книги / Методические указания по определению устойчивости пород в зависимости от их нарушенности на рудных месторождениях

2. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРОЧНОСТИ НА. ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ СТРУКТУРНОЙ НАРУШЕННОСТН ГОРНЫХ ПОРОД

Комплекс исследований для определения прочности на сжатие в зависимости от структурной нарушенностн пород вклю­ чает в себя:

-изучение геологической ситуации месторождения,

-отбор' проб и проведение испытаний образцов,

-обработку и анализ полученных данных,

-расчет коэффициента структурного ослабления в зависи­

мости от степени, нарушенностн, -проверку результатов методом натурных испытаний или

проведением крупномасштабного горного эксперимента. Степень детализации исследований Зависит от стадии изу­

чения месторождения и средств получения необходимой инфор­ мации: при разведке месторождения источником информации о свойствах пород язпяегся керн скважин. Если месторождение эксплуатируется, го возможно непосредственное исследование горных пород в натурных условиях. Настоящая методика ориен­ тирована на комплексное изучение свойств пород применительно к скважинному способу отбора проб, направлена на получение максимальной информации при возможном минимуме испытаний и предполагает широкое привлечение геологического материала для оценки изменчивости свойств пород месторождения.

2.1. Изучение геологической ситуации месторождения

Изучение геологической ситуации месторождения включа­ ет определение типов руд и вмещающих пород, их распростра­ ненности в пределах месторождения, изучение генетических осо­ бенностей, структуры пород месторождения. В результате вы­ полнения этого этапа необходимо:

- установить распространенность типов руд и пород, их взаиморасположение в разрезе с выделением зон повышенной трещиноватости, брекчирования, структур их контролирующих;

- определить основные минералогические группы, характер-

ные для данного генетического типа с оценкой нх изменчивос­

распределение по элементам ориентировки и густоте. Обяза­ тельным является выделение систем трещин, не имеющих за ­ полнителя, и со слабыми связями по поверхности. К огда такие трещины визуально выделить невозможно, необходимо провести сопоставительное бурение скважин кольцевыми коронками (пред­ почтительно алмазными) в местах, где детально изучена тре­ щиноватость визуальным методом для определения коэффициен­ та nv (см . п. 1.6);

- составить структурную модель пород (руд), включающюю типы руд (пород), их соотношение в разрезе, порядок блоков, ограниченных трещинами соответствующих размеров относительно мощности рудного тела, тип пород по минерало­ гическому составу, сгистемы трещин и их пространственные харак тернс гнки.

Распространенность типов руд и пород, их взаиморасполо­ жение в разрезе и плане определяется по данным обработки материалов разведочного бурения (на стадия детальной раз­ ведки) или эксплуатационного бурения на вновь вскрываемых участках месторождения. Зоны повышенной трещиноватости выделяются по керну скважин в соответствии с классификацией (см . табл. 3 ).

Основные минералогические группы для каждой породы обычно выделяются геологами в процессе изучения генезиса месторождения и могут быть определены по геологическим отчетам.

Изучение трещиноватости пород с необходимой степенью детализации возможно лишь в подземных выработках. П ред­ ставление об элементах ориентировки трещиноватости можно получить по данным изучения ее на выходах пород на поверх­ ность (если эго имеет место) или по относительной оценке ее по керну скважин. Для этого по каждой скважине строят ко­ лонку с указанием отметки интервалов от устья скважины, ти­

Построение структурной модели пород на этом этапе изу­ чения месторождения предполагает выделение типов пород с указанием процента их распространенности в попе, в каждом типе - степени нарушенности по критерию К т. Целесообразно

организовать изучение кернового материала уже в процессе раз­ ведки месторождения.

2.2. Отбор проб и испытание образцов

Во всех сдучаях рекомендуется использовать для изготов­ ления образцов керн. Скважины в назначенных местах бурятся станками колонкового бурения кольцевой коронкой (предпочти­ тельно алмазной) диаметром не менее 59 мм; Место бурения

правление по нормали к плоскости падения рудного тела), оно должно быть типичным в структурном отношении (мощность рудного тела* должна быть средней, густота трещиноватости - позволяющей получать керн, пригодный для изготовления образ­ цов). Режим бурения должен соблюдаться постоянным в тече­ ние всего времени бурения. Длина рейса при подземном бурении не должна превышать 1-1,5 м. Керн не должен отделяться от массива с помощью керноломателя, кроме исключительных спучаев(например, монолитный керн в интервале).

Керновый материал укладывается в стандартный геологи­ ческий ящик с поинтегвальной маркировкой. Каждый керн не­

ровка скважины, число кусков керна и их номера в интервале,

дисков (толщиной не более 15-20 мм), наличие которых может служить признаком высокого уровня напряжений пород в данном месте. В журнале указывается число дисков, их толщина и фор­ ма (чечевицеобразная, выпукло-вогнутая, плоская). Описывается весь керн независимо от длины куска. Выделяются интервалы скважины с низким процентом выхода керна или повышенной кусковатостью й выясняются,, по мере возможности, причины их появления: высокая дробимость, как следствие высокого уровня трещиноватости, изменение режима бурения, высокий уровень напряжений.

При малой мощности рудного тела (до 4“5 м) допускается отбор проб в виде штуфов. Размеры штуфов должны обеспечи­ вать изготовление 5-10 образцов. Штуф нужно ориентировать относительно нормали к рудному телу.

Для изготовления образцов используется весь пригодный керн, допускающий нарезку образцов с соотношением диаметра и высоты, равным единице. Изготовление стандартных образцов и их испытание проводится в соответствии с методикой ВНИМИ

/11/.

Образцы маркируются с указанием номера куска керна

вается номер штуфа и порядковый номер образца. Обрезки кер­ на маркируют аналогичным образом, если они предназначаются для. изготовления шлифов с целью изучения и количественной оценки минералогического состава. Как правило, такой отбор проводится после испытания (см. параграф 2 .3).

При скважинном моголе отбора проб обработка результа­ тов испытаний проводится с помощью графиков, построенных в координатах: прочность à - интервал V , на которые наносят­ ся все данные по испытаниям. Точки соединяют последователь­ но прямыми.

По характеру соотношения максимальных и минимальных значений 6Сж определяются области (интервалы) усреднения

в соответствии с п. 1.3. Для каждой области усреднения опре­

Внутри каждого интервала усреднения отбираются к\ски для изготовления шлифов. Образцы отбираются из кусков керна, примыкающих к образцам с максимальным, минимальным и сред­

состава строится структурная модель пород, на мм-, рой выделя­ ются сгрук/,ры различных порядков. Если завн-имеет:- О - V

однозначна (графически выражена одной пинией), го вся область пород, пересеченная скважиной, будет структурой первого поряд­ ка. Если таких зависимостей две или более, то соответственно имеет место наличие двух и более структур первого порядка, _которые можно разграничить по краям участков, где значения принадлежат разным линиям.

Структуры второго порядка выделяются (разграничивают­ ся) по областям усреднения. Размеры элементарных структурных блоков (структуры третьего порядка) разграничиваются длиной кусков керна, если их края являются результатом скола по трещи­ не при выбуривании,что можно установить визуально (края скопа ровные, остроугольные, площадка скопа гледкая).

Пример построения структурной модели по данным испы­ тания керна скважин приводится на рис. 9. Различаются две структуры первого порядка по признаку соотношения относитель­ ного содержания сульфидов (рудные минералы) и талька (вто­ ричные изменения).

2.4. Расчет коэффициента структурного ослабления

Коэффициент структурного ослабления рассчитывается в

Если поинтервальные характеристики не отличаются друг от друга более, чем в два раза, то за окончательный результат при­ нимается среднеарифметическое значение всех поиитервальных характеристик. В противном случае окончательный результат на­ ходится по формуле /12/

3. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД ПО П РЕДЕЛУ ПРОЧНОСТИ НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ

3.1. Условия устойчивости горных пород кровли камер,

в целиках и подготовительных выработках

Условия для определения .предельного пролета каме»* различны для слоистых и неспоистых пород. В некоторых слу­ чаях породы, сложенные блоками, проявляют склонность к расслоенгю благодаря наличию в них системы трещин субпагилпель-

ми данной системы, залегающей субпараплельно залежи, или определен экспериментально при расширении камеры до первого обрушения. Мощность обрушившихся пород м принимается за ве­ личину Н0 .

Устойчивый пропет камер находится пз выражения

шаемосгь пород висячего бока является обратной величиной к. следовательно

3.2. Примеры использования методики оценки

структурной нарушенносги и усгойчмвостк пород

Определение прочности пород для расчета целиков на месторождении Котсельваара

На месторождении Котсельваара разрабатывают ппасго* образную залежь интрузивного происхождения, вытянутую по простиранию в широтном направлении и падающую иод углом

3 0 -5 0 ° на юг, смятую в пологие складки. Рудное тело пред­ ставлено тремя типами руд: оруденепые филлиты (10%), брекчиевые руды (10%) и оруденепые серпентиниты (80%). Оруденепые серпениты составляют основную разновидность руд, слагающих междукамерные целики, и оценка их прочнос­ ти являлась главной задачей при расчете целиков.

Минералогический состав оруденедых серпентинитов представлен тремя группами основных минералов: серпентин в антнгорктовой разновидности (30-70%) - основной породообра­ зующий минерал, тальк, хлорит, кальцит т группа минералов, характеризующая вторичные изменения, суммарный процент их проявления колеблется в пределах 5-60%, сульфиды - рудные минералы. Трещиноватость в серпентинитах представлена, глав­ ным образ о, пятью системами трещин: две сопряженные систе­ мы широтного простирания с углом между плоскостью тре­ щин и нормалью к рудному телу «с * 70*<0°; одна система пологопадающая, совпадающая с углом падения залежи (угол

пределах 4 -15 трещин на пог/м.

Брекчиевые руды представлены обломками филитов и серпентинитов, сцементированных сульфидами, содержат глини­ стые включения по контакту с расположенными выше серпенти­ нитами.

Для определения предела прочности оруденелых серпен­ тинитов при одноосном сжатии были пробурены три скважины, из керна которых изготовили образцы. По результатам испыта­

ний построены графики 6 -V , один из которых представлен на рис. 9. Для определения количественного соотношения минера­ логического состава из керна изготовлялись шлифы. По изло­ женной выше методике получена зависимость б = 4000 р( Ô ) - -1800, кг/см^, откуда при р( 6 )=1 имеем 6 п =2400 кг/см2.

П о данным обработки минералогического анализа построена зависимость (см . рис.5), отражающая зависимость средней прочности серпентинитов от изменчивости содержания вторич­ ных минералов и никеля (сульфидов) было обнаружено, что оруденепые серпентиниты неоднородны по прочностным свой­ ствам в разрезе, вследствие проявления гидротермального про-

Изучение трещиноватости в массиве пород дало следующее распределение макротрещин по углуоЦгабл. 5 ).