02 Сен 13 БЛОЧНОСТЬ И МЕТОДЫ ЕЕ ОЦЕНКИ

Для оценки технологической пригодности сырья, решения вопросов проектирования горных работ и их планирования на определенный календарный период необходимо иметь данные о возможном те­оретическом выходе блоков из массива месторождения, то есть знать его потенциальные возможности. Исследованиями установлено, что теоретический выход блоков целиком и полностью зависит от природной трещиноватости и первоочередно таких ее показателей как неортогональность систем трещин, количества межтрещинных расстояний с размерами менее минимально допустимых линейных размеров на блоки согласно технических требований к ним, наличия микро - и макротрещин и других.

В настоящее время существует несколько методов оценки блоч - ности месторождений облицовочных камней, которые применительно к одним геологическим условиям обеспечивают довольно точные результаты определения блочности, а к другим лишь в первом приближении. Эти методы подразделяются на несколько видов:

Статистические; графо-аналитические; горно-геометрические; веро­ятностные; опытной добычи;

Графо-статистического моделирования; грано-тектонические.

Из статистических методов изучения трещинной тектоники и оцен­ки блочности наиболее распространенным является метод Белико­ва Б. П., основанный на непосредственных наблюдениях над трещи­нами в карьерах и их статистической обработки. Сущность метода заключается в том, что на каком-либо участке карьера или обнажения производится 100—200 замеров азимутов падения и углов падения всех без исключения трещин (без подразделения на прото- и позд - нотектонические), а также расстояний между трещинами (их частота) на каком-либо интервале. При этом блочность камня оценивается числом интервалов между трещинами на протяжении 10 м вкрест простирания данной системы трещиноватости. Результат проводится к Юм арифметическим расчетом. При измерении расстояний между трещинами особо отмечается число интервалов более 1 м. Оба полученных значения — количество интервалов на Юм (первый ко­эффициент) и число интервалов длиной 1 м (второй коэффициент),— в сумме называемые коэффициентом частоты, записывают на диаграмму при соответствующих максимумах, причем второй коэффициент ставят в скобках. Статистическая обработка произведенных замеров осущест­вляется путем построения круговых диаграмм трещиноватости'с ис­пользованием равноплощадной сетки Вальтер-Шмидта.

В итоге получаем цифровую диаграмму, в которой проводят изолинии плотности трещин. Расчет ориентировочного среднего раз­мера блока получается путем перемножения средних длин интервалов по трем главным системам трещин. Это для случая, когда углы между главными максимумами приближаются к прямым, в противном случае объем природного блока определяется по формулам косо - 168 угольных параллелепипедов. К недостаткам этого способа следует отнести тот факт, что к учету при определении блочности принима­ются только три системы трещин, а диагональные трещины, ока­зывающие большое вредное воздействие на блочность, к учету не принимаются.

Усредненные длины интервалов рассматриваются как постоянная величина, с чем нельзя согласиться, так как расстояния между трещинами изменяются с изменением форм гранитных массивов. Составление круговых диаграмм в изолиниях — весьма трудоемкий процесс.

Из графо-аналитических методов оценки теоретического выхода блоков заслуживает внимания метод И. Н. Горбулева, предложенный для определения процента выхода стандартного строительного сте­нового камня и фельзитового туфа. Основой этого метода является тщательное изучение трещиноватости месторождений, предназначен­ных для механизированной разработки на стандартные камни. В карье­рах замеряются все трещины подряд (азимуты простирания, углы наклона, протяженность) и картируются на маркшейдерский план крупного масштаба. Маркшейдерский план с нанесенными трещинами совмещается с прозрачной палеткой такого же масштаба, на которую нанесены контуры стандартных блоков, подлежащих выпиливанию из массива. Часть стандартных камней, рассеченных трещинами, являются непригодными для получения блоков, в итоге зная количест­во рассеченных трещинами камней и целых блоков, вычисляется аналитическим путем общий процент выхода стандартных блоков из горной массы. Изложенный графо-аналитический метод отличается простотой, но имеет ряд недостатков.

Сложно пересекающиеся между собой системы трещин картиру­ются на какой-то одной геометрической плоскости (горизонтальной или вертикальной) и будут достоверны только для первого ряда выпиливаемых блоков. Метод приемлем для карьеров по добыче стандартных блоков, выпиливаемых камнерезными машинами, и вовсе неприемлем для карьеров облицовочных гранитов и других сходных с ними пород, так как добываемые блоки могут варьировать по объему и наружным размерам. К тому же реализация этого метода сталкивается с необходимостью трудоемких работ по выявлению и определению параметров абсолютно всех трещин оцениваемого месторождения.

Решение различных горно-технических задач лучше всего произ­водить по маркшейдерским планам в изолиниях. Этим целям лучше всего соответствует предложенный Н. Т. Бакка горно-геометрический метод оценки блочности и ее геометризация. Предложенный метод основан на сопоставлении объемов природного и вписываемого в него прямоугольного блоков с учетом закономерностей развития трещин в массиве. При этом измеряются и картируются все трещины отдельности. Пластовые трещины изучаются по керну. В качестве основных количественных показателей оценки трещиноватости, да­

Ющих наибольшую информацию о нарушенное™ массива, принима­ются удельная линейная и площадная трещиноватости. По резуль­татам изучения трещиноватости и закономерностям ее развития для интрузий Украинского кристаллического щита определяются поправоч­ные коэффициенты влияния трещин на выход блоков по специально предложенным аналитическим зависимостям. А общий коэффициент определяется путем арифметического перемножения указанных коэф­фициентов. Разница объемов природного и искусственного блоков, отнесенная к объему природного блока, дает коэффициент безвозв­ратных потерь блочной продукции, обусловленных колочной пас­сировкой природных блоков.

Блочность рассматривается как соотношение объема искусствен­ного блока к объему природного умноженное на общий коэффициент трещиноватости. Геометрическую характеристику, отражающую ка­чественный показатель блочности, лучше всего производить на специальном плане изоблочности, для составления которого участок месторождения на плане разбивается на блоки-участки правильной формы, для каждого из которых по вышеизложенной методике вычисляется блочность, а ее значение относится к геометрическому центру блока-участка. А затем по полученным значениям строят план блочности в изолиниях.

Учитывая, что наши знания о параметрах трещиноватости в глубине массива месторождения блочного камня является случай­ными, для оценки блочности вполне применимы методы теории вероятности, что и предложено А. И. Арсентьевым и С. И. По- дойниковым. Если бы углы и азимуты падения трещин отдельности были постоянны, т. е. все трещины внутри системы были параллель­ны, а естественные отдельности имели форму параллелепипедов и полностью отсутствовали бы диагональные трещины, выход блоков, определяемый как отношение объема прямоугольных парал­лелепипедов к объему естественных структурных отдельностей вы­ражался бы формулой

А В

(6.4)

Где А, а и В—средние расстояния соответственно между трещинами

5 и [ (2 — поперечные трещины, 5—продольные, Л — пологие), м; а!—угол пересечения трещин () и Б в ортогональной к ним плоскости, градус; а2—то же для £) и I, ; а3 — угол, образуемый пересечением 5 и £ в плоскости £?, градус.

Углы получаются геометрическими расчетами по данным азимутов и углов падений систем трещин. Непараллельность трещин внутри системы приводит к вариации их параметров и как следствие аргументов, входящих в функцию V. Информация о значениях параметров в каждом конкретном случае становится случайной 170 и может быть представлена гистограммами распределений. Используя теорию вероятности, можно определить параметры, характеризующие центр и моменты распределения для каждого аргумента а, В, Л, cos а3, tga2, tgai, что позволяет, пользуясь формулами теории вероятности найти математическое ожидание М,, выхода блоков. При этом учитывается как непараллельность трещин внутри каждой системы, так и неортогональность систем трещин

1 „ d2v

М.. = е + - Х^2СТДГ<- (6.5)

Ё2ч 2

Где ——2 — вторые производные функции по каждому аргументу; axf —

CXi

Дисперсии аргументов.

Характерно, что по этому методу можно произвести оценку блочности с учетом технических требований по ограничению размеров блоков по длине, ширине и высоте по любым ограничениям и окончательное выражение принимает вид

Р=М„(1-Л')(1-Л)(1-Л), (6.6)

Где Ра-, Ру, Л, — вероятность появления заданных интервалов между трещинами каждой системы. Метод дает относительно точные результаты, однако сложный в расчете и требующий хороших знаний и навыков в решении задач по теории вероятности.

Результаты исследований ВНИИНеруда позволили разработать вероятностно-статистические методы оценки блочности на основе установления эмпирической связи между показателями удельной трещиноватости Ку и средним размером блока в массиве /ср, выражаемый зависимостью

1ср = А - К,8

Где А и В—эмпирические коэффициенты, принимаемые по данным результатов исследований применительно к месторождению.

Как видно из выражения, снижение размеров добываемых блоков происходит по степенному закону с ростом удельной плотности трещин.

Метод опытной добычи, согласно инструкции по применению классификации запасов к месторождениям естественных каменных строительных материалов, является основным при оценке блочности разведываемых месторождений, сущность способа состоит в том, что на изучаемом месторождении выполняют строительство опытного карьера и производят добычу блочной продукции. По результатам пробной добычи делают оценку выхода блочной продукции из добытой горной массы. Большим недостатком этого способа является тот фактор, что оценка блочности производится по результатам экспериментальной добычи с применением различных способов тех­нологии отбойки, т. е. учитываются как природные, так и тех­нологические факторы блочности, а ведь вторые во многом влияют на выход блоков.

Для получения достоверного результата требуется длительная и кропотливая работа по совершенствованию средств и методов технологии добычи камня, что практически трудно достичь в карьерах опытной добычи, поэтому оценка выхода блоков методом опытной добычи как правило занижена.

Решение многих горно-технических задач с учетом трещиноватости требует обширной информации о структуре массива, которую можно изобразить методом построения инженерной графо-статистической модели пространственной решетки трещин месторождения и на ее основе произвести оценку блочности. Такой метод был предложен Болатом Орынбаевым. Математическая модель каждой системы трещин достигается путем составления уравнений плоскостей трещин в отрезках, которые затем приводятся к нормированному виду.

Таким образом, графо-статистическая модель объемной сети трещин принимается в виде систем плоскостей, описанных уравне­ниями. На основе математической модели по приведенному алгоритму производится расчет на ЭВМ средних естественных блоков и вычис­ление блочности.

Чешскими исследователями предложен грано-тектонический метод оценки блочности, позволяющий судить о форме и размерах естест­венных и искусственных блоков. На основе изучения трещиноватости строят диаграммы и грано-тектонические карты, которые зачастую дополняются блок-диаграммами типичных участков месторождений. Средний объем блоков Vcр (м3) определяется из зависимости:

Abc

^ср = —, (6.8)

Sina

Где а, Ь, с —линейные размеры, м; a — острый угол между гранями.

Кроме того, определяются размеры максимального и минималь­ного блоков. Результаты изучения отдельности в гранитоиде показы­вают на ее связь с трещиноватостью, ориентировкой минералов. Недостаток заключается в том, что к учету не принимаются диагональные трещины.

Все изложенные методы оценки блочности дают приближенные результаты, по точности удовлетворяющие горно-технические службы карьеров блочного камня. Применение указанных способов на практике следует производить применительно к горно-геологическим условиям месторождения, наличию соответствующей информации

О структуре залежи и сообразуясь с требованиями поставленных задач.

Однако вычисления блочности ряда карьеров Украины (Головин­ское, Коростышевское, Корнинское, Емельяновское) вышеизложен­ными методами показали, что наиболее достоверные данные по­лучены при горно-геометрическом, статистическом и вероятностном способах.