SPATIUL GEOGRAFIC SI CARACTERISTICILE GEOLOGICE ALE BAZINULUI CARBONIFER AL VAII JIULUI

SPATIUL GEOGRAFIC

In partea de sud a judetului Hunedoara, pe cursul superior al Jiului, se afla unul din cele mai importante bazine carbonifere ale Romaniei, Valea Jiului. Situata ii partea in care Carpatii Meridionali au cea mai mare largime, depresiunea Petrosani (Valea Jiului) este dominata de masivele muntoase Parang - Surianu la est, Valcan la sud si Retezat la nord-vest si nord. Relieful Vaii Jiului este extrem de denivelat, specific zonei montane. Apele ce se scurg din muntii ce imprejmuiesc zona se aduna in doua artere principale : Jiul de est (Jiul ardelenesc ) si Jiul de Vest (Jiul romanesc), rauri care se unesc in gura Surducului pentru a se indrepta spre sud, taind in stanca Carpatilor pasul Surduc si iesind apoi in subcarpatii, dealurile si Campia Olteniei curgand pe o lungime de 336 km, [6]; [10]; [28]; [40].

Pe malurile celor doua Jiuri si ale afluentilor lor s-au dezvoltat o serie de asezari umane: Uricani, Lupeni, Vulcan, Petrosani, Petrila, Aninoasa, Banita, Lonea, Cimpa, Jiet, Iscroni, Livezeni, Paroseni, Dealul Babii, Campu lui Neag si care, toate impreuna cu micile sate si catune apartinatoare, formeaza ceea ce generic numim "Valea Jiului ". Valea Jiului prezinta geomorfologic, caracteristicile unei depresiuni intramontane, cu o lungime de 45 km si o latime variind intre 2 si 9 km, structural corespunzand unui sinclinal asimetric cu axul longitudinal orientat 61° E - NE.

CARACTERISTICILE GEOLOGICE ALE BAZINULUI

CARBONIFER VALEA JIULUI

1.2.1. Prezentare generala

Bazinul Petrosani, denumit si bazinul Valea Jiului, depresiune intramontana a Carpatilor Meridionali, este situat la confluenta Jiului de Est cu Jiul de vest, are forma de triunghi ascutit cu suprafata de 160 km², orientat VSV - ENE, figura 1.1.

Bazinul Petrosani este constituit dintr-un fundament cristalin si depozite sedimentare de cuvertura. Fundamentul cristalin apare la zi pe rama bazinului si este alcatuit din roci metamorfice cu grad diferit de metamorfism care apartin panzei getice si domeniului autohton. Depozitele sedimentare apartin Cretacicului superior, Paleogenului si Miocenului si sunt acoperite in mare parte de formatiuni cuaternare Depozitele neozoice de cuvertura au fost divizate in cinci orizonturi litostratigrafice [11]; [34]; [39]; [40].

Orizontul 1, inferior sau bazal (Rupelian) este constituit din conglomerate rosii la partea inferioara si din conglomerate, gresii si argile vinetii verzui la partea superioara. Are o grosime de 300 - 600 m, iar depozitele acestui orizont sunt lipsite de flora si fauna fosila.

Orizontul 2, productiv inferior (Chattian - Eggerian inferior ), are grosime variabila, in medie de 400 m , mai mare in sinclinalul principal si mai redusa in zona anticlinalului central si in extremitatea vestica a bazinului.

Litologic se caracterizeaza prin predominatia rocilor psamo-pelitice de culoare cenusie - negricioasa, stratificate, prezenta faunei si florei fosile si a stratelor de carbune. Carbunii reprezinta in medie 5,5 % din volumul orizontului 2, cu valori mai mari in zona estica si mai mici in zona vestica, formand 21 de strate a caror extinderi, grosime si calitate sunt variabile.

Orizontul 3, mijlociu (Aquitanian - Eggerian superior) are o grosime de 530 m in vest si 250 m in estul bazinului (dar uneori depaseste 900 m). Depozitele acestuia sunt reprezentate prin microconglomerate, gresii cu ciment argilos sau marnos si argile. Rar, in foraje s-au intalnit intercalatii subtiri carbunoase. Este sarac in continutul paleontologic.

Orizontul 4, productiv superior (Eggerian superior - Egemburgian) are arie de sedimentare restransa, cu grosime apreciata la 450 m. Este alcatuit din argile, argile grezoase, gresii si conglomerate slab consolidate si 7 - 9 strate subtiri de carbune cu grosime neuniforma si necorelabile. Depozitele sunt bogat fosilifere.

Orizontul 5, terminal (Badenian), format din pietrisuri, nisipuri, argile tufuri (la partea superioara ), are o grosime de aproximativ 400 m si este nefosilifer.

Cuaternarul este destul de raspandit in bazin, este reprezentat prin depozite de terasa, aluviunile principalelor cursuri de apa, conuri de dejectie, lehmuri de panta, etc.

1.2.2. Tectonica zacamantului

Cutarea depozitelor sedimentare s-a facut atat sub influenta fortei tectonice laterale, perpendiculare pe axa sinclinalului si datorate presiunilor exercitate de rama cristalina, cu directii NV - SE, cat si sub influenta presiunii litostatice si scufundarii sedimentelor de-a lungul faliilor de subsidenta din fundament.

In afara de acestea, structura bazinului a fost mult complicata de dislocatii rupturale reprezentate prin falii, [40].

Faliile intalnite in lucrarile miniere au inclinarea cuprins intre 40° si 70° afecteaza in general complexul sedimentar. Faliile predominante sunt cele normale (cele inverse sau de incalecare se intalnesc rar in apropierea ramei nordice ).

Decrosarile transversale sunt frecvente pe flancurile bazinului.

Principalele falii directionale sunt:

- falia marginala nordica, separa domeniul sedimentar de cel metamorfic al ramei nordice, este o falie de incalecare cu directia VSV - ENE si inclinarea de aproximat 70° spre NV;

falia Jiului este o linie de dislocatie longitudinala care poate fi urmarita de la extremitatea vestica a bazinului pana la paraul Salatruc. Amplitudinea ei creste de la est spre vest, evidentiindu-se ridicarea flancului sudic cu 200 - 700 m.

Intre aceste doua elemente tectonice majore care contureaza in parte bazinul, zacamantul este fragmentat de o multime de falii transversale orientate NNV - SSE sau diagonale orientate NS sau NE - SV, cu amplitudini in general, cuprinse intre 30 si 250 m, care compartimenteaza intregul bazin in aproximativ 300 de blocuri tectonice de forme, marimi si orientari destul de diferite.

Evolutia structurii depresiunii Petrosani,     dupa depunerea complexului sedimentar neogen a avut loc in mai multe faze tectonice, care au dus la configuratia actuala a bazinului.

1.2.3. Descrierea stratelor de carbune

Lucrarile de cercetare geologica si de exploatare au pus in evidenta in depozitele chattiene un numar de 21 strate de carbune caracterizate prin arii de raspandire, grosime si calitate variabila de la zona la zona si de la strat la strat. Cele mai importante (care constituie obiectiv economic) sunt stratele 3, 5, 7, 13, 15 si 18. In general, sunt strate complexe constituite din bancuri de carbune separate de intercalati argiloase.

Stratele de carbune au culcusul format din gresii si gresii argiloase cu frecvente urme de plante, iar acoperisul este predominant pelitic, argilo - marnos cu fauna, exceptand stratele 3, 16, 17 si 19 care au flora fosila.

In continuare vor fi descrise numai stratele cu importanta economica :

Stratul 3, principalul strat al bazinului, mai bine dezvoltat in partea estica; unde are grosimi de 10 - 48 m, este format din intercalatii carbunoase separate prin argile cenusii - negricioase. Raportul dintre grosimea carbunelui si grosimea totala; este de 70 - 85 %, stratul fiind mai slab sedimentat in zona vestica unde intercalatiile sterile pot ajunge la 50 % din grosimea stratului. Rezervele acestui strat reprezinta aproximativ 48 % din volumul total de carbune pe bazin.

Stratul 5, cu grosimea cuprinsa intre 2,5 si 7,5 m, este constituit din 3 - 7 bancuri de carbune. In zona central-estica prezinta la acoperis un banc de carbune de 0,30 - 0,50 m denumit "paprica", cu tendinte de autoaprindere. Din rezervele totale de carbune ale bazinului, acest strat reprezinta 12 % si se extinde in aproape toate minele (exceptie fiind Iscroni si Valea de Brazi).

Stratul 7, raspandit relativ uniform in jumatatea estica a bazinului, are grosimi de 0,50 - 1,40 m si este constituit din 1 - 2 bancuri de carbune.

Stratul 13, are o grosime inegala in perimetrele estice, este format din 2 - 4 bancuri de carbune totalizand 2 - 5 m, iar in cele vestice este format din doua complexe cu grosime totala de 7 - 13 m.

Stratul 15, prezinta grosimi exploatabile numai in zona central vestica a bazinului. Este format din 3 bancuri de carbune separate de intercalatii argiloase, grosimea totala fiind de 1,2 - 2,4 m.

Stratul 18, mai bine dezvoltat in partea vestica, este format din 2 - 3 bancuri de carbune cu grosimea totala de 1,4 - 2,5 m. in perimetrele Uricani, Valea de Brazi si Campu lui Neag. Se exploateaza impreuna cu stratul 17, grosimea intregului pachet fiind de 3,8 - 4,6 m.

Petrografia carbunelui

Carbunii din bazinul Petrosani sunt huile cu luciu de smoala sau semimat sunt duri, prezinta frecvent o stratificatie si au o spartura neregulata. De regula pe planele de stratificare sau fisuratie se remarca pelicule de substante minerale depuse: epigenetic.

Stratificatia huilelor este evidenta datorita alternantei dintre benzile cu luciu puternic si alte benzi cu luciu mai slab sau mate, care se datoreaza lithotopilor: vitrian, clarian, fusian. De cele mai multe ori vitrianul este dominant si de aceea benzile cu luciul cel mai puternic sunt cel mai bine dezvoltate

Huilele din bazin sunt constituite din cele trei grupe de macerale : vitrinit (cea mai importanta, pana la 75 %), exinit ( participa in proportii relativ reduse ) si inertit (cu prezenta slaba).

Componentii petrografici ca si caracteristicile fizico - chimice si tehnologice variaza mult pe strate, ca si de la un camp minier la altul.

PROPRIETATILE DE LEGATURA GEO-TECTONICE ALE CARBUNILOR SI ROCILOR

Structura si textura rocilor si carbunilor din bazinul Valea Jiului

Structura si textura indica modul fizic si geometric in care se asociaza elementele componente ale sedimentelor si rocilor. [7].

In cazul rocilor sedimentare , prin textura se inteleg aspectele determinate de modul de prezentare al particulelor (grad de cristalinitate, dimensiuni absolute si relative, forma ), iar prin structura , aspectele determinate de dispozitia in spatiu a particulelor si modul de asociere a acestora (tipuri de stratificatie, aspectele suprafetelor de strat).

Alternanta depozitelor din bazinul Petrosani atesta ritmicitatea din timpul sedimentarii , remarcandu-se cicluri de sedimentare corespunzatoare formarii stratelor de carbuni, [23].

In alcatuirea litologica a orizontului productiv, in care se executa majoritatea lucrarilor de deschidere , pregatire si exploatare , intra urmatoarele roci: pelite, aleurite, psamite si carbuni.

Pelitele reprezinta aproximativ 54 % din depozitele etajului si sunt constituite din argile, marne si marnocalcare.

Argilele, localizate in acoperisul stratelor de carbune , sunt compacte, uneori sistoase, friabile si cu frecvente oglinzi de frictiune si au culoare cenusie. Contin flora sau fauna fosila.

Marnele sunt compacte, de culoare cenusie-bruna, se gasesc in general interstratificate cu argile sau cu marnocalcare. Uneori se desprind in placi dupa suprafata de stratificatie.

Marnocalcarele sunt compacte, de culoare galbuie, cafenie, pana la negricioasa (cand contin substante bituminoase). Sunt mai raspandite in vestul bazinului.

Aleuritele reprezentate prin argile grezoase sau marne grezoase, prezinta in general o structura masiva, stratificatie interioara slab inclinata, atunci cand se observa fiind evidentiata numai prin laminele cu granulatie sau compozitie mineralogica diferite de cele ale rocii de baza .

Psamitele reprezentate de gresii bine cimentate in general cu liant calcaros marnos, argilos sau silicios , de culoare cenusie , cu spartura neregulata. Ele formeaza bancuri groase , atingand uneori zeci de metri indeosebi in partea inferioara a orizontului productiv.

Stratele de carbuni sunt strate complexe, formate din bancuri de carbune cu grosimi de 0.20 - 4 m, separate de intercalatii sterile de argila, argila carbunoasa, mai rar gresii. Bancurile de carbune sunt constituite predominant din carbune semilucios sau lucios , sau de regula dintr-o alternanta a acestora. Bancurile de carbune predominant lucios (vitrit) sunt mai omogene, prezinta interstratificatie slaba si cel putin doua sisteme de fisuri umplute cu calcit iar carbunele este friabil.

Structura si textura complexului sedimentar considerat ca masiv de roca

In domeniul minier intereseaza comportarea masivului de roca ca un tot unitar, cu inerentele lui discontinuitati.

Prin structura masivului de roca se intelege modul de asociere al blocurilor de roca sau zacamant caracterizat prin raporturile de forma, dimensiune, marime, de profunzimea separatiei acestor blocuri, iar prin textura se intelege modul de aranjare si asociere in spatiu a blocurilor componente, adica orientarea fragmentarii, [1]; [4]; [7]; [32]; [33].

Cunoasterea fragmentarii naturale si artificiale a unui masiv in vederea caracterizarii acestuia printr-o anumita structura este o necesitate cu caracter practic si aplicativ in domeniul minier atat in ceea ce priveste stabilitatea constructiilor miniere, cat si a regimului gazodinamic in cazul zacamintelor de carbune si hidrocarburi.

Fragmentarea naturala a zacamantului si a rocilor in care este cantonat este legata direct de evolutia tectonica a acestora. In acest sens se disting doua tipuri de fragmentari: la scara cristalina si la scara naturala mare.

Fragmentarea la scara cristalina consta din clivaje cristaline , defecte reticulare, geode, microfisuri si goluri intergranulare. In cazul rocilor sedimentare aceasta este mai putin importanta, cu exceptia golurilor intergranulare care influenteaza compresibilitatea si etanseitatea rocilor.

Fragmentarea la scara naturala mare este reprezentata prin discontinuitatile existente in masivul de roca si anume: stratificatia (foliatia primara), sistozitatea si clivajul (foliatia secundara ) si fracturile cu sau fara deplasare (falii si fisuri).

Fragmentarea artificiala produsa mecanic sau cu ajutorul explozivilor se numeste divizibilitate.

Stratificatia

Unele roci sedimentare , ca sisturile disodilice si sisturile carbunoase , se desfac in foi paralele cu planele de stratificatie interna datorita orientarii paralele a mineralelor tabulare din componenta lor in cursul procesului de compactare a sedimentelor sub influenta presiunii litostatice. Suprafetele de stratificatie sunt, in general, suprafete de minima rezistenta la eforturi mecanice.

Stratificatia poate fi paralela, inclinata, incrucisata, etc.

Sistuozitatea

Sistuozitatea sau clivajul de sistuozitate reprezinta rezultatul divizibilitatii rocilor provocata de presiunile orogenetice. Se considera ca discontinuitatile din carbunele sistos, cel argilos sistos sau argila sistoasa in bazinul Petrosani sunt date de faliatia primara si de clivaj.

De altfel si din literatura de specialitate rezulta ca parerile cercetatorilor sunt impartite in ceea ce priveste utilizarea acestui termen [7]; [23]; [28].

Clivajul

Reprezinta proprietatea unor roci de a se sparge preferential in lungul unor plane paralele de origine secundara. Planele de clivaj reflecta o anizotropie mecanica a rocilor corespunzand unor plane de minima coeziune . Orientarea in spatiu a acestor plane este, in general, independenta de stratificatia rocilor. Clivajul poate fi paralel, perpendicular sau oblic, fata de stratificatie, [40].

In stratele de carbune, reprezentativ este clivajul de forfecare, caracterizat prin existenta unor deplasari de-a lungul planelor de discontinuitate, deplasari marcate de suprafata neteda, lucioasa a planelor de separatie si de prezenta unor minerale (carbonati) recristalizate, orientate paralel cu planele de alunecare.

In stratele de carbune din perimetrele studiate ale Vaii Jiului, s-a constatat existenta a doua seturi de clivaje a caror directie inchid un unghi de aproximativ 60°.

Faliile

Sunt rupturi ale masei de roca a zacamintelor de substanta minerala utila dupa suprafete mai mult sau mai putin plane, cu o deplasare importanta pe verticala a celor doua planuri [7]. Faliile sunt caracterizate in principal de dimensiunea lor in spatiu si pozitia acestora, clasificandu-se in: falii mici (0,1 - 1 m); falii mari (1 - 10 m); falii foarte mari (10 - 100 m) si perturbatii (> 100 m), [39].

Faliile in general se mai clasifica in :

- falii normale, falii inverse sau de incalecare (iau nastere datorita fortelor de compresiune), decrosari (cu deplasarea compartimentelor pe directia de ruptura si se intalnesc in bazinul Petrosani numai in formatiuni cristaline de la rama la nivelul panzei getice) si falii complexe (la care deplasarea compartimentelor s-a facut atat pe directia cat si pe inclinarea planului de ruptura). De regula, zona de falie este umpluta cu fragmente de roci zdrobite, milonitizate, care pot fi cimentate sau friabile.

Majoritatea faliilor intalnite si cartate in bazinul Vaii Jiului sunt falii normale. Faliile inverse se gasesc in apropierea ramei nordice si au aceeasi origine ca varsta ca si falia nordica.

Fisurile

Forma si distributia in spatiu a fisurilor reflecta eforturile la care au fost supuse masele de roci sau de substante minerale utile [7]; [33]; [39].

Dupa provenienta lor, fisurile se impart in [3] :

a) Fisuri aparute in procesul de formare a masivului de roca;

b) Fisuri care s-au format ca rezultat al nasterii muntilor;
c) Fisuri ca rezultat al modificarii tensiunilor in jurul lucrarilor subterane.

Din punct de vedere genetic, in rocile cutate se deosebesc fisuri de tensiune si fisuri de forfecare.

Fisurile de tensiune sunt rupturi la care cei doi pereti s-au indepartat sub actiunea unor forte orientate divergent. Se recunosc dupa forma neregulata, rugoasa a peretilor.

Fisurile de tensiune sunt umplute cu minerale, precipitate din solutii, care se dispun cu axa lunga paralel cu directia miscarilor.

Fisurile de forfecare se recunosc prin prezenta oglinzilor de frictiune datorate deplasarii scurte a peretilor fisurii unul fata de altul si sunt fisuri inchise.

Pentru zacamantul de huila din Valea Jiului sunt caracteristice fisurile de origine tectonica formate sub influenta fortelor endogene ca urmare a miscarilor suferite de fundamentul cristalin in ascensiunea orogenetica.

Dintre fisurile diagenetice, sunt mai frecvente diaclazele umplute cu calcit, intalnite in marnocalcare sau gresii calcaroase.

Asocierea in spatiu a fisurilor poate fi sistematica sau intamplatoare. O asociatie sistematica sau un sistem de fisuri cuprind mai multe seturi de fisuri cu directii paralele si inclinari variabile.

Daca ne referim la zacamintele carbonifere, cum este cazul Vaii Jiului, fisurarea naturala insumeaza trei tipuri de sisteme de fisuri:

1. Sistemul fundamental cu extindere subdimensionala;

2. Sistemul frontal;

3. Sistemul paralel cu stratificatia rocilor [10].

Surparile care s-au produs in timpul saparii lucrarilor miniere au avut loc de-a lungul unor asemenea fisuri [3] si orientarea surparilor majore s-a creat datorita acestor defecte structurale, ceea ce ne intareste convingerea ca fisurarea rocii este unul din factorii principali in formarea si manifestarea surparilor in excavatiile subterane [3]; [7]; [10]; [22]; [23].

Daca natura si tipul fragmentarii nu ofera decat aprecieri calitative cu privire la un masiv de roca sau substanta minerala utila, gradul de fragmentare, densitatea de fragmentare si marimea fragmentarii (lungimea, latimea, suprafata macro si microfisurilor) sunt parametrii capabili sa defineasca cantitativ slabirea structurala a masivului.

Dintre aceste marimi, densitatea de fisuratie este un parametru relativ usor de determinat.

Aceasta marime - daca ne referim la o singura serie de fisuri - reprezinta raportul dintre numarul fisurilor si unitatea de lungime orientata perpendicular pe suprafetele de fisurare (fig.1.2), respectiv :

in care :

F_n - reprezinta densitatea de fisurare;

n - numarul de fisuri ;

l - lungimea analizata

q - unghiul de inclinare a fisurilor.

Fig.1.2. Masurarea densitatii de fisurare

In realitate exista in sistemul de fisuratie o serie de abateri de la paralelismul fisurilor. Ca urmare apare necesitatea unei corectii "F_nc".

unde:

d_j q_j - caracteristicile unei fisuri oarecare;

F_n (d_j q_j) - frecventa de fisurare pentru intervalul de clasa definit de directia d_j si orientarea fisurilor q_j

Daca fisurile au o inclinare si o directie diferita de cea prescrisa, distanta de fisurare F_s va fi data de relatia :

sau

- pentru doua serii de fisuri care se intersecteaza, frecventa se exprima ca suma raporturilor intre numarul de fisuri din fiecare serie si unitatea de lungime orientata perpendicular pe suprafetele de fisurare din fiecare serie, suma ce se raporteaza la unitatea de suprafata. Suprafata la care se raporteaza frecventa fisurilor este normala pe linia de intersectie a celor doua serii de fisuri;

- pentru trei sau mai multe serii de fisuri, care se intersecteaza, frecventa reprezinta suma raporturilor intre numarul de fisuri din fiecare serie si unitatea de lungime care intersecteaza normal fiecare serie, suma care se raporteaza la unitatea de volum.

Intre frecventa fisurilor si grosimea stratelor exista o anumita corespondenta. De regula, cu cat grosimea stratului creste, cu atat creste si distanta dintre fisuri.

Frecventa fisurilor depinde atat de natura petrografica a rocilor cat si de gradul de tectonizare a acestora.

Se precizeaza de asemenea ca densitatea de fisurare creste in vecinatatea faliilor si a altor macrofracturi importante ca marime, creste in zonele apropiate de suprafetele aer - roca si sunt vizibile in cazul reliefului care se caracterizeaza prin pante abrupte.

In functie de gradul de fisurare, masivele de roca, respectiv de substante minerale utile se clasifica in conformitate cu tabelul 1.1.

Pentru incadrarea masivului intr-una din cele cinci clase, datele obtinute din masuratori se prelucreaza statistic si apoi se reprezinta grafic in diagrame de diverse tipuri in asa fel incat acestea sa reflecte cat mai sugestiv caracteristicile elementelor respective.

Tabel 1.1

Gradul de fisurare a masivului de roca

Din multitudinea de metode de reprezentare grafica a rezultatelor masuratorilor (diagrame rectangulare, diagrame circulare, proiectia sferica, proiectia stereografica, etc.), cel mai des folosita ca forma de reprezentare este reprezentarea in forma circulara prin roza fisurilor (fig.1.3).

Diagramele circulare in care se reprezinta cate un singur element poarta denumirea de roze ale fisurilor.

Aceste diagrame constau dintr-un semicerc cu diametrul orientat E-V. Din centrul semicercului se duc raze care fac intre ele unghiuri egale pana ce acestea intersecteaza semicercul. Masuratorile unghiurilor azimutale ale directiilor sau ale inclinarilor se grupeaza pe intervale de valori egale cu valoarea unghiului dintre razele semicercului. Fiecare valoare se reprezinta pe directia razei respective printr-un segment de dreapta la scara convenabila, iar prin unirea capetelor segmentelor masurate pe fiecare directie, rezulta o diagrama care arata directiile de dezvoltare a fisurilor si frecventelor lor (fig.1.3).

Fig.1.3. Diagrama de frecventa a directiei fisurilor. Roza fisurilor

Cunoscand densitatea de fisurare, distanta dintre blocuri, etc, vom putea determina asa numitul coeficient de slabire structurala, marime foarte importanta in proiectarea stabilitatii excavatiilor subterane, respectiv in stabilitatea bancului subminat, acesta reprezentand chiar subiectul lucrarii de fata.

Asa cum am aratat in introducere, pe langa fisurile cauzate de fenomenele tectonice, in lucrarile miniere subterane se formeaza fisuri si datorita modificarii starii naturale de tensiuni, a modificarii coeficientului de concentrare a tensiunilor, datorita intersectiei dintre lucrarile miniere, datorita lucrului cu explozivi, etc.

Pentru ilustrarea modului de formare a fisurilor in lucrarile subterane, precum si in abataje, sa consideram o excavatie subterana, fig.1.4 si un element A din peretele acesteia [1].

Fig.1.4. Formarea fisurilor in peretii si tavanul unei galerii si efectul sustinerii

Datorita concentrarii tensiunilor, presiunea care va actiona asupra elementului dupa directia (z) va fi cu ceva mai mare decat s_z

Daca vom nota presiunea maxima de compresiune cu s si reactiunea sustinerii cu s , vom putea scrie ecuatia de stabilitate a unui element sub forma :

;

Dupa cum se vede, la marginea excavatiei, s = 0, in care caz :

Pentru un unghi al frecarii interioare j = 37⁰, vom obtine :

4 C

Daca s > 4 C, adica tensiunea de compresiune depaseste rezistenta rocii, fisurarea de forfecare se va extinde pana la elementul (B), unde se presupune ca se dezvolta o tensiune naturala (s ) suficient de mare pentru a opri fisurarea de forfecare.

In acest caz :

4 C + 4 s

Rolul tensiunii laterale naturale poate fi jucat de sustinere. Astfel, prin montarea unei sustineri cu o reactiune (s ), rezistenta la forfecare a rocii creste de la (4 C) pana la (4 C + 4 s ) pentru j = 37⁰. Marimea reactiunii sustinerii poate fi stabilita pentru fiecare caz in parte, in functie de natura rocilor si de modul de comportare al acestora. Situatia este similara si pentru tavanul lucrarii, unde prin aplicarea unei sustineri cu reactiunea (s ) se evita formarea fisurilor de forfecare, realizandu-se astfel conditia de stabilitate necesara.

In cazul in care presiunile care actioneaza asupra lucrarii miniere intrec rezistenta rocilor - lucrarea miniera fiind nesustinuta sau daca sustinerea cedeaza foarte mult - se formeaza in jurul lucrarii miniere o serie de fisuri de forfecare (fig.1.5) care se extind pana cand tensiunile naturale orizontale vor fi capabile sa opreasca forfecarea. Pentru o lucrare miniera cu sectiunea patrata, fisurarea incepe de la colturi spre tavan si peretii laterali, aceasta lucrare tinzand in prima faza sa devina o lucrare miniera circulara, fisurarea continuand apoi ca si pentru cazul lucrarii miniere circulare (fig.1.5). Directia fisurilor de forfecare formeaza un unghi de , cu o raza aleasa in acel punct.

Cand asupra lucrarii actioneaza numai tensiuni verticale, pe langa fisurile de forfecare se vor produce in tavanul si vatra lucrarii miniere si fisuri de intindere, care asa dupa cum se stie sunt foarte periculoase (fig.1.6).

Fig. 1.5. Formarea fisurilor de forfecare in jurul Fig. 1.6. Formarea fisurilor de unei galerii: a)- modul de formare a fisurilor in jurul forfecare si de intindere la o

unei lucrari miniere cu sectiunea circulara;    galerie orizontala

b) - modul de formare a fisurilor in jurul unei

lucrari miniere cu sectiunea patrata

In cazul abatajelor [1]; [3]; [27] se formeaza concentrari de tensiuni atat in fata frontului de abataj cat si in spatele acestuia - in zona surpata sau rambleiata - concentrari de tensiuni care se manifesta atat in tavan cat si in vatra.

Concentrarile de tensiuni - presiunea de reazem - sunt mai mari in directia de avansare a frontului de lucru, atingand valori de (1,5 g_a.H si mai mici in zona surpata sau rambleiata (1,2 g_a.H.

Cand abatajul este sustinut - cazul minelor de carbuni - apar concentrari de tensiuni si in spatiul de lucru al abatajului aceste tensiuni fiind cu atat mai mari cu cat reactiunea sustinerii este mai mare.

Distanta pana la care se manifesta presiunea de reazem in fata frontului de lucru variaza in functie de o multitudine de factori intre (30 - 120) m pentru adancimi cuprinse intre 100 si 1000 m.

Pentru cazul minelor de carbuni din Valea Jiului, modul de manifestare a tensiunilor in jurul abatajelor frontale este prezentat in fig.1.7, [25]; [27]; [32].

Daca vom analiza fenomenele care se produc in fata frontului de lucru, observam ca, in functie de raportul dintre marimea presiunii de reazem si rezistenta carbunelui, daca presiunea de reazem depaseste rezistenta acestuia, se formeaza doua zone si anume : zona de sfaramare Z₁ si zona de tasare Z₂, fig.1.8.

Fig.1.7. Schema bloc a modului de repartizare a tensiunilor la exploatarea stratului 3 in felii orizontale si dimensiunile de extindere ale acestora

Acest proces de sfaramare a carbunelui creeaza fisuri si desprinderi de blocuri din front, desprinderi care ingreuneaza procesul de lucru in abataj. Acest proces este mai pregnant in cazul minelor de lignit, dar el se produce si in minele de huila.

In cazul stratului 3, Valea Jiului, exploatat descendent cu surpare, cand in tavan avem roci surpate, diagrama de variatie a tensiunilor este prezentata in figura 1.9.

Fig.1.8. Corelarea dintre presiunea de reazem si rezistenta carbunelui

1,2,3 - presiunile de reazem inainte de sfaramare, dupa sfaramare

si marimea acesteia insuficienta pentru sfaramarea carbunelui

Fig.1.9. Diagrama de repartitie a tensiunilor in cazul abatajelor frontale

din stratul 3, Valea Jiului

Tinand seama ca, pentru acest caz, carbunele are s_c = (80 - 120) daN/cm², iar intercalatiile sterile din front ating s_c = (300 - 400) daN/cm², desprinderile de blocuri din front se produc la adancimi care depasesc 400 m si sunt de mai mica intensitate, insa fisurarea acestuia se produce de la adancimi mult mai mici.

CONCLUZII PARTIALE

Asa cum am aratat in introducerea acestui capitol, bazinul carbonifer al Vaii Jiului este unul dintre cele mai importante din tara, atat din punct de vedere al extinderii cat si a calitatii carbunelui.

Zacamantul este format din 21 strate de carbuni, caracterizate prin grosimi si calitati variabile de la zona la zona si de la strat la strat, fapt confirmat de analizele mineralogo-petrografice si fizico-chimice.

Din cele 21 de strate, important pentru lucrarea de fata este stratul 3, care are cea mai mare grosime, pentru exploatarea lui aplicandu-se cu precadere metoda de exploatare cu banc de carbune subminat.

Functie de geomorfologia regiunii, de caile de acces, de tectonica majora, de posibilitatile de deschidere si exploatare, zacamantul este impartit in 15 campuri miniere.

Zacamantul este fragmentat de mai multe falii transversale, diagonale si doua falii directionale principale : falia marginala Nordica si falia Jiului, rezultand astfel un numar mare de blocuri tectonice de forme, marimi si orientari diferite.

Cunoasterea fragmentarii naturale si artificiale a masivului, in vederea caracterizarii acestuia, printr-o anumita structura este o necesitate cu caracter practic si aplicativ in domeniul minier, atat din punct de vedere al stabilitatii excavatiilor subterane cat si din punct de vedere al modului de rupere, a influentei fragmentarii asupra rezistentelor mecanice, a posibilitatii de circulatie a fluidelor prin zacamant.

Fragmentarea naturala a rocilor, respectiv a stratelor de carbuni este legata direct de evolutia tectonica.

Din acest punct de vedere distingem doua tipuri de fragmentari : la scara cristalina (clivaje, defecte leticulare, geode, microfisuri si goluri intergranulare) si la scara mare (stratificatia, sistuozitatea, clivajul cu sau fara deplasare, divizibilitatea si fracturile).

Fracturile, la randul lor, sunt fenomene care creeaza suprafete de rupere, produse fie de forte interioare, fie de forte exterioare asupra masivelor de roca.

Fisurile sunt rupturi ale masei de roca la care deplasarile sunt foarte mici sau lipsesc cu desavarsire.

Fragmentarea naturala, prin discontinuitatile pe care le produce, modifica caracteristicile mecanice ale rocilor si le imprima un caracter anizotrop.

Caracterizarea unui masiv - roca sau substanta minerala utila - din punct de vedere al anizotropiei acestuia se face functie de natura si tipul fragmentarii, marimea si gradul acesteia, densitatea de fisurare, gradul de separatie si orientarea fragmentarii.

Pentru obtinerea acestor elemente - de altfel destul de greu de stabilit - se realizeaza masuratori practice in situ, se prelucreaza statistic si apoi se reprezinta grafic cat mai sugestiv posibil.

In cazul lucrarii de fata, mi-am orientat atentia asupra fisuratiei carbunelui - vizibila si masurabila in subteran, prin intermediul careia voi putea stabili coeficientul de slabire structurala - parametru important in stabilirea inaltimii optime a bancului de carbune subminat, care reprezinta chiar esenta tezei mele de doctorat.