Установление зависимостей геометрических и прочностных параметров природных блоков от мощности вмещающего слоя

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2010. Вып. 1. С. 294-298 : НАУКИ о ЗЕМЛЕ

УДК 621.32

Установление зависимостей геометрических и прочностных параметров природных блоков от мощности вмещающего слоя *

В.П. Сафронов, В.В. Сафронов, А.В. Макаров

Аннотация. При взрывном способе рыхлении горного массива требуется учитывать параметры систем трещин и прочность естественных блоков. Установлено, что от мощности породного слоя зависят геометрические параметры и прочность природных блоков.

Ключевые слова: зависимость, природные блоки, эффективность взрыва, рыхление горного массива, геометрические и прочностные параметры блоков.

В настоящее время интенсивно развиваются теоретические и экспериментальные исследования передачи энергии взрыва или землетрясения в блочном горном массиве. При этом основное значение имеют оценочные критерии блочности массива и иерархических систем блочных структур.

Взрывной способ подготовки сильнотрещиноватого карбонатного массива к экскавации приводит к переизмельчению полезной массы, а при подготовке слаботрещиноватых участков массива наблюдается повышенный выход негабаритных кусков, как правило, соответствующих размерам природных блоков.

Управлять взрывом скважинных зарядов в карбонатном массиве возможно только с учетом знаний закономерностей пространственного расположения природных отдельностей в геоупаковке породного массива и их контактных связей.

Слои массива карбонатных пород, включающие природные естественные отдельности (блоки), имеют различные мощности. Мощность слоя пород карбонатного массива является тем параметром, который, наряду с системной трещиноватостью, определяет блочность и связан с прочностной характеристикой природной естественной отдельности [1]. Природная естественная отдельность имеет «рубашку» выветрилости, которая представлена

* Работа выполнена при финансовой поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (проект № 2.2.1.1/3942) и ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (проект № 02.740.11.0319).

слабыми породами (< 200 МПа). Природный естественный блок представлен прочными карбонатными породами (> 600 МПа). Массив карбонатных пород обладает свойством образовывать иерархическую последовательность. В каждую отдельность более высокого иерархического уровня «вложены» последовательно более мелкие отдельности (рис. 1).

Природные естественные отдельности (блоки) массива карбонатных пород имеют пространственную ориентировку вертикальных граней, которые характеризуются азимутами простирания СЗ 318-320°, ЮЗ 225-227° и углом падения 84-87° [2].

Природные естественные отдельности низших иерархических уровней имеют такую же ориентировку вертикальных граней, как отдельности высших иерархических уровней.

Мощность слоя тс, вмещающего природную отдельность (блок), соответствует высоте блока аз с учетом «рубашки» выветрилости тс = аз (рис. 2). Расстояния между системными вертикальными трещинами в слое (а1, а2) карбонатного массива также определяют параметры природной естественной отдельности. Установлено, что мощность слоя и расстояние между естественными вертикальными системными трещинами в слое находятся в соотношении 1:2, что позволяет оценивать блочность через мощность слоя, вмещающего природные естественные отдельности. С увеличением мощности слоя уменьшается его трещиноватость.

Существует связь между прочностной характеристикой природной естественной отдельности и мощностью слоя его вмещающего. С увеличением мощности слоя увеличивается прочность карбонатных пород, составляющих природные естественные отдельности (блоки).

Структура карбонатной породы определяется формой зерен, размером зерен и органических обломков, соотношением цементирующего материала и цемента. В доломитовых породах в виде отдельной структурной разновидности иногда выделяется доломитовая мука.

Текстура карбонатной породы определяется расположением зерен и цемента. Карбонатная порода каждого слоя, вмещающего природные естественные отдельности, имеет собственный цвет (оттенок), который связан с прочностной характеристикой породы [3]. Если принимать правильными утверждения, что прочность карбонатных пород увеличивается при уменьшении размера зерен цементируемого материала и увеличения размера зерен цемента, то структура и текстура породы определяют прочностные свойства карбонатных пород, а цвет (оттенок) породы может служить частным индикатором прочности карбонатной породы конкретного месторождения.

Создание каталога цветов (оттенков) карбонатных пород конкретного месторождения и соответствующих им значений прочностных показателей, может служить основой для создания экспресс — методики оценки прочности природной естественной отдельности в массиве карбонатных пород на стадии добычи полезной массы. Эффективность такой методики оценки прочности карбонатных пород определяется точностью цветопередачи (оттенков) пород

Рис. 1. Иерархическая последовательность организации массива карбонатных пород: отдельности более высокого иерархического уровня

Рис. 2. Природные естественные отдельности (блоки) карбонатного массива, определяемые границами напластования пород и системами (I, II) нормально секущих слои трещин

в каталог и соответствием цвета (оттенка) породы ее прочностной характеристике.

Известно, что прочность природного естественного блока ниже прочности образца породы полученного из него. Объясняется это тем, что в лабораторных образцах породы присутствует значительно меньшее количество различного рода неоднородностей, трещин, пор и других «дефектов», чем в природных блоках.

Природная естественная отдельность (блок), как монолитная часть карбонатного массива, ограниченная не менее чем тремя парами природных трещин независимо от их системности, характеризуется площадью основания Б (м2), объемом V (м3) и, в отдельных случаях, линейными размерами и ориентировкой в массиве карбонатных пород.

Горно-геометрическими характеристиками структуры карбонатного массива могут быть плоскостная (параметры сети трещин, мощность слоя на-

пластования пород), объемная (природная блочность слоя) или комбинированная (совокупность плоскостной и объемной характеристик).

Знания о мощностях слоев карбонатного массива выемочного блока, подготавливаемого взрывом к экскавации, позволяют оперативно получать и использовать информацию о массивов расчетах параметров паспортов буровзрывных работ. Повышается уровень управляемости взрывом в карбонатном массиве при подготовке его к экскавации.

Список литературы

1. Сафронов В.П. Оценка по показателю «блочность» основных структурных элементов массива карбонатных пород // Проблемы и перспективы развития горнодобывающей промышленности Подмосковного бассейна: тр. междун. науч.-практич. конф. / ТулГУ, 2002. С.85-86.

2. Беликов Б.П. О методе изучения трещинной тектоники месторождений строительного и облицовочного камня. М.: АН СССР, 1953. 45 с.

3. Сафронов В.П. К вопросу о создании гибких технологий для разработки месторождений известняка // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: сб. науч. трудов. Ч.2. / Тула, 2002. С.243-246.

Сафронов Виктор Петрович (safronov_vp@list.ru), д.т.н., профессор, кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.

Сафронов Вадим Викторович, к.т.н., ассистент, кафедра математического анализа, Тульский государственный университет.

Макаров Роман Владимирович, аспирант, кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.

Revealing of dependence of natural blocks geometrical and fortress parameters from contain layer capacity

V.P. Safronov, V.V. Safronov, R.V. Makarov

Abstract. Parameters of cracked systems and fortress of rock blocks are required to consider at an explosive loosening of rock massive. Establish, what geometrical parameters and fortress of natural blocks depend from capacity of rock layer.

Keywords: dependence, natural blocks, efficiency of explosion, loosing of rock massive, geometrical and fortress parameters of blocks.

Safronov Viktor (safronov_vp@list.ru), doctor of technical sciences, professor, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.

Safronov Vadim, candidate of technical sciences, assistant, department of mathematical analysis, Tula State University.

Makarov Roman, postgraduate student, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.

Поступила 23.10.2009