сотрудник с 01.01.2016 по настоящее время
Екатеринбург, Свердловская область, Россия
ВАК 1.2.1 Искусственный интеллект и машинное обучение
ВАК 1.2.2 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Основные потери механической прочности массива горных пород в процессе ведения подземных горнотехнических работ могут быть связаны с зонами повышенной трещиноватости, дробления пород, а также резкого ухудшения физико-механических свойств. Объективное выявление таких зон возможно только на основе интегрированного анализа всех факторов, определяющих условия вскрытия месторождения.
инженерно-геологические условия, эпитермальные золото-серебряные месторождения, массив скальных горных пород, классификация Н. С. Булычева, инженерно-геологическая модель.
Введение
Основные потери механической прочности массива горных пород в процессе ведения подземных горнотехнических работ могут быть связаны с зонами повышенной трещиноватости, дробления пород, а также резкого ухудшения физико-механических свойств. Объективное выявление таких зон возможно только на основе интегрированного анализа всех факторов, определяющих условия вскрытия месторождения.
Результатом интегрированного анализа является прогноз изменения инженерно-геологических условий при освоении месторождения, под которым понимается процесс перехода от информации, характеризующей особенности геологической среды, характер и масштаб возникающих в ней процессов и явлений в результате строительства и эксплуатации горных выработок [2–3].
Метод
Для оценки свойств скального массива при взаимодействии с горными выработками в настоящее время широко принимаются эмпирические классификации. Они позволяют выделить категории (классы, группы) массива по устойчивости и сопоставить выделенные категории с физико-механическими свойствами.
В эмпирических классификациях используются разные геологические параметры, которые наиболее корректно отражают состояние скального массива. К таким показателям относятся: прочность на одноосное сжатие, модули трещиноватости и кусковатости, RQD, поверхность трещин, морфологические особенности и заполнитель трещин, размер элементарного структурного блока, обводненность и т. д.
В зарубежной практике строительства подземных горных выработок применяется несколько подходов к оценке состояния устойчивости массива горных пород с учетом его дискретной структуры. Наиболее известны рейтинговые подходы по оценке устойчивости трещиноватого массива горных пород в баллах RMR [5–7] и Q-система [4, 3]. Обе системы имеют сходство по применению близких параметров качества массива (трещиноватость), но различаются по весовым коэффициентам и учету напряженного состояния.
В отечественной практике строительства подземных горных выработок используется классификационная (рейтинговая) система Булычева Н. С. Она основана на вычислении характеристической прочности массива горных пород с подразделением ее диапазона изменчивости на 5 категорий устойчивости.
Примеры
Рассматриваемое месторождение расположено во внешней зоне ОЧВП и относится к эпитермальным золото-серебряным.
Массив скальных горных пород месторождения сложен толщей эффузивных пород верхнемелового возраста. Процессы рудообразования на месторождении связаны с проявлением гидротермального метасоматоза березитовой и аргиллизитовой фации, привели к изменению минерального состава первичных пород, формированию новых минеральных ассоциаций и петрографических типов пород и появлению зонального строения [1].
В строении массива пород выделены: вмещающие породы, сложенные андезибазальтами, игнимбритами риолитов; околорудные породы (околожильные) — сформированные в результате процессов березитизации и представленные каолинит-кварцевыми, кварц-хлорит-серицитовыми, хлорит-эпидотовыми метасоматитами; рудная зона — метасоматиты, имеющие кварцевый, родонит-кварцевый состав.
Анализ трещиноватости массива пород установил, что преобладают трещины с волнистой поверхностью, также в небольших количествах отмечаются плоские и ступенчатые поверхности. Минеральный состав заполнителя открытых трещин — гидроокислы железа, единично встречается глинка трения и кварц-карбонатный заполнитель.
Для оценки количественных параметров трещиноватости и определения преобладающей категории использовалась классификация ВСЕГИНГЕО, в состав которой добавлен коэффициент зон ослабления. При использовании статистического анализа были получены следующие результаты по преобладающей категории: вмещающие породы — сильнотрещиноватые; околорудные — сильнотрещиноватые, рудные зоны относятся к категории раздробленных.
Рассматриваемое месторождение расположено в области развития многолетнемерзлых пород сплошного распространения. Породы относятся к категории морозных, слой сезонного оттаивания, по данным замеров температур, составляет 1,5–8,0 м, при средней глубине 4,0–4,5 м подошва многолетнемерзлых пород в пределах месторождения залегает на глубинах 180–200 м.
Для получения относительных оценок устойчивости массива горных пород на рассматриваемом месторождении была использована классификация Н. С. Булычева. Данная классификация является более унифицированной и включает в себя учет всех факторов, влияющих на устойчивость горных пород.
Инженерно-геологические интервалы с расчетом характеристической прочности выбирались исходя из литологии и критериев прочности керна (ориентировочная длина данного интервала составляет от 0,3 м до 3,0 м). Любые изменения петрографии или трещиноватости (поверхности трещин, заполнитель, раскрытие трещин и т. д.) расценивались как инженерно-геологические границы.
По результатам расчетов, в разрезе месторождения в зависимости от степени устойчивости массива пород выделено 4 категории:
-
устойчивые (время стояния ствола в выработке без крепления от 1 до 6 месяцев);
-
средней устойчивости (время стояния ствола в выработке от 168 до 720 часов);
-
слабоустойчивые (время стояния ствола в выработке от 24 до 168 часов);
-
неустойчивые (время стояния ствола в выработке менее 24 часов).
Таким образом, на основании анализа инженерно-геологических условий и построенной инженерно-геологической модели (рис. 1) можно отметить, что основными типами прогнозируемых деформаций при отработке месторождения будут являться: обрушения, вывалы, пучение.
Обрушения и вывалы будут развиваться на участках слабоустойчивых пород в местах пересечения выработками зон ослабления щебнистого состояния (III и IV класс устойчивости), что потребует крепления стенок.
Пучение пород будет развиваться на участках неустойчивых пород (V класс) в верхней части разреза в условиях увлажнения. Во избежание данной ситуации рекомендуем проходить такие участки с креплением.
Рисунок 1. Инженерно-геологический разрез с выделением категорий устойчивости
Выводы
Применение классификационной (рейтинговой) системы Булычева Н. С. при построении инженерно-геологической модели позволяет учесть разные геологические параметры, которые наиболее корректно отражают состояние скального массива и влияют на устойчивость горных пород при отработке, а также до начала ведения горных работ выделить ослабленные участки и минимизировать активизацию инженерно-геологических процессов при отработке.
Благодарности
Автор выражает признательность коллективу ООО «Гидрогеологии, инженерной-геологии и геоэкологии», которое является партнером ФГБОУ ВО «УГГУ» в программе стратегического академического лидерства «Приоритет — 2030».
1. Абатурова И. В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых горно-складчатых областей / Абатурова И. В. — Екатеринбург: типография «Уральский центр академического обслуживания», 2011.
2. Абатурова И. В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий на разных стадиях разведки месторождений полезных ископаемых / Абатурова И. В. [и др.] // Литосфера. — 2013. — № 3. — С. 137–145.
3. Абатурова И. В. Принципы оптимизации изучения инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых / Абатурова И. В. [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 11 (42). — Часть 6. — С. 10–13.
4. Barton N. Application of Q-System and Index Tests to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses / Barton N. // Workshop on Norwegian Method of Tunneling. — New Delhi. —1993. — Pp. 66–84.
5. Bieniawski Z. T. Rock Mass Classification in Rock Engineering / Bieniawski Z. T. // Symposium on exploration for rock engineering // Balkema: Rotterdam, 1976. Pp. 97–106.
6. Bieniawski Z. T. Engineering classification of jointed rock masses / Bieniawski Z. T. // Transaction of the South African Institution of Civil Engineers. — 1973. — Vol. 15. — Pp. 335–344.
7. Bieniawski Z. T. Classification of rock masses for engineering: The RMR system and future trends/ Bieniawski Z. T. // Comprehensive Rock Engineering. — 1993. — Vol. 3. — Pp. 553–573.
