Геометризація розривних порушень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геометризація розривних порушень

1. Загальні відомості про диз'юнктиви

Однією із розповсюджених форм порушення залягання гірничих порід є розривні структури. Розглядаючи масив гірських порід, можна виділити два прояви розривів - диз'юнктивні дислокації, або диз'юнктиви, і тріщинуватість гірського масиву.

Розривом називають такий наслідок деформації гірських порід, при якому порушується суцільність масиву, відбувається поділ останнього на окремі тектонічні блоки, який супроводжується зміщенням одних блоків відносно інших.

Тріщинуватістю масиву гірських порід називають розчленування масиву гірських порід на блоки сукупністю площин певної орієнтації без значного відносного переміщення по них блоків і поверхонь ослаблених порід. З генетичної точки зору всі тріщини в масиві гірських порід можна поділити на тектонічні і нетектонічні.

Спільним для тієї чи іншої форми розриву є розчленування порід на блоки тріщинами розриву. Відмінність же полягає в тому, що при диз'юнктивних порушеннях, або зміщеннях, спостерігається відносне переміщення блоків, а при тріщинуватості воно відсутнє.

Під розривним порушенням, диз'юнктивною дислокацією або зміщенням розуміють наслідок дії тектонічних напружень, при якому гірські породи розірвані по деякій поверхні на блоки, які зміщені відносно один одного.

Розриви гірських порід в природних умовах утворюються в процесі діагенезу чи під впливом прикладених до гірських порід зовнішніх сил, наприклад, тектонічних. Будучи прикладеними до певної ділянки земної кори, вони викликають деформацію гірських порід.

Процес деформації закінчується руйнуванням тіла, якщо одержані напруження досягають необхідної величини, що відповідає границі міцності за даних умов. Руйнування тіла здійснюється у формі відриву чи сколювання. Явище відриву пов'язане з нормальними розтяжними напруженнями або з поперечними подовженнями при стиску. Відривом є крихке руйнування. Сколювання зумовлюється дотичними напруженнями.

Два типи руйнування рідко виникають спільно. Зазвичай, за певних умов спостерігається той чи інший тип руйнування, але зі зміною умов один тип може змінитися іншим. Диз'юнктиви і тріщинуватість гірських порід є важливими структурними елементами гірського масиву, особливо при складчастому заляганні порід, коли розриви проявляються найінтенсивніше.

2. Елементи зміщень та їх ознаки

При розривних порушеннях гірські породи розчленовуються по поверхнях, які при цьому утворюються, на окремі частини чи блоки.

Поверхні, по яких відбувається це розчленування, є тріщини, по яких відокремлені блоки переміщуються один відносно одного на певну відстань. Кожну таку тріщину в цьому випадку називають зміщувачем, а переміщені по ній відносно один одного блоки - крилами. Крило, розміщене над зміщувачем, називають висячим, а розташоване під зміщувачем - лежачим. Зміщувач і крила (блоки) називають елементами зміщення.

Рис. 1. Елементи розривного порушення: 1 - зміщувач; 2 - лінія схрещення; 3 - висяче крило; 4 - лежаче крило

Зміщення пласта в даній точці характеризується двома показниками - формою і величиною відносного переміщення, яку називають амплітудою. Форма зміщення, в свою чергу, визначається виглядом схрещення зміщувача і крил, а також напрямом відносного переміщення крил.

Зміщення, у яких крила паралельні, називають правильними поступальними, або прямолінійними.

При визначенні напряму відносного переміщення крил домовились вважати за нерухоме лежаче крило. При такій домовленості розрізняють підкиди - якщо висяче крило змістилося уверх відносно нерухомого лежачого крила і скиди - якщо висяче крило змістилося униз відносно лежачого крила.

Рис. 2. Прямолінійні порушення: а, б - підкид; в, г - скид

Лінії перетину крил зі зміщувачем s і s' називають іноді лініями схрещення вказаних площин. Вони є межами або лініями зникнення (обрізу) пласта. Якщо крила паралельні, то лінії схрещення s і s' теж паралельні між собою. На маркшейдерському плані вони фіксують положення зміщувача.

На ділянках обмежених розмірів, в межах яких елементи зміщення практично можна вважати плоскими, зміна амплітуди виражається непаралельністю крил К і К' або непаралельністю ліній схрещення s і s'. Вказана непаралельність свідчить про наявність значного обертання блоків під час відносного їх переміщення.

На рис. 3 схематично показано обертальний характер відносного переміщення. Тут амплітуда зміщення від точки затухання О поступово збільшується. Лінії схрещення s і s' утворюють кут затухання .

Рис. 3. Обертальне розривне порушення

3. Геометричні параметри диз'юнктивів

Геометричними параметрами диз'юнктиву називають лінійні і кутові величини, які характеризують розміри, форму і положення розривної структури в надрах. Крила К і К', зміщувач З і лінії їх перетину s і s' - це складові частини порушення. Елементи залягання цих складових частин диз'юнктиву, величину і напрям відносного переміщення крил визначають геометричні параметри розривного порушення.

До кутових величин відносять (рис. 4):

- елементи залягання крил (К||К'): простягання і кут падіння . На вертикальних розрізах І-І, побудованих вхрест простягання зміщувача, спостерігається видимий кут падіння ' пласта (<') (рис. 4, а). Розріз ІІ-ІІ (рис. 4, б) - вхрест простягання крил. Елементи залягання і пласта (крил) систематично визначають в гірничих виробках і відображають на маркшейдерських планах;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Геометричні параметри диз'юнктивів

- елементи залягання зміщувача З - простягання А і кут падіння ?. Їх безпосередньо вимірюють або посередньо знаходять кожний раз при зустрічі зі зміщувачем у виробках;

- елементи залягання лінії схрещення (s||s'): простягання _о і кут нахилу до горизонту _о вимірюють безпосередньо або найчастіше знаходяться посередньо за елементами залягання крил і зміщувача. Використовуються для зображення зміщувача на плані у вигляді ліній обрізу пласта;

- кут диз'юнктиву V - двогранний кут між крилом і зміщувачем в бік відносного переміщення крила. На плані зображується кутом V, заключеним між ізогіпсами крила і зміщувача, а на вертикальному розрізі - кутом V' між тими ж елементами. Дійсна величина кута зміщення V матиме місце в площині розрізу, перпендикулярній лінії обрізу пласта. Кут V знаходиться із побудов. Він є важливою класифікаційною ознакою;

- напрям відносного переміщення крила _R. Для визначеності береться напрям відносного переміщення висячого крила, як це показано стрілками на рис. 4. При цьому використовується дійсне (істинне) чи умовне відносне переміщення. Першим користуються при наявності ознак, які спостерігаються в площині або зоні зміщувача. Якщо ж установити вказані ознаки неможливо, то беруть умовний напрям відносного переміщення крила в площині зміщувача, який перпендикулярний до лінії обрізу пласта.

До лінійних величин відносять потужність зони зміщувача і амплітуди диз'юнктиву (рис. 5).

Потужність зони зміщувача установлюють за допомогою виробок, що перетинають цю зону.

Амплітуда характеризує відстань одного крила відносно іншого в тому чи іншому напрямі. До таких характерних напрямів відносяться:

- напрям по нормалі до крил (рис. 5, а);

- по горизонтальному напряму d вхрест простягання крил співпадає з напрямом квершлажних виробок;

- по вертикалі h співпадає з напрямом вертикальних виробок;

- по горизонтальному напряму l, паралельному лінії простягання зміщувача (рис. 5, б).

Рис. 5. Геометричні параметри порушень (лінійні)

4. Геометрична класифікація диз'юнктивів

Геометрична класифікація диз'юнктивів - це групування диз'юнктивів за основними геометричними ознаками з метою систематизації їх і впорядкування термінології стосовно умов і вимог експлуатаційної розвідки і розробки родовищ корисних копалин.

Незважаючи на різні підходи до групування розривних порушень, обов'язковими геометричними ознаками для всіх геометричних класифікацій є характер схрещення площин, які перетинаються, і напрям відносного переміщення крил (блоків).

Класифікація диз'юнктивів за геометричними ознаками має бути простою, яка б допомагала документуванню і систематизації різноманітних за формою і проявленням розривних дислокацій, а також сприяла розв'язуванню геометричних задач при розвідці і розробці порушених ділянок.

І.М. Ушаков запропонував простішу для практичного використання класифікацію порушень. Суть її полягає в тому, що диз'юнктиви, які зустрічаються в природі, за напрямом відносного переміщення висячого боку можна поділити на два типи - підкиди і скиди, а за кутом диз'юнктиву, в свою чергу, в кожному типі можна виділити два типи - тупокутні і гострокутні (рис. 6).

Рис. 6. Геометрична класифікація порушень за І.М. Ушаковим

5. Виявлення тектонічних порушень

Всі відомі методи виявлення тектонічних порушень залежно від способу одержання початкових даних, що характеризують структуру родовища, можна умовно поділити на дві групи - геологічні і геофізичні.

Натепер найрозповсюдженішими є геологічні методи, оскільки вони дають найбільше можливостей для виявлення і вивчення тектонічних порушень.

Основною ознакою розривного порушення є наявність тріщин зміщення і стратиграфічна невідповідність гірських порід з обох боків зміщувача.

Процес виявлення тектонічних порушень на будь-якій стадії вивчення можна умовно поділити на два основних етапи:

- збір, систематизація і геологічний аналіз початкових даних, які характеризують особливості структурної будови об'єкта;

- опрацювання і зображення одержаних даних на картах, планах, розрізах та інших графіках.

Другий етап називають геологічним картуванням.

За допомогою геологічної і космічної зйомок виявляють, зазвичай, великі порушення - розломи земної кори. Вони дають лише загальне уявлення про порушення і його положення в надрах.

Детальніші відомості про розривні порушення одержують геолого-геометричними методами, ув'язуючи дані розвідувального буріння при побудові геологічних розрізів по розвідувальних лініях і гіпсометричних планів поверхні підошви (покрівлі) покладів - тобто під час геологічного картування.

При розвідувальному бурінні ознаками розривного порушення є (рис. 7):

- зустріч свердловиною зміщувача - шару гірських порід, нехарактерного для даної світи;

- стратиграфічна непослідовність порід, що виявляється по керну при бурінні;

- повторення в одній і тій же свердловині одних і тих же пластів або маркуючих горизонтів;

- випадіння з розрізу в одній із свердловин певного стратиграфічного горизонту;

- наявність в керновому матеріалі перем'ятих порід із дзеркалами ковзання;

- невеликий процент виходу керну;

- різка зміна кутів падіння маркуючих пластів при побудові геологічних розрізів порівняно з виміряним падінням пластів по кернах свердловин.

диз'юнктив гірничий геометричний пласт

Рис. 7. Вертикальний розріз диз'юнктиву по лінії розвідувальних свердловин

Основними гірничо-геометричними методами виявлення і зображення структурних і тектонічних умов залягання пластів за розвідувальними даними є:

- метод ізоліній;

- метод геологічних розрізів (перерізів).

Поряд з чисто геометричними ознаками тектонічних порушень - ускладнення гіпсометрії пласта, різка заміна кутів пробурюваної
товщі - велику роль при прогнозуванні і вивченні порушень, особливо в період експлуатації, відіграє тріщинуватість гірських порід. Тріщинуватістю масиву гірських порід називають розчленування масиву гірських порід на блоки сукупністю площин певної орієнтації без значного відносного переміщення по них блоків і поверхонь ослаблених порід. З генетичної точки зору всі тріщини в масиві гірських порід можна поділити на тектонічні і нетектонічні.

Геофізичні методи виявлення тектонічних порушень базуються на різниці фізичних властивостей гірських порід. Інформацію про стан гірського масиву одержують, спостерігаючи аномалії природних фізичних полів або збуджуваних штучно. Геофізичні методи широко використовуються при пошуках і розвідці корисних копалин, каротажі бурових розвідувальних свердловин.

При експлуатаційній розвідці використовують методи просвічування, коли випромінювач і приймальна станція знаходяться по різні боки досліджуваного масиву, і локаційний, в основі якого лежить явище відбиття хвиль з наступним їх прийняттям в умовах одностороннього підходу до об'єкта дослідження.

6. Гірничо-геометричні розрахунки в процесі проектування виробок

Умови задання виробок визначаються геометрією залягання пласта, що розроблюється, прийнятою системою розробки, схемою розкриття і підготовки. З геометричного погляду задання виробок при графічному способі розв'язування даної задачі зводиться до розв'язування задачі на пряму і площину. При цьому площина ототожнюється з пластом, простягання і падіння якого задані. Пряма ж ототожнюється з віссю виробки, заданої в певному напрямі.

Елементи залягання пласта і напрям виробки відносять до точок, заданих умовою задачі. Складаючи проект проведення січної виробки, спочатку потрібно визначити координати точки перетину виробки з пластом і її довжину. Одержані результати використати в технічних і економічних розрахунках проекту.

При складанні проекту проведення виробки по корисній копалині спочатку обчислюють проектні кутові величини - напрям виробки і кут її нахилу до горизонту. В процесі втілення проекту в життя обчислені величини уточнюють на підставі даних маркшейдерських зйомок. Задачі про задання виробок розв'язують переважно графічним способом.

Размещено на Allbest.ru