Методы оценки
1.Геолого-маркшейдерские
по результатам съемки трещин;
по результатам исследования керна.
2.Физиеские методы
геодезические;
прочностные;
реометрические.
Метод оценки по результатам съемки трещин
1-ствол
2-квершлаг
3-полевой штрек
4-рудный штрек
5-орт-заезд
х-замерная станция-участок горной выработки
Для оценки выбирают участки с характерной трещиноватостью, их называют замерные станции. Расстояние между участками 200-250м.
100-200 трещин
20-30 каждой системы
Съемка трещин
1. Выделить системные трещины и определить их ориентировку (угол падения и азимут простирания).
2. Определить размер элементарного блока.
3. Выяснить характер тещин (шероховатость, извилистость, открытость, минеральный заполнитель).
Инструмент
Горный компас, линейка, рулетка, блокнот, карандаш.
В пределах участка снимают каждую трещину. Определяют параметры трещин: ширину трещин, угол падения и азимут простирания, отмечают волнистость и шероховатость. Отмечают расстояние между ближайшими примерно одинаково ориентированными трещинами и длину этих трещин.
По измеренным значениям «а» и «В» вычисляют средне расстояние между трещинами в системах.
Обработка результатов съемки производится с использованием методов систематической статистики, и представляют на сетке Вульфа в виде «роз» трещин или виде изолиний густоты трещин.
I; II; III -системы трещин
х - центр участка конструкции трещин
1 трещина Азимут прост.=35º
2 трещина Азимут прост.=70º
3 трещина Азимут прост.=50º
Размер элементарного блока:
при 3-х системах.
Обработка результатов измерений позволяет получить численные характеристики параметров трещиноватости массивов пород, которые в дальнейшем используются для решения различных геомеханических задач.
Контрольные вопросы:
1. Охарактеризуйте влияние трещин на деформационные свойства массива.
2. Дайте определение непосредственному и косвенному воздействию трещин на массив пород.
3. Характерные особенности горных пород.
4. Перечислите и охарактеризуйте геолого-маркшейдерские методы оценки трещиноватости.
5. Как определяется размер элементарного блока?
Модуль 2. Изучение трещиноватости и механических свойств горных пород
Раздел 3. Трещиноватость массива горных пород
Тема 4. Физические методы оценки трещиноватости
ЛЕКЦИЯ № 5
План лекции
1. Геолого-маркшейдерские методы оценки трещиноватости.
2. Графическое представление трещиноватости.
В качестве основных характеристики оценки трещиноватости массива наиболее часто применяются следующие
1. Степень трещиноватости - число трещин одной системы на 1 м длины в направлении, перпендикулярном поверхностям разрыва.
2. Среднее расстояние между трещинами величина обратная степени трещиноватости.
3. Структурный объем - наименьший однородный объем (отдельность) породы, образованный системой трещин пересекающих массив.
ВНИМИ предлагает характеризовать трещиноватость массива средними размерами структурных блоков, на которые он разбивается трещинами.
Трещиноватость массива оценивают и изучают на различных стадиях разведки и разработки месторождения. Для этого применяют геолого-маркшейдерские и специальные физические методы.
Геолого-маркшейдерские методы оценки трещиноватости. Служат для выявления общей характеристики нарушенности массива и позволяют установить происхождение трещин и элементы их залегания. В результате геологической съемки массива определяются выдержанность, простирание и падение трещин, расстояние и величины двугранных углов между ними; дается описание обнажений, раскрытости и выполнения трещин вторичными минералами; характеризуются зоны дробления, разлома, рассланцевания и других конкретных условий.
При геологической съемке для определения элементов залегания трещин пользуются горным компасом, в труднодоступных местах фототеодолитной и аэрофотосъемкой. Результаты геологической съемки трещин обрабатываются статистическими методами и представляются в виде плоских или объемных диаграмм.
Для характеристики трещиноватости массива на практике наиболее часто применяются изображения в виде "роз трещин" и "полярных сеток".
В "розах трещин" (рис. 1) число или частота трещин (интенсивность трещиноватости) и азимут их простирания изображаются величиной и направлением радиуса окружности. Для простирания "роз трещин" по отдельным горизонтам и видам выработок проводятся геолого-маркшейдерские съемки трещин и представляются в виде таблиц. Число замеренных трещин одного азимута откладывается на диаграмме в данном направлении как вектор в соответствующем масштабе. Концы векторов соединяются между собой прямыми линиями. Наиболее выступающие части диаграмм принимаются за основные направления систем. На такой диаграмме, помимо выявления основных систем трещин и их относительного числа, представляется возможным установить пределы изменения азимутов простирания данной системы трещин. Углы падения различных систем трещин указываются в прилагаемых к "розам трещин" таблицах.
Характеристику трещин по интенсивности, азимуту простирания и углам падения можно получить, пользуясь полярной сеткой.
В плоскости экватора (плоскость листа) изображаются меридианы (радиальные прямые) и параллели (концентрические окружности). Таким образом, сетка представляет собой систему прямых линий и концентрических окружностей (рис. 1.).
Рис.1. Роза трещиноватости
Порядок построения сетки и нанесения трещин заключается в следующем:
проводят две взаимно перпендикулярные оси, вертикальная ось (север - юг), и горизонтальная (запад - восток) ;
описывают окружность радиусом 100 м из точки пересечения осей И через 10° проводят диаметры;
чертят концентрические окружности радиусами, равными расстоянию точек пересечения с окружностью каждого из последующих радиусов от горизонтальной или вертикальной оси круга;
измеренные элементы залегания каждой трещины наносят в виде точки, лежащей на пересечении радиуса сферической проекции, соответствующей азимуту угла простирания, с окружностью, соответствующей углу падения трещин.
строят изолинии плотности или густоты трещин (рис. 1.9), на рисунке количество трещин дано в процентном отношении.
Качественная характеристика трещиноватости учитывает, главным образом, пространственную ориентировку трещин. Для изучения влияния трещиновато сти на процесс обрушения пород требуется выяснить и количественную характеристику трещиновато сти, т.е. величины обнажений по трещинам, распространение трещин в плане и по высоте, расстояния между трещинами одной системы и углы, образованные трещинами различных систем. С этой целью строятся более сложные стереографические сетки.
Оценка трещиноватости по результатам исследования кернов заключается в том, что при бурении скважин отбираются керны, измеряется их длина и подсчитывается число кернов определенной длины.
Если при бурении скважины длиной L м в трещиноватых породах получены керны размерами lv /2, /3> ..., 1п соответственно числом xv х2, л:3,..., хп, то их количество на 1 м скважин будет определяться расчетом.
Рис.2. Изолинии плотности и густоты трещин
Измерения на данном участке повторяются не менее двух раз. При измерениях необходимо учитывать только естественные трещины, которые отличаются от вызванных взрывом следующими особенностями: относительной прямолинейностью, меньшей шириной, заполненностью трещин. Взрывные трещины обычно заканчиваются в пределах каждой отдельности или пласта.
В тех случаях, когда непосредственные измерения по забою произвести затруднительно или опасно, можно пользоваться количественным подсчетом числа трещин на обнажении уступа. При этом забой рассматривается с определенного расстояния (20 м) через шаблон, на экране которого нанесена масштабная сетка. С помощью этой сетки может быть определено как среднее расстояние между трещинами, так и количество крупных отдельностей, так как через сетку шаблона на обнажении уступа видны площадки размерами 1X1 м.
Содержание крупных кусков на участке слоистого массива определяется как отношение суммарной мощности слоев, содержащих крупные куски, к суммарной мощности всех слоев.
Фотопланиметрический метод оценки трещиноватости. При этом методе вдоль поверхности забоя опускаются две ленты с делениями через 0,5 или 0,2 м, расстояние между лентами 10 м. Забой фотографируется и делаются отпечатки размером не менее 13x18 см.- По делениям на ленте проводятся линии, вдоль которых измеряются размеры кусков.
При пользовании этим методом возможны ошибки, связанные с трудностью отличия естественных и искусственных трещин на фотопланограммах. Рационально сочетать планиметрический и фотопланиметрический методы.
Наряду с оценкой основных количественных показателей трещиноватости скального массива определяются и основные природные элементы трещин: элементы залегания, углы пересечения с другими трещинами, ширина и протяженность трещин, состав и характер заполнения трещим, шероховатость трещин.
Изучение трещиноватости горных пород на обнажениях и в горных выработках включает следующие этапы:
общее предварительное знакомство с участком месторождения и разработка программы работ по изучению трещиноватости массива;
привязка геологических условий, выявленных на обнажениях и в горных выработках, к структурно-тектоническому плану
района;
фотографирование и дешифрирование масштабного фотоснимка изучаемого обнажения или его зарисовка;
измерение элементов залегания трещин, исследование и описание их характеристик;
полевая обработка и оценка полученных данных, описание трещиноватости отдельных участков.
Изучение трещиноватости массива горных пород с целью обоснования разработки месторождения и проектирования производится одновременно с крупномасштабной инженерно-геологической съемкой или самостоятельно.
Трещиноватость массива горных пород изучают путем обследования обнажений, горных выработок (горизонтальных и вертикальных), скважин (по керну и стенкам). Материалы, полученные при предварительном знакомстве с массивом (местоположение участка, ориентировка поверхности обнажения или направление выработки, магнитное склонение и др.) и в результате исследований, заносятся в журнал документации трещин. В процессе исследований регистрируют элементы залегания трещин (азимуты падения и простирания, угол падения), геометрические характеристики трещины (протяженность, раскрытие, форма), заполнитель трещины (состав и состояние, характер заполнения), характер поверхности трещины, угол скольжения и т. д.
Необходимыми инструментами для документации трещиноватости являются: горный компас, рулетка, масштабные рейки, линейки, набор щупов, геологический молоток, фотоаппарат с набором объективов и другими принадлежностями.
Элементы залегания трещин измеряются при помощи горного компаса. Ширина раскрытия трещины, т. е. кратчайшее расстояние между ее стенками, измеряется линейкой или щупом. Состав и состояние заполнителя трещин определяются визуально и исследуются в лаборатории на отобранных образцах.
При измерении угла скольжения на плоскости тектонической трещины прочерчивают линии простирания и падения (восстания) ее, пересекающие зеркало скольжения. Затем измеряют азимут падения и угол падения этой плоскости. Угол скольжения измеряется на лежачем крыле тектонической трещины с помощью транспортира от линии восстания по направлению часовой стрелки до установленного по штрихам направления движения висячего бока (направления перемещения по трещине).
Масштабная фотография является основой для документации трещин. При изучении трещиноватости массива на обнажениях широко используются фототеодолитная съемка и аэрофотосъемка. Фототеодолитная съемка в этих случаях обычно выполняется в масштабе 1 : 2000 или 1 : 1000. Успешно можно применять также панорамное фотографирование обычными фотоаппаратами и стереофотографию.
Изучение трещиноватости горных пород на обнажениях позволяет получить представление о тектонической структуре района и об основных системах трещин. При этом изучаются и прослеживаются крупные трещины, документируются отдельные обнажения, охватывающие все трещины в пределах этих обнажений. Частота расположения точек наблюдения определяется в зависимости от масштаба съемки и сложности геолого-тектонических условий района.
Контрольные вопросы:
1. Назовите особенности планиметрического метода оценки трещиноватости.
2. Какие инструменты используются при съемке трещин?
3. Охарактеризуйте параметры, учитываемые при съемке трещин?
4. Оцените точность фотопланиметрического метода оценки.
5. По каким признакам определяют наличие систем трещин?
Модуль 2. Изучение трещиноватости и механических свойств горных пород
Раздел 3. Трещиноватость массива горных пород
Тема 4. Физические методы оценки трещиноватости
ЛЕКЦИЯ № 6
План лекции
3. Физические методы оценки трещиноватости
4. Методы непосредственных замеров.
5. Косвенные методы оценки.
Физические методы определения степени трещиноватости. Наиболее часто применяются геофизические, прочностные и реометрические методы. Геофизические методы основаны на установлении зависимости между степенью нарушенности массива горных пород трещинами и скоростью прохождения в нем упругих волн, изменением электрических и магнитных параметров.
Ультразвуковой метод основан на принципе отражения ультразвуковых волн от поверхности раздела двух сред. Здесь используются колебания, частота которых превышает 15-20 кГц. В измерительных приборах ультразвуковые колебания получаются путем преобразования электрических колебаний высокой частоты пластинами из пьезокварца или сегнетовой соли. Для приема ультразвуковых колебаний применяются пьезоэдектрические пластины, преобразующие эти колебания в переменное электрическое напряжение.
В ультразвуковом сейсмоскопе ИПА излучатели и приемники колебаний представлены датчиками из кристаллов сегнетовой соли. Волны излучателя, проходя через массив, улавливаются приемником и регистрируются на экране осциллографа. Параметры трещин определяются по величине затухания волн, а также изменению положения датчика и приемника относительно направления трещин. Этим прибором можно устанавливать ориентировку, расстояние между ослаблениями и степень раскрытия параллельных равноудаленных друг от друга трещин.
Для выявления размеров зон разрушения вокруг горных выработок пользуются ультразвуковым рефлектометром, работающим по принципу отражения ультразвуковых волн от плоскостей, образуемых трещинами.
Для определения положения трещин и их интенсивности более надежным считается метод каротажа. Прибор, работающий по принципу ультразвукового каротажа на короткой базе, состоит из приемно-излучающих устройств, измерительной станции в досылочных штанг. Приемно-излучающее устройство вводится медленно в скважину и обнаруживает трещины, расслоения, контакты пород. Это достигается тем, что база между излучателем и приемником мала. Если приемник и излучатель находятся в пределах одного слоя, то показания миллиамперметра фиксируют скорость прохождения волны; если же один из датчиков пересекает трещину, то показания падают до 0 и возрастают лишь тогда, когда оба датчика будут располагаться в одном слое.
Метод оценки трещиноватости по кернам основан на том, что керн разделяется на части по естественным трещинам. По упрощенному способу категория трещиноватости определяется по удельной трещиноватости, определяемой по формуле, где коэффициенты будут иметь следующий смысл: L —длина интервала замера керна; п — число разделений керна по естественным трещинам.
Метод оценки трещиноватости по результатам исследования керна.
Отбираются керны, измеряется l1,l2,..ln − длина керна, подсчитывается x1 x2,… xn − число кернов длиной l1,l2…ln в скважине.
Количество кернов определенной длины на 1м скважины:
n1 = n2 = ; nn = .
Средневзвешенная фактическая длина керна:
lср ф = .
Теоретическое количество кернов длиной L1,L2…Ln на 1м скважины:
m = m m .
Средневзвешенная теоретическая длина керна:
lср.теор= .
Степень трещиноватости массива:
< 1
Геофизические методы.
Методы основаны на измерении показателей физических свойств пород в зависимости от их степени нарушенности.
Измеряются: скорость прохождения в массиве горных пород упругих волн, электрическая и магнитная проницаемость.
Испытания обычно проводят в породах, окружающих выработку с использованием глубоких скважин. Методы называются каротажными.
Сейсмический каротаж применяют в крепких слаботрещиноватых породах. Степень нарушенности оценивают по скорости распространения упругих волн и ее падению при пересечении трещин.
Принципиальная схема применения метода с использованием сейсмоскопа:
1-генератор импульсов
2-излучатель механических колебаний
3-массив горных пород
4-приемник механических колебаний
5-усилитель электрических колебаний
6-осцилограф
По степени ослабления принимаемого импульса по сравнению с направленным, судят о степени нарушенности массива.
При проведении сейсмического каротажа используют рефлектометр, включающий излучающе - приемные датчики, измерительную станцию и досылочные штанги.
1 – выработка
2 – скважина
3– разрывное нарушение (трещина)
4 – провода
И–импульс П – приемник
Метод позволяет оценивать интенсивность и направление трещин на различных участках пород, прилегающих к выработке.
Если приемник и излучатель находится в пределах одного слоя, то показание миллиамперметра фиксируют скорость прохождения волны, если пересекают трещину, то показания падают до нуля.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 917.