури містить 109 найменувань.

Постановка аналітичних досліджень, вибір методів досліджень, авалів ревультатів експериментів та моделювання, виконані автором самостійно.

Автор вважав своїм обов’явком висловити глибоку вдяч-

НІСТЬ доктору ГЄОЛОГО-Ml нералогі ЧНИК Наук, професору APBpOBV Я. ез всесторонне допомогу в роботі нал дисертвш?гк

В процесі написання роботи автор користувалася цінними парадами і консультаціями Ьрнкяньовп А.!’. . Гавшіленко їі. і. Григорьева В. 6. . Кисельова ЯК. , Кірюксва В. Б. . ЛсОчч". Г, О. Лпеуна 0.0. , МзЛбороди А. 0. , Медянцева С. л. . Нікола°ва IX !. , Панов? Б. 0. , Привалова В. О. , Таранця Е. І., И^хнової 9. І-1 Пллтеш-'.а А. В.

Автор вдячна ва творчий контаї-тг і консультативну допо могу в виконанні дисертації варубілним вченим' Ран Чен Ги1-!' ну, л Jiff. Доннел; , Ніл* Бордеру.

зшо: foeotj;

ГЛАВА 1. ТЕ0РЕТЇГЧК1 АСПЕКТИ ВПЛИВУ ГЕОЛОГІЧНИХ ФАКТОПЕ НА С-РУШЕНГ-л ЗЕМНОЇ ПОНЕРЗЗГ Інтерес ;;с проблем;: ер углння еемнсг повгрхі:.. псе' ярзш:; е рсеробксю вугільник росови:.. виник У середи]-.: минулого

століття, коли від виїмки вугільні-::: пластів штольням.: пв-реПшлн до їх розробки еа допомогою великих підвемню: очисни:-, виробіток.

ВіЛИКНІІ внесок у дослідження ЦІЄЇ проблеми буЕ врсблениГі С. Р. Кезм, У. Д. Ллойдом, Е. Екзрдтсм. Приблизно до цього л періоду відносяться перші пояснення природи горивонтальних всувів грунту, деформацій ровтягу і стиску. Перші спробі: створення математичної теорії процесу врушення булії вроблені ЕБрігсом у 192? р. У Росії видаються роботи Г. Ромзновсько-го, П. Лєонтоеськсто, С. Г. Аверишна, е яких узагальнитютіел дослідження, докагана можливість теоретичного розрахунку пз-

рамехрів процесу ¿рушення по емпіричних і теоретичних формулах, які не втратили свого анача-ння до теперішнього часу.

Проблема ерушенші гірських порід і деформацій вемної поверхні, яка традиційно відноситься до геотехнічних дисциплін, в останні 10-20 років виклиіав інтерес у спеціалістів геологічного профілю і екологів. їв числа сучасних зарубіжних спеціалістів, які дослідили специфічні аспекти проблеми врушення, виділяється фундаментальна монографія Г. Кратча, роботи Дж. Марра, А.Дж.Лі, Л. Дж. Доннелі.

Еелігкий внесок у дослідження даної проблеми вробили вітчизняні вчені! аааеміСбЕ, НА. Яофіс, Р. А. Муллер, А. М. Ме-дянцев, С. А-Медянцев, І. А. Петухов, Л. П. Чепенко, а І. Коваленко, Ю. ¡1 Гавриленко, б. В. Еошенятов. На прикладі Донецького басейну покаеані особливості процесу врушення для даного району (І. А. Турчаїпнов, 197?! С. А. Медпнцев, 1985; ВЛІЗемісев, 1980; Ю. Ц. Гавриленко, 1031).

При еагальному співпадінні результатів досліджень в рівних вугільних басейнах деякі відмінні на перший погляд оцінки 1 висновки не повинні ровглядатися як внутрішні невиріше-ні суперечності, а лише відображають складність процесу вручення в умовах багатьох факторів, ряд їв яких, по тій чи іншій причині випадав в еагального аналіву. Традиційно для прогнозування деформаційних процесів враховують, головним чином, геотехнічні фактори 1, еначно рідше, структурно-механічні особливості масиву, вплив яких найбільший і при інших рівних умопх в переважаючим, однак у ряді випадків неправильно інтерпретується. Однак, як відомо, вугленосна товща вформувалась в особливій нерівноважній динамічній обстановці, воли на^початковий план генетичних неоднорідностей плас-

- и -

7 і в (В. Н. Волков, 1973) наклались лторшші тектонічні дислокації (Н. І. ІЬгребнов, 1986). П'.1: первинні генетичні неодно-

рідності, так і вторинні тектонічні днслсісації приводять до структурного послаблення масиву, тому )гх пропонувтісл ¡¡ззивати структурно-генетичними ¡¡“однорідностями (СГН) ./М. Я. Ават роз, 1992/. Експериментальнім! дослідженнями /Ц. a Гровський, 1Э75; Л.РІКОН, 1978/ встановлено, ко когла Ю СГН, які знаходиться d недоторканому масиві, приводить до локальних вбу-рень регіонального тектонічного поля. ■ Природний (наприклад, сейснічягЛ) або техногенний вплкз (втручання гірських робіт) а раЛсяі розвитку СГН 1Е.~.э викликати переровподіл нолрулэ-ко-дефоріетвелого стану мзеиву вна'пііпг.іЛ, ніж на ділянках відсутності СГН, і привести до алоі/лліяого лрогіклл?гя процесу вругения. . - .

Дз числа наМільп нзбевпечнкх СГН, які викликають при прогедекаі гірських робіт ¡тотальна осіденнл еемної повзрх-ні, суттзЕї псекодхєння і деформації будівель і споруд, а« до самзї їх розробки відносяться: розривні порусення різних

цгегтебів, взликі флексурні складім, локальні. прирсэриЕШ-склади:!, яскраво Екра.*ені літолого-фаціальні та морфологічні неоднорідності вугленосної тоеці. . . -

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧНІ АСПЕКТИ І ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОНОМШЮСТІ

ВПЛИВУ ГЕОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ на зрушення .

ЗЕМНОІ ПОВЕРХНІ (НА ПРИКЛАДІ ДОНЕЦЬКО-МАКІЇВСЬКОГО РАЙОНУ ДОНБАСУ) -

ДЬнецько-1!акіївськиЯ район можна розглядати як ядро

дислокаціГ :их процесів високої сумарної інтенсивності /В. А. Привалов, 1990/, де поєднуються субширотні, субмери-дюнальні та концентрично меридіональні складчасті та ров-ривні дислокації. Відзначається висока мінливість напружено- деформованого стану вугленосної товщі по латералі, вплив якого на процеси врушення надто великий, но не вичерпний. На процес в руша шш може робити вплив також вертикальна вональ-ність, зумовлена природною мінливістю геологічних властивостей масиву і характером впливу гірничо-ексллуа1 аційних робіт. Відомі рівні схеми вональності деформуючого масиву /А. А. Айруні, 1988; Г. Кратч, 1978; Є. В. Бошенятов, 1991/. Прн

цьому відзначаються, «р безпосередньо над виробленим простором формується область ровтягу, на продовженні до денної поверхні, яка переходить в область активного стискання. Шк еиділєішмн областями буде внаходитись нейтральний вар, який не вазцав деформацій чітко вираженого знаку. Дослідження модельних ситуацій, які хараіяеризуіт'ь геометричне співвідно-свшіл вміцувача роврквного порушення і гірничих робіт, пока-еалк, ер при еєденні гірничих робіт у висячому крилі пору-езння у більшості випадків реактивації не відбувазться. В цій ситуації відмічається дефіцит простору для вміщення. Характерна для більшості роврнвів Донбасу форма вміцувача, яка виположувться в глибиною, вр більше посилив дефіцит простору. При проведенні гірничих робіт у лежачому крилі відбувазться уступоподібне вміедння гірських порід і часто не по самій повезли вміщувача, а по антитетично спряженій Поверхні мікрозсуиу, евідси і відповідні відхилення вон восередже-

I

них деформацій (середні біля 100 м) від виходу порушення на денну поверхню. Розглянутий механізм реактивації розривних

порушень в таким, ер часто вустрічається, алз не в вичерпним. Додатковими ускладнюючими факторами при загальній схемі реактивації виступають літологічні неоднорідності ровріву, наявність прировривних складок і малоамплітудніїх порушень, спряжених У-подібно в основним вміщувачем.

Особливості деформаційних процесів, викликаних підробкою Ветковської флексури довволили дослідити механівм реак-тивації флексурних складок. Проведена геометривація складчастої поверхні вугільних пластів і маркуючих вапняків методом розрахунку їх крививни довволила встановити, що уступ, який утворився на поверхні, тяжів до лінії нульової кривизни на підході до синклінального елементу. Цей висновок добре увгоджувться в результатами досліджень вміни фізико-механіч-ккх властивостей гірських порід у межах складчастих дислокацій флексурного типу /Н. Г. Русаков, 1664/.

Ровкриття тектонічного контакту і ковзання по плоціні структурного послаблення під впливом'гірничих робіт можливе яизе при досягневзі напружень ввдовж послабленої поверхні більве, ніж '

Г- ( <гн - р )Ь)Ч + с

де *Г - опір порід есуву, (Гн - нормальна напруга, Р - над-лхвковнй (поровкй) тиск води, Ч і С - відповідно кут внутрішнього тертя і вчеплення матеріалу, який еаповнпв контакт. Ревультати досліджень Р. Ц. Уальда, Дж. 11 Крука показали, ар гірські породи в еоні впливу порушення масть надлиаиовий по-ровий тиск Р , періоди прояву несподіваних підвищень величини Р в найбільш сприятливими для розвитку процесів скачкоподібного ковзання по ослаблених поверхнях. Фрикційно-когеві-йні властивості гірських порід у вонах тектонічних порушень

вивчені б чевначній мірі. Формування послаблених поверхонь, які бдивько лелать до структурно-генетичних кеоднорідностеГ вон, вумовлено спільним впливом тектонічного і техногенного полів напруг.

Літологічні неоднорідності момуть суттєво вмінити співвідношення об’вмів техногенних областей ровтягу і стиску прі‘. всуві гірських порід. Проведені спеціальні математичні розрахунки дозволили одержати подолання не»ії ралмюго вару в врахуванням середніх даних аь модулями прулності (Е) для основна;: літологічних ТИП1Е порід Донбасу, ВіДМІЧзііО, ьр присутність у роарюі достатні о пстужніїх піскові.кіь (L-l.fc .. , Є. Є ГЛа) приводить до еиїдешія нейтрального пару, Огримшігі. тііоретичнші виоиоиок ДОи-ЗОіНК Ойгруитуваті. СеМЕШІв Прі'-КТИШІ'-ейкльчений про тс, tp BEüiiiiicTt. потужних niCKOEK.'ii 1‘ у КНяЛііf

4S3TIW1 Г’ОеріВу, ОЛІШЧі до ЕІДПРВЦЬОЕШЮГО просторі І ЬІДС Ді

скорочзшш’воші роргягу, сповільненій; тем.-иь поаизс; еру;,,^!.

К». і £3 ВІШйвШІГ- загального рівнь ДС-фОрьЛЦІІ..

суііисті. іаскоьмиь у Ьоркіпі частик> роарів* сзпе k'-' скорочений. по глкоши блнзькопоЕйРхіювої вони слігку і дозиірвішг вони розтягу, ер юха пркьеотії до аномального реформувши», рельз&у. Отримані дані показують, ко вже десяткпроцві. присутність у верхнії: частині ровріву пісковиків веде до д?-сятипроивнтного СКОСОЧвНИЯ ВОНИ СТИСКУ ПО ГЛИОШЬ. До того г прішопариінві виходи пісковикіе в першу чергу підд&юїьс). процесам вивітрювання, шр посилює ефект концентраті деформацій еа р ;унок полви додаткових послаблених поверхонь. Са-

І.К ці ефекти спостерігались при відсутності тектонічних поручні. на ділянці полл шахті-. їм. Засядько.

на оанові аналізу впливу геологічних факторів на про

- 1Ь -

цвсіі зрушення розроблена типівація тектонічних порушень на предмет визначення степені їх негативного впливу на забудовані теритсрі,-.

ГЛАВА 3. ОСОБЛИВОСТІ ФРАКТАЛЬНОІ ГЕОДИНАМІКИ ДОНБАСУ.

Основою дг.п дослідміше послужила геологічна Kapifj

масштабу : 200000, пр попередньо розбита ке. елементарні

квадрати 20у20 ю; і- ке «ах кожного квадрату різним крокои f

(К, “ Ü.E, K!-í; і:,- 1 K.V; Г,2 IÜÍ; Е,- * ь_ч> визначались су-

мірні лзвлянії ті-ег { енходіз кз позерзшо) розривши. пору;:-»« (. í_f ¡ і.,; і.,,). iT'iKTa.'jtns впмірагвняп ( ií< } рсврзковуве-

ЯО';:. lopuyjj'..

і !:M4jfco::jajr/Ci. ц-і.'прзм ¡-.іізі'.пьїіі.. l’P гльо ko*ju!Uicu пг Л/^jTíí =>з г,С>: ггЗ-.їкії паракгір;- ггг^^уи!:^;-:

с^ - 'í:;¡: сьгіїі^і-тіс;." у , 002. . . ’ . C5D, !:гире?:.--''!-

нг кар.'уганкі: ~i,3vr..:j^> гііді.чіиі: шісї.'Зл^*.! аеш >.Г-

- :,0іб пергїауціс- грі cí: еріеягеиіік еагйгьнолок&цикл :¡."

fiSjj'.'HO: 1 СуС!/_‘Рі!Д!С!.ЕЛІ!';:

Спираючій: і. не до^ді д/г.-ііінл Ю. ¡i і а К. Нагорни.;, :¡:;i т.-

оуАувапі деталь«j г.зрти іеопакіт для ряду світ карбону, на

оснсві апарату теорії поля карти івопахіт длл сьп С* , С’’ , і 0,, були перетворені у Еекторно-грЗД!вїітііі. надалі векторі:: г.одя порівнювались попарно цдяхои розрахунку щюеїйро-воге коефіцієнта ксріляці і іг ) , який вийітчаатьег; в умови:

Г - CCS w

де Y - кут мі лі rp¡>fj:dHTai.íii парк векторні»: исліь, що спіьс-

тав ллються у даній точці.

Ревудьтуюча карта осей аномалій просторового коефіцієнта кореляції (г < 0,8) показує існування лінійно-витягну-тих вон переважно двох орієнтацій: вагальнодонецької і поперечної, локально простежується субмеридюнальна орієнтація. Виділені рівними методами лінійні вони добре узгоджуються мік собою і мояуть розглядатися як проекції глибинних розломів. Загальнодонецька 1 поперечна орієнтації ■ більш контрастними, відмічаються правосторонні ерушвння вон вагально-донецького простягання по поперечно орієнтованих вонах. Виявлений структурний рисунок глибинних ровломів може бути пояснений в використанням успадкованих всувів по Д*. С. Чаленку. Кішр припустити, щр граничні ровриви Донбасу в глибокопрони-каочими воувами, то роаломи вагальнодонецького простягання і поперечної орієнтації слід вважати П і Р - всувами, а суб-меридіональні -Я1- всувами. Північний від Головної антикліналі мегвблзк характеризується посиленням фрактальності трас розривів в великої) кількістю локальних максимумів Л ->1,030-1,085. На карті осей аномалія А виділені вони поперечної орієнтації в північному мегаблоці розпадаються иа окремі гілки типу "Кінський хвіст”. Комплексування одержаних даних свідчить про більцу геодинамічну активність північної околиці Донбасу. Найбільш небевсечиими, в точки вору реактивації тектонічних порушень при підробці гірськими роботами, будуть області над виділеними вонами глибинних ровломів і особливо над вузлами їх перетину. В мехах Донецько-Макі ївсь-кого району чітко трасується Донець ко-Кадіевський і Мушкет і всько-Шрсияновський глибинні роаломи, які вумовлхжгь регіональний рівень процесів врушення. _

ГЛАВА 4. ЗАСТОСУВАННЯ ГОЛОГРАФІЧНОГО МЕТОДУ ФОТОПРУКНОСТІ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ РОЗПОДІЛУ ЕНЕРГІЯ ПРУЖНИХ ДЕФОРМАЦІЯ В МАСИВІ ГІРСЬКИХ ПОРІД (НА ПРИКЛАДІ ДОНЕЦЬКО- 1ÎAKІ їБСЬКОГО РАЙОНУ)

Для проведения експерименту використовувалась лабораторна установка Чанчуньського університету наук про Земли. Експериментальне моделювання включало в себе роботу в двома типами моделей, які виготовляють у вигляді пластин в оптично чуттєвого і оптично нечуттввого матеріалів, у межах яких в маситабі 1:300000 були в геологічної карти нанесені виходи на поверхню аиіщуЕачів регіональних розривів Донецько-Макі-ївського району, а пізніше виконані у вигляді пропилів тов-ejihob 0,6-0,8 мм. Вказані пластини в нанесено»: геолог і чноьі ситуацією підлягали під пресом одноосному стисканню, якші імітув усереднений вектор сучасних стискаючих вусиль в pnfto ні досліджень (азимут 306°). Допускались деяк: спроа;ені!Я: н.:-враховувалася-літологічна неоднородність масиву і кути ¡тхп-лу вміпувачів. Аналіз отриманих іитерфгрограм довеозл'.ь розрахувати в кожній точці моделі вначення енергії пружних деформацій (U ). Дзну методику моделювання розробив Ван Чей Длин (КНР) для прогнозування місцезнаходження сейсмоактивних областей і в’псування геневису складчастих і ровривних структур /Wang Chenjin, 1990/. Вихідні дані виводились на графопобудопувач, ир дозволило побудувати карту розподілу енергії пружних деформацій ( U ) для Донецько-Макі івсьімго району. Розрахунковий параметр U суттєво варію по площі від

0 до 08 кДж'м3. 3 метою перевірці відповідності репснально-го плану концентрації еньргії пруинг.х деформацій додаткові дослідження були проведені на окремій моделі, н» яку була нанесена геологічна ситуація, включаючи регіональні розриви

1 тектонополоси оа даними гірських роі5іт у медах тектонічного блоку мід Пзрвомайськии, 1'угкэтіїським і Коліні неьким несунами (гірничий відвід И/У їм. газети "Соціалістичний Донбас"). Одержша карта відповідає регіональній, *«являючи ряд додаткових деталей. 80 X викидів вугілля і газу відбулися на ділянках в розрахунковою І) у модах 4-ЗН кДл'м3. На ділянках,

З

де и < 2 кДл/м викиди вугілля і гаву відсутні. П’ята частіша БСГ' випадків викидів відбулася в інтервалі и - 2 - 4 кДй/ы? Іізраважна кількість випадків раптових викидів (787.) пов'кга-на о областями проміжних значень ( І) - 4-16 кДяУм3). Реауль-тотн проведеного експерименту доказують иожлквість модэлв-Еаніш геодинамічної окткгності масиву аа допомогою голографічного методу фотопрутнюст і і (знаходять добре підтвердившії! оа даними гірничо-експлуатаційних робіт.

Області середніх і високкз: внрчань параметра II ( Ц> 12 кДжЛі3) приходяться на гірничі відеоди вахт найбільв нєбев-печних об раптовими викидами вугілля і газу: вахти їм. Ско-

чшіського, їм. Капініна, їм. газети "Соціалістичний Донбас", Глибока, їм. Засядько, Ясішовська-ГлкСока та пші. Для порівняння була розрахована по 48 иахтопластах карта інтенсивності мадоамплітудної тектонічної порушензеті. Аналів показав, що мадоамплігудна тектонічна порушеність вугільних пластів отримала переважаючий роввиток у еонах підвищених е: ачень енергії пружних деформацій. ’

Для дослід«ення ширшій зони активного прояву розривного

<е»

порушення (Ія бут і аикористані дані по Б5 пслігонах. Вся вибірка була розділена на чотири групи порушень: група А - се-редньоамллітудт порушення в пологим падінням змішувача; Б -середніоамплітудні порушення в крутим падінням зміщуиачд; В

- окремі аміиувачі (Піки регіональних порушень); група Г -

иалоамплітудні тектонічні порушення. Порівняння дшшх про ширину вони активного прояву порушення (В) і амплітуди (а) покавув тчиия ровкид перемінної В у діапазоні еаданих амплітуд. Залежності В Г- (а) носять розпливчатий характер, характеризуються нивьким коефіцієнтом кореляції г “ 0,2-0,б,щр не дозволяв їх використовувати у якості прогнозуючих. Очевидно, в описувані валежності вносить вклад якийсь третій параметр. Проведені дослідження доєеоляють припустити, що цим фактором моле Оут» розпоїл енергії пружних деформацій в масиві. Е^кані залежності представлені окремо ва групами по-рупень у вигляді кореляційних рівнянь: .

- для групи А (В/а) --1,376+1,78 Ци, г - 0,88

- для групи В Сі](В/в) --1,260+1,69 Гди, г - 0,90

- для групи В 1$(В/а)- --1,130+1,27 Е^и, г - 0,ьо

- для групи- Г Ц(В/а) —0,215+1,65 ^и, г - 0,50

де В - ширина вони активного прояву, м; .

а - амплітуда тектонічного порушення, м; •

з

и - енергія пружних деформацій, кДж/м; г - коефіціант кореляції.

Проведені дослідження показали, шр процес евільнення енергії пружних деформацій на ділянках виходів тектонічних порушень носить фрактальний характер і може бути описаний як аналог обмеженої дифузії агрегації (ОДА) в межах окремих кластерів для мало- і середньоамплітудних порушень і перко-

ляційної дифузії, яке витікав на границі кластерів для окремих гілок крупноамплітудішк регіональних порувені-.

І'ЛАЕЛ Б. ФРАКТАЛШЙ ХАРАКТЕР КРИВИХ ОСІДАННЯ П?};

ЗРУШЕННІ ГІРСЬКІЙ ПОРІД В СКОЛІ ГЕОЛОГІЧНИХ ПОРУШЕНЬ

Криві осідання еїга топопрофілі 89і.с!0ї і.;Е9рх!іі стали: вихідним матеріалом для визначення пвраштрів процесу еру-шоння. Аналіз фактичній: криви;: осідання в Донзцькому базейг:' пок"’-зав, Ер вони втрача; і квазіплааність, нзйуваюті. сеоє-рідііу порізаність. Присутній в профілях осідакнл елемент спотворення вертикального масштабу по відношенню до горизонтального визначаг їх як самоафінні фрактали. Вправ для визначення фрактальнаго вимірювання кркаої осідання отримало іс пропорці і:

де і - нахили, мм'м: ї\- осідання, мм; лх - інтервал зміни абсциси X , і,:.

В результаті досліджень встановлено, шр на ділянках не ускладнених тектонікою Ж не перебільшус величин 1.0021.004, ар дуке Слизько до топологічно і розмірності лінії на площині. В областях розвитку тектонічних порушень віділ-чаєтьг'ч слаба фрактальна поведінка кривих осідання езмноі поверхні ($ = 1,010 - 1,120). По мірі розвитку процс-су зрушення відмічається прогресуйте г5:льсош;л параметра з подальшою стабілізацією у мєу.зх деякого аначеикл. Зростаючим;

вначеннями фрактального вимірювання характеризуються криві осідання на ділянках плікативної порушності і літологічних контрастів. Це довволяз стверддувати, нр прояви вон восеред-лених деформацій на денній поверхні визначаються положенням на лише окремих поверхонь послабляння, але і вагальним характером осідання у ькжах еони впливу геологічної неоднорідності} фракгалъкиЯ аналіз підтверджуз дискретність процесу врупання.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

У дисертаційній роботі ровглядаються основні особливості і закономірності впливу геологічних факторів на зрушення вемної поверхні в умовах підробки гірського масиву. На осно-зі дослід»£ння особлиаостей геодинаміки району їв валученням експериментального моделювання і методів фрактальної геометрії дається нове рішення цієї проблеми;

Основні ревультати виконаних досліджень полягають у наступному: ■

1. Проведена оцінка основних геологічних факторів, які впливають на характер процесу зрушення, розроблена тиліьація тектонічних порушень за ступенем їх негативного впливу на підроблюваній території.

2. Ровроблено механізм реактиваціх розривних порушень і флгксурних складок при підробці. Встановлено, шр в районі розвитку флексуршіх складок уступоутворення приурочене до виходу на повархни лініг нульової кривизни при переході від синклінального елемента до змикаючого крила флексури.

3. Розроблено мате-матичну модель впливу літологічних

- гг -

відмінностей розрізу вугленосної товщі на проиесн зрушення гірських порід.

4. Доказано, що ширина еони активного прояву тектонічного порушення на денній поверхні при підробці гірничими роботами валакить не тільки від його параметрів, але і від розподілу енергії пружних деформацій в гірському масиві під впливом сучасного тектонічного поля напрудень. Встановлені кореляційні залежності, які дозволяють роар:.;:увати ширину активного прояву розривного порушення.

Б. Розроблено математичний апарат для розрахунку фрактал* чих характеристик рог ивішх порушень і кризих осідання в мул^дах врупення.

6. Побудовані карти розподілу енергії пружних деформацій (и) для Донецько-Мзкіївського району і проведено площад-не картування фрактального вимірювання (£)) регіональних розривів Донецького басейну в виділенням аномальної активності сучасних геодинамічних процесів, в тому числі, процесів зрушення.

Результати досліджень приведені стосовно умов Донецько- Макі ївського району Донецького басейну, однак, вони можуть бути використані для інших вугільних родовищ в аномальними геолого-тектонічними умовами (наприклад, Червсноар-мійському, Південно-Донбаському районах).

РОБОТИ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Майборода А. А. , Панова Е. А. , Шахноза В. М. Геологические признанії рзарьтних нарупешій, олределлхзрк зозш.'кновешіе сосредоточенных деформаїшй на подрабатываемых территориях

//Тэа. дсил. Зсгсоыэ. науч.-техн. cetcniapi "Пробл. стр.-ва сбьэктов угольной пром. -сти на подрабатываемых территориях". - Донецк, 1989. - С. 14. •

2. Сахнова а LC , ГЬпоей Е. А. Гзологичэскиз факторы, оп-редзялндиэ процесс сдвигания на подрйбатываеьмс территориях //Тев. докд. Всосоюа. коиф. "Геол.-гоофиз. исследованя при рвсэнии екологичзских подач".- Н. i 11вд. ПНИИС, 1991.-С. 30-31.

3. L.jchob.1 а И. , Панов EL Б. , Панова Е. А. Проявление анизотропии трещиноватости горных пород в геофизичесгаге и деформационных парамэтрах //Теэ. докл. 12 рабоч. засед. маркшейдерской [«эмиссии. - Донецк! Изд. УкрНШИ, 1992,- С. 39-40.

4. Азаров Н. Я., Шахнова В. U. , Панова Е. А. , Привалов

B. А. Анализ структурно-генетических неоднородностей угленосной толщи Донбасса и прогнозирование характера динамики развития деформационных процессов в подрабатываемых массивах //Там же. - С. 6-8.

Б. Привалов В. А., Панова Е. А., Булеев Е. И. Проблема реактивации тектонических нарушений в пределах застроенных территорий Донбасса //Охрана окружающей среды и рационадьноэ использование'природных ресурсов. - Донецк: ДПИ, 19S3. -

C. 116. ' ". .

6. Privalov V. А. , Panova Е. A. Field theory and fractal geometry, applied to prediction of deep basement faults // Trans. in3t. Minina and Mstallurgy (London),- 1993, p. 16-17.

7. Privalov V. A., Panova E. A. , Privalova N. A. The lnfluenoe of зигГаое subsidenoe due to undeground coalmining in the vicinity fault3 on modern mineragene3i3 in waste heaps //IMA'94 16 th Mseting, Piza,- 1994, p. 20.

8. Privalov V. A. , Panova E. A.. Field theory and fraotal

fson'stry applied tc pr-.-aiot ior: о* ЬоГ,гг>;п_ fault:? it.

relation with mineral izat) ся: trvs example c<" Donets Basin

//Congresar Еоопо:чіо Geology of th1-- Europe and beyond’91, Keyworth -ISSi, p. 2i ■

Frivalcv V. A. , Poriova E. A. The nature of еслaidant fault relationships //Int. !>i?etinf;: Bass ¡.ant Tectonics’ tb,

Potsab.'',. - 135-i, p. 1C.

10. Прквшюь I,. 0. . °1іапоь L. C. , Пайова C. / £лксристскк:і методу голографічної іотопружзоті мд;,іл»і.и:г.г. росло;:іj:;-’ snepri і npywsm д-ас-орньци': і:;-- прикладі До г^цькоі їьоью-го рвйоку lioiiGa^y) // Теь. до:.. ¡.¡і.чпзр. гво^іс. ко:іі'. "Лні-аатпапіп. ірактг-і";., ПроБлеми гегктігчного еосіооуган;;г''. -

ііз: Еад, Ійпвські;;: уіиьгрзгітвг, ігз-«.. - с. ЕЗ-ь

11. Йрішайзг І. 0. , Иаког Б. С. . Гіл:зги С. <ч. й-рачїадьна ге-о::етріг. с?г»сиа£ьк:;;: рогрипії £с:;ец:>:зго сиг//їьи

- б. GS-7C

12. їсиова 0. і.., Шивоазг Ь. 0. CjrarccwiKin': херактер іфішик ооідмшя прк cc-ycj rir.oiii:;::-: порід; і.чіексио гео.-ог і чіші наодноріЦнсютгЛ //Taw«, - С. 71-7І.

13. Кнгелвв К. II , І.'л.їоороди А. А. , Сгсітанкз Д. Е. , Ііано-Еа L. А. іі до. 1:зторі:чгоіи!г укадшгая по костлівснсі.^ reoj;:-го-гоофі:оичїоко«у к марка9<:дерсваі.іу прзгпсеу до&армаці:ії ееч-ной поЕгркноатк для вв^іти кодрабцтьоагиьк одшікй к сосруж— н::й ?Д, - <йд. УкрВІКі, Доі:2і^;, 1Є94. - 134а.

ANNOTATION

Panova С. A. Regularities of the influence of geological factors on mining subsidence displacement (by example of Donetsk-Make-evka areas of Donbass).

The dissertation is a type-script to receive a C. Sc. degree in geology by speciality 04.00.16 — geology, prospecting and exploration of solid fuel fossils; Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals of the NAS of Ukraine. Lviv, 1995.

Regularities of the influence of geological factors on subsidence displacement and geodynamics have been investigated. The mechanism of faults reactivation by mining subsidence was developed. The most hazardous areas were substantiated from the point of view of reactivation of the faults.

АННОТАЦИЯ

Панова E. А. Закономерности влияния геологических факторов па сдвижение земной поверхности в условиях подработки (на примере Донецко-Макеевского района Донбасса).

Диссертация является рукописью.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.16 — геология, поиски и разведка месторождений твердых горючих ископаемых; Ин-т геол. и геохим. горюч, ископаемых НАН Украины, Львов, 1995.

Исследованы закономерности влияния геологических факторов па процесс сдвижения и особенности геодинамики района. Разработан механизм реактивации тектонических нарушений при их подработке, обоснованы местоположения наиболее опасных районов и участков с точки зрения реактивации нарушений.

Ключові слова: геологічні фактори, зрушення, фрактальне вимірювання, пружні деформації.