Трещиноватость горных пород, её влияние на изменения физико-механических свойств пород на примере месторождения Нойон-Тологой

Типы трещин, понятия о трещиноватости и её видах. Ее значение в горном деле и геологии. Инженерно-геологические условия Нойон-Тологойского месторождения полиметаллических руд. Влияние трещиноватости на изменение физико-механических свойств горных пород.

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 Свыше 1,5 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 уголменьше 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.

Гидротермальные метасоматические изменения на площади месторождения наиболее интенсивное развитие получили в вулканогенных породах покровной фации и субвулканических породах. В осадочных породах интенсивность метасоматоза существенно уменьшается, а распространение ограничивается проявлением его в пределах тектонически ослабленных зон. Мощность зон гидротермального изменения пород базальтового ряда в значительной мере зависит от степени их трещиноватости и изменяется от нескольких метров до 15-40 метров. Гидротермальные изменения представлены пропилитизацией, аргиллизацией, окварцеванием, карбонатизацией, хлоритизацией, сульфидизацией.


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

4,3

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%');

end.


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.


Список использованной литературы

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.