Научная статья на тему 'О трещиноватости массива горных пород'

О трещиноватости массива горных пород Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
3695
334
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «О трещиноватости массива горных пород»

Выручка от реализации ВВ может составить 9700 тыс. руб.

С учетом использования производимых ВВ на собственные нужды прибыль может составить 17650 тыс. руб.

Выводы.

1. Приобретение передвижной смесительной установки позволит снизить затраты на производство взрывных работ за счет полного отказа от граммонита 79/21 и частичного отказа от аммонита 6 ЖВ.

2. При наличии потребителей производимой продукции среди горнодобывающих компаний Южной Якутии возможно получение дополнительной прибыли от ее реализации. Вложенные средства окупятся в течение первого года эксплуатации установки.

Реализация подобного проекта является актуальной для горнодобывающих предприятий.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Дронов В.Н. - заместитель генерального директора ОАО ХК «Якутуголь» по перспективному развитию и технической политике,

Акименко В.В. - главный инженер филиала ОАО ХК «Якутуголь», разрез «Нерюнгринский»,

Пазынич А.Ю. - заместитель главного инженера филиала ОАО ХК «Якутуголь», разрез «Нерюнгринский» по БВР.

------------------------------------------------------------- © М.М. Иудин, 2007

УДК 622.023.623 М.М. Иудин

Грещиноватость горных пород образуется в результате длительного воздействия геомеханических, тектонических и физико-механических процессов, действовавших и происходящих в породном массиве и земной коры. Следовательно, трещиноватость, как результат воздействия, может служить инструментом изучения прошедших процессов. Если научимся по этим следам исследовать этапы происхождения массива горных пород, то сможем оценить и спрогнозировать будущее физическое состояние породного массива, определить характер деформационного поведения горных пород.

Современное состояние и понимание роли трещиноватости горных пород представляется следующим образом.

Трещиноватость является определяющей структурно-

механической особенностью породного массива. Трещины наблюдаются в породах любого происхождения (осадочных, магматических и метаморфических) и по генетическому признаку подразделяются на естественные (природные) и искусственные (техногенные) трещины. В свою очередь естественные трещины в зависимости от происхождения подразделяются на первичные, возникшие в процессе образования и кристаллизации горных пород, тектонические, образовавшиеся под действием тектонических сил, и трещины выветривания, которые образуются в поверхностных слоях породных массивов под действием физического и химического выветривания [1].

Аналогичным образом В. А. Дунаев разделяет трещиноватость горных пород на естественные трещины и техногенную трещиноватость, обусловленную различным генезисом. Естественная природа трещиноватости горных пород формирует первичные трещины, непосредственно связанные с процессами формирования горных пород. После образования породного массива развивается тек-тогенез и вызывает вторичные трещины в горных породах. Естественная природа трещиноватости основных генетических формаций в породном массиве характеризуется следующим образом. Для осадочных формаций присуще литификационная трещиноватость, как следствие преобразования осадков (уплотнения, дегидратации,

сокращения объема и растрескивания) в породу. В результате этого каждый слой осадочной породы обычно расчленяется трещинами отрыва, субперпендикулярными плоскости напластования, которые в совокупности с границами раздела слоев образуют естественную отдельность (В.А. Дунаев).

Геометрические характеристики трещин положены в основу их геометрической классификации. Каждая отдельная трещина характеризуется длиной, шириной, шероховатостью и извилистостью стенок, а также пространственной ориентацией в породном массиве. Различают трещины открытые (незаполненные) и заполненные. По ширине раскрытия трещины разделяются на очень тонкие (до 2 мм); миллиметровые (2-10 мм); сантиметровые (10-100 мм); дециметровые (100-1000 мм). По длине трещины разделяют на микротрещины (менее 0,1 м), трещины (от 0,1 до 100 м) и разрывы (более 100 м). Имея в виду размеры исследуемых массивов вокруг горных выработок, микротрещины можно не рассматривать как структурные особенности массивов; их влияние интегрально учитывается при испытании породных образцов, т.е. при экспериментальной оценке механических свойств горных пород. Разрывы имеют длину от 100 м до 10 км, крупные тектонические разрывы от 10 до 100 км. Поэтому, разрывы, относящиеся к структурным ослаблениям по поверхностям большой протяженности, могут не рассматриваться при оценке механических свойств исследуемых породных массивов. Таким образом, предметом рассмотрения являются трещины с размерами от 0,1 до 100 м. Очевидно, верхний предел протяженности трещин до 100 м относится к анализу деформируемости больших породных массивов (например, при подработке перекрывающей породной толщи и т.д.), что является предметом специальных исследований. При анализе процессов деформирования и разрушения вокруг горных выработок целесообразно верхний предел протяженности трещин ограничивать 10 м.

Трещины в горных породах разделяются на три группы.

1-я группа трещин формируется при кристаллизации магматических пород, в процессе, которого массив горных пород разбивается микротрещинами на отдельные блоки. Например, для гранита - блоки имеют форму параллелепипеда, известняк разделяется на отдельные плитки.

2-я группа трещин возникают в результате тектонических явлений, деформаций или вследствие природных явлений на поверхности.

3-я группа трещин образуется в результате влияния процессов выветривания на трещины 1-й и 2-й групп [2].

Ржевский В.В. при рассмотрении и влиянии трещиноватости горных пород на процессы горных работ выделяет три системы трещин [3]. Трещины первого порядка размером от 10-9 до 10-5 м являются внутрикристаллическими, и, по мнению В.В. Ржевского практической значимости для технологических задач горного производства не имеют. А вот трещины второго порядка (межкристал-лические) оказывают влияние на горнотехнические и горногеологические условия ведения горных работ. Все трещины третьего порядка (размером более 1 см) существенно влияют на процессы разрушения горных пород и на развитие геомеханических процессов в породном массиве.

В зависимости от взаимной ориентации трещин различают упорядоченную и хаотическую трещиноватость. Упорядоченная трещиноватость породного массива имеет одно или несколько направлений преимущественного распространения трещин. Упорядоченную трещиноватость подразделяют на системную и полигональную трещиноватость. Для количественной трещиноватости используются линейный, площадной и объемный коэффициенты интенсивности трещиноватости. Они представляют собой отношение единиц длины, площади и объема к среднему расстоянию между соседними трещинами, к площади и объему части массива между трещинами.

Трещиноватость значительно влияет на формирование прочностного состояния породного массива, уменьшая прочностные и деформационные свойства горных пород. Кроме того, в трещинах накапливаются жидкие и газообразные вещества, которые взаимодействуют с породами, изменяя внутреннюю структуру минералов и зерен, составляющих горную породу.

Интенсивность трещиноватости горных пород является показателем, который характеризует уменьшение физических свойств, и определяется количеством трещин на 1 м в направлении перпендикулярном к плоскости трещин (таблица) [4].

Классификация трещиноватости горных пород

Категория трещи- Характеристика Интенсивность трещиновато-

новатости трещиноватости сти, 1т,шт/пог.м

I Монолитная 1

II Слаботрещиноватые 2-5

III Среднетрещиноватые 6-10

IV Сильнотрещиноватые 11-15

V Разрушенные >15

Степень влияния интенсивности трещиноватости

Например, снижение модуля упругости горных пород в зоне трещиноватости породного массива оценивается по формуле [4]:

Е

ЕТ =-------------------------------------------------------, (1)

Т 1 + 0,51 Т

где ЕТ - модуль упругости горных пород в трещиноватом массиве; ЕО - модуль упругости породы в монолитном состоянии; 1Т - интенсивность трещиноватости.

Из формулы (1) можно выделить коэффициент:

к =--------------------------------------------------------1----. (2)

1 + 0,51Т

На рис. 1 показана зависимость коэффициента к от величины интенсивности трещиноватости горных пород.

По аналогии с формулой (1) снижение прочностных свойств горных пород в зоне трещиноватого породного массива представляется следующим образом:

от = к -а0 . (3)

Таким образом, существующие системы трещиноватости горных пород неодинаково влияют на геомеханические процессы, происходящие в породном массиве вокруг горных выработок. Это влияние можно оценить через снижение упругих и прочностных свойств горных пород в зоне трещиноватости породного массива. Для многолетнемерзлого породного массива при оттаивании мерзлых пород, когда происходит вытаивание льда-цемента в трещинах, перераспределение напряженно-деформированного состояния зоны протаивания вокруг выработки оценивается с учетом изменения упругих (1) и прочностных (3) свойств горных пород в зоне трещиноватости.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баклашов И.В. Геомеханика: Учебник для вузов. В 2т. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. - Т.1. Основы геомеханики. - 208 с.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Высшая школа, 1987. - 296 с.

3. Ржевский В. В. О научных основах расчетов давления горных пород (часть 1) // Изв.вузов. Горный журнал. - 1982. - №6. - С.1-9.

4. Глубокие рудоспуски / В.В. Гущин, Ю.А. Епимахов, А.А. Козырев и др. -Апатиты: КНЦ РАН, 1997. - 196 с.

— Коротко об авторах

Иудин М.М. - кандидат технических наук, ИГДС им. Н.В. Черского СО РАН.

УДК 622.45

© М.М. Иудин, 2007

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.