Характеристика трещиноватости горных пород

Физико-техническая оценка горных пород как объекта разработки

Горные породы, являющиеся объектом открытых разработок, делятся на коренные (магматические, метаморфические и осадочные), залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и на покрывающие их наносы — породы измельченные, переотложенные или перенесенные.

Все горные породы состоят из минеральных составляющих - (зерен, их агрегатов, обломков), различных как по вещественному составу, так и по крупности, форме и характеру связей между ними, т. е. строению (структуре).

Состояние разрабатываемых пород в общем случае может быть естественным (нетронутый массив) или искусственно измененным (посредством взрыва, механическими способами разрушения, водопонижением, химическим укреплением и др.).

В процессе разработки горные породы подвергаются различного рода воздействиям (удару, сдвигу, уплотнению, перемещению и т. д.).

К физико-техническим свойствам горных пород в различном состоянии относятся плотность, пористость, влажность, сопротивление различного рода воздействиям, стойкость, вязкость, хрупкость, устойчивость, увеличение объема при разрушении и др.

Учет различных физико-технических свойств горных пород необходимо производить в зависимости от объекта разработки (в массиве учитываются свойства пород в естественном состоянии, в разрушенных породах — свойства искусственно измененных пород). Существенно влияет на свойства горных пород и их сложение (текстура). Для большинства метаморфических, твердых осадочных и глинистых пород и некоторых магматических образований характерна упорядоченная текстура (сланцевая, слоистая, флюидальная), вследствие чего свойства одного образца породы неодинаковые в разных направлениях. Такие породы в целом анизотропны, хотя минеральные составляющие их могут быть в отдельности и изотропными. Породы массивной текстуры и раздельно-зернистые (например, граниты, щебенистые накопления) часто обладают в массиве примерно одинаковыми свойствами в разных направлениях и могут считаться квазиизотропными.

Наличие пустот (скважность) и особенно трещиноватости резко влияет на свойства горных пород. Микротрещиноватость обусловливает дефекты строения и различную сопротивляемость разрушению даже одной и той же породы в малом объеме (образце). Еще значительнее влияют на свойства пород в массиве трещины, отдельности, напластования (кливаж), выветривание, тектонические трещины (отрыва и скола) и разрывные нарушения (дизъюнктивы), создающие трещинную анизотропию свойств. Их влияние обусловливает коренное изменение свойств материнских пород в зонах разлома и других дизъюнктивных участках и сопровождается постепенным механическим распадом пород в обнажениях.

Особенно большая роль во вторичных естественных изменениях пород и их свойств принадлежит тектоническим процессам, выветриванию, мерзлотным явлениям в суровых климатических условиях.

Изменение свойств пород во многих случаях происходит постепенно, под воздействием давления, атмосферных условий и др., например, уплотнение пород в насыпях, слеживание, выветривание, фильтрационное оплывание сыпучих пород и т. д.

Все горные породы различают и объединяют по видам, группам, категориям и классам, имеющим определенные диапазоны свойств и характеристик.

Существуют следующие виды горных пород:

скальные и полускальные (естественное состояние); разрушенные (искусственно или естественно измененные скальные и полускальные породы); плотные, мягкие (связные) и сыпучие.

В массиве горных пород различают трещины трех порядков.

Трещины первого порядка характерны для кристаллов горных пород, имеющих мозаичную структуру с присущими ей внутрикристаллическими дефектами и трещинами. Размеры и величина раскрытия этих трещин изменяются от 10^-9 до 10^{-5 м.}

К трещинам второго порядка относятся трещины между самими кристаллами, а также трещины в межкристаллическом цементе. Размеры этих трещин имеют тот же порядок, что и размеры слагающих породу кристаллов.

Трещины первого и второго порядков определяют сопротивляемость пород бурению, измельчению в дробилках, выемке многоковшовыми экскаваторами и комбайнами. Решающее влияние при этом оказывают трещины второго порядка; они же в некоторой степени определяют эффективность процессов выемки пород одноковшовыми экскаваторами, механического и взрывного рыхления, а иногда и степень устойчивости откосов.

К трещинам третьего порядка относятся эндогенные петрогенетические трещины, которые тесно связаны с отдельными породными пластами, потоками лав или интрузиями. К ним же относятся тектонические трещины отрыва и скалывания, а также кливаж. Тектонические трещины обычно образуют четко выраженные системы двух почти взаимно перпендикулярных крутопадающих рядов трещин, секущих породные напластования, независимо от их состава и возраста. Кроме того, к трещинам третьего порядка относятся трещины отжима, образующиеся параллельно обнаженной поверхности при разгрузке пород, а также искусственные трещины, возникающие в породах при ведении горных работ.

Все перечисленные виды трещин при обнажении массива усиливаются трещинами выветривания, которые развиваются на глубину от 2 - 3 до 10 м и более по уже имеющимся трещинам или даже по нетронутому массиву.

Все трещины третьего порядка имеют значительное простирание, измеряемое сантиметрами, метрами и даже километрами. По степени проявления они делятся на открытые, закрытые и скрытые; величина их раскрытия изменяется от 10^-6 до 10^{-1 м. Эти трещины могут заполняться другими породами, продуктами выветривания, водой и нефтью или же оставаться незаполненными. Пересекаясь, такие трещины делят породы на отдельности более или менее правильной формы.}

Трещины третьего порядка наиболее существенно влияют на процессы выемки одноковшовыми экскаваторами, механического и взрывного разрушения, на сдвижение, оползание, обвалы и другие проявления горного давления. В меньшей степени они влияют на процессы выемки многоковшовыми экскаваторами.

Наряду с размерами и густотой трещин важно знать их направление по отношению к обнажаемой части массива пород, число и направление систем взаимно пересекающихся трещин.

Для расчета технологических процессов и оценки трудности разработки пород важно установить: тип трещиноватости (системная, непрерывная или прерывная, хаотическая, полигональная); углы падения и азимуты главных систем трещин; протяженность, раскрытие и расстояние между трещинами в системах; характер и степень заполнения трещин; общий объем трещинной пустотности, размер отдельностей (блоков) в массиве.

Дата добавления: 2014-11-20