авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Прогнозирование структуры шахтных полей восточного донбасса на основе анализа малоамплитудной тектонической нарушенности угольных пластов

-- [ Страница 2 ] --

Необходимость определения направления относительного перемещения крыльев разрывного смещения возникает в процессе анализа тектонического строения угольных бассейнов и месторождений и истории их геологического развития, а также в случаях решения сугубо практических задач, например, отыскания смещенного крыла угольного пласта в угольных шахтах. Помимо известных стратиграфических и тектонофизических способов восстановления кинематики разрывов, существенную помощь в решении таких задач может оказать геометрический анализ поверхностей их сместителей (рисунок 1).

Таким образом, предложенный автором метод геометрического анализа морфологии сместителей разрывных нарушений (Трощенко, 1977) предназначен для наиболее полного восстановления генетического типа разрывов, встреченных горными выработками шахт. В качестве инструмента для моделирования поверхностей сместителей применены стереографические проекции.

1 – плоские поверхности; 2 – простые криволинейные поверхности (а – сферические, б – цилиндрические, в – конические, г – эллипсоидальные, тороидальные, параболоидальные и т.п., o – o’ – ось вращения); 3 – сложные криволинейные поверхности (а – линейчатые или псевдоцилиндрические, б, в – сложные поверхности вращения, г – винтовые, д – коноидальные)

Рисунок 1 — Поверхности сместителей разрывных смещений и возможные направления относительного перемещения их крыльев с учетом некоторой пластической деформации пород (показаны стрелками)

Восстановление вектора смещения крыльев разрывов, встреченных горными выработками шахт, позволяет прогнозировать изменения параметров смещения по простиранию и падению сместителя на стадии эксплуатационной разведки.

Второе защищаемое положение. Установленный характер малоамплитудной тектонической нарушенности горно-породного массива определяет вещественно-структурные особенности шахтных полей, технологию вскрытия и условия отработки угольных пластов Восточного Донбасса.

В общем структурном плане Донецкого бассейна выделяется ряд нередко выраженных структурных зон, где рисунок складчатости осадочного чехла отражает сдвиговые смещения по разломам фундамента – зоны кулисообразной складчатости. Наиболее известная из таких зон прослеживается в ядре Горловской антиклинали (северо-западного замыкания Главной антиклинали Донбасса), где кулисообразно расположенные небольшие брахиантиклинали или «купола» демонстрируют типичную картину эшелонированной складчатости над разломом с правосторонним сдвиговым смещением крыльев (Осевой разлом). Сама Горловская антиклиналь вместе с расположенной северо-западнее Дружковско-Константиновской антиклиналью также образуют кулисовидный ряд, демонстрирующий изменение направления того же Осевого разлома. На границе Каменско-Гундоровского и Гуково-Зверевского районов прослеживается Лиховская зона кулисообразных складок, выделенная впервые Н.М. Максимовым (1974) и, по всей видимости, приуроченная к ещё одному субширотному разлому с правосторонним сдвиговым смещением крыльев. Эта зона прослеживается и далее на северо-запад, образуя протяженную структуру, названную И.А. Очеретенко Северной линейной антиклинальной зоной. Каскад субмеридиональных флексур Донецко-Макеевского района свидетельствует о смещении Зуевского купола в западном направлении по отношению к структурам, расположенным севернее, что подтверждает наличие правостороннего смещения по Осевому разлому. Кроме того, предполагается наличие значительной правосдвиговой составляющей смещения по некоторым субширотным надвигам северной окраины Донбасса. В общем, можно констатировать, что складчато-разрывная структура Донбасса несёт следы не только общего сжатия в субмеридиональном направлении, но также и общего правостороннего сдвига.

В структурно-геологическом отношении Донбасс представляет собой сложно построенную складчатую систему, где фиксируются зоны крупных линейных складок, мелкой складчатости, а западное замыкание носит характер относительно изометричных впадин, расположенных по обеим сторонам от Главной антиклинали, занимающей осевое положение в складчатой структуре бассейна, и носящих наименование Бахмутской (северная) и Кальмиус-Торецкой (южная) котловин.

В основу тектонического районирования Донецкого бассейна положено строение складчато-разрывных дислокаций основного, герцинского структурного этажа. Здесь были выделены следующие структурные зоны, различающиеся по морфологии и размерам складок (рисунок 2):

1. Центральная зона крупных линейных складок;

2. Восточная зона полной складчатости;

3. Северная линейная антиклинальная зона;

4. Обособленные брахисинклинали;

5. Северная межнадвиговая зона;

6. Южный грабен;

7. Зона поперечных флексур;

8. Западные стабильные депрессии.

В Восточном Донбассе присутствуют все перечисленные структурные зоны, за исключением двух последних.

Тектоническая структура допалеозойского фундамента определила общую локализацию Доно-Днепровского прогиба и Донецкого складчатого сооружения, однако разломная тектоника фундамента на большей частит территории бассейна не находит прямого отражения в структурах карбона. Твёрдо установленные конседиментационные тектонические структуры имеют ограниченное распространение только в юго-западных районах; на остальной территории бассейна складчатость и разрывы носят явно выраженный постседиментационный характер.

Тектонические структуры первого порядка (геотектонические элементы): А – Доно-Днепровский позднепалеозойский прогиб, Б – Украинский щит, В – Воронежская антеклиза. Тектонические структуры второго порядка (тектонические районы): I – Донецкое складчатое сооружение, II – Южно-Донбасская складчато-блоковая моноклиналь, III – Старобельско-Миллеровская моноклиналь, IV – Днепровско-Донецкая впадина, V – Приазовский массив, VI – Западно-Калмыцкое поднятие. Тектонические структуры третьего порядка (тектонические зоны): I.1 – Центральная зона крупных линейных складок, I.2 – Восточная зона мелких линейных складок, I.3 – Северная линейная антиклинальная зона, I.4 – обособленные брахисинклинали (Луганско-Краснодонская, Белокалитвенская, Краснодонецкая, Жирновская), I.5 – Северная межнадвиговая зона пологих складок, I.6 – Южный грабен, I.7 – Зона поперечных флексур (Ветковская, Чайкинская, Калиновская, Ясиновская), I.8 – Западные стабильные депрессии (Кальмиус-Торецкая и Бахмутская котловины), II.1 – Приднепровский структурный блок, II.2 – Павлоградская мелкоблоковая зона, II.3 – Самарская моноклиналь, II.4 – Красноармейская надразломная структура, II.5 – Волчанско-Кальмиусская складчато-блоковая зона. Границы: 1 – геотектонических элементов, 2 – тектонических районов, 3 – тектонических зон

Рисунок 2 — Схема тектонического районирования Донбасса, по И.А. Очеретенко и др. (Структурная геология Донецкого бассейна, 1985)

Тектоника мезозойских осадочных образований частично наследует структурный план карбона, однако интенсивность складчатых дислокаций и амплитуды разрывов здесь значительно ниже. И, наконец, кайнозойские осадки, включая четвертичные, подверглись только слабым дислокациям платформенного типа.

Угольные пласты Донбасса относятся к категории тонких и весьма тонких, что предопределяет значительную зависимость условий эксплуатации от малоамплитудной тектонической нарушенности. В пределах Восточного Донбасса 21 угольный пласт характеризуется колебаниями мощности в пределах 0,6 – 1,0 м и только 9 пластов достигают мощности свыше 1 м; максимальная мощность пластов – 1,9 м. Бльшая часть территории Восточного Донбасса относится к районам распространения антрацитов, и только на севере, в Каменско-Гундоровском, Белокалитвенском и Тацинском угленосных районах, а также за пределами складчатого Донбасса, в Миллеровском районе распространены угли более низких групп метаморфизма.

Одним из важнейших факторов, определяющих промышленную ценность объекта разведки, наряду с величиной запасов, мощностью угольных пластов, качеством угля и т.п. является тектоническое строение угольных месторождений. При этом следует отметить, что повышение уровня механизации угледобычи приводит к ужесточению требований угольной промышленности к тектоническому строению шахтных полей. Частые переходы даже небольших разрывных нарушений приводят к повышению аварийности оборудования, потерям добычи, потерям угля в брошенных целиках, росту таких отрицательных показателей, как себестоимость угля, его зольность, метраж подготовительных выработок на 1000 т добычи, к снижению производительности труда, ухудшению условий безопасности труда, а для особо тонких и крутопадающих пластов механизированные комплексы вообще не разработаны. Разрывные нарушения, помимо всего прочего, часто являются каналами поступления в горные выработки повышенных притоков и прорывов воды, суфлярных выделений газа и т.п. Особенно неблагоприятные последствия сопровождают неожиданную встречу разрыва очистным забоем, когда отсутствует возможность заблаговременной подготовки новой лавы и вспомогательных выработок для перевода механизмов в новый забой, в связи с чем повышаются требования к изученности тектонической нарушенности шахтных полей на макро-, мезо-, и микроуровне.

Необходимо заметить, что морфология малоамплитудных разрывов и их вещественные характеристики во многом определяются литологическим составом и степенью литификации углевмещающей толщи. Так, угли средних марок обычно имеют более низкие прочностные характеристики, чем вмещающие породы, в то время как антрациты по сопротивлению деформации приближаются к боковым породам, а на самых низких стадиях углефикации (марки Д-Г и ДБ) вмещающие породы порой оказываются менее прочными, чем уголь. Это определяет различия в морфологии образующихся малоамплитудных нарушений, особенно внутрипластовых, которые отличаются наибольшим разнообразием форм именно на участках с углями средних марок (межслоевое проскальзывание при складкообразовании концентрируется в пластах или даже отдельных пачках углей, выполняющих роль своеобразной «смазки». Особо следует отметить такой тип нарушений как расштыбование (горный термин, означающий тонкую дезинтеграцию углей). Для углей средних марок зоны расштыбования представляют опасность в связи с приуроченностью внезапных выбросов угля и газа, но иногда играют и положительную роль, облегчая процессы очистной выемки, для антрацитов же штыбы представляют наименее ценную фракцию, не находившую сбыта до второй половины 20 века.

В трещинах сместителей разрывов скалывания обнаруживается присутствие минеральных новообразований – хлорита, мусковита, иногда каолинита, которые можно считать стресс-минералами, продуктов дислокационного метаморфизма – глинок трения, милонитов, катаклазитов, особых форм шестоватого кальцита, в антрацитовых районах – кварца. Для трещин сместителей разрывов отрыва характерно жильное заполнение или инкрустация стенок кальцитом, сидеритом, анкеритом, арагонитом, в антрацитовых районах – обычно кварцем, иногда с примесью сульфидов. Вообще же рудная минерализация для Донбасса мало актуальна. Можно назвать ртутно-сурьмяное рудное поле Никитовки, незначительные полиметаллические проявления Нагольного кряжа, золоторудное Керчикское месторождение.

Соответственно разрывы скалывания обычно служат экранами для подземных вод, газов и других флюидов, а разрывы отрыва являются каналами, связывающими водоносные и газоносные коллекторы между собой и с выработанным пространством.

Внутрипластовые тектонические нарушения почти всегда оказывают отрицательное влияние на эффективность угледобычи. Они приводят к формированию «ложной кровли», вывалам кровли, сопровождаются расштыбованием угля, что является отрицательной качественной характеристикой, особенно для антрацитов, изменениями мощности пласта, также осложняющими ведение очистных работ, способствуют флюидизации раздробленного угля, приводящей к внезапным выбросам угля и газа.

Пликативная нарушенность угольных пластов оказывает меньшее влияние на добычу угля. Резкие изменения угла падения пласта отрицательно сказываются на условиях работы забойных конвейеров и механизированной крепи. Иногда пликативные осложнения влияют и на обводнённость очистных забоев.

Существенное значение имеет также ориентировка и густота трещин отдельности угля и пород кровли («кливажа»).

Кроме того, влияние тектоники сказывается не только прямым образом. Существуют глубокие связи угленосности отложений, газоносности, водообильности пород и углей, их метаморфизма с тектоническими структурами.

Следует ожидать, что появление в будущем новых технических средств добычи угля, в том числе безлюдной выемки и геотехнологий приведёт к необходимости переоценки степени влияния малоамплитудной тектоники на эффективность этих средств.

Малоамплитудная тектоническая нарушенность является осложняющим фактором также и при разведке угольных месторождений. Будучи встречены скважинами при бурении, малоамплитудные разрывы и складки не только вызывают такие осложнения, как потеря промывочной жидкости, заклинивание бурового снаряда, снижение выхода керна и аварийность, но и вынуждают изменять методику разведки, затрачивать дополнительные средства на детализационные работы.

Третье защищаемое положение. Показано, что наиболее сложнодислоцированные участки шахтных полей приурочены к зонам кулисообразной складчатости, сформированным под воздействием горизонтальных смещений по разломам кристаллического фундамента.

Согласно установившейся традиции в разведке, все складки и разрывные смещения Донбасса целесообразно разделить по размерам на три количественные группы: крупно-, малоамплитудные, и внутрипластовые. В настоящей работе предметом рассмотрения являются две последние группы. Под общим названием «малоамплитудные пликативные и дизъюнктивные дислокации» принято объединять местные элементарные структурные формы, представляющие дисгармоничную дислокацию угленосной толщи под действием местных тектонических напряжений, возникающих в деформируемой слоистой толще в процессе формирования более крупных элементов тектоники.

Морфогенетическая классификация малоамплитудных тектонических нарушений слоистых угленосных толщ произведена на основе анализа геометрических форм малоамплитудных тектонических нарушений, их пространственной ориентировки относительно основных складчатых и разрывных структур, для чего был привлечен весь доступный фактический материал, накопленный службой шахтной геологии Донбасса, а также собственные структурные наблюдения в горных выработках действующих шахт и поверхностных обнажениях.

Складчатое сооружение Донбасса осложнено большим количеством разрывных нарушений. Среди последних выделяется класс надвигов (местное название) – наиболее значительных по амплитуде и протяжённости разрывов взбросового типа, основное количество которых развито в северной части бассейна, в том числе надвиги, разграничивающие собственно Донецкое складчатое сооружение и нескладчатый платформенный склон – Старобельско-Миллеровскую моноклиналь. Считалось, что надвиги имеют ту же природу, что и разломы кристаллического фундамента, являясь их продолжением в осадочной толще. В процессе изучения тектоники бассейна были проведены специальные исследования, имевшие целью установление действительной природы этих разрывов. Во всех случаях было выявлено выполаживание сместителей надвигов на глубину, иногда на очень небольших глубинах (рисунок 3), с одновременным убыванием их стратиграфической амплитуды, что дало основание считать надвиги дислокациями, связанными с процессом складкообразования (соскладчатыми), в отличие от крупных сбросов. В процессе работ на территории Алмазно-Марьевского района нами было установлено, что представление о Северодонецком надвиге как крупной протяжённой разломной структуре, ограничивающей Донецкое складчатое сооружение на севере, является ошибочным. Установленный в Лисичанском геолого-промышленном районе, этот крупный (амплитуда 1500м) надвиг трассировался вдоль всей северной окраины бассейна. В действительности же оказалось, что этот разрыв развит в северном крыле поднятия, образуемого группой Лисичанских куполов, и не имеет продолжения на востоке в соседнем Алмазно-Марьевском районе.


1 – известняки, 2 – угольные пласты, 3 – горные выработки (отработанные участки угольных пластов показаны жирной линией), 4 – надвиги, 5 – кайнозойские покровные отложения. Заметна дисгармоничная дислокация слоёв пород в лежачем крыле Горняцкого надвига

Рисунок 3 — Выполаживание и затухание на небольших глубинах Горняцкого надвига, Белокалитвенский промышленный район

Была также уточнена морфология Ильичёвского надвига, которому приписывалась складчатая форма сместителя, на основании чего он считался древним, образованным до формирования складок Алмазного синклинория. Нами было установлено, что под названием «Ильичёвский надвиг» описывался ряд самостоятельных разрывных нарушений, искусственно объединённых в одну якобы складчатую поверхность сместителя.

Примеры взаимного пересечения разрывных смещений в угольных бассейнах достаточно редки. Одним из таких примеров было принято считать пересечение со смещением субширотного Мушкетовского надвига (Донецко-Макеевский геолого-промышленный район) тремя субмеридиональными надвигами: Французским, Калининским и Первомайским, которые на этом основании считались более молодыми. Геометрический анализ показал, что направления векторов смещения Мушкетовского надвига по субмеридиональным надвигам не совпадают, вплоть до противоположного направления, с направлением смещения угольных пластов, векторы которого определяются по смещению границ марочного состава углей, что заставляет предположить, что Мушкетовский надвиг (рисунок 4) в действительности представляет собой не единое нарушение, а четыре самостоятельных разрыва, образовавшихся после субмеридиональных надвигов в разобщённых последними блоках угленосной толщи (Трощенко, 1982).

1 – сместитель Мушкетовского надвига; 2 – прочие надвиги (1 – Французский, 2 – Калининский, 3 – Первомайский); 3 – малоамплитудные разрывные смещения; 4 – угольный пласт h7 (по данным маркшейдерских съёмок). Цифрами у стрелок показаны угол падения сместителей надвигов (град.) и стратиграфическая амплитуда (м)

Рисунок 4 — Перекрещивающиеся надвиги: план-срез на уровне – 200 м



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.