книги / Методические указания по определению устойчивости пород в зависимости от их нарушенности на рудных месторождениях
..pdfСгроигся график в координатах <5 - p(tf) • Если зависимость
аппроксимируется прямой пинией, то найдя соответствующее ей уравнение и подставив в него значение JO ( S ) = 1, получим предельное значение прочности бп . Если же точки на графике расположатся произвольным образом, то средние величины отно
сятся к случайным. II. Способ основывается на изучении распре деления данных испытаний по формам разрушения (типам разру шения). С этой цепью для каждой группы усредняемых величин составляется таблица распределения значений прочности по ти пам разрушения, находится среднее значение для каждого ти па, определяется относительное значение прочности по отношению к прочности первого типа и находятся частости появления каждо го типа. Затем строится график, аналогичный тому, который рас сматривался при способе 1. Отличие графики состоит в том. что показатель р ( 8 ) рассчитывается как сумм^а произведений отно сительного значения прочности каждого типа разрушения на частость его проявления.
|
Рассмотрим |
пример. Испытано три группы образцов |
одной |
и той |
же породы. |
Результат обработки данных приведен |
в |
табл. |
1. |
Т а б л и ц а |
1 |
|
|
группы |
CI |
|
« |
* |
|
|
1 |
2 |
|
в* |
о |
|
О > |
|
Номер |
gho |
|
Q< о |
||
|
? |
£ |
|
2. « |
|
|
О и |
|
1 |
1450 |
|
2 |
1860 |
|
3 |
1260 |
Средняя |
проч |
Относительная |
Частость |
про |
|||||
ность |
по типам |
прочность |
явления |
типа |
|||||
разрушения, |
jç |
_ |
<4 |
|
разрушения |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
кг/см^ |
ôi “ |
6Г |
|
|
Pv |
|
|||
«I |
6Ж |
|
ôi |
|
|
|
Pi |
Ре |
Рш |
|
|
|
|
ÔI |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1950 |
860 |
1470 |
1 |
|
0,44 |
0.75 |
0,30 |
0,25 |
0,45 |
2300 |
1050 |
1600 |
1 |
0,46 |
0,70 |
0,50 |
0.15 |
0,35 |
|
2100 |
730 |
1400 |
1 |
0,35 |
0,68 |
0,10 |
0,40 |
0,50 |
|
среднеîe |
1 |
0,41 |
0.71 |
|
|
|
|
|
р ( « ) = |
2 |
|
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
V=1 |
|
|
|
|
Р,(5)= |
0,3 х 1 |
+ 0,25 |
х |
0,41 |
+ |
0,35 |
х 0,71 |
= 0,72 |
|
рг(<*)= |
0,50 х 1 + |
0,15 х 0,41 |
+ 0,35 |
х 0,71 = 0,81 |
|||||
|
0,1 X 1 |
+ 0 |
.40 |
х |
0,41 |
+ |
0,5 х |
0.71 |
= 0,61 |
Построив график в хоординатах 5 - ]0 ( б ) и продолжив прямую до значения р ( б ) - 1, получим предельное значение прочности, равное = 2550 кг/см? На рис. 3 приведены графи ки для ряда пород.
/
Рис. 3. Среднее значение прочности пород как функции показателя р1 ( S ): 1 - оруденелые серпентиниты, 2 - габ- бро-долеригы, 3 - оруденелые филлиты
1.5. Функции влияния структурных элементов на предел прочности пород при одноосном сжатии
Структурные элементы влияют в совокупности на прочность породы и выделить влияние каждого из них чаще всего весьма трудно. Поэтому функции влияния отдельных структурных эле ментов можно установить лишь на основе средних величин, по лучаемых при испытаниях образцов или натурных блоков с при менением моделирования отдельных структурных элементов на эквивалентных материалах.
Многообразие горных пород не позволяет в настоящее вре мя дать обобщенную оценку их свойств. Поэтому зд есь уделено место способам получения таких оценок и результатам, имеющим достаточную степень общности для практических приложений,
Минералогический состав пород и его оценка как фактора, определяющего прочность породы
Для большинства горных пород характерны три группы минералогических ассоциаций: 1) минералы,представляющие ис-
ходные (первичные) породы, по преимущественному содержанию которых они получают свои названия; 2) минералы, прпдставляющне вторичные изменения; 3) минералы, отражающие особеннос
ти породы, например, содержание полезных компонентов в по~ пезных ископаемых (рудные минералы).
Влияние минералогического состава на прочность породы заключается, главным образом, в том, что при содержании рав нопрочных минералов,* прочность породы в образце зависит от их количественного соотношения. От минералогического состава за висит также проявление делимости породы и степень снижения прочности породы по трещинам при разном ч.\ заполнителе.
Поскольку из грех минеральных групп одна может быт'ь всегда исключена из рассмотрения, оценку изменения прочности следует проводить в зависимости от двух минеральных гпучп.
При ИСПЫГаНИИ ПОРОД ИЗГОТОВЛЯЮТСЯ ШЛИ'Ьы ИЛИ ЛНШПИфы ил гех
же кусков корна, из которых изготовляются образцы, таким об
разом, чтобы по каждой усредняемой группе |
образцов было не |
менее грех шлифов. По шлифам прозводится |
подсчет процен тис • |
го содержания минералов каждой из групп. |
Зная среднее зна |
чение прочности по результатам ряда испытаний и соответствую
щие содержания |
минеральных |
групп |
(например, С 1 - содержание |
|||||||||
вторичных |
минералов и C j - |
содержание рудных |
минералов), |
|
||||||||
легко построить графическую зависимость в координатах |
Ct - |
С„ |
||||||||||
и путем |
|
интерполирования значений |
прочности между точками, |
|
||||||||
для которых известны пары С, |
н С 2 , провести изолинии значений |
|
||||||||||
прочности |
породы, |
Построение |
этих |
|
|
|
|
|
||||
графиков |
требует |
дрстагочного ко |
|
|
|
|
|
|||||
личества |
усредненных групп |
испы |
|
|
|
|
|
|||||
таний породы с широким изменени |
|
|
|
|
|
|||||||
ем содержания |
минералогического |
|
|
|
|
|
||||||
состава. Рекомендуется получить |
|
|
|
|
|
|||||||
не менее пяти таких точек. |
|
По |
|
|
|
|
|
|||||
скольку |
в процессе эксплуагайки |
|
|
|
|
|
||||||
месторождения |
оценивается |
лишь |
|
|
|
|
|
|||||
содержание полезного компонента, |
|
|
|
|
|
|||||||
оценку вторичных |
изменений можно |
|
|
|
|
|
||||||
реИомендог ать проводить визуаль |
|
|
|
|
|
|||||||
но на основе заранее составленной |
|
|
|
|
|
|||||||
типовой |
к >лпекцин пород, гак |
как |
Рис. |
4. |
Зависимость |
|
||||||
часто степень изменчивости |
сопро |
средней прочности |
оруде- |
|||||||||
вождается изменением интенсив |
нелых |
серпентинитов от со |
||||||||||
ности окраски: чем более измененб |
держания |
никеля CN^ и вто |
||||||||||
порода, |
|
гем она |
светлее. |
|
|
ричных |
минералов |
С |
|
|||
В |
качестве |
примера приво |
•(изолинии |
|
вт |
) |
||||||
дится |
график зависимости изме- |
бсж , кг/см |
||||||||||
|
|
|
|
|
нения прочности оруденелых серпентинитов от содержания нике ля С и вторичных минералов С (рис. 4 ).
Влияние минералогического состава заполнителя трещин, прожилков и г. п. характеризуется соотношением минералов - заполнителей и основного состава породы: минерал - заполнитель не оказывает влияния на прочность породы в образце; минералзаполнитель снижает прочность породы; минерал-заполнитель настолько мапопрочен, что изготовление образца становится не возможным. В первых двух случаях их влияние отражается в средней величине прочности образцов. В третьем случае необхо димо дополнительно учитывать трещины (см. ?рещиновагость).
Делимость
С минералогическим составом связывается проявление дели мости. Она определяет способность породы легче разрушаться (скалываться) по плоскостям, вдоль которых имеется предпочти тельная ориентировка плоскостей спайности некоторых минералов /4/. В большинстве случаев плоскости делимости пространствен но сопряжены с плоскостями гретцин, но в отличие от них визу ально не проявляются. Делимость не является нарушением сплош ности породы. Ее распространенность в массиве аналогична тре щиноватости, т. е. ориентировка плоскостей делимости аналогич на ориентировке трещин.
При испытании образцов делимость проявляется образовани ем поверхности скопа (скоп по диагонали, как частный случай проявления делимости) и вызывает снижение прочности в зави симости от ориентировки плоскости делимости относительно на правления приложения нагрузки. Влияние ориентировки плоскости делимости аналогично влиянию ориентировки трещин.
Трещиноватость
Трещины подраздели JOгея на микрогрещины (заполненные и незаполненные) и макротрещчны (с заполнителем и без него).
Микрогрещины имеют протяженность, не превышающую нескольких миллиметров, и содержатся в любом объеме породы. Трещины заполнены, как правило, вторичными минералами и не являются нарушением сплошности. Их влияние учитывается в среднем значении прочности при испытании образцов.
Макрогрешины без заполнителя нарушают сплошность поро ды и ограничивают в массиве элементарные структурные блоки
SJU , более крупные блоки |
SŒ , |
S j , сопоставимые |
с размерами |
конструктивных элементов |
систем |
разработки. |
|
Учет влияния макротрещин слагается из учета |
влияния ори |
ентировки трещин относительно направления максимального напря-
жения j (сО , густоты трещиноватости f rT и снижения сцеппе ния при ступенчатом расположении трещин К .
По экспериментальным данным получена функция влияния ориентировки трещин (рис. 5 ).
ки трещин на прочность образ ца: сЦ - угол между плос костью трещины и направлени ем приложения нагрузки, - мера влияния по отношению к
нетрещиноватому образцу
Рис. 6. Структурный блок <?п (системы трещин обозначе ны цифрами,, направление нагрузки показано стрелкой)
Зная распределение трещин по углу <*■ (двухгранный угол меж ду плоскостью трещины и нормалью к плоскости падения рудного тела или направления MàKCHManbHoro главного напряжения,*когда оно известно), по графику находятся соответствующие значения
j ( et ) = 8 |
, а сумма произведений частости проявления тре |
|||||||||||
щин данной |
ориентировки сЦ |
|
на меру влияния |
8 |
составит |
|||||||
величину влияния трещиноватости по фактору р( 8 |
). |
|
||||||||||
Рассчитаем показатель р( 8 ) |
|
в примере (рис, 6 ). |
Число систем: |
|||||||||
m = 5, |
|
= 0°, |
<*п = 0°, |
<%= |
90°, |
<%= 60°, |
* у |
« 30°, |
||||
н 1 = 3 , |
Нл = 2, |
Пдг |
2, |
|
|
4, |
Пт |
= 2 . |
|
|
|
|
Частость каждой |
системы |
и соответственная |
мера |
|||||||||
влияния |
8^ |
равны |
pj |
= 0,25; |
0^= 0,9; |
рд |
= 0,15; |
= 0,90; |
||||
Рщ - 0|15; |
|
|
Руу “ |
0,30; |
^jy* |
0,66; |
р^. |
= 0,15; |
|
|
|
|
tv*5 |
|
|
0,25 х 0,9 + 0,15 х |
0,9 + 0,16 |
х 0,8 + |
||
Р( |
) |
- |
2 |
Pi *i |
|||||||
v=1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
+ 0,30 X 0,05 + 0,15 x 0,85 = 0,75 |
|
|||||
|
Впжяние густоты трещиноватости рекомендуется оценивать |
||||||||||
по |
зависимости |
f |
« <Р'( N ), |
представленной |
графически на |
||||||
рис. 7, |
где |
N |
- |
среднегеометрический размер |
структурного |
||||||
блока, |
определяемый из выражения |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
N |
- V N |
•П2 •П3 |
••••'ИП» |
. |
|
|
где |
иг |
- |
число |
систем |
трещин, |
♦г1 , Кг2 , |
t t j ...... |
- число |
|||
трещин на |
1 |
nor/м в каждой системе. |
|
|
|
В число трещин включаются те системы, трещины которых не попали в образцы по причине нару шения из-за слабого сцепления. Установить эти трещины можно опытным путем. Для этого необ ходимо знать минерал-заполни тель таких трещин или путем сравнительного бурения скважин на участке, где детально изуче на трещиноватость, сопоставить кусковагосгь (размеры кусков)
с расстоянием меж ду трещинами.
Величину спепления по макрогрещинам с минимальным сцепле нием можно установить с помошью натурных испытаний. Однако на копленные сведения о прочности пород в массиве позволяют ориен тировочно определить коэффициент снижения прочности сцепления.
Рис. 7 . Функция влияния
густоты трещин
П од коэффициентом структурного ослабления обычно по нимается величина, равная отношению прочности породы в м ае-, „сиве к средней прочности породы в образце. Здесь предлагает ся расчетный способ приближенной оценки коэффициента струк турного ослабления по сведениям о их геологическом строении. Он базируется на предположении, что результирующая поверх ность разрушения пород в массиве образуется за счет плоскос тей ослабления пропорционально частости их проявления. Это было показано в лабораторных условиях на образцах небольших размеров /8/.
Если представить меру влияния каждой однородной груп пы плоскостей ослабления в относительных величинах (относи тельно предельного или максимального значения прочности), го сумма произведений частости проявления каждой такой группы на меру их влияния и будет численно равняться коэффициенту структурного ослабления Л .
Совокупное влияние структурных элементов, включая и минералогический состав, на предельную прочность породы вы разится
|
Л |
= fi ' fz ' fa » |
где |
- функция |
влияния минералогического состава, пока |
зывающая насколько максимальное значение прочности в данной
группе усредняемых |
величин |
отличается от предельного j т = |
||
6tna* |
f |
- |
функция |
влияния мнкроструктурных элемен- |
= —7------ ; |
|
тов, отражающая влияние плоскостей ослабления в образце на
их среднюю |
прочность |
* L |
= р,\( 8 ) = ~Т |
и - h - |
. vn |
|
|
|
'max |
' ■ — |
|
fg “ функция влияния макроструктурных элементов |
= |
||||
* V Рг ( ^ |
) • f г г ». ( * с |
” |
коэффициент снижения |
средней |
прочности, величины сцепления в суммарной поверхности разру шения, приходящейся на долю макрогрещнн, не учтенных в образце; р2 ( § ) - функция влияния ориентировки трещин;
f - функция влияния густоты трещиноватости).
Значение р2 ( § ) вычисляется согласно п. 1.4. Значение
величины f |
определяется по графику согласно параметрам |
трещиноватости (рис. 7 ) . Коэффициент кС определяется по дан-
ным натурных испытаний по формуле
______________А________________
кс " р, ( в ) ■ р2 ( 8 ) • f гг
Данные натурных испытаний и известные расчеты прочнос ти пород на одноосное сжатие по фактам разрушения м еж ду - камерных целиков на ряде месторождений позволяют приближен но оценить параметр к•С (табл, 2 ).
Т а б л и ц а 2
Название породы, |
Р(5) |
f гт |
А |
КС |
Примечание |
|
месторождение |
||||||
Сплошные руды, |
|
|
|
|
Пц данным |
|
Тапнахское месторожде |
|
|
|
|
натурных испы |
|
ние .............................................. |
0,74 |
0,65 |
0,20 |
0,56 |
таний |
|
Оруденелые серпен |
|
|
|
|
|
|
тиниты, месторождение |
|
|
|
|
|
|
Котсепьваара . . . . . . . |
0,74 |
0,80 |
0,30 |
0,66 |
|
|
Оруденелые допоми- |
|
|
|
|
По данным |
|
|
|
|
|
наблюдений за |
||
тнзированные известняки, |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
разрушением |
||
Миргалимсайское место |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
целиков |
||
рождение ............................... |
0,80 |
0,80 |
0.40 |
0,78 |
||
|
||||||
Руда, Д ж езказган |
|
|
|
|
|
|
ское месторождение . . . |
0,73 |
1,00 |
0,30 |
0,60 |
|
И з таблицы следует, что среднее значение параметра к
С
равно — 0,70 и принимается в качестве первого приближения.
Окончательный вид коэффициента структурного ослабления следующий
А * 0,7 Pt ( 8 ) •р г ( S ) •f гг.
1.7. Упрошенный способ определения структурной нарушенности по керну скважин
На ранней стадии освоения месторождений или при эксплуа тационной разведке новых частей залежи важно установить сте пень структурной нарушенности пород и оценивать их устойчивость.
Л 3 0,45 ■| гг.
Учитывая влияние напряженного состояния пород на раз мер кусков керна, при бурении скважин необходимо выбирать размер буровой коронки в соответствии с графиком, приведен
ным |
на рис. 8. Диаметр коронки D |
определяется выражением |
|
D = d + |
2% , |
где |
t - толщина стенки коронки, |
мм. |
Рис. 8. Номограмма для вы бора диаметра буровой коронки: Н - глубина бурения, м'; d - диаметр керна, мм; 6СЖмак симальная прочность породы,
кгс/см^.
Выбранный таким обра зом диаметр* коронки снижа ет вероятность разрушения керна действием напряжений в массиве пород, но не ис ключает возможность обло ма керна по плоскости ослаб ления. Поэтому полезно про водить сопоставление кусковатости керна с 'истинной трещиноватостью', измерен ной в месте бурения скважи ны, и таким образом опреде лить поправочный коэффици ент, равный отношению
где И т - |
число трещин |
в |
интервале |
скважины, м ; |
Vb ■ |
число кусков в том же ингер1 вале.
Для условий месторождений Печенги и .Норильска Ж/ = 0,6 при глубине 200-400 м.