Факторы, определяющие инженерно-геологические условия месторождений.

Влияние обводненности на горные, работы.

Обводненность месторождений определяемая количественно суммарным и удельным водопритоками, коэффициентами водообильности и фильтрации основного горизонта, является фактором, значи­тельно осложняющим ведение открытой и подземной разработки мес­торождений на всех стадиях освоения - от вскрытия до подготовки и последующей отработки. Обводненность уменьшает устойчивость подземных горных выработок и бортов карьеров, способствует развитию в них таких опасных горно-геологических явлений, как плывуны, пучение и текучесть горных пород. Прорывы в разработки значительных масс воды разрушают крепление, оборудование, приводят к затоплению шахт, участков карьеров. Повышенная обводненность вызывает значительные затраты материалов и средств на осушение, водоотлив, сооружение барража.

Повышенная обводненность глинистых пород увеличивает их прилипание, вызывая уменьшение вместимости ковша, транспортного сосуда, и снижение производительности горных машин. Влажность по­род приводит к их смерзанию и слипанию, ухудшает качество добы­того сырья увеличивает затраты на перевозку горкой массы.

При выборе систем подземной разработки особое значение при­дается наличию неосушенных песков и суглинков, карстовых полос­тей, заполненных водой, плывунов. В плывуне давление распространяется по закону, близкому к гидростатическому, поэтому он разд­вигает канал в обрушенных породах и прорывается в горные выработки.

Сложные гидрогеологические условия определяют специфику технологических схем и процессов разработки угольных месторожде­ний. Характерно, что при одинаковом развитии горных работ сред­несуточный, приток при проходке глубоких шахт и вскрытии ряда во­доносных горизонтов будет значительно больше, чем при проходке неглубоких шахт. Наибольшие водопритоки наблюдаются при проходке ствола шахты, штреков и квершлагов. Последующие очистные работы, значительно слабее влияют на водопритоки вследствие дренирования водоносных горизонтов капитальными и подготовительными выработками.

Инженерно-геологические условия месторождений зависят от физико-географической обстановки района, состава и строения горных пород и массива, их физико-механических, физико-химических свойств и гидрогеологических факторов, от характера и интенсивности проявления современных геологических процессов, горно-технологических воздействий на массив.

А) Физико-географические факторы

Инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых в разной степени зависят от климата, поверхностной гид­росети, рельефа местности. Результатами совместного влияния влажности и температуры воздуха являются направленность и ин­тенсивность выветривания горных пород, изменяющего их свойства и состояние массива.

Рельеф местности существенным образом влияет на сложность инженерно-геологических условий месторождений. Равнинный и рав­нинно-холмистый рельеф платформенных областей характеризуется слабой расчлененностью, замедленным поверхностным стоком. Оса­дочные и вулканогенно-осадочные породы, слагающие, верхние эта­жи геологического разреза этих районов, отличаются малой прочностью и низкой устойчивостью. Здесь распространены плывуны, карст, оползни.

В горных районах со значительной, расчлененностью рельефа разрез представлен интенсивно дислоцированными осадочными, вул­каногенными и метаморфическими породами, прорванными магмати­ческими телами. Эти породы прочные и устойчивые, обладают повы­шенным напряженным состоянием. В таких районах широко развиты гравитационные и водно-гравитационные явления - осыпи, обвалы, оползни, сели.

Б). Физические, физико-механические и физико-химические свойства горных пород

С физическим состоянием и свойствами горных пород связаны конструкции горных выработок, их устойчивость в процессе проведения и эксплуатации, развитие горно-геологических явлений.

Физико-механические свойства горных пород определяют сопротивляемость их разрушению и деформациям. Соответственно различают прочностные и деформационные свойства горных пород. Твердым породам присуща некоторая общность показателей прочности и деформационных свойств, что приближает их к твердым телам. Ме­ханические свойства глинистых пород варьируют в широких пределах в зависимости от степени их литифицированности, минерально­го и зернового состава. Раздельнозернистые породы ведут себя как сыпучие тела.

Из других физических свойств горных пород, влияющих на ин­женерно-геологические условия, следует назвать сейсмоакустические, теплофизические, электромагнитные.

В) Геолого-структурные факторы

При освоении месторождений полезных ископаемых основным объектом инженерно-геологического изучения являются массивы горных пород. Их свойства обусловлены разнообразием свойств слагающих горных пород, внутренним строением массивов, типом и интенсивностью проявления тектонических нарушений, обводненностью и газоносностью.

Массив горных пород - это находящийся в сфере инженерного воздействия участок земной коры, который составляет некоторую геологическую структуру или часть её, характеризуется оп­ределенным литологическим составом и внутренним строением. Именно особенностями условий залегания и взаимоотношений различных геологических образований объясняется существенное не­соответствие физических свойств горных пород в образцах и масси­ве. К другим факторам нетождественности свойств относятся

трещиноватость, окружающая геологическая среда, гидрогеологические условия.

Трещиноватость горных пород является важным фактором внутренного строения горно-геологических ярусов и массивов. Трещины по генезису делятся на тектонические и нетектонические, а последние – на первичные (петротектонические) и вторичные (экзогенно-гравитиционные и искусственные). Петротектонические трещины возникают при формировании горных пород в связи с релаксацией механических полей напряжений, обусловленных остыванием магматического расплава или диагенезом осадка. Вторичные трещины - выветривания, оползней, обвалов, провалов, расширения пород при разгрузке - развиваются под действием в поверхностных зонах эк­зогенных процессов и сил гравитации.

Геометрия трещин - их густота, ширина, протяженность, элементы залегания - важные характеристики при оценке инженерно-геологических условий. Микротрещины почти не влияют на сплош­ность массива, крупные резко снижают его прочность. Тонкие тре­щины не увеличивают водопроницаемость массива, но при проходке горных выработок по ним происходит разуплотнение. Важное значе­ние, имеют состав заполнителя трещин и вид из поверхности.

Количественная оценка трещиноватости заключается в установлении её типов и систем, замере элементов залегания, протяжен­ности и раскрытия трещин, расстояний между ними в системах, в определении характера и степени заполнения трещин, общего объёма трещинной пустотности (в %), размера отдельностей (блоков) в массиве, а также удельной трещиноватости (в м^-1) и акустического показателя ……... Последний представляет собой отношение квадратов скоростей распространения продольных волн в массиве и в образце данной породы.

Газоносность горных пород - важный фактор инженерно-геологических условий массивов. Горные породы могут содержать метан, углекислый, сернистый, тяжелые углеводородные, инертные газы, азот, водород, оксид углерода, сероводород, радон и т.д. Газоносность месторождений и развитие геодинамических процессов в наибольшей степени определяют метан, углекислый газ и азот.