31 Авг 13 ТРЕЩИННАЯ ТЕКТОНИКА И БЛОЧНОСТЬ

Весьма важной горно-геологической характеристикой залегания обли­цовочных горных пород является природная трещиноватость массивов, оказывающая решающее влияние на разработку технологии и комплексов оборудования добычи блоков камня и последующую их обработку.

Трещины — разрывы сплошности породы без видимого смещения, размеры которых по простиранию и падению на несколько порядков больше их мощности (раскрытия).

Массивы облицовочных горных пород характеризуются разрывами трех порядков:

Внутрикристаллические разрывы, величина которых менее 10'4 мм;

Трещины между кристаллами с их раскрытием до 0,1 мм;

Тектонические и эндогенные трещины, имеющие большую про­тяженность и раскрытие в интервале 10-4 и 10”1 м.

Именно трещины третьего порядка формируют естественную блочность массива и оказывают влияние на выбор системы разработки и ее параметров. -

Трещины делятся на системные, внесистемные и постельные (напластование).

Системные трещины имеют близкую пространственную ориен­тировку и вследствие этого примерно параллельны друг другу.

Внесистемные трещины—трещины развития в массиве, зафик­сированные при взятии замеров, но не вошедшие в системы.

Постельные (трещины напластования) являются также системными, но развитые в горизонтальной и слабонаклонных плоскостях. Каждая трещина характеризуется своими параметрами, из которых основными являются элементы ее залегания: азимут простирания, азимут падения и угол падения.

Трещиноватость массива — совокупность развитых в массиве си­стемных, внесистемных и постельных трещин.

Горные массивы облицовочных пород в большинстве сво­ем характеризуются наличием сильно развитой упорядоченной трещиноватости, что является следствием анизотропности их строения.

Геометрический анализ и исследования трещиноватости массива позволяют получить результаты, обеспечивающие разработку рацио­нальных способов подготовки облицовочных горных пород к выемке, обоснования параметров технологии и создание комплексов обору­дования добычи и обработки гранитных блоков, а также дает возможность установить оптимальное расположение фронта горных работ и направление его перемещения относительно развитой в мас­сиве трещиноватости.

Степень достоверности и обоснованности результатов изучения трещиноватости оказывает решающее влияние не только на разработку технологии и комплексов оборудования добычи блоков, но и на получение конечного результата, заключающегося в увеличении их выхода из массива и снижении отходов камня при добыче и обработке его на продукцию.

Массивы, участки, добычные забои отличаются между собой различными показателями интенсивности трещин, значениями ази­мутов их простирания и углов падения, а также раскрытосТи. Характер трещиноватости, ее интенсивность и элементы залегания определяют форму и размеры структурных блоков, ставят в зави­симость от них технологические параметры добычи блоков, выбор расположения и направления перемещения фронта горных работ,

Установление комплексов оборудования, что обусловливает первосте - пенность изучения трещиноватости.

Очень важно в исследованиях правильно выбрать метод изучения трещиноватости и принять наиболее приемлемую ее классификацию.

В настоящее время существует несколько классификаций трещин горных пород, из которых наиболее распространенными являются геометрическая и генетическая.

На практике чаще всего используется генетическая классификация Р. Болка, основанная на классификационных признаках Г. Клооса, согласно которой трещины подразделяются на продольные 5, попереч­ные (?, диагональные О и первично-пластовые £.

Эта классификация наиболее приемлема для массивов изверженных горных пород. Трещины перечисленных классов образовались в про­цессе становления массива (гранитизации) путем постоянного выплав­ления материала и уменьшения объема при кристаллизации.

Продольные трещины 5—это те, которые развиваются вдоль вытянутости кристаллов плагиоклаза, т. е. параллельно структурам истечения магмы в период ее гранитизации.

Поперечные трещины Q — те, которые имеют поперечное направ­ление к продольным примерно под прямым углом.

Пологие трещины отдельности £ (пластовые) — те трещины, которые способствуют отрыву камня от массива в горизонтальной плоскости.

Диагональные трещины О — представляют крутонаклонные тре­щины, развитые азимутально между системами продольных и попереч­ных трещин.

Модель трещиноватого скального массива по Р. Болку приведена на рис. 33.

Необходимость исследования трещин внутрикристаллических и тре­щин между кристаллами также очевидна, так как результаты этих исследований позволяют изучить анизотропию камня и получить данные для обоснования технологических параметров подготовки

Рис. 33. Модель трещиноватою массива по Р. Болку. Плоскости трещин отдельности (.V—продольные, ()—поперечные, Ь — пологие, О—диагональные)

Камня к выемке механическими, физико-техническими и взрывными способами.

Существующие методы изучения трещиноватости горных пород можно объединить в две группы.

1. Статистические методы: непосредственное наблюдение за тре­щинами и их замеры в обнажениях и карьерах, изучение трещино­ватости путем бурения геологоразведочных скважин, изучение протека­ния воды в скважинах, наблюдения за блочностью в действующих карьерах путем обмера блоков и замеров вынутого камня.

2. Геофизические методы: электроразведка, магнито - и сейсмораз­ведка, различный каротаж скважин.

Анализ существующих методов изучения трещиноватости свиде­тельствует, что наиболее эффективными для карьеров блочного камня являются статистические и горно-геометрические методы, такие, как: массовые замеры трещин в забоях и обнажениях с инструмен­тальной их привязкой и последующей обработкой, составлением планов, карт и диаграмм трещиноватости;

Изучение трещиноватости проходкой скважин колонкового бурения; непосредственное наблюдение за выходом блочной продукции в карьерах;

Наблюдение за микро - и макротрещиноватостью камня при его добыче и переработке на продукцию.

Выбор этих методов и принятие их за основные обусловливается следующими факторами:

Обширным описанием в литературе структур гранитных массивов и легкостью сопоставления результатов исследований с литературными, данными;

Возможностью производить непосредственные измерения элементов залегания трещин, их разбраковку и плановую маркшейдерскую привязку без существенных затрат;

Наличием в карьерах больших вскрытых площадей с хорошо обнаженными трещинами;

Имеющимся обширным материалом по скважинам колонкового бурения, производимого при детальных и эксплуатационных разведках месторождений;

Возможностью достаточно точного наблюдения за трещиновато­стью камня в процессе его добычи и переработки на продукцию.

Вполне естественно, что и эти методы имеют недостатки, обусловливающие погрешность результатов, а их познание способ­ствует повышению достоверности выводов. Комплексное применение всех рекомендуемых методов повышает качество изучения трещино­ватости.

При изучении трещиноватости на карьерах блочного камня важное место отводится обоснованию количественных показателей оценки трещиноватости, которые используются при оценке блочности массива и обосновании параметров технологии добычи блоков, поэтому целесообразным является изложение основных их характеристик.

1. Удельная площадная трещиноватость IIтр (мт1) характеризует среднюю длину всех трещин, приходящихся на 1 м2 обследуемой поверхности, и определяется по формуле:

£/1р = Дтр/П0, ■ (5.2)

Где Дгр — Общая длина трещин на участке, м; П0 — площадь изуча­емого участка, м2.

Этот показатель полно характеризует трещиноватость при оценке качества добытых блоков и наиболее приемлем в исследованиях по оценке потерь при переработке блочного сырья на продукцию.

2. Удельная линейная трещиноватость характеризует среднее расстояние с! (м) между трещинами и представляет собой отношение общей длины всех кусков 5, по измеряемому профилю, направление которого расположено вкрест простирания трещин данной системы, к числу этих кусков N,1

</=5,/ЛГ„ (5.3)

Показатель наиболее полно характеризует расстояние между трещинами одной и той же системы и принимается за основной при оценке блочности, классифицировании природной отдельности по формам и размерам структурных блоков, классифицировании скальной вскрыши по сложности ее отработки, районировании участков карьерного поля по структурной отдельности и природной трещиноватости, обоснованию параметров технологии добычи блоков.

3. Число трещин на 1 м длины измеряемого участка п, р пред­ставляет отношение общего числа трещин п к длине участка I •

TOC o "1-5" h z я, р=и//. (5.4)

Выполнив некоторые преобразования, можно перейти от этого показателя к удельной линейной трещиноватости пользуясь при этом зависимостью

<1=1 Цп-1). (5.5)

4. Средняя ширина трещин на участке шгр, мм, определяется по формуле

Т11х+т212+т3и + ... + тп1я

----------------------- /,+(,+/,+— т.—• • <56)

где ти т2, тг...т„ — средняя ширина трепЩн, мм; /ь /2, /з.../„ — длина трещин, соответствующих средней ширине, м.

Этот показатель использовался для определения раскрытости трещин при классификации скальной вскрыши по сложности от­работки.

В теории и практике изучения природной трещиноватости суще­ствует много других показателей, таких, как коэффициент трещинной 140 пустотности, объемная удельная трещиноватость, но они к карьерам блочного камня практического применения не имеют.

Рассмотренные показатели количественной оценки трещиноватости с различной степенью точности отражают нарушенность массива трещинами. В целях установления, какой из них обеспечивает наибольшую информацию, целесообразно, пользуясь методами ма­тематической статистики, определять коэффициенты парной кор­реляции между показателями количественной оценки трещиноватости, а также между трещиноватостью и фактической блочностью.

Наибольшую тесноту связи с другими показателями имеют удельная площадная трещиноватость и, р и удельная линейная тре­щиноватость </, которые обеспечивают наиболее высокую информацию о нарушенности массива.

Трещины в массивах горных пород, и особенно интрузивных, развиты закономерно. Упорядоченное развитие природной трещино­ватости объясняется анизотропным строением породного массива.

Результаты изучения закономерностей развития трещин в массивах являются основным исходным материалом в разработке научных основ и практических рекомендаций по выбору и обоснованию рациональных технологических способов и приемов добычи блоков.

Месторождениям изверженных облицовочных пород характерны следующие закономерности развития природных трещин в массиве.

1. Эмпирические распределения частот трещин отдельности под­чиняются нормальному закону распределения. Наибольшее количество трещин данной системы имеют близкие элементы залегания, определяя ее полюс. Постоянно уменьшающееся количество трещин имеют все более отклоняющиеся друг от друга элементы залегания и образуют ореол рассеивания вокруг своего полюса. Чем меньше угол ореола рассеивания, тем более близки трещины к своему полюсу. Ореолы рассеивания трещин отдельности гранитных месторождений в среднем составляют по азимутам 5 = 35°, по углам падения у = 20°.

В целях обоснования расположения фронта горных работ и направ­ления его перемещения относительно линии простирания и углов падения главных систем трещин массива, а также для определения усредненных формы и размеров структурных блоков необходимо знать вероятнейшие значения полюсов трещин как по азимутам простирания, так и по углам падения.

Их определение возможно при помощи следующих аналитических зависимостей.

Полюс по углам падения для вертикальных и крутонаклонных трещин 5 и б (в радианах):

57-^7+0,09-, (5.7)

1 п

Где Ру„ — полюс по углам падения для вертикальных и крутонаклонных трещин 5 и 0; у— угол ореола рассеивания трещин 5 и £? по

Углам падения; п—общее число трещин в ореоле рассеивания по углам падения; к — число трещин в ореоле рассеивания по углам падения в интервале 80—90 .

Полюс пологих трещин РП1 в радианах определяется из вы­ражения

/>ш = 0,5«(1-ЛГг/ЛГо), (5.8)

Где а—значение угла ореола рассеивания пологих трещин по углам падения, радиан; Nr — число трещин в ореоле с углами падения 0°; общее число пологих трещин в ореоле рассеивания.

Полюс вертикальных и крутонаклонных трещин Ра„ систем

1 и 5 по азимутам простирания в градусах рекомендуется определять по формуле

Р. п = Аи + 8/2, (5.9)

Где 8 — угол ореола рассеивания азимутов простирания; Ан — началь­ный азимут ореола рассеивания.

2. Межтрещинные расстояния первично-пластовых разрывов спло­шности гранита увеличиваются с глубиной их положения в недрах, аппроксимируясь прямолинейной зависимостью.

Эта закономерность позволяет определять межтрещинные рас­стояния с глубиной и обосновывать параметры системы разработки

И технологии добычи блоков.

3. Природная трещиноватость характеризуется закономерностью плоскостной параллельности, сущность которой состоит в том, что плоскости трещин отдельности одной и той же системы на небольших участках (до 10 м) приблизительно параллельны между собой.

Пологие трещины £ параллельны слоистости гранитов, про­дольные трещины 5 почти по всем месторождениям параллельны структурам течения магмы, а линейная параллельность /.5 согласуется с волокнистостью.

Основные направления плоскостей параллельности определяют: для пологих трещин /.-полюс угла падения пологих трещин; для вертикальных плоскостей трещин () и 5—полюс угла падения и азимут линии падения.

Данная закономерность позволяет сделать два вывода:

Развитие продольных и первично-пластовых трещин параллельно согласовывается с направлениями структур течения магмы, а значит, и с анизотропией камня, что позволяет обоснованно выбирать расположение фронта добычных забоев и оптимальные направления плоскостей раскола при добыче блоков;

Месторождениям блочных гранитов или единичным их участкам характерна правильная отдельность, обусловленная закономерностью плоскостной параллельности развития трещин в массиве, что дает возможность точнее оценить формы и размеры структурных блоков, значение показателей которых определяет способ подготовки камня к выемке и параметры технологии добычи блоков.

4. Расстояния между вертикальными и крутонаклонными трещи­нами одной и той же системы зависят от отметок кровли гранитной интрузии и аппроксимируются прямолинейной регрессией. Сущность закономерности заключается в том, что количество вертикальных и крутонаклонных трещин систем 5, £? и Д приходящихся на единицу длины гранитной залежи, обратно пропорционально росту отметок кровли гранита, т. е. в наиболее возвышенных частях куполов интрузивных массивов наблюдается наименьшее число этих трещин, и наоборот, пониженные участки месторождений разбиты более густой сетью трещин.

Приводим в качестве примера аналитические зависимости по некоторым месторождениям:

Коростышевское Кч = 3,39—0,18й0,

Головинское /Г, = 2,45 — 0,16Л0,

Жежелевское Кч = 2,06 — 0,04йо, ...

Емельяновское Кч= 1,94 — 0,09Ао,

Слипчицкое АТ„ = 0,79 — 0,02Ло,

Корнинское К, = 2,44 — 0,08йо,

Где Кч — коэффициент частоты вертикальных и крутонаклонных тре­щин; Л„ — абсолютное значение интервала отметок, м.

Эта закономерность позволяет прогнозировать межтрещинные расстояния для вертикальных и крутонаклонных трещин на закрытых участках месторождения, для чего необходимо иметь данные о ко­эффициенте частоты трещин на одном из участков, среднюю отметку этого участка и гипсометрический план закрытой части гранитной интрузии.

Гранитным интрузиям и трещинам отдельностей в них характерны также многие особенности, которые представляют практический интерес, поэтому считаем необходимым коротко остановиться на основных из них.

Все системы трещин отдельностей минерализованы гизингери - том — водным силикатом окиси железа непостоянного состава. Это обстоятельство играет свою положительную роль, так как зелено­черный до смоляно-черного цвет минерализации позволяет легко фиксировать трещины даже в кернах, глыбах и не смешивать их с трещинами случайными и искусственными. Характерно, что трещины

5, Q и £ более сильно минерализованы и полностью заполнены гизингеритом. Слабее минерализованы диагональные трещины £> — вплоть до слабого зеленоватого или темноватого налета по стенкам, что подтверждает выводы ряда исследователей о том, что диагональ­ные трещины следует относить к тектоническим, образовавшимся значительно позднее, чем протектонические продольные, поперечные и пологие.

Гизингеритовая минерализация трещин играет свою положитель­ную роль при обосновании параметров взрывной технологии отбойки

Монолитов гранита от массива. Вышеотмеченное обязывает более обоснованно и предметнее изучать минерализацию трещин отдель­ностей применительно к каждому месторождению.

Вторая важная особенность состоит в различной степени рас - крытости трещин отдельности в зависимости от принадлежности к системе и глубине ее положения:

Первично-пластовые трещины имеют раскрытость 0—5 мм, что в 3—5 раз меньше, чем раскрытость вертикальных трещин, и объяс­няется это сближением структурных блоков между собой за счет их веса;

Изоморфным крупнокристаллическим породам характерно пере­растание первично-пластовых трещин в сплошной массив;

Раскрытость вертикальных трещин отдельности колеблется от 2—3 мм до 2—3 см, а глубина их распространения значительно превышает вертикальную мощность подсчитанных запасов и состав­ляет по приближенным расчетам 500—700 м. Эта особенность по­зволяет уверенно прогнозировать развитие трещин на глубину в кон­турах подсчета запасов и дает, возможность утверждать, что интен­сивность трещин существенно уменьшается на больших глубинах;

Верхним частям интрузивных массивов характерны более часто встречающиеся зоны напластования мощностью 0,1—0,5 м, которые существенным образом от 5 до 30% снижают блочность месторож­дения. С глубиной интенсивность распространения зон напластования уменьшается, что создает предпосылки увеличения выхода блоков из массива при его разработке на. более глубоких горизонтах.

Горные породы в зависимости от состава и условий залегания характеризуются определенными физическими свойствами: плотно­стью, магнитностью, электропроводностью, упругостью и прочими характеристиками, отличаясь между собой численными значениями соответствующих физических констант. Это позволяет в горной практике широко применять геофизические методы исследований трещиноватости, такие, как микромагнитная съемка, изучение трещин ультразвуком, сейсмо - и электрокаротаж и другие. Но все эти методы дают возможность только выявления зон повышенной трешиноватости и определения мощности рыхлых отложений. Главная же задача определения интенсивности, направленности и элементов залегания трещин является нерешенной. Геофизические методы изу­чения трещиноватости на карьерах по добыче блоков облицовочного камня дают лишь общие представления о ее развитии на отдельных

Ч участках и в качестве основных применяться не могут.

Изучение трещиноватости составляет основу оценки блочности месторождения (участка, залежи).. Природные структурные блоки яв­ляются объемными элементами структуры массива, трещины — плос­костными, причем системные трещины представляют собой упорядочен­ные, а внесистемные — неупорядоченные элементы структуры массива.

Под блочностью следует понимать теоретически возможный выход блоков камня, соответствующих требованиям промышленности, из 144

Массива. Исследованиями установлено, что теоретический выход блоков (блочность теоретическая) целиком и полностью зависит от природной трещиноватости, и первоочередно от таких ее показателей, как неортогональность систем трещин, расстояний между, ними, углов падения трещин и других.

В настоящее время существует ряд методик оценки блочности массива на основе информации о его трещиноватости. Большинство из них требует определения возможной формы и точных параметров структурных блоков, что не всегда представляется возможным, поэтому точность этих методов не очень высокая.

Наиболее распространенными методами оценки блочности явля­ются горно-геометрический, статистический, графоаналитический, веро­ятностный, графостатистического моделирования и опытной добычи.