Регрессивные процессы в горных породах
Представлены результаты исследований процессов гипергенеза в метаморфических породах Криворожского железорудного бассейна. Показано закономерное изменение пористости и прочности пород с глубиной. Установлено, что изменение условий залегания пород приводит к изменению их свойств и состояния....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54297 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Регрессивные процессы в горных породах / В.А. Баранов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 129-138. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54297 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-542972014-01-31T03:13:56Z Регрессивные процессы в горных породах Баранов, В.А. Представлены результаты исследований процессов гипергенеза в метаморфических породах Криворожского железорудного бассейна. Показано закономерное изменение пористости и прочности пород с глубиной. Установлено, что изменение условий залегания пород приводит к изменению их свойств и состояния. The results of researches of processes of gypergenezis in the metamorphical breeds of the Kryvoj Rog iron-ore pool are represented. The appropriate change of porosity and durability of breeds with a depth is shown. It is set that the change of terms of bedding of breeds causes change of their properties and state. 2012 Article Регрессивные процессы в горных породах / В.А. Баранов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 129-138. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54297 552.12.08:622.013.3 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Представлены результаты исследований процессов гипергенеза в метаморфических породах Криворожского железорудного бассейна. Показано закономерное изменение пористости и прочности пород с глубиной. Установлено, что изменение условий залегания пород приводит к изменению их свойств и состояния. |
| format |
Article |
| author |
Баранов, В.А. |
| spellingShingle |
Баранов, В.А. Регрессивные процессы в горных породах Геотехническая механика |
| author_facet |
Баранов, В.А. |
| author_sort |
Баранов, В.А. |
| title |
Регрессивные процессы в горных породах |
| title_short |
Регрессивные процессы в горных породах |
| title_full |
Регрессивные процессы в горных породах |
| title_fullStr |
Регрессивные процессы в горных породах |
| title_full_unstemmed |
Регрессивные процессы в горных породах |
| title_sort |
регрессивные процессы в горных породах |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54297 |
| citation_txt |
Регрессивные процессы в горных породах / В.А. Баранов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 129-138. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT baranovva regressivnyeprocessyvgornyhporodah |
| first_indexed |
2025-07-05T05:39:15Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:39:15Z |
| _version_ |
1836784242200150016 |
| fulltext |
129
что с уменьшением диаметра скважины для нарезания щели dскв. угол β может
увеличиваться до 150º, а при увеличении диаметра скважины может умень-
шаться до 120º. Причем, с увеличением угла β, диаметр прорезаемой щели и
ход поршня, подающего резец, увеличиваются. Кроме того, из таблицы видно,
что формулы (2), (3) могут применятся для расчета параметров щелеобразова-
теля, когда угол поворота головки державки β составляет величину в пределах
135-150º, а формулы (4), (7) могут применятся для расчета, когда угол β состав-
ляет величину в пределах 120-135º.
В результате теоретических исследований можно сделать следующие выво-
ды:
1. В зависимости от величины угла поворота державки резца β может быть
применена одна из трех предложенных методик : а) при β>135º; б) при β<135º;
в) при β=135º.
2. Достоверность расчетов по формулам, полученным в результате теорети-
ческих исследований составляет 100% и подтверждена практическими расчета-
ми, проведенными по разработанной технической документации на щелеобра-
зователи для скважины диаметрами 45 и 93мм и прочерчиванием разработан-
ной конструкции щелеобразователя. Выше приведен пример расчета некоторых
технических показателей щелеобразователя ОЩ-45.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Семенов, Ю.А. Управление труднообрушаемыми кровлями методом передового торпедирования / Ю.А.
Семенов, М.М. Мукушев // Экспресс-информ. – ЦНИЭИуголь. – М., 1980г.
2. Кочетов, Г.Н. Гидрообработка породного массива / Г.Н. Кочетов А.Н. Осипов // Новые методы
разупрочнения труднобрушаемых кровель на угольных шахтах. – М.: Недра, 1979г. – 204с.
3. Гидромикроторпедирование основной кровли / Л.М. Гусельников, В.П. Шишкин [и др.] – М.: Недра,
1979г. – 204с.
4. Леконцев, Ю.М. Применение метода направленного гидроразрыва на шахте «Березовская» / Ю.М. Ле-
концев, П.В. Сажин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2008. - №3. – С. 34-
40.
5. Черных, С.С. Справочник по машиностроению / С.С. Черных. - Т 1. – М.: Машгиз, 1963г. – 734с.
УДК 552.12.08:622.013.3
Д-р геол. наук В.А. Баранов
(ИГТМ НАН Украины)
РЕГРЕССИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Представлены результаты исследований процессов гипергенеза в метаморфических по-
родах Криворожского железорудного бассейна. Показано закономерное изменение пористо-
сти и прочности пород с глубиной. Установлено, что изменение условий залегания пород
приводит к изменению их свойств и состояния.
REGRESSIVE PROCESSES IN MOUNTAIN BREEDS
The results of researches of processes of gypergenezis in the metamorphical breeds of the
Kryvoj Rog iron-ore pool are represented. The appropriate change of porosity and durability of
breeds with a depth is shown. It is set that the change of terms of bedding of breeds causes change
of their properties and state.
Вторая половина ХХ-го века ознаменовалась значительными объемами гео-
логических и горных работ, а также глубокого бурения в разных странах и в
разных породах. Ресурсы любой страны определяют ее промышленный потен-
130
циал и стратегию развития, особенно энергетические ресурсы, без чего совре-
менное развитие страны невозможно. Украина входит в первую десятку стран
по обеспеченности рудным, нерудным и энергетическим сырьем.
По данным государственной геологической службы [1], недра нашей рес-
публики богаты минерально-сырьевыми ресурсами (около 100 видов промыш-
ленно значимых полезных ископаемых) и она занимает достойное место в де-
сятке наиболее богатых стран мира по геологическим запасам, ресурсам и раз-
нообразию минерального сырья, опережая даже США.
Это, как говорится, хорошая новость, а плохая заключается в том, что нужно
еще суметь правильно распорядится этими ресурсами. В работе [2], автор
наглядно демонстрирует, до чего может довести бездумное использование та-
кого значительного потенциала, как разработка уникальной сырьевой базы же-
лезных руд наибольшего в мире Криворожского бассейна. Добыча этих руд
начата с конца XIX века несколькими десятками шахт и карьеров. На совре-
менном этапе по объемам добычи указанного полезного ископаемого Украина
занимает одно из ведущих мест в мире после Китая, Бразилии, России, Австра-
лии и некоторых других. Производство чугуна и стали составляет около 4 % от
мирового.
По состоянию на 2002 г общие ресурсы железных руд на Украине достигают
18 % мировых ресурсов - второе место после России. Разведанные запасы же-
лезных руд в Украине составляли 32, а подтвержденные - 28 млрд т, или 6 %
мировых запасов. Преобладают в основном железистые кварциты (джеспили-
ты), особенно магнетитовые, с относительно невысоким содержанием железа
(26 – 35 %), богатые руды (50 – 62 % железа) составляют около 7 % общих за-
пасов железных руд Украины [3].
Криворожский бассейн представляет собой полосу железистых пород ши-
риной от 2 до 7 км, которые протягиваются субмеридионально более чем на 100
км. Он расположен в пределах Украинского щита, в Криворожско-
Кременчугской структурно-металлогенической зоне, для которой характерно
развитие таких формаций как: джеспилитовая, кремнисто-сланцевая, метаанде-
зит-базальтовая.
Джеспилитовая формации представлена богатыми железных рудами и ру-
дами, которые нуждаются в обогащении (железистые кварциты). Среди бога-
тых руд генетическими типами являются метаморфические руды, которые обо-
гащены в зоне гипергенеза. К приведенному типу принадлежит около 85 % бо-
гатых руд бассейна. Джеспилиты приурочены главным образом к саксаганской
свите, которая состоит из семи горизонтов железистых кварцитов и кварцито-
сланцев общей мощностью до 1500 м, которые чередуются, временами слива-
ются и выклиниваются. Рудные тела имеют пластовую, столбовую, гнездовую,
штокоподобную формы.
Железистые кварциты, содержащие 30-45 % железа, разделяются на не
окисленные (магнетит, железо-слюдково-магнетитовые, силикат-магнетитовые)
и окисленные (мартитовые, железо-слюдково-мартитовые, гетит-гидрогетит-
мартитовые). Месторождения легкообогатимых не окисленных кварцитов при-
урочены к замкам и крыльям складчатых структур, к зонам поперечной дефор-
131
мации пород. На кварцитах развита площадная вторичная (по устаревшим дан-
ным глубиной до 100 м) и линейная первичная (глубиной до 2000-2500 м и
больше) зоны окисленности.
Проблеме происхождения и условий образования докембрийских джеспили-
товых формаций посвятили свои работы многие отечественные и зарубежные
специалисты, но серьезно обоснованной на сегодняшний день следует считать
только гипотезу о первично-осадочном происхождении железистых кварцитов
из преимущественно хемогенных осадочных пород в результате последующего
метаморфизма [4-7].
Детальные наблюдения показывают сложный и многообразный характер
ныне наблюдаемой слоистости железистых пород. В их текстурном рисунке до-
статочно ясно отразились как первичные условия образования осадков, так и
процессы их эпигенеза, метасоматического замещения, гипергенеза, диафторе-
за. Приведенные термины отражают процессы формирования и преобразования
метаморфических пород под действием меняющихся термобарических условий.
Актуальность данной темы состоит в том, что приведенные процессы суще-
ственно влияют на свойства и состояние руд и вмещающих их пород, не учиты-
вающиеся в нужном объеме на горных предприятиях.
Анализ физико-механических свойств пород и руд на шахтах Кривбасса –
Центральная, Октябрьская, Юбилейная, «им. В.И. Ленина», показал, что основ-
ные залежи характеризуются пределом прочности руд на сжатие от 30 до 180 МПа
и вмещающих пород – от 40 до 210 МПа. При этом руды распределяются следую-
щим образом: 80-100 МПа – 65 %; 30-70 МПа – 18 % и 120-180 МПа – 17 %. Вися-
чий бок рудных залежей представлен породами прочностью 60-100 (79 %), 110-190
МПа (18 %) и 40-50 МПа (3 %). Лежачий бок залежей представлен породами проч-
ностью 160-180 МПа (80 %), 70-150 МПа (15 %) и 190-210 МПа (5 %). Объемный
вес руд изменяется от 2,65 до 3,76 Г/см
3
и вмещающих пород от 1,8 до 2,8 Г/см
3
.
Граничные пределы изменения физико-механических свойств очерчивают пределы
вышеупомянутых параметров при теоретических и лабораторных исследованиях
[4].
Отсюда видно, что породы лежачего блока, часто в полтора-два раза прочнее.
Это может быть объяснено тектоническими подвижками пород в висячих крыльях
рудных залежей, но поскольку прочность бывает ниже и в лежачих боках, логично
предположить уменьшение прочности в подвижном боке, который может быть и
висячим, и лежачим (табл. 1).
Выполненный анализ указал на приуроченность рыхлых, слабоустойчивых по-
род к торцевым частям залежей, а также к лежачим и висячим бокам залежей. По-
добная ситуация, вероятнее всего, складывалась следующим образом. В джеспили-
тах формировались тектонически нарушенные зоны, которые кроме повышенной
пористости характеризовались повышенным электрическим потенциалом, способ-
ствовавшим метасоматическому перемещению соединений железа в эти зоны [4-9].
Таким образом, формировались рудные столбы, залежи, которые в объеме отража-
ют контур тектонически нарушенных зон.
Таблица 1 - Прочность руд и пород в висячих и лежачих боках залежей
132
Название залежи Прочность в вися-
чем боке, МПа
Прочность в лежачем
боке, МПа
Залежь Восточного крыла 90 60
Залежь шахты «Октябрьская» 35 70
Залежь «Главная» 150 65
Залежь «Главная-висячая пачка» 80 150
Залежь «8П» 165 40
Залежь «8П» 170 120
Залежи на шахте «Октябрьская» 35 80
Залежь на шахте «Юбилейная» 115 70
Из приведенных результатов следует, что прочность пород и руд изменяется
в очень широких пределах: от 10 до 200 и более МПа, такой широкий разброс
данных требует учета в проведении дальнейших горных, взрывных и обогати-
тельных работ.
Пористость джеспилита уменьшается с увеличением глубины его залегания.
Для джеспилитов пористость в основном зависит от степени выщелачивания.
Величина пористости джеспилита (она изменяется от долей до 25-30 %) оказы-
вает влияние на механические свойства (табл. 2,3). На основе анализа пористо-
сти и крепости установлено, что прочность пород, обладающих пористостью до
10 %, зависит, в основном, от минералогического состава этих пород. В поро-
дах с пористостью от 10 до 25 % прочность зависит как от минералогического
состава, так и от пористости, при повышении пористости до 30 % и выше проч-
ность в основном зависит от пористости [10].
В таблице 3 представлены данные изменения предела прочности на сжатие в
зависимости от физического состояния породы. Частично или сильно выщело-
ченные породы обладают минимальной прочностью, а перепад указанных зна-
чений составляет, примерно, порядок (в десять раз).
Таблица 2 - Пределы колебаний удельного, объемного веса и пористости джеспилита [4]
Название поро-
ды
Удельный вес γ,
Г/см
3
Объемный вес γоб,
Г/см
3
Пористость Кпор,
%
от до от до от до
Джеспилит 3,28 3,86 2,65 3,76 0,71 25,0
Таблица 3 - Прочность джеспилитов на сжатие в зависимости от физического состояния
породы [4]
Физическое состояние
Джеспилитов
Количество
определений
Прочность на
сжатие σ, МПа
Среднее,
МПа
Неизмененные 125 205 – 478 267
Окварцованные 150 110 – 295 146
Частично выщелоченные 85 51 – 97 82
Сильно выщелоченные 25 4 – 50 23
Ранее [11] был сделан вывод о том, что при катагенетических изменениях
преобразуются составляющие цементирующей массы, а это, в конечном счете,
и влияет на прочностные характеристики песчаников. Ведь прочность кварца,
133
как в раннем, так и в позднем катагенезе, практически не меняется. Таким обра-
зом, минералогия цемента и его трансформация в катагенезе, ответственны за
прочностные характеристики исследованных пород. Для метаморфических по-
род указанный вывод, вероятно, будет аналогичен. Трансформация минералов
цемента при изменении условий (глубины залегания, гипергенезе, диафторезе и
др.), будет основным фактором изменения свойств пород.
Максимальные значения объемной плотности для условий позднего катаге-
неза угленосных отложений Донбасса, составляют 2,7-2,75 т/м
3
(для ангидритов
значения могут доходить до 2,9 т/м
3
) . В табл. 1 подобные значения для мета-
морфических пород Кривбасса составляют 2,65-3,76 т/м
3
. Эти данные хорошо
показывают последовательность перехода значений плотности осадочных по-
род, в метаморфические.
Таким образом, значения объемной плотности осадочных и метаморфиче-
ских пород имеют пределы от 1 до 3,8 т/м
3
. Единица здесь является начальной
плотностью пелитовых седиментогенных отложений в водной среде, когда по-
ристость достигает 90 и более %. Это придонная взвесь, располагающаяся в ин-
тервале от нескольких см, до нескольких десятков см. В районе значений 2,0-
2,2 т/м
3
, осадок трансформируется в осадочную породу. Иными словами, глина
превращается в аргиллит, песок – в песчаник, алеврит – в алевролит и т.д. Если
продолжить эту последовательность, то в районе значений 2,7-2,9 т/м
3
, осадоч-
ная порода поздней степени катагенеза трансформируется в метаморфическую.
Такие примеры являются фактическим доказательством существования своеоб-
разных структурных скачков в природе, когда порода, достигнув определенного
уровня термобарических условий, трансформируется в другое состояние, обыч-
но сопровождающееся изменениями структуры, минералогического состава и
свойств [12].
Появление выбросоопасности песчаников в угольных шахтах на границе
раннего и среднего катагенеза, а потом аннигиляция этого газодинамического
явления на границе среднего и позднего катагенеза, убедительное подтвержде-
ние структурирования пород, которое происходит не только в литогенезе. На
рис. 1 приведен график, подтверждающий сказанное.
С определенной степенью достоверности, можно предположить, что для ис-
следованных пород, на глубине около 2 км произошел структурный скачок, ко-
торый «перевел» породу из зоны среднего в зону позднего катагенеза [13-14].
В результате этого «скачка» порода осталась осадочной, но коллекторские
свойства ее изменились, текстура стало более плотной, массивной, структура –
более однородной. Значения коэффициента вариации основных показателей
данной породы, стали меньше, стабильнее. Для осадочных пород пористость
фактически является следствием уплотнения и от стадии седиментогенеза до
стадии позднего катагенеза изменяется примерно на два порядка (от 60-90 % до
0,6-0,9 %). Минимальная пористость для отложений позднего катагенеза в рай-
оне развития антрацитов составляет, примерно 1-3 %.
134
Рис. 1 - График, показывающий изменение пористости с глубиной, со структурным
скачком, на глубине около 2 км
Примерно такая же пористость наблюдается для метаморфических отложе-
ний архея и протерозоя, представленная на графике рисунка 2 и в табл. 4, по
данным сверхглубокой скважины Кривбасса [15]. Здесь изменение пористости
от 0,5 до 3 %, по нашему мнению, вызвано процессами метасоматоза, диафто-
реза, тектонических воздействий, по разному отразившихся на разных страти-
графических горизонтах. Иными словами, уплотнение пород, характерное для
осадочных отложений, в метаморфических породах практически не происхо-
дит, а на первое место выходят процессы структурных преобразований веще-
ства под действием меняющихся условий. Интересные результаты на данную
тему приведены в работе И.И. Танатара [16], в таблице 17, где есть результаты
изменения объема (увеличение и уменьшение) в разных минералах на стадиях
катагенеза и метаморфизма.
График изменения средних значений пористости в
стратиграфических горизонтах сверху вниз
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
P
R
1g
l1
P
R
1g
l1
P
R
1g
l1
P
R
1g
d2
P
R
1g
d2
P
R
1g
d1
P
R
1s
x1
P
R
1n
k2
P
R
1n
k1
A
R
3-
PR
1
A
R
3i
n
A
R
3i
n
A
R
3i
n
A
R
3i
n
Стратиграфические горизонты
П
о
р
и
ст
о
ст
ь,
%
Рис. 2 - График изменения пористости в породах разных стратиграфических горизонтов
Кривбасса [15]
Изменение пористости с глубиной для глинистых пород-
покрышек (Абдурахманов К.А. и др., 1974)
0
5
10
15
20
25
650 980 1800 2600 3700
Глубина, м
П
о
р
и
с
т
о
с
т
ь
о
т
к
р
ы
т
а
я
,
%
135
Таблица 4 - Результаты определения открытой пористости пород Кривбасса на больших
глубинах [15]
№
п/
п
Глубина от-
бора проб, м
Петротипы Порис-
тость, %
ІІримечания
1 3000 Бластокатаклазиты плагиогранитоидов
0,92 Образцы высушены
при t° 80°С в тече-
ние 3-х суток и
насыщены дистил-
лированной водой
на протяжении 7 су-
ток
2 3200 0,38
3 3300 0,62
4 3400 Хлоритизированные плагиограниты 1,48
5 3620-3648 Плагиограниты милонитизированные,
Среднезернистые
0,91,
6 0,61
7 3912 Плагиограниты катаклазированные,
Альбитизированные
0,24
8 4005 Плагиограниты катаклазированные, аль-
битизированные, карбонатизированные
0,73
Таким образом, разные минералы, «приспосабливаясь» к меняющимся усло-
виям, трансформируются в новые структурные формы, более устойчивые, ста-
бильные, но для определенных термобарических параметров.
На рис. 3 приведен график изменения пористости для отложений Кривбасса
на верхних горизонтах и на больших глубинах. Так, для верхних горизонтов
пористость меняется от 2-3 % до 25 % и более, тогда как для нижних горизон-
тов или больших глубин (более 2-х км) пористость редко выходит за пределы 1
% и отличается выдержанностью и стабильностью. Таким образом, указанные
процессы метасоматоза и диафтореза, связанные с массопереносом, характерны
для приповерхностной зоны и реализуются, в основном, на глубинах до 500-600
м. Эти глубины, в общем, согласуются с зоной газового выветривания для оса-
дочных пород Донбасса [17].
График уменьшения пористости с глубиной в
Криворожской сверхглубокой скважине
y = -0,2363x + 15,619
R2 = 0,1785
0
5
10
15
20
25
30
12
3
12
3
12
3
34
0
34
0
34
0
40
0
40
0
43
7
43
7
43
7
44
7
44
7
32
00
36
30
40
05
Глубина, м
П
о
р
и
ст
о
ст
ь,
%
Рис. 3 - График изменения пористости в отложениях Кривбасса по данным исследований
пород в Криворожской сверхглубокой скважине [15]
136
Если рассмотреть правую часть вышеприведенного графика более детально
(рис. 4), то можно отметить относительно существенные изменения значений
пористости и на больших глубинах (разница значений примерно в 3 раза).
Здесь, на стратиграфической глубине 500-3000 м, произошел структурный ска-
чок, но на какой точно глубине, мы не можем ответить однозначно, нужны до-
полнительные исследования свойств пород.
Пористость гранитоидов на больших глубинах по
данным Криворожской глубокой скважины
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
3000 3200 3300 3400 3630 3640 3912 4005
Глубина, м
П
о
р
и
с
т
о
с
т
ь
,
%
Рис. 4 - График значений пористости пород на больших глубинах, по данным исследова-
ния керна сверхглубокой криворожской скважины [15]
Однако, по сравнению с перепадами значений пористости на верхних гори-
зонтах (разница примерно на порядок), на больших глубинах пористость
намного более выдержана и имеет существенно более низкую вариацию. Дан-
ный пример наглядно демонстрирует относительность получаемых результатов
и показывает необходимость сравнивания сопоставимых по свойствам характе-
ристик исследуемых пород.
Указанный перепад свойств железистых кварцитов, в первую очередь пори-
стости и прочности, необходимо учитывать при проведении горных и взрывных
работ. Обращает внимание определенная цикличность изменения свойств по-
род, представленная на рис. 3. Приведенный результат вероятнее всего харак-
теризует разную степень проницаемости пород, влияющую на объемы выщела-
чивания и диафторез, но для подтверждения этой теоретической посылки нуж-
ны дополнительные минералогические исследования с точной привязкой к
стратиграфическим горизонтам.
На рис. 5 представлен график изменения значений предела прочности на
сжатие для осадочных пород Донбасса. На данном графике представлены сред-
ние значения прочности осадочных пород в разных районах указанного регио-
на, а в статье [18], представлены фактические результаты, согласно которым,
примерные значения прочности перехода осадков в осадочные породы состав-
ляют 4-5 МПа. Если средняя плотность песка равна примерно 2,0–2,5 Г/см
3
, то
средняя плотность песчаников равна примерно 2,6-2,7 Г/см
3
, а средняя плот-
ность кварцитов, примерно 2,9-3,0 Г/см
3
(в системе СГС) [9].
137
Распределение средних значений предела прочности на
сжатие (МПа) для Донбасса (средний катагенез)
0
50
100
150
1 2 3 4 5 6
Геологопромышленные районы Донбасса: 1 - Новомосковский;
2 - Павлоградско- Петропавловский; 3- Красноармейский;
4 - Центральный; 5 - Краснодонский; 6 - Алмазный
П
р
о
ч
н
о
ст
ь
н
а
сж
ат
и
е,
М
П
а
Рис. 5 - График распределения средних значений прочности в отложениях среднего
катагенеза разных геолого-промышленных районов Донбасса
Предел прочности на сжатие для осадочных пород (на примере песчаников)
достигает 120-150 МПа, а для метаморфических эти значения более высокие.
Но в зоне гипергенеза (до 500-600 м и ниже) перепад значений предела прочно-
сти может изменяться в 2-3 раза, что показано на рис. 6.
График значений предела прочности на сжатие
Криворожских руд и пород на разных глубинах, кг/см2
y = -5,8624x + 1164,4
R2 = 0,0154
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
36
0
62
0
94
0
10
10
10
70
11
90
12
30
13
80
15
10
18
80
Глубина, м
П
р
е
д
е
л
ы
п
р
о
ч
н
о
с
т
и
н
а
о
д
н
о
о
с
н
о
е
с
ж
а
т
и
е
,
к
г/
с
м
2
Рис. 6 - График изменения значений предела прочности на сжатие для
Криворожских кварцитов на глубину до 2 км
Прочность на вышеприведенном графике увеличивается с глубиной очень
незначительно, что указывает на значительные глубины диафтореза и метасо-
матоза в метаморфических породах.
Таким образом, как в осадочных, так и в метаморфических отложениях
установлена сопоставимая по мощности зона гипергенеза, составляющая при-
мерно 500-600 м для субгоризонтальных образований. В тех случаях, когда ука-
занные отложения под действием тектонических напряжений трансформирова-
лись в субвертикальные или наклонные, указанные зоны гипергенеза могут до-
стигать глубин 2-х и даже 3-х километров, что наблюдается в отложениях Кри-
138
ворожского бассейна. Кроме того, что в зоне гипергенеза увеличена пористость
в результате выщелачивания и, соответственно, уменьшена прочность, там еще
меняется минералогический состав руд и вмещающих пород, именуемый диа-
фторезом. Для Кривбасса в зоне диафтореза формируются окисленные руды,
отличающиеся плохой обогатимостью из-за отсутствия магнитности и по этой
причине значительная часть таких руд (до 15 %) уходит в отвалы. Игнорирова-
ние закономерностей изменения пористости, прочности, приводит к нерацио-
нальному использованию взрывчатки, переизмельчению руды, снижению вы-
хода промпродукта. Поэтому учет закономерностей формирования зон гипер-
генеза, диафтореза, метасоматоза имеет не только научное, но и значительное
прикладное значение в горнорудной промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мартыненко И.И. Доклады – отчеты о работе геологической службы Украины на ежегодных (1998-2006
гг) конференциях Института сверхтвердых материалов. «Породоразрушающий и металлообрабатывающий ин-
струмент – техника и технология его изготовления и применения»: Сб. научн. трудов – Вып. 1-9. – К.: ИСМ им.
В.Н. Бакуля НАН Украины, 1998-2006 г.
2. Малахов І.М. Геологічне середовище антропогенної екосистеми. Техногенез у геологічному седовищі /
І.М. Малахов – Кривий Ріг: ОКТАН ПРИНТ, 2003. – 252 с.
3. Технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий Украины в 2001 – 2002 г.г. – Кривой
Рог: НТО ГНИГРИ, 2003. – 164 с.
4. Тохтуев Г.В. Физико-механические свойства горных пород Кривбасса / Г.В. Тохтуев, В.Г. Борисенко,
А.А. Титлянов. – К.: Гос. изд-во техн. литературы УССР, 1962. – 103 с.
5. Метаморфогенное рудообразование в докембрии. Формации метаморфогенных рудных месторождений /
Белевцев Я.Н., Домарев В.С., Кулиш Е.А. [и др.] / Под ред. Белевцева Я.Н. - К.: Наук. думка, 1986. - 168 с.
6. Минералогия Криворожского бассейна / Лазаренко Е.К., Гершойг Ю.Г., Бучинская Н.И. [и др.] / Отв. ред. Лаза-
ренко Е.К.- К.: Наук. думка, 1977. - 544 с.
7. Геология и генезис докембрийских железисто-кремнистых и марганцевых формаций мира: Труды Меж-
дународного симпозиума. - К.: Наук. думка, 1972. - 388 с.
8. Орлинская О.В. Новый взгляд на формирование полосчатости железистых кварцитов / О.В. Орлинская, В.В. Со-
болев // Сб. научн. трудов НГА Украины №3. – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1998. – С. 86-89.
9. Соболев В.В. Физика горных пород / В.В. Соболев, А.П. Стариков – Донецк-Днепропетровск: Донбасс,
2012. – 456 с.
10. Балута А.М. Прогнозная оценка физико-механических свойств горных пород Кривбасса / А.М. Балута,
В.Г. Борисенко – К.: Наук. думка, 1972. – 88 с.
11. Баранов В.А. Влияние структуры на прочность песчаников Донбасса / В.А. Баранов // Геотехническая
механика: межвед. сб. научн. трудов // ИГТМ НАН Украины - 2009 - №. 83 - С.66-72.
12. Баранов В.А. Стадии литогенеза и закономерности уплотнения пород / Зб. наук. праць Інституту геоло-
гічних наук НАН України, вип.5. – 2012. – С.35-41.
13. Баранов В.А. Структурные преобразования минералов и пород, как следствие энергетических воздей-
ствий / В.А. Баранов.- Докл. на конф. «Импульсная обработка материалов», Днепропетровск, НГУ, 2005. – С.9-
17.
14. Баранов В.А. Определение нижней и верхней границ выбросоопасности горных пород / В.А. Баранов //
Уголь Украины, 1999. - №2. – С.28-30.
15. Криворожская сверхглубокая скважина СГ-8. - Донецк: Ноулидж, 2011. – 555 с.
16. Танатар И.И. Основы учения о рудных месторождениях / И.И. Танатар – Харьков: ХГУ, 1959. – 292 с.
17. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. – М.: Госгеолтехиздат, 1963. - т.1.– 1210 с.
18. Баранов В.А. Влияние структуры на прочность песчаников Донбасса / В.А. Баранов // Геотехническая
механика: межвед. сб. научн. трудов // ИГТМ НАН Украины - 2009 - №. 83 - С.66-72.
139
УДК 622.281.76.002.235
Д-р техн. наук Ю.М. Халимендик,
канд. техн. наук А.В. Бруй,
инженеры А.С. Барышников,
Ю.А. Заболотная
(ГВУЗ «Национальный горный университет»)
УСИЛЕНИЕ КРЕПЛЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ
ИХ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Наведені результати маркшейдерських спостережень за зміною стану підготовчих ви-
робок та масиву гірських порід після проходу лави в умовах шахт Західного Донбасу.
Сформовано модель деформування масиву гірських порід навколо гірничої виробки після
проходу лави. Запропоновано графо-аналітичний метод визначення навантаження на кріп-
лення підготовчої виробки, використовуючи який, можливо визначити необхідний відпір
кріплення на сполученні лави з підготовчою виробкою. Аналітичні розрахунки можуть бу-
ти застосовані в умовах шахт Західного Донбасу.
INTENSIVITY SUPPORT OF PREPARATORY MAKING FOR THEIR
REPEATED USE
The results of surveying observations of changes in the conditions of gateroads and rock massif
behind longwall face in the Western Donbass coal mines are presented. The model of rock massif
deformation around gateroad behind longwall face is created. The graph-analytical method for de-
termining the load on gateroad support, using which it is able to determine the requirement rebuff of
support at the intersection of longwall with gateroad, is proposed. Analytical calculations could be
used in mines in the Western Donbass.
Cовременной особенностью развития угольной промышленности Украины
является интенсификация добычи угля. Отечественный и мировой опыт пока-
зывает, что именно это направление более всего обеспечивает повышение эф-
фективности угледобывающего предприятия. Интенсивность очистных работ
на приватизированных шахтах резко возросла и в большинстве случаев месяч-
ное подвигание очистного забоя превышает 100 м/мес.
При этом возникают проблемы связанные с возобновлением фронта очист-
ных работ, внедрением прямоточного проветривания, дегазацией горного мас-
сива, доставкой материалов и т.д. Большая часть этих задач решается с помо-
щью повторного использования выемочных выработок. В настоящее время в
угольной отрасли Украины около 20% выработок используется повторно[1].
Отказ от повторного использования выемочных подготовительных выработок
приводит к увеличению протяженности и стоимости выработок, необходимых для
подготовки выемочного поля, и не позволяет из-за недостаточных темпов проведе-
ния подготовительных выработок осуществить своевременное воспроизводство
фронта очистных работ. Учитывая постоянное усложнение горно-
геологических условий, увеличение поперечного сечения выработок, их протя-
женности, рост глубины разработки, проблема поддержания протяженных вы-
работок в устойчивом состоянии во время их эксплуатации приобретает осо-
бую актуальность[2].
Напряженно-деформированное состояние массива вокруг охраняемой выра-
ботки после очистных работ зависит от природных и горнотехнических факто-
|