Геометризація тріщинуватості масиву гірських порід

Загальна характеристика

Тріщини – це розриви суцільності гірських порід без значного відносного переміщення по них блоків.[5]

При утворенні і зміні гірських порід в загальному процесі розвитку земної кори породи розчленяються по тріщинах на блоки різної величини і форми. Це явище називається тріщинуватістю масиву гірських порід. Тріщинуватість являє собою загальну властивість масиву гірських порід. Вона характеризує структуру, геомеханічні властивості масиву і гірничо-геологічні умови досліджуваних ділянок земної кори.

Розв’язування багатьох гірничо-геологічних задач потребує врахування тріщинуватості масиву, що вивчається. Це дає можливість одержати повнішу структурну характеристику, створює правильніше уявлення про масив як шарувате, тріщинувате середовище з анізотропними механічними властивостями.Тріщини виникають разом з гірською породою, існують і змінюються в ній протягом всієї її історії. В гірських породах вони утворюють складні просторові мережі. Будова мереж тріщин визначає деформаційні, міцнісні, фільтраційні та інші властивості масивів гірських порід і шаруватих товщ, закономірності розміщення і технологію розробки родовищ багатьох корисних копалин. Тріщини можуть бути заповнені водою, газами, мінеральними і органічними речовинами. Тріщини різноманітні за геометричними ознаками, за умовами їх утворення, за формою і будовою.

2.1) Класифікація тріщин [2]

Розрізняють:

-геометричну;

-генетичну;

-морфологічну.

За способом утворення тріщини поділяють на тріщини сколювання і тріщини відриву. Ці тріщини призводять до розриву суцільності гірських порід.

Тріщини сколювання виникають під дією максимальних дотичних напружень. в гірських породах вони, зазвичай, щільно стиснуті, мають рівну і відносно гладку поверхню стінок. Ці тріщини зберігають своє орієнтування. Для них характерною є велика протяжність і порівняно витримана густота. Вони широко розповсюджені на ділянках, порушених підкидами і зсувами. Тріщини сколювання поширюються на великі глибини.

Тріщини відриву виникають під дією нормальних напружень, перпендикулярних до головної осі розтягу. Для них характерна криволінійність, нерівномірність поверхні, вони широко виклинюються у напрямку простягання і падіння, заповнені кусками вміщуючих порід. Утворюються вони на поверхні землі, а з глибиною зникають.

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

Рис. 15. Утворення тріщин[15]

Кліважем називають здатність гірських порід поділятися по паралельних чи майже паралельних поверхнях на тонкі пластинки. ця властивість порід в механічному розумінні виражається утворенням поверхонь ковзання, по яких частинки зміщуються відносно одна одної в процесі пластичної деформації. Кліваж не порушує суцільності порід. Цим він відрізняється від розглянутих вище тектонічних тріщин. В зоні вивітрювання кліваж має вигляд відкритих або закритих паралельних тріщин з рівними поверхнями.[5]

За технологічним чинником тріщини поділяють на поздовжні (різниця кутів простягання тріщини і площини відслонення чи схилу не більша 20°); діагональні (різниця кутів простягань в межах 21¸70°); поперечні (різниця кутів простягань більша 70°);

Тріщини зумовлюються зменшенням об’єму гірських порід при діагенезисі осадків і при остиганні вивержених порід. Ці тріщини називають ендогенними, або контракційними, первинними, тріщинами усихання чи тріщинами окремості. В пластових родовищах такі тріщини розташовуються перпендикулярно до напластування і утворюють, зазвичай, дві системи: основну, паралельну простяганню пластів, і торцеву, паралельну падінню пластів.

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

 

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

2.2) Методи документування тріщин [6]

в процесі вивчення тріщинуватості накопичується велика кількість вимірів. Результати опрацювання і узагальнення цих спостережень зображують у вигляді діаграм і решіток (граток) тріщинуватості по окремих ділянках, а також шляхом нанесення умовними знаками на геологічні та маркшейдерські плани.

Діаграми тріщинуватості. Результати графічного опрацювання вимірів орієнтування тріщин в межах ділянки спостережень з метою виділення їх систем стосовно вказаного показника і визначення середнього значення елементів залягання кожної системи називають діаграмою тріщинуватості.

В умовах горизонтального і пологого залягання порід січні тріщини в переважній своїй більшості є прямовисними чи крутими. Тому виділення систем тріщин здійснюють за азимутом А. При використанні цього показника діаграму тріщинуватості будують у формі круга (діаграма-роза) або прямокутника.

Для побудови діаграми-рози всі виміри азимутів простягання тріщин за їх значенням поділяють на класи з деяким кутовим інтервалом, наприклад 10°. В межах кожного інтервалу знаходять середнє значення азимуту, відповідно якого проводять відрізок, що за довжиною в прийнятому масштабі дорівнює кількості вимірів, виконаних в інтервалі. При виборі масштабу (наприклад, 5 вимірів = 1 см) враховують загальну кількість вимірів і потрібну величину діаграми-рози. Потім кінці напрямів в усіх інтервалах послідовно з’єднують прямими, внаслідок чого одержують пелюстки діаграми-рози

 

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

 

Рис. 16. Діаграма рози(кругова)

 

На діаграмі виділяються дві системи тріщин. Між ними намічається кут, вільний від тріщин. З точки зору безпечного ведення очисних робіт область цього кута є найсприятливішою. Бісектриса цього кута вказує оптимальний напрям очисного вибою.

При розглянутому використанні діаграми-рози її часто називають паспортом тріщинуватості порід покрівлі очисного вибою. Зазвичай він має складатися перед проходженням розрізної печі та в усіх випадках появи завалів очисного вибою.

При похилому і крутому заляганні порід орієнтування січних тріщин характеризується величинами А і Δ. В цих умовах кожна тріщина за елементами залягання, як за координатами, зображається точкою. Одержану таким способом діаграму тріщинуватості називають точковою. Залежно від способу побудови точкові діаграми тріщинуватості також бувають круговими і прямокутними. [6]

Рис. 17. Прямокутна діаграма рози

 

Для виділення систем тріщин зручно користуватися умовною рівнопроміжною сіткою із заданим радіусом R, що береться рівним 4,5 чи 9 см, і кутовим інтервалом, наприклад 10.

 

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

Рис. 18. Кругова діаграма (а) і структурна діаграма з ізолініями густини тріщин (б)[16]

Якщо при спостереженнях вимірювали азимути падіння і кути падіння, то кожна тріщина зобразиться за своїми елементами залягання на сітці у вигляді точки. Побудувавши так всі тріщини, ми одержимо кругову точкову діаграму тріщинуватості. на ній виразно виділяються три скупчення точок. Ці скупчення зображають системи тріщин за їх орієнтуванням і характеризують тріщинуватість масиву на даній ділянці спостережень.

Для побудови прямокутної точкової діаграми зручно користуватися умовною рівнопроміжною сіткою. По осі абсцис відкладають азимутальні виміри А, а по осі ординат – кути падіння Δ тріщин. Кожна тріщина в такому випадку наноситься за своїми елементами залягання.[2]

 

Рис. 19. точкова прямокутна діаграма тріщинуватості[1]

 

За скупченням точок на діаграмі виділені дві (I і II) системи тріщин. В кожній системі знайдено точки, відмічені на рисунку залитими кружками, які фіксують середні елементи залягання системи.

Прямокутна точкова діаграма тріщинуватості порівняно з круговою має перевагу: вона за умовами побудови є рівноточною в усіх частинах діаграми.

Векторна діаграма[6]

Кожен вектор направляють по азимуту або дирекційному куту тріщин,а його довжина пропорційна куту падіння і береться з масштабу кутів падіння. Біля кожного вектору підписують номер системи тріщин і нормальну частоту. Середня нормальна відстань між тріщинами даної системи в м.

По векторній діаграмі визначають видимі падіння в будь-якому по азимуту вертикальному перерізі.

Рис. 20. Векторна діаграма тріщинуватості[18]

OT hdxRrZTsSNg0Etr85AdEOG3QYstpCRu0eMZJkEMinDpqZ9nCZAutvRlsIVUJtbHghGwR454YpW1s gX1hG1o9RJytsmxxZLbQYTvLFiZbbNNDQh0Ohl1vx2aLKMJqk1zswzaltY1LCOR9yOQxTizNDssW li2ee8r0ENtCx+3OhS3EOWk4cS7UYXU6nh9pN9NwbZ7hv/gHAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQCn omNu4QAAAAwBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9NS8NAEIbvgv9hGcGb3cSYGmI2pRT1VARb Qbxts9MkNDsbstsk/fdOT3qbl3l4P4rVbDsx4uBbRwriRQQCqXKmpVrB1/7tIQPhgyajO0eo4IIe VuXtTaFz4yb6xHEXasEm5HOtoAmhz6X0VYNW+4Xrkfh3dIPVgeVQSzPoic1tJx+jaCmtbokTGt3j psHqtDtbBe+TntZJ/DpuT8fN5WeffnxvY1Tq/m5ev4AIOIc/GK71uTqU3OngzmS86FhHScqogiTh TVcgTrNnEAe+lk9ZBrIs5P8R5S8AAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMA AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YA AACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEADvAzwkYG AAALQAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAp6Jj buEAAAAMAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACgCAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAA AK4JAAAAAA== ">

Змін.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КМ.13.КР.00.01

Розділ III