Строение массива горных пород

Главными характеристиками строения массива горных пород являют­ся его слоистость и трещиноватость. С точки зрения горной технологии можно выделить следующие типы массивов по слоистости:

• однородные - в пределах объема разрабатываемых пород слоистость не выражена;

• моноклинного (выдержанного) залегания пород - пласты имеют одина­ковый угол падения;

• складчатые - пласты пород образуют складки с переменным углом паде­ния;

• нарушенные - пласты имеют тектонические разрывы, осложнены интру­зиями, карстом и др.

Комбинации свойств пород каждого из слоев формируют общие свойства разрабатываемого массива. Причем в слоистой толще массива поведение горных пород зависит от их окружения. Так, угольный пласт может вести себя как жесткое тело, если он залегает в толще слабых гли­нистых пород, типа алевролитов, или работать как пластичный пропласток между высокопрочными песчаниками. В совокупности слоистый массив обладает анизотропией свойств, т.е. различием в величине векторных ха­рактеристик, измеренных в разных направлениях. Количественно это яв­ление оценивается коэффициентом анизотропии

(8.3)

где и - некоторое свойство, измеренное вдоль и перпендикулярно слоям.

Для большинства свойств пород. Исключение составляют такие показатели, как коэффициент затухания, электросопротивление, иногда прочность при сжатии, величина которых, измеренная вдоль слоев, мень­ше, чем в перпендикулярном направлении. Явление анизотропии обяза­тельно учитывается при проектировании горных процессов.

Наиболее значимым фактором, определяющим практически всю тех­нологию разработки месторождений полезных ископаемых, является трещиноватость массива. Система трещин разбивает массив на отдельные блоки, связь между которыми определяет прочность и устойчивость ^мас­сива. При изучении и учете трещиноватости массива выделяют следующие особенности трещин:

• характер трещин - внутрикристаллические (размером менее 0,01 мм), межкристаллические (0,1-10 мм), макроскопические (размером более 10 мм);

• форма трещин - прямолинейные, радиальные, концентрические, ветвя­щиеся и т.п.;

• степень раскрытия - сомкнутые или зияющие; в последнем случае оце­нивается ширина зияния;

• степень и качество заполнения трещин - характер заполнения и материал заполнителя;

• геометрия трещин - преимущественное их ориентирование по отноше­нию к пласту пород: по падению, по простиранию, диагональные и т.п.;

• азимут трещин - их ориентировка по частям света.

В производственных условиях описываются в основном макроскопи­ческие трещины, хотя прочность структурных блоков пород определяется в большей степени межкристаллическими трещинами. Трещины группи­руют по вышеуказанным признакам, и для каждой системы трещин опре­деляется модуль трещиноватости, т.е. число трещин на один квадратный или погонный метр. Модуль трещиноватости определяет блочность масси­ва, т.е. число структурных блоков в единице объема горной породы.

Скальные массивы горных пород по степени трещиноватости подраз­деляются на пять технологических категорий:

1. Практически монолитные - размер структурных блоков превыша­ет 1,5 м, видимые трещины отсутствуют.

2. Мало трещиноватые - размер блоков до 1,5 м, в среднем состав­ляет 0,7 м, видимые трещины заполнены плотным материалом.

3. Средней трещиноватости - средний размер структурных блоков -0,5 м, трещины сомкнутые или зияющие с мелким заполнителем.

4. Сильнотрещиноватые - размер блоков 0,3-0,4 м, часто имеют на­пластования и видимые сомкнутые трещины.

5. Чрезвычайно трещиноватые - блоки крупнее 1 м отсутствуют, а их средний размер менее 0,3 м.

Известны и другие классификации массивов по трещиноватости, но в любом случае категория трещиноватости определяет технику и техноло­гию разработки пород. Так, с увеличением степени трещиноватости проч­ность пород уменьшается и, как правило, облегчается их добываемость, но резко снижается устойчивость массива, что требует дополнительных за­трат на крепление горных выработок. Во всех случаях при проектировании горной технологии массив рассматривается как сложная система.