Трещиноватость горных пород, её влияние на изменения физико-механических свойств пород на примере месторождения Нойон-Тологой
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ЧИТИНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ЧитГУ)
ГОРНЫЙ
ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ГГ И
ИГ
Курсовая
работа
По дисциплине:
инженерная геодинамика
На тему: Трещиноватость
горных пород, её влияние на изменения физико – механических свойств пород на
примере
месторождения
Нойон – Тологой
Выполнил: ст. гр. РГ – 07
Оленников А.С.
Чита 2010
Реферат
Курсовая работа состоит
из четырех основных глав. В первой главе даются понятия о трещиноватости, её
видах. Во второй идет речь о значении трещиноватости в горном деле и геологии,
в третьей главе обозначены общие теоретические сведения об объекте изучения, в
четвертой дано понятие влияния трещиноватости на изменение физико-механических свойств
горных пород.
Текстовая часть занимает 35
страниц. Имеется графика: лист формата А1
Ключевые слова:
трещиноватость, анализ причин, влияние на свойства.
Содержание
Введение
1. Теоретические положения
1.1 Значение трещиноватости в горном
деле и геологии
1.2 Основные понятия
1.2.1 Типы трещин в горных породах
2. Сведения об объекте изучения
2.1 Инженерно – геологические условия
месторождения
3. Влияние трещиноватости на
изменение физико-механических свойств горных пород
Приложение
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Развитие
горно-промышленного комплекса невозможно без всестороннего изучения и учета
геологических условий при открытой и подземной разработке месторождений
полезных ископаемых, при опенке участков подземного строительства, при ведении
буровзрывных работ и т.д.
Среди
геологических условий одно из наиболее важных мест занимает трещиноватость
горных пород.
Изучение
трещиноватости горных пород не предусмотрено учебной программой в качестве
самостоятельной лабораторной работы. Полученные теоретические знания по
трещиноватости горных пород студенты горных специальностей закрепляют при
прохождении учебной геологической практики, где одним из заданий является
изучение и характеристика трещиноватости конкретного обнажения. В теоретических
положениях работы изложены данные, касающиеся происхождения, классификации и влияние
трещин на физико-механические свойства горных пород.
1. Теоретические
положения
1.1
Значение трещиноватости в горном деле и геологии
Ориентировка,
частота, тип и вид трещин оказывают существенное влияние на важнейшие
физико-механические свойства пород, определяющих устойчивость горных выработок,
условия их обводнения (гидрогеологический режим рудничных вод),
разрабатываемость месторождения. Поэтому трещиноватость является одним из
главных показателей пород, определяющих организацию горно-технического
производства. Детальное изучение трещиноватости способствует повышению безопасности
и производительности труда. Трещиноватость может иметь положительное значение
при разработке месторождений. В частности, она облегчает выемку углей из
пластов. Рациональная ориентировка шпуров по отношению к трещинам при
буро-взрывных работах способствует повышению коэффициента использования шпуров
(КИШ).
Однако,
в большинстве случаев трещиноватость способствует развитию вредных для горного
производства горно-геологических процессов и явлений (сдвижение пород, горные
удары, обвалы и т.п.). В качестве примера рассматривается случай влияния
трещиноватости на характер проявления вывалов горных пород в призабойном
пространстве. Вывал - это локальное обрушение глыб пород в горную выработку
преимущественно из кровли выработки. По взаимоотношению кровли выработки и
систем трещин вывалы подразделяются на безупорные, упорные и полуупорные
(рисунок 1). Вывалы упорного типа менее опасны, т.к. кровля выработки в этом
случаи более устойчива.
Рисунок
2.1 – Схемы образования вывалов безупорного (а), упорного (б) и полуупорного
(в) типов в подземных выработках
В
процессе формирования месторождений полезных ископаемых значение трещиноватости
состоит в том, что она определяет пространственную ориентировку и форму рудных
столбов, рудных тел, влияет на особенности их внутреннего строения -
распределение полезного компонента по рудному телу, распределение
технологических и минералогических типов руд и др. Трещины служат путями
миграции рудоносных растворов и вмещают рудную минерализацию, формируя
месторождения полезных ископаемых жильного типа.
Трещины
служат путями миграции и являются коллекторами подземных вод, газа, нефти -
более половины мировой добычи нефти производят из коллекторов нефти трещинного
типа. Трещины используются для выявления и изучения складок, разломов,
восстановления древних и современных полей тектонических напряжений.
Трещиноватость
горных пород может возникнуть при образовании самих горных пород (первичная трещиноватость)
или под воздействием более поздних экзогенных или эндогенных процессов. В
осадочных горных породах первичные трещины образуются при диагенезе,
сопровождаемом уплотнением и обезвоживанием осадка. В магматических горных
породах возникают первичные контракционные трещины, компенсирующие уменьшение
объёма охлаждающихся магматических тел. При экзогенных процессах развиваются
трещины выветривания, трещины, связанные с расширением пород при снятии с них
нагрузки (на склонах и в днищах речных долин и оврагов), трещины,
сопровождающие образование оползней, обвалов и провалов. При эндогенных
процессах образуются трещины отрыва и скалывания.
По
степени проявления трещины могут быть открытые, закрытые и скрытые. Блоки и
глыбы, на которые горные породы делятся трещинами, называются отдельностями. По
положению в пространстве различают вертикальные, наклонные и горизонтальные
трещины. В слоистых толщах пород по отношению к слоистости трещины могут быть
поперечными, диагональными или параллельными.
Трещины
отрыва развиваются в направлении максимальных нормальных растягивающих
напряжений, перпендикулярно к растяжению пород или в направлении их сжатия; они
коротки, имеют неровные шероховатые поверхности и широко распространены в
замках складок на сводах куполов, крыльях разрывов. Трещины скалывания
возникают в направлении максимальных касательных напряжений под углом около 45°
к оси сжатия или растяжения; они ровные, прямые, нередко со следами притирания,
вытянутые на десятки и сотни м на земной поверхности и в глубину. Особым видом
трещин скалывания является кливаж.
Существует
несколько классификаций горных пород по трещиноватости, в основу которых
положены генетические, морфологические, горнотехнические и другие признаки. В
настоящее время при определении горного давления, расчетах крепи, определении
удельного расхода взрывчатых веществ в горном деле пользуются классификацией,
представленной в табл. 2.0
Таблица 2.0 Классификация пород по трещиноватости Межведомственного
Совета.
Категории по трещиноватости
|
Степень трешиноватости
(блочности) массива
|
Среднее расстояние между трещинами, м
|
Цельная трешиноватость, м -1
|
1
|
Чрезвычайно трещиноватые (мелкоблочные)
|
До 0,1
|
Более 10
|
II
|
Сильнотрещиноватые (среднеблочные)
|
0,1-0,5
|
10-2
|
III
|
Среднетрещиноватые (крупноблочные)
|
0,5-1
|
2-1
|
IV
|
Малотрещиноватые (весьма крупноблочные)
|
1-1,5
|
1-0,65
|
V
|
Практически монолитные
|
До 0,65
|
1.2
Основные понятия
Трещина
- это разрыв сплошности горных пород, перемещение по которому" либо
отсутствует, либо имеет незначительную величину. Форма трещин отличается от
формы других полостей в породах (пор, каверн и др.) резким преобладанием
протяженности во всех направлениях стенок трещин над расстоянием между
стенками. Трещины образуются при действии на породу сил, превышающих предел
прочности породы. Эти силы возникают в результате различных эндогенных,
экзогенных геологических и антропогенных процессов и могут быть как внешними
для породы (тектонические, гравитационные и др. силы), так и внутренними,
возникающими при изменении температуры, влажности, плотности породы.
Трещиноватость
или сеть трещин - это совокупность всех трещин, совместно развитых в конкретном
объеме горной породы.
Система
трещин - это совокупность трещин, совместно развитых в конкретном объеме породы
и имеющих близкую пространственную ориентировку. Как правило, одновременно
бывает развито несколько систем трещин. Но встречаются массивы горных пород с
одной системой трещин (рисунок 2) или бессистемной (хаотичной) трещиноватостью.
Отдельность
- это характерная форма блоков (глыб, кусков) горной породы, образующаяся при
раскалывании породы. Размеры блоков различны - от нескольких сантиметров до
сотен метров в поперечнике. Отдельность обусловлена наличием пересекающихся
систем трещин. Поэтому вид отдельности и размеры блоков пород определяются
ориентировкой, интенсивностью и частотой систем трещин (рисунок 3). В осадочных
породах и. в частности, в угленосных толщах распространены кубическая,
параллелепипедальная. плитчатая, призматическая, сферическая, чешуйчатая
отдельности.
Рисунок
2.2 – Трещиноватость горных пород в обнажении
Рисунок
2.3 – Матрицевидная (а), плитчатая (б), шаровая (в) отдельность (начало
рисунка)
Рисунок
2.3 – Матрицевидная (а), плитчатая (б), шаровая (в) отдельность (продолжение
рисунка)
Зона
трещиноватости – это линейно вытянутый участок земной коры, в пределах которого
трещины развиты более интенсивно, чем в окружающих породах. Образуются обычно
на небольшой глубине.
Зона
дробления (брекчировання) - это линейно вытянутый участок земной коры
(независимо от размеров), в пределах которого горные породы разбиты трещинами
на небольшие блоки, смещенные и повернутые относительно первоначального
залегания. Образуются в условиях небольших глубин.
Кливаж -
способность породы раскалываться на отдельные элементы размером до 1 см в
поперечнике по густо развитой системе параллельных поверхностей, секущих
слоистость или согласных с ней. Кливаж возникает за счет ориентировки минералов
или образуется независимо от такой ориентировки по сети параллельных трещин.
1.2.1
Типы трещин в горных породах
Существуют
различные классификации трещин: геометрические, генетические и специальные. Все
они характеризуют трещины с различных точек зрения и потому не исключают, а
дополняют друг друга:
а) По
степени открытости и проявленности различают скрытые (микротрещины, не видимые
невооруженным глазом и обнаруживающиеся лишь при раскалывании породы, которая
ломается по этим трещинам), закрытые (хорошо заметные, но с плотно прижатыми
стенками) и открытые (обладающие некоторой полостью) трещины.
б) По
размерам выделяют малые или внутрипластовые трещины, когда они не выходят за
пределы одного пласта, и большие трещины, секущие несколько пластов; абсолютная
длина большинства трещин - метры и десятки метров, но она может колебаться от
миллиметров до сотен метров.
в) По
форме выделяют прямые, дуговидные, кольцевые, изломанные трещины с гладкими или
неровными краями.
г) Угол
падения трещин может изменяться от 0° до 90°. По углу падения выделяют
горизонтальные (0-5°), пологие (5-20°), слабонаклонные (20-45°), крутые
(45-80°). вертикальные (80-90°).
д) По
отношению к залеганию слоев трещины могут быть продольными (параллельные
простиранию породы), поперечные (рассекающие породу в направлении падения),
косые (рассекающие породу в любом промежуточном направлении), согласные
(следующие параллельно слоистости и сланцеватости) (рисунок 4).
На
округлых складках могут быть выделены радиальные и концентрические трещины.
1-
поперечная; 2- согласная; 3 – косая; 4 – продольная.
Рисунок
2.4 – Трещины в осадочных породах
е) По
отношению к оруденению выделяют дорудные. внутрирудные и послерудные трещины.
ж) По
характеру действия сил. приведших к возникновению тектонических трещин, все
трещины горных пород, независимо от источника сил. делятся на трещины отрыва и
трещины скалывания.
Трещины
отрыва (раскола) образуются в плоскости, параллельной сжимающим силам и
перпендикулярной растягивающим силам, когда величина последних превышает предел
прочности породы на отрыв (рисунок 5). В момент образования эти трещины
открыты. Вдоль стенок трещин отрыва наблюдаются только небольшие смешения, т.к.
перемещение в породе направлено перпендикулярно к стенкам трещины (рисунок 6).
Размеры
трещин отрыва колеблются в широких пределах - от микроскопических (не видимых
глазом) до нескольких десятков и сотен метров в длину, при ширине открытия от
мм до м.
Рисунок
2.5 – Трещины отрыва образующиеся при сжатии (а), растяжении (б) и сдвиге (в).
Р- внешние силы; Стрелки – смещения блоков породы относительно трещин отрыва
К
трещинам отрыва часто приурочены дайки магматических пород, рудные и нерудные
жилы (рисунок 7). Они могут быть коллекторами нефти и газа, подземных вод.
Открытые трещины отрыва часто водоносны и нередко они обуславливают большой
приток подземных вод к горным выработкам, а также большие потери воды на
фильтрацию из каналов, водохранилищ, из-под тела плотин.
Рисунок
2.6 – Конусообразный ряд трещин отрыва в природе
1-углистые
сланцы; 2- граниты; 3- кварц-касситеритовые жилы; 4- метаморфические сланцы; 5-
гранит – аллиты; 6 – простирание оси антиклинали
Рисунок
2.7 – Схема строения оловянного месторождения, приуроченного к системе трещин
отрыва
Морфологические
признаки трещин отрыва. Трещины отрыва легко отличаются от трещин скалывания по
изогнутой, непрямолинейной форме. Стенки их неровные, шероховатые, рваные.
Ориентировка трещин отрыва зависит от физико-механических свойств пород: эти
трещины обычно огибают участки более твердых пород (например, гальку в
конгломерате (рисунок 8). часто меняют ориентировку при переходе из одного вида
породы в другой или совсем затухают. По простиранию и падению трещины отрыва
быстро выклиниваются. Жилы, приуроченные к трещинам отрыва, имеют неправильную
форму с раздувами и пережимами.
Рисунок
2.8 – Трещины отрыва (1) и скалывания (2) в конгломерате
1.2.1.2
Трещины скалывания
Трещины
скалывания возникают вдоль плоскостей, в которых действуют максимальные
скалывающие напряжения, когда величина последних превышает предел прочности
породы на сдвиг. Эта трещины теоретически располагаются под углом 45° к
сжимающим и растягивающим силам, образуя сопряженные системы трещин скалывания.
В верхней части земной коры этот угол меньше
45° и колеблется в пределах 35 - 45° к оси сжатия. Эта особенность используется
для реконструкции направления сжимающих сил (ось сжатия располагается в остром
углу между трещинами скалывания. В момент образования трещины скатывания были
закрытыми. Вдоль стенок трещин скалывания при их образовании происходит
некоторое смещение блоков пород, о чем свидетельствуют следы перемещения на
стенках трещин: глинка трения (продукт тонкого перетирания породы), штрихи,
борозды, ступени скольжения (они ориентированы в направлении скольжения),
зеркала скольжения. В результате перемещения вдоль трещины может возникнуть
тектоническая брекчия, могут смешаться геологические границы. Трещины
скалывания часто имеют большую протяженность и обычно образуют системы трещин.
Трещины
скалывания, как правило, не водоносны или слабо водоносны, водопроницаемость по
ним небольшая. При разработке горных пород, вскрытии их подземными и глубокими
открытыми выработками по трещинам скола могут возникать значительные деформации
- отслаивание и смешение больших масс пород. В процессе рудообразования и
магматизма сколовые трещины могут приоткрываться и вмешать рудные жилы и дайки
магматических пород.
Морфологические
признаки трещин скалывания. Типичные трещины скалывания, в отличие от трещин
отрыва, прямолинейны, стенки их ровные, притертые, часто как бы отполированные.
Их ориентировка не зависит от физико-механических свойств пород - они срезают
зерна минералов, гравий, гальку и другие включения в породе. По трещинам скола
фиксируются смешения соседних блоков пород. Если к таким трещинам приурочены
жилы или дайки, то они имеют форму пластин более или менее постоянной мощности.
Необходимо
иметь в виду, что механизм образования трещин отрыва и скалывания одинаков, как
для микротрещин, так для крупных трещин и даже разломов. Источник сил для
образования трещин отрыва и скалывания может быть самым различным:
тектонические силы, метеоритный удар, удар молотком по породе и т.д.
2.
Сведение об объекте изучения
Рис. 3.1 Обзорная карта
района работ.
Масштаб 1:500 000
- контур месторождения Нойон-Тологой
Нойон-Тологойское
месторождение полиметаллических руд расположено на территории
Александрово-Заводского района Забайкальского края Российской Федерации.
В
орографическом отношении район месторождения охватывает северо-западные отроги
Кличкинского хребта, а также область межгорья между ними и юго-восточными
отрогами Нерчинского хребта. Рельеф низко среднегорный с абсолютными высотными
отметками от 650 до 1050 м. Крутизна склонов до 25-30º. Климат района
сухой, резко континентальный с большими колебаниями годовых и суточных
температур. Наиболее холодными месяцами являются декабрь-январь (-40º-45º),
в летний период температура колеблется от +20º до +35º, иногда
достигает +44º. Среднегодовая температура -3º. Осадков в районе
выпадает не более 400 мм, основное их количество приходится на июль-август
месяцы. Устойчивый снежный покров образуется в ноябре, его высота не превышает
25 см, снег окончательно сходит в апреле. Многолетняя мерзлота в районе
отсутствует, сезонная, мощностью до первых метров держится до мая-июня месяца.
В весенне-осеннее время характерны сильные (до 18 м/сек) ветры, преимущественно
северных румбов.
Открытие
полиметаллического месторождения Нойон-Тологой относится к 1964 году, когда при
проведении геолого-съемочных работ масштаба 1:50000 (И.К. Абрамов, 1964 г.), в
осевой части выявленной геохимической аномалии двумя канавами была вскрыта зона
дробления с лимонитовыми охрами, с повышенным содержанием свинца (до 5%), цинка
(0,3 0,5%) и сопутствующих элементов.
2.1
Инженерно-геологические условия месторождения
Предварительная
характеристика инженерно-геологических условий Нойон-Тологойского месторождения
выполнена на основе анализа материалов, полученных по данным документации
геологоразведочных и гидрогеологических скважин, результатов определений
физико-механических свойств вмещающих пород и руд с привлечением данных по
месторождениям-аналогам.
По
гидрогеологической и инженерно-геологической типизации месторождений твердых
полезных ископаемых Нойон-Тологойское месторождение классифицируется как
месторождение IV типа – месторождения в массивах вулканогенно-осадочных,
метаморфических и литифицированных осадочных (скальных и полускальных) пород с
трещинными, трещинно-пластовыми и трещинно-жильными водами. По сложности
изучения оно может быть отнесено к месторождениям средней сложности. К
факторам, осложняющим условия освоения и эксплуатации данного месторождения,
наряду с интенсивной тектонической нарушенно-стью пород, необходимо отнести
достаточно сложные гидрогеологические условия.
Пространственно
месторождение приурочено к зоне сопряжения разно ориентированных долгоживущих
зон разломов северо-восточного замыкания крупной Западно-Урулюнгуевской
депрессионной структуры. В геологическом строении его принимают участие юрские
эффузивные и осадочные образования, а также комплексы субвулканических пород.
Восточная часть месторождения сложена осадочными образованиями
верхнегазимурской свиты (J2vg), смятыми в складки северо-восточной
ориентировки. В существенно конгломератовой толще встречаются прослои
песчаников мощностью от 1-2 до 15-20 м. В центральной части месторождения на
осадочные отложения с местным несогласием залегают базальтоиды покровных фаций
залгатуйской свиты (J2zl), выполняющие северо-восточное крыло Мулинской мульды.
Эта сложно построенная толща представлена чередованием базальтов,
андезито-базальтов от стекловатых до крупнопорфировых разностей, массивной,
флюидальной и миндалекаменной текстур, перемежающихся с горизонтами
лавобрекчий, туфов, песчаников, конгломератов. Залегание вулканитов с падением
от бортов к оси мульды под углами 15-30 и общем погружении на юго-запад.
Стратифицированные
отложения прорываются дайками и мелкими телами сиенит-порфиров,
андезито-базальтов, базальтов, разнообразных по структурной приуроченности и
составу, но обычно незначительных по размерам. Наиболее крупным
субвулканическим телом является лакколит сиенит-порфиров, внедрившийся в толщу
базальтов на Центральном участке и выходящий на дневную поверхность. В плане он
имеет субизометричные очертания, а в разрезе форму согласной линзы мощностью до
200 м и протяженностью до 1200 м.
Вулканогенные
и терригенные породы на площади месторождения перекрыты чехлом четвертичных
делювиальных, аллювиально-пролювиальных и аллювиальных отложений,
представленных суглинками и глинами с примесью обломочного материала, а также
разнозернистыми песками и гравийно-галечными образованиями. Мощность
четвертичных отложений в нижних частях склонов и пойменной части пади Залгатуй
составляет 25-38 метров.
Инженерно-геологические
условия месторождения в значительной мере определяются тектоническими условиями
и широким развитием процессов метасоматического изменения эффузивных и интенсивно
литифицированных осадочных горных пород, вмещающих рудные тела.
Многолетнемерзлые породы на площади месторождения не встречены.
В
литологическом отношении основное оруденение развивается в породах базальтового
ряда, в меньшей мере оно связано с терригенными осадками и сиенит-порфирами. В
зависимости от морфологии вмещающих тектонических элементов, рудоносные зоны и
залежи имеют пластообразную, штокверковую или жильную форму.
Наиболее
крупными тектоническими нарушениями на площади Нойон-Тологойского месторождения
являются крутопадающие разломы северо-восточного (20-40) и северо-западного
простирания, являющимися основными рудоконтролирующими структурами. По
характеру смещений данные нарушения относятся к сбросам или сбросо-сдвигам и
нередко выполнены дайками различного состава. Кроме того, по стратиграфическим
границам пород достаточно широкое распространение получили пологозалегающие
зоны межпластовых срывов сбросового, иногда надвигового типов и являющимися
одними из основных рудовмещающих элементов.
На
Юго-Восточном участке зона пологого срыва между терригенными породами и
перекрывающими их базальтами является основной рудовмещающей структурой. Она
выходит на поверхность по северо-западному контуру участка и имеет
северо-восточное простирание (40-60) при юго-восточном падении под углами
20-25. Протяженность зоны составляет 1100 м. По падению минерализованная зона
прослеживается на 280-400 м от дневной поверхности до глубины 250-270 м. Рудное
тело представлено выдержанным пластом мощностью от 0,5 до 10,7 м. Оруденение
развито неравномерно, наряду с рядовыми прожилково-вкрапленниковыми рудами
отмечаются сливные сульфидные жилы, чаще встречаемые во внутренних участках
рудной залежи. Смешанные руды зоны окисления распространены вдоль выхода
основного пласта под наносы в виде полосы длиной 650 м и шириной 30-80 м.
Наряду с
отмеченными основными пологими зонами на месторождении проявлены и более мелкие
срывы, приуроченные к крутопадающим разломам. При этом на сопряжении систем
субвертикальных разрывов в условиях гетерогенного разреза происходит
возникновение объемных штокверкоподобных зон трещиноватости. Наиболее крупная
из них трещинная зона, вмещающая полиметаллическое оруденение, сформирована на
Центральном участке. Высота штокверка интенсивно нарушенных пород составляет
280 м при ширине по падению до 700 м, по простиранию он прослеживается на 1000
м. В строении штокверковой зоны преобладают многочисленные послойные срывы
различного порядка и она является главной рудоносной структурой Центрального
участка и месторождения в целом.
Тектонические
нарушения выражены зонами дробления, трещиноватости и катаклаза шириной до
первых десятков метров (обычно от 0,5 до 10-15 м), нередко с центральными
глинистыми швами, жилами или брекчиями кварц-карбонатного состава мощностью в
первые метры. Обломки брекчированных пород сцементированы перетертым материалом
исходных пород и кварц-карбонатным материалом. Мелкие зоны дробления отмечаются
и в керне скважин, где они не нарушают общих структурных особенностей, и
отражают влияние напряжений, возникающих при вертикальных смещениях блоков
фундамента.
Трещиноватость
в массиве горных пород развита достаточно неравномерно от слаботрещиноватых
(4-7 трещин/метр - в пределах зоны неизмененных пород) до интенсивно
трещиноватых (более 15 трещин/метр – в пределах зон тектонических нарушений).
Как правило, породы в таких интервалах представлены обломками керна, щебнем
различного размера и дресвой. Иногда породы подвержены довольно интенсивному
выщелачиванию до сыпучего состояния или довольно легко разламывающихся руками.
По
данным геологической документации керна горные породы на большей площади
месторождения классифицируются как средне- и сильнотрещиноватые (модуль
трещиноватости 5-10 трещин на 1 м). Показатель нарушенности керна (RQD) изменяется
от 30% до 60%. Преобладающая часть трещин закрытого типа мощностью 1-5 мм и
менее. Полости трещин обычно заполнены кварц-карбонатным материалом, по
сомкнутым трещинам неред-ко развиваются налеты хлорита. В пределах рудных
интервалов полости трещин выполнены сульфидами. Основное направление
трещиноватости совпадает с напластованием пород. Вертикальные трещины (0-20 –
80-90 к оси керна) играют подчиненную роль.
В зоне
экзогенного выветривания породы подвержены интенсивному выщелачиванию. По
плоскостям трещин здесь отмечается интенсивное развитие гидроокислов железа и
марганца.
3.
Влияние трещиноватости на изменение физико-механических свойств горных пород
Определяющим
фактором изменчивости физико-механических свойств пород являются
структурно-тектонические условия, обуславливающие в свою очередь развитие
вторичных процессов. Гидротермальные метасоматические изменения приводят к
существенному снижению величин прочностных показателей, а, следовательно, и
снижению потенциальной устойчивости пород в горных выработках. Существенное
влияние на физико-механические свойства горных пород оказывают также такие
факторы как интенсивность трещиноватости, рассланцевание, брекчирование пород и
руд.
Характеристика
физико-механических свойств дается по основным петрографическим разностям пород
месторождения, характеризующимся различной степенью вторичных преобразований и
приуроченным к участкам с различной степенью трещиноватости пород.
Из
водно-физических параметров определялись удельный вес (кг/см2), объемная масса
(кг/см2), водопоглощение (%) и открытая пористость (%), морозостойкость, а из
прочностных свойств – прочность на сжатие (МПа). Определение прочностных
характеристик горных пород осуществлялось как в воздушно-сухом, так и в
водонасыщенном состоянии, что позволило оценить снижение прочностных свойств
горных пород при взаимодействии с водой. Расчетное значение σсж. по каждой
керновой пробе определялось как среднеарифметическое по 6 предварительно
подготовленным образцам.
Необходимо
отметить, что сочетание такого многообразия факторов, как вторичные
преобразования и различная степень трещиноватости пород предопределили
изменчивость физико-механических свойств пород даже в пределах одной пробы.
По
данным лабораторных исследований, объемная масса основных горных пород,
распространенных на площади месторождения, составила
-
базальты – 2,53-2,74 г/см3 (в среднем 2,63 г/см3), конгломераты – 2,53-2,66
г/см3,
песчаники
– 2,59-2,7 г/см3, сиенит-порфиры – 2,29-2,57 г/см3.
Объемная
масса измененных базальтов составляет 2,3-2,71 г/см3.
Для руд
месторождения с общими рядовыми содержаниями свинца и цинка (в сумме 4,6%)
объемная масса составляет 3,4-3,5 т/м3. Рудам с суммарным содержанием свинца и
цинка равным 2,2 % (что составляет 92 % от всех руд месторождения)
соответствует объемная масса на уровне 3,05-3,1 т/м3.
Таб. 4. 0
Физико-механические свойства пород Нойон-Тологойского месторождения
Наименование пород
|
Плотность частиц грунта, г/см3
|
Плотность породы, г/см3
|
Пористость, %
|
Водопоглощение ,%
|
Прочность на сжатие в
воздушно-сухом состоянии, МПа
|
Прочность на сжатие в
водонасыщенном состоянии, МПа
|
Коэффициент размягчаемости
|
Базальты
|
2,67-2,79*
2,71
|
2,53-2,74
2,63
|
0,4-4,8
2,6
|
0,1-1,5
0,64
|
104-199**
155
|
92-160**
130
|
0,73-0,93**
0,84
|
Базальты трещиноватые
|
2,7-2,86
2,79
|
2,59-2,74
2,66
|
2,9-4,0
4,6
|
1,15-3,4
2,3
|
75-129
105
|
44-91
74
|
0,57-0,88
0,70
|
Базальты измененные
|
2,64-2,78
2,71
|
2,3-2,71
2,50
|
2,3-9,1
5,4
|
1,4-4,7
3,3
|
21-104
58
|
7-54
28
|
0,29-0,65
0,47
|
Конгломераты
|
2,71-2,77
2,73
|
2,53-2,66
2,61
|
2,2-8,7
|
0,9-2,0
1,5
|
70-144
102
|
40-111
67
|
0,5-0,79
0,63
|
Песчаники
|
2,71-2,72
2,71
|
2,59-2,7
2,63
|
0,7-4,4
2,9
|
1,2-1,7
1,5
|
89-137
119
|
58-100
82
|
0,65-0,73
0,69
|
Сиенит-порфиры
|
2,65-2,74
2,7
|
2,29-2,57
2,47
|
4,8-7,1
5,8
|
2,0-3,7
2,9
|
37-157
90
|
25-119
69
|
0,71-0,87
0,76
|
Примечание: *-в числителе
минимальное и максимальное значения, в знаменателе – среднее.
** - данные характеризуют
породы массивной текстуры.
Расчетная
пористость пород изменяется от 0,4 до 9,1 %. Максимальные вариации водных
свойств в зонах дробления с наложенными процессами, где влажность может
составлять 9-17%.
Водопоглощение
горных пород изменяется от 0,1 до 4,7 % и составляет в среднем 1,7 %.
Наименьшее водопоглощение характерно для плотных и слаботрещиноватых пород, что
обусловлено их невысокой пористостью. Влажность руд в среднем колеблется в
пределах 0,4-2,5% и лишь единичные пробы увлажнены до 4,4%.
Руды и
вмещающие породы месторождения относятся к средним и, частично, низким
категориям крепости. Коэффициент крепости пород и руд по шкале проф. М. М.
Протодьяконова, определенный расчетным способом, колеблется от 6 до 12,
категория пород по по буримости VIII-IX. Руды характеризуются коэффициентом
крепости от 6 до 10. Колебания коэффициента крепости одних и тех же пород
происходят из-за разной степени их гидротермальных изменений, степени дробления
и трещиноватости. Высокой прочностью пород и руд обусловлено извлечение керна
хорошей сохранности. Так, процент выхода керна в большинстве скважин,
пробуренных на площади месторождении, составил не менее 80-90%. Лишь при
проходке зон интенсивной нарушенности и глинистых швов целостность керна
существенно нарушалась.
Сопротивление
одноосному сжатию неизмененных базальтов, в зависимости от степени их
трещиноватости, изменяется от 75 до 199 МПа (до 199 МПа) и в среднем равно
105-155 МПа. При этом коэффициент размягчаемости их обычно составляет более
0,75 (неразмягчаемые породы). Более низкими прочностными свойствами
характеризуются породы с порфировой структурой. Так, сопротивление одноосному
сжатию миндалекаменных базальтов составило: в воздушно-сухом состоянии – 66-122
МПа (в среднем – 87 Мпа); в водонасыщенном состоянии – 27-97 МПа (в среднем 49
МПа). Измененные базальты в большинстве случаев классифицируются как
размягчаемые породы средней прочности и малопрочные (σсж. – менее 60МПа).
Прочностные
свойства пород дайкового комплекса, вследствие структурных особенностей,
несколько ниже, чем у базальтов. В зависимости от состояния пород сопротивление
одноосному сжатию (σсж.) сиенит-порфиров меняется от 37-92 МПа до 157 МПа
(среднее – 90 МПа). Данные породы практически не снижают прочность в
водонасыщенном состоянии.
Наибольшей
способностью к размоканию, набуханию и снижению прочностных свойств во влажном
состоянии обладают конгломераты верхнегазимурской свиты. При взаимодействии с
водой их прочностные свойства (70-144 МПа) снижаются на 25-35 % (до 40 %).
Существенное снижение прочностных свойств в водонасыщенном состоянии характерно
и для метасоматически измененных базальтов (коэффициент размягчаемости
0,29-0,65). Интенсивно каолинизированные породы при замачивании размокают и
становятся рыхлыми.
Прочностные
характеристики руд не определялись в связи с отбором кернового материала для
основных видов опробования. Принимая во внимание идентичные условия образования
и во многом схожие геолого-структурные особенности полиметаллических
месторождений Восточного Забайкалья, о прочностных свойствах полиметаллических
руд можно судить по результатам разведочных работ и эксплуатации некоторых из
ранее разведанных месторождений. Исследование прочностных характеристик
базальтов, включающих прожилки и вкрапления сульфидов (штокверковое оруденение
на Центральном участке), свидетельствует об их соответствии неизмененным
эффузивным породам (σсж. среднее – 143 МПа).
Как
видно из краткой характеристики вмещающих пород и руд на площади месторождения
распространены скальные породы с прочностью более 50 МПа. Коэффициент размягчения
их изменяется от 0,5 до 0,9. Существенное снижение прочных свойств пород
возможно лишь в интервалах интенсивно трещиноватых гидротермально измененных
пород. Наряду с геологическими факторами, существенную роль в
инженерно-геологических процессах играет и тектоническая обстановка на
месторождении.
Породы
подвержены морозному выветриванию, после испытаний на морозостойкость
прочностные характеристики их снижались. При проведении цикла испытаний (10-15
испытаний) в насыщенном растворе сернокислого натрия, потеря в весе составила:
базальты – 5,4-10,5 % (у интенсивно трещиноватых пород до 24,5 % и более);
конгломераты - 12,0-20,3 %.
Горные
породы и руды месторождения довольно устойчивы, что подтверждается опытом
горных работ при проходке наклонных стволов. Проходка производилась с
использованием патронированного аммонита при среднем расходе его 16-18 кг на 1
п.м. проходки. Разрушенные взрывом горные породы представляют собой глыбы и
куски неправильной формы. При проходке горных выработок больших обрушений и значительных
вывалов горных пород не отмечалось. Мелкие вывалы с кровли обусловлены
пониженной механической прочностью и связностью гидротермально переработанных
пород, а также трещинами напластования. При ведении горных работ отставание
крепления от забоя достигало 50 и более метров. Углы естественного откоса
вмещающих пород в отвалах изменяются от 40 до 55о.
С
поверхности и до глубины предполагаемой отработки породы и руды не
радиоактивны.
Основное
внимание при проведении дальнейших инженерно-геологических исследований следует
сосредоточить на характеристике наиболее слабых разновидностей пород, их
пространственному распределению, как по площади, так и в разрезе. Особое
внимание следует обратить на тектоническое строение, так как сочетание этих
факторов может привести к существенному усложнению инженерно-геологической
обстановки на месторождении.
Из
современных геологических процессов, наиболее активно проявленных в данном
районе, необходимо выделить плоскостной смыв, струйчатую эрозию, морозное
растрескивание. В пределах участков, приуроченных к межсопочным понижениям и
характеризующимися худшими условиями дренирования – заболоченность, вторичное
засоление и пучение грунтов, а также проявление термокарстовых явлений на
участках развития многолетнемерзлых пород. При ведении наземного строительства
необходимо учитывать значительную глубину сезонного промерзания грунтов и их
просадочные свойства, особенно при замачивании. Учитывая слабую естественную
дренированность территории, особое внимание при разработке месторождения
необходимо уделить организации водоотлива и объектов водного хозяйства
(очистные сооружения, хво-стохранилища, отстойники и т.п.).
Для
количественной оценки интенсивности трещиноватости массива горных пород
применяется площадной коэффициент трещинной пустотности, предложенный Л. И,
Нейштадт (1969). Под коэффициентом трещинной пустотности понимается отношение
площади трещин (в любой плоскости) St к площади S той площадки, на
которой произведено измерение этих трещин, выраженное в процентах:
В
обнажении трещиноватых горных пород выбирается площадка квадратной формы,
величина которой определяется характером, размером и густотой трещин. Площадка
зарисовывается или фотографируется, а все встреченные в ее пределах трещины
нумеруются и описываются . Все трещины подразделяются по генезису, ширине и
характеру выполнения на несколько групп, для каждой из которых указываются
количество трещин, их средние ширина и длина. Площади трещин, вычисленные по
группам, суммируются, берется отношение (%) общей площади трещин к площади
площадки подсчета, что дает площадной коэффициент трещинной пустотности.
Площадной
коэффициент трещинной пустотности является приближенной количественной
характеристикой интенсивности трещиноватости массива пород. Однако этот способ
не дает полного представления о трещиноватости горных пород, так как
коэффициентом трещинной пустотности не полностью учитываются такие качественные
показатели, как их ширина, протяженность, изменчивость с глубиной,
пространственное распределение н т. д., существенно влияющие на общую
трещиноватость массива.
Приложение
Program geo_rashet;
uses crt;
var
St,S,Kt:real;
begin
Writeln('Какова
общая площадь трещин St= ');
readln(St);
Writeln('Площадь
площадки, где взяты измерения трещиноватости S=');
readln(S);
Kt:=St/S;
Writeln;
Writeln('Площадной
коэфицент трещиноватой пустотности равен Kt= ',Kt:2:2,'*100%');
Заключение
Наиболее
важными особенностями инженерно-геологических условий, определяющими систему
эксплуатации данного месторождения, являются:
-
геолого-структурные условия залегания рудных тел;
-
прочностные и горно-технологические свойства руд и вмещающих пород;
-
гидрогеологические условия.
Ненарушенные
скальные вмещающие породы и руды Нойон-Тологойского месторождения обычно
крепкие, монолитные, устойчивые. Лишь в зонах тектонических нарушений
устойчивость пород и руд снижается за счет наложенных
гидротермально-метасоматических изменений и трещиноватости, появляются
ослабленные участки дробления, брекчирования и перетирания пород. Мощность
слабо устойчивых зон может достигать десяти и более метров. При проведении
подземных горных работ возможны осложнения в виде отслоений в кровле выработок,
особенно при проходке по зонам послойных срывов, состоящих из ряда сближенных
субпараллельных тектонических швов. Проходка этих интервалов должна сопровождаться
обязательным креплением. Предварительные данные позволяют оценить
горно-геологические особенности месторождения как средней сложности, требующие
дальнейшего изучения.
1. Ермолов В.А. Геология. Часть I.
Основы геологии: учебник В.А.Ермолов. Л.Н. Ларичев. В.В. Мосейкин - М.: МГУ.
2004. -599с.
2. Ермолов А.А. Месторождения
полезных ископаемых: учебник В.А. Ермолов. Л.Н. Ларичев. В.В. Мосейкин - М.:
МГУ. 2003. - 407с.
3. Карлович И.А. Геология: учебное
пособие И.А.Карлович - М.: - Академический проект. ТРИКСТА, 2005. -703с.
4. Невский В.А. Трещинная тектоника
рудных полей и месторождений; учебник В.А. Невский - М.: Недра. 1979. — 224с.
5. Чернышов С.Н. Трещины горных
пород; учебник /С.Н. Чернышов - М.: Наука. 1983. -240с.
6. Михайлов А.Е. Структурная геология
и геологическое картировании; учебник А.Е. Михайлов - М.: Недра. 1973. - 432с.
7. Отчет по результатам дооценки
полиметаллического месторождения Нойон – Тологой; «БайкалРУД» Чита, 2008.