Газосланцевые угленосные толщи высокогорного Таджикистана: геомеханические, геодинамические свойства

Вестник ЗабГУ № 03 (106) 2014

УДК 552.141+552.1:53+622.42

Доробов Раджабали Radzhabali Dorobov

ГАЗОСЛАНЦЕВЫЕ УГЛЕНОСНЫЕ ТОЛЩИ ВЫСОКОГОРНОГО ТАДЖИКИСТАНА: ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

GAS-SHALE COAL THICKNESS OF OUNTANEOUS TADJIKISTAN: GEOMECHANICAL, GEODYNAMIC PROPERTIES

Изучено состояние геомеханических, геодинамических процессов в массивах горных пород, установлены характеристики газосланцевых угленосных массивов горных пород и их свойств. Исследование деформаций породных массивов проводилось на горных сооружениях, где ведется разработка месторождений ископаемых, а также в подземных глубоких транспортных тоннелях и массивах, не попавших под влияние техногенных горных работ. Измерения выполнены современным геодезическим комплексом. Получены результаты дискретных измерений, регулярного мониторинга, показатели деформаций и напряжений, происходящих во внешних и внутренних массивах горных пород в условиях высокогорья

Ключевые слова: массивы горных пород, геомеханические и геодинамические процессы, сооружения, разрушения горных пород, разгрузка массива, свод давления, условия высокогорья Таджикистана

The successful use experience of modern mathematical methods in the interpretation of traditional surveying of underground structures in mines was summarized.

The state of geomechanical, geotechnical and geo-dynamic processes in the rock mass was investigated. Characteristics of gas-shale carboniferous rock massifs and their properties, deformation of rock masses were conducted on mountain structures, where mineral deposits and deep underground transport tunnels and in arrays that haven't fallen under the influence of man-made mining are being developed.

Measurements that were made with modern geodesic systems have shown the effectiveness and cost of their use in geotechnology.

It became possible not only to make discontinuous measurements, but to observe the changes during regular monitoring, strains and stresses occurring in the external and internal rock mass at high altitudes

Key words: rock masses, geomechanical and geody-namic processes, structures, rock breaking, unloading of the array, set pressure, conditions of mountainous Tajikistan

Изменение свойств напряженных горных массивов, их метаморфизм, состав газов и других свойства рассмотрены во многих работах [1-10], но за пределами высокогорных районов.

В массивах горных пород высокогорья встречается метаморфизованная сланцево-угленосная толща, которая содержит газы биохимического и воздушного происхожде-

ния. Возникновение газов биохимического происхождения связано с начальным периодом углеобразования. Разложение органического вещества происходит при достаточном притоке кислорода с образованием СО2 окислы серы и азота и при недостатке кислорода как результат анаэробного брожения в толще увеличений мощности наносов, с образованием СН4 тяжелых углеводородов, Н^, N^5

Н2). Газы биохимического происхождения ^ сохранились в малых количествах, в основ- ^

ном в виде углекислого газа (СО2) и метана ^ (СН4). Газы метаморфизма сланцево-угле- ^ носных пород (угля) — это продукт изменения химического состава сланцево-угленос-ных пород путем обогащения их углеродом в условиях роста давления и температуры. В этом геомеханическом процессе образуются СН4, Н2О, и, возможно, NH3, Н2Я, Н2, а также тяжелые углеводороды.

Газы сланцево-угленосных пластов разделяются на:

— газы воздушного происхождения СО N • ч

2' О

— газы радиоактивного распада (Не); обладают повышенной способностью миг- ^ рации через горные породы, достигают по- 3 верхность; а

— газ процесса метаморфизма пород, ^ углекислый газ (СО2). о

Газовая зональность сланцево-угленос- ^

ных пластов массивов горных пород и со- Ц

став газов (табл. 1) свидетельствуют о раз- 2

витии сложных процессов механического и I

динамического преобразования пород. °

При исследовании горных выработок,

расположенных в высоконапряженных ус- >

ловиях высокогорья, в результате геоме- ° ханических и геодинамических процессов, отмечено увеличение прочности деформаци-

"5

Ф

I

(0

онных свойств пород, степени их трещино- 5

со о

п (0

ватости, устойчивости, сланцевости. Увеличение прочности горных пород обусловлено взаимным притяжением, уплотнением со- щ

ставляющих ее частиц; в породах одного н

литологического состава различаются более о

и менее пористые разновидности. Хрупкое разрушение горных пород происходит в результате пластического течения в условиях постоянной нагрузки. Упругая деформация, определяемая модулем упругости и величиной нагрузки, возникает в результате постоянной нагрузки. Она непрерывно изменяется во времени и характеризуется показателем ползучести (табл. 2). Значение ее зависит от уровня приложенного напряжения по отношению разрушающему; текучесть отмечается при напряжениях, близких к пределу прочности (рис. 1, 2).

<2 Е ^ о с

с\ 0,011 0,013 0,013 0,013

Не+Ме по объему, % <0,001 <0,001 <0,001 0,001-0,060

£ + <2 Е у о п 0,0021-0,0176 0,0036-0,0560 0,0051-0,0190 0,004-0,0052

+ < по объему,% 0,21-1,43 0,60-1,87 0,35-0,80 0-0,24

г} X О по количеству Из/Г 0-0,15 0-0,21 0,06-5,23 0,51-9,5

по объему, % 0-10 0-20 20-80 80-90

с\ по количеству М3/Г 0,15-0,44 0,22-1,84 0,26-1,79 0-1,93

по объему, % 25-85 80-90 20-80 0-20

о по количеству М3/Г 0,20-0,25 0-0,28 0-0,38 0-0,36

и о %

у, м Ф б о о п 25-85 0-25 0-25 0-10

Зона Азотно-углекислая Азотная Азотно-метановая Метановая

Вестник ЗабГУ № 03 (106) 2014

Таблица 2

Мгновенная и длительная прочность горных пород

Породы Вид испытания Прочность при мгновенном испытании, МПа Предел длительной прочности, МПа

Известняк Сжатие 380 280

Песчаник Сжатие 144,0 107,0

Глинистый и песчанистый сланец Сжатие 42,0-76,0 31,0...53,7

Глина Сжатие 2,0-13,6 1,3...12,4

Глинистый сланец Изгиб 16,0 11,0

О 5 ГО 15 20 25 *,сут

Рис. 1. Кривые ползучести песчано-глинистых сланцев

Рис. 2. Кривая длительной прочности

Таким образом, при метаморфизме газосланцевых угленосных горных пород в условиях высокогорья отмечено обогащение пород углеродом. В сланцево-угленос-ных пластах образуются газы воздушного происхождения, радиоактивного распада и газы метаморфических процессов. При температуре — 1 + 3 °С в условиях повы-

шенного давления в горных породах, в том числе и в шахтах развиваются геомеханические и геодинамические процессы изменения химического состава горных пород. Повышение содержания углерода в горных породах влияет на климат высокогорья, который в период мая-августа характеризуется повышенным атмосферным давлением.

Литература_

1. Бич Я.А., Емельянов Б.И., Муратов Н.А. Управление состоянием массива горных пород. Владивосток: Изд-во ДВУ, 1988.

2. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.

3. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ. М., 1982.

4. Васючков Ю.Ф. Физико-химические способы дегазации угольных пластов. М., 1986.

5. Доробов Р. Состояние массива горных пород и его влияние на технологические операции по проходке горных выработок в условиях высокогорья // Вестник ТГПУ им. С. Айни. Душанбе, 2010. С. 76-86.

6. Зубов В.П. Особенности управления горным давлением в лавах на больших глубинах разработки. Л. Изд-во ЛГУ, 1990.

7. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород. М.: Недра, 1991.

8. Акимов А.Г., Земисев В.Н., Кацнельсон Н.Н. Сдвижение горных пород при подземных разработках угольных и сланцевых месторождений. М.: Недра, 1970.

9. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М.: Недра, 1984.

10. Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород. М.: Недра, 1995.

_References

1. Bich Ya.A., Emeliyanov B.I., Muratov N.A. Upravlenie sostoyaniem massiva gornykh porod. (Managing of rock mass state). Vladivostok: Izd-vo DVU, 1988.

2. Borisov A.A. Mekhanika gornykh porod i massivov. (Mechanics of rocks and massifs). Moscow: Nedra, 1980.

3. Burchakov A.S., Griniko N.K., Chernyak I.L. Protsessy podzemnykh gornykh rabot. (Processes of underground mining). Moscow, 1982.

4. Vasyuchkov Yu.F. Fiziko-khimicheskie spo-soby degazatsii ugolnykh plastov. (Physical-chemical methods of decontamination of coal layers). Moscow, 1986.

5. Dorobov R. Vestnik TGPU im. S. Aini. Dushanbe. (Bulletin of TSPU named after S. Aini. Dushanbe). 2010. P. 76-86.

6. Zubov V.P. Osobennosti upravleniya gornym davleniem v lavakh na bolishikh glubinakh razrabotki. (Features of mining pressure management in walls at great depths development). L. Izd-vo LGU, 1990.

7. Proskuryakov N.M. Upravlenie sostoyaniem massiva gornykh porod. (Controlling of rock massif state). Moscow: Nedra, 1991.

8. Akimov A.G., Zemisev V.N., Katsnelson N.N. Sdvizhenie gornykh porod pri podzemnykh razrabot-kakh ugolnykh i slantsevykh mestorozhdenii. (The rock movement in underground mining of coal and shale oil deposits). Moscow: Nedra, 1970.

9. Chernyak I.L., Burchakov Yu.I. Upravlenie gornym davleniem v podgotovitelnykh vyrabotkakh glubokikh shakht. (Control of mining pressure in preparatory workings of deep mines). Moscow: Nedra, 1984.

10. Chernyak I.L., Yarunin S.A. Upravlenie sostoyaniem massiva gornykh porod. (Controlling of rock massif state). Moscow: Nedra, 1995.

Коротко об авторе _

Доробов Р., ст. преподаватель, каф. «Теоретическая и экспериментальная физика», ТГПУ им. С. Айни, г. Душанбе, Таджикистан Сот. тел.: 89141370406

_ Briefly about the author

R. Dorobov, senior teacher, Theoretical and Experimental Physics department, TSEU named after S. Aini, Dushanbe, Tajikistan

Научные интересы: геомеханика и геодинамика, физика горных пород, рудничная аэрогазодинамика и тепловая физика

Scientific interests: field of geomechanics and geody-namics, physics of rocks, miner aerogasdynamics and thermal physics