Трещиноватость горных пород, её влияние на изменения физико-механических свойств пород на примере месторождения Нойон-Тологой
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
|
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 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.
Страницы: 1, 2
|