CC BY
48
УДК 004: [910+528](975/8)
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД УДОКАНСКОГО МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ПОЛНОГО И СОКРАЩЕННОГО ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ДОКУМЕНТИРОВАНИЯ КЕРНА
© В.А. Грицик1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проведены обзор и оценка получения геомеханической объективной информации о динамике деформационного режима, систем классификации массивов горных пород. На основании существующих подходов к решению этой задачи сделан вывод о целесообразности использования геомеханической информации при оценке устойчивости документации керна. Ил. 1. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: геомеханическая информация; классификация массивов; документация керна; эмпирические критерии; система MRMR.
INVESTIGATING CHARACTERISTICS OF ROCKS FROM UDOKAN COPPER-NICKEL DEPOSIT THROUGH FULL AND REDUCED GEOMECHANICAL DOCUMENTING OF CORE V.A Gritsik
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The paper reviews and assesses objective geomechanical data on deformation regime dynamics and classification systems of rock massifs. Based on the existing approaches to solving this problem a conclusion is made on the feasibility to use geomechanical information when assessing core documentation stability. 1 figure. 5 sources.
Key words: geomechanical information; classification of massifs; core documentation; empirical criteria; MRMR system.
На сегодняшний момент не существует универсального способа сбора данных, который подходил бы во всех случаях, будучи при этом и эффективным, и недорогим. Поэтому крайне важно понимать особенности сбора данных, чтобы иметь возможность осуществления дальнейшей работы по оценке поведения массива горных пород.
Для определения физических параметров массивов горных пород, которые определяют их инженерные (геомеханические) свойства, бортов карьера было пробурено 5 геомеханических скважин в 2010 году и 10 скважин в 2011 году, общая длина которых составила более 3000 м. Отобрано 155 проб на физико-механические испытания (прочность на сжатие, сдвиг по распилу, сдвиг по естественной трещине, на трехосное сжатие) в той части месторождения, которая, вероятней всего, будет отрабатываться в первую очередь и является доступной для выполнения программы геологоразведочных работ.
Основная цель на стадии геомеханического бурения - извлечение керна в максимально оптимальном состоянии для проведения оценки качества и инженерных (геомеханических) свойств массивов горных пород на месте залегания.
Для геомеханических целей предпочтительно производить бурение большего диаметра. При описании и измерении нужно применять колонны HQ (диаметр керна 63,5 мм), поскольку бурение меньшими диаметрами может способствовать образованию большого количества дополнительных трещин, что
осложняет задачу их корректной интерпретации и документирования.
Одним из основных источников ошибок при документировании керна является образование трещины в керне при удалении керна из керноотборника и его перемещении в керновый ящик. Поэтому, по возможности, керн из керноотборника следует извлекать гидравлическим способом (под напором воды), а не выбивать его молотком.
Большой объем ценной геомеханической информации может быть получен в процессе самого бурения. Буровая документация по условиям проходки, составляемая бурильщиками, должна пополняться каждый день и предоставляться инженеру-геологу для тщательного изучения.
Системы классификации
Целью геомеханического документирования для проектирования карьера является получение информации, которая может быть использована для определения геомеханических свойств массивов горных пород. Они будут определять поведение и реакцию этих массивов при устройстве откосов карьера. Информация, полученная при геомеханическом документировании керна, является основополагающей для определения исходных данных пи проектировании бортов карьера.
Вот почему крайне важно собрать информацию по всем геомеханическим параметрам, которые будут влиять на прочность и поведение массивов горных пород. Эти параметры представлены на рисунке и
1 Грицик Владимир Анатольевич, аспирант, тел.: 89041528373, e-mail:341356@mail.ru Gritsik Vladimir, Postgraduate, tel.: 89041528373, e-mail: 341356@mali.ru
включают:
• Прочность породы и оценку анизотропии.
• Количество нарушений (открытых швов -трещин, залеченных швов-трещин и трещин-жил).
• «Качество» (степень, силу) нарушений.
• Ориентацию и геометрию нарушений.
В общем случае оценка представительных геомеханических свойств массивов горных пород является весьма сложной задачей. Хотя разработаны методы испытаний для определения крепости, жесткости и других параметров в пробах пород в лабораторных условиях, но значительно сложнее оценить прочность и ожидаемое поведение массивов горных пород на месте залегания. Со временем удалось разработать эмпирические методы (основанные на опыте применения и полевых примерах) количественной оценки прочности массивов горных пород и, следующим шагом, оценки механических свойств для инженерно-геологического проектирования. Эти методы носят название систем классификации массивов горных пород.
Обычно для геомеханической характеристики массивов горных пород применяют одну из трех международно-принятых систем классификации массивов горных пород:
1. Система классификации массивов горных пород
по Bieniawski (Бинявски) (RMR).
2. Модифицированная система классификации массивов горных пород по Laubscher (Лобше) (MRMR).
3. Индекс качества массивов горных пород при проходке выработок (Q) по классификации Норвежского института геомеханики.
Каждая из этих систем классификаций имеет свое значение для учёта геомеханических параметров при проектировании карьеров и подземных рудников. В настоящее время система RMR используется при разработке эмпирических критериев прочности массивов горных пород. Система MRMR может быть задействована при проектировании подземных рудников, расчете необходимых параметров крепи, а также для оценки углов откосов карьеров. Система Q широко применяется при проектировании подземных рудников и расчете параметров крепи.
Для анализа собранных данных геомеханического документирования керна компания SRK применяет систему MRMR, поскольку она наиболее универсальна и требует учета максимального числа индивидуальных параметров массивов горных пород. Однажды собранные, эти параметрические данные могут, если потребуется, быть использованы и в RMR и Q системах классификации.
Основные компоненты схемы классификации массивов горных пород: Intact rock strength - прочность ненарушенной горной породы; Joint persistence (length) - протяженность трещин; Field stresses - поле механических напряжений; Joint spacing - расстояние между трещинами; Ground water - подземные воды; Joint orientation - ориентация трещин; Drill core quality (fracture density) - качество керна (плотность трещин); Joint contour (shape) - очертания (форма) трещины; Joint aperture and surface condition - апертура (зазор) трещины и состояние ее поверхностей; Rock mass classification - классификация массивов горных пород.
Модифицированная система классификации массивов горных пород
MRMR - это исключительно полезное и мощное средство, позволяющее использовать все важные параметры массивов горных пород при проектировании рудников. При разработке открытым способом (карьером) оно применяется на всех этапах: от стадии предварительного проекта до этапа полномасштабной добычи руды. Система картирования и документирования керна разделяет керн на геомеханические интервалы - зоны, массивы пород в которых, как ожидается, будут демонстрировать одинаковое поведение после вскрытия в бортах карьера.
Устойчивость каждой зоны будет определяться следующими параметрами:
Мощность геомеханической зоны.
Показатель качества пород (RQD).
Количество дефектов матрицы/массива пород, таких как разрывные нарушения (разломы), зоны скалывания (дробления), зоны интенсивной трещиновато-сти, зоны ослабленных пород.
Количество извлеченного/наблюденного цельного керна.
Прочность/крепость ненарушенной горной породы (IRS).
Степень и природа выветривания породы.
Ориентация трещин (структур) относительно оси керна или истинная ориентация.
Расстояния между видимыми системами трещин и истинные расстояния (Js).
Суммарное количество/плотность/частота трещин (FF).
Состояние трещин: профиль шероховатости, изменение пород стенок и заполнение (Jc).
Обводненность пород.
Затем эти параметры оцениваются в соответствии с системой MRMR и получают свой рейтинг в следующих пределах:
- IRS (прочность ненарушенной горной породы) 020
- RQD (показатель качества пород) 0-15
- Js (расстояние между трещинами) 0-25
- FF (частота трещин) 0-40
- Jc (состояние шва/трещины) 0-40
Этот рейтинг массива пород на месте залегания
(сумма может превышать 100) затем корректируется, чтобы учесть влияние планируемых горных работ, а именно, влияния выветривания, структурной ориентации, вызванных напряжений (в массиве пород) и взрывных работ. Эти корректировки в исходный MRMR рейтинг (для ненарушенного массива пород) вводятся с учетом предложенного типа добычи и поведения массива пород в зависимости от времени. Возможный уровень поправок (в процентах) следующий:
Выветривание 30-100%
Ориентация 63-100%
Вызванные напряжения 60-120% Взрывные работы 80-100%
Хотя и уровень поправок (в процентах) является эмпирическим, сам принцип оказался действенным и, как таковой, заставляет проектировщика принимать в расчет эти важные параметры, полученные из документирования керна. В сущности, эти поправки учитывают ожидаемое ухудшение состояния массива пород после вскрытия при разработке рудника.
Геомеханические работы (сбор данных) - это источник правильного и надежного выхода продукта в конечном результате, это получение данных, на основе которых строится модель уклона бортов будущего карьера (Удоканское медно-никелевое месторождение). В настоящее время в России не так часто используются геомеханические работы, что связано в первую очередь с ценовой политикой и новизной такого вида работ в России. Несмотря на это, геомеханика позволяет уменьшить расходы и увеличить качество выпускаемой ею продукции (например, при строительстве бортов в карьере на каждом уклоне, глубине должен быть определенный угол наклона борта, чтобы он мог выдерживать нагрузку от спецтехники, которая будет использовать его).
При качественном документировании ориентированного керна (геомеханическое бурение) и выполнении стандартов полученные данные будут соответствовать нормам международного составления отчета (кодекс JORC), а также последующему использованию, изучению свойств горных пород, написанию научных работ и усовершенствованию документации по сбору информации.
Библиографический список
1. Удоканское медное месторождение: руководство по опробованию. SRK Consulting. Февраль 2010 г.
2. Удоканское медное месторождение: руководство по опробованию. SRK Consulting. Февраль 2011 г.
3. Документация и опробование геомеханических скважин: отчет. 2011 г.
4. Краткая инструкция по заполнению табличных форм структурного геомеханического документирования керна. SRK Consulting. Февраль 2011 г.
5. Краткая инструкция по заполнению табличных форм геомеханического документирования керна. SRK Consulting. Февраль 2011 г.
