Добыча и обработка природного камня

Закономерности развития трещиноватости

Закономерности развития трещин в массивах являются главным исходным пунктом в разработке практических реко­мендаций по снижению качественных и количественных потерь камня при его добыче.

Месторождениям изверженных пород характерны следую­щие закономерности развития природных трещин в массиве.

1. Эмпирические распределения частот трещин отдельности подчиняются нормальному закону распределения. Максималь­ное число трещин данной системы имеют близкие элементы залегания, определяя ее полюс. Постоянно уменьшающееся число трещин имеют все более отклоняющиеся друг от друга элементы залегания и образуют ореол рассеивания вокруг своего полюса. Чем меньше угол ореола рассеивания, тем более близки трещины к своему полюсу. Ореолы рассеивания трещин отдельности гранитных месторождений в среднем составляют по азимутам 6 = 35°, по углам‘падения 7=20°.

В целях обоснования расположения фронта горных работ и направления его переме/цения относительно линий простира­ния и углов падения главных систем трещин массива, а также для определения усредненных формы и размеров структурных блоков необходимо знать вероятнейшие значения полюсов тре­щин как по азимутам простирания, так и по углам падения.

Их определение возможно яри помощи следующих анали­тических зависимостей.

Полюс по углам падения Ру. п для вертикальных, крутых, продольных и поперечных трещин

Ру. п = 1,57~у/2 + 0деС/л, (2.13)

Где Ру. а-—полюс по углам падения для вертикальных и кру­тых трещин; у — угол ореола рассеивания трещин по углам па­дения; п — общее число трещин в. ореоле рассеивания по углам падения; К, — число трещин в ореоле рассеивания по углам падения в интервале 80—90°.

Полюс пологих трещин Рл. т определяется кац

Рп. т = 0,5а (1 — Л/гА/У о), (2.14)

Где а — угол ореола рассеивания пологих трещин по углам падения в радианах; Л^г —число трещин в ореоле при угле па­дения 0°; N0 — общее число пологих трещин в ореоле рассеи­вания.

Полюс вертикальных и крутых трещин Ра. п по азимутам простирания рекомендуется определять по формуле

Ра. п-Лн + 6/2, (2.15)

Где б — угол ореола рассеивания азимутов простирания; Ап — начальный азимут ореола рассеивания.

2. Межтрещинные расстояния первично-пластовых разрывов сплошности увеличиваются с глубиной их положения в недрах, аппроксимируясь прямолинейной зависимостью. Эта закономер­ность позволяет определять межтрещинные расстояния с глу­биной и обосновывать параметры системы разработки и тех­нологии добычи блоков.

3. Природная трещиноватость характеризуется закономер­ностью плоскостной параллельности, сущность которой состоит в том, что плоскости трещин отдельности одной, и той же си­стемы на небольших участках (до Юм) приблизительно парал­лельны между собой.

Пологие трещины параллельны слоистости пород, продоль­ные трещины почти по всем месторождениям параллельны структурам течения магмы, а линейная параллельность поло­гих и продольных трещин согласовывается с волокнистостью.

Основные направления плоскостей параллельности опреде­ляют: для пологих трещин — полюс угла падения пологих тре­щин; для вертикальных плоскостей трещин — полюс угла па­дения и азимут линии падения.

Данная закономерность позволяет сделать два вывода:

Развитие продольных и первично-пластовых трещин парал­лельно согласовывается с направлениями структур течения магмы, а значит и с анизотропией камня, что позволяет обос­нованно выбирать расположение фронта добычных забоев и оптимальные направления плоскостей раскола при добыче бло­ков;

Месторождениям блочных пород или единичным их участ­кам характерна Правильная отдельность, обусловленная зако­номерностью плоскостной параллельности развития трещин в массиве, что дает возможность точнее оценить формы и раз­меры структурных блоков, значения показателей которых опре­деляет способ подготовки камня к выемке и параметры техно­логии добычи блоков.

4. Расстояния между вертикальными и крутонаклонными трещинами одной и той же системы зависят от отметок кровли интрузии и аппроксимируются прямолинейной регрессией. Сущ­ность закономерности заключается в том, что число верти­кальных и крутых трещин, приходящихся на единицу длины залежи, обратно пропорционально росту отметок кровли, т. е. в наиболее возвышенных частях куполов интрузивных масси­вов наблюдается наименьшее число этих трещин, и наоборот—• пониженные участки месторождений разбиты более густой сетью трещин.

В качестве примера приведем зависимость коэффициента частоты кч вертикальных и крутых трещин на 10 м длины залежи от абсолютного значения интервала отметок Л0 по не­которым месторождениям.

Эта закономерность позволяет прогнозировать межтрещин - ные расстояния для вертикальных и крутых трещин на закры­тых участках месторождения, для чего необходимо иметь дан­ные о коэффициенте частоты трещин на одном из участков, среднюю отметку этого участка и гипсометрический план за* крытой части интрузии.

Породным интрузиям и трещинам отдельностей в них ха­рактерны также многие особенности, которые представляют практический интерес.

Во-первых, все системы трещин отдельностей минерализо­ваны гизингеритом — водным, силикатом оксида железа непо-. стоянного состава. Это обстоятельство играет свою положи­тельную роль, так как зелено-черный до смоляно-черного цвет минерализации позволяет легко фиксировать трещины даже в кернах, глыбах и не смешивать их с трещинами случайными и искусственными. Характерно, что продольные, поперечные и пологие трещины более сильно минерализованы и полностью заполнены гизингеритом. Слабее минерализованы диагональ­ные трещины—вплоть до слабого зеленоватого или темнова­того налета цо стенкам, что «подтверждает выводы ряда иссле­дователей о том, что диагональные трещины следует относить к тектоническим, образовавшимся значительно позднее, чем' протектонические продольные* поперечные и пологие.

Гизингеритовая минерализация трещин играет свою поло­жительную роль при обосновании параметров взрывной техно­логии' отбойки монолитов гранита от массива. Вышеотмеченное обязывает более обоснованно и предметнее изучать минерали­зацию трещин отдельностей применительно к каждому место­рождению.

Во вторых, раскрытость трещин отдельности в зависимости от принадлежности к системе и глубине ее положения раз­лична:

Первично-пластовые трещины имеют раскрытость 0—5 мм, что в 3—5 раз меньше, чем раскрытость вертикальных трещин и объясняется это сближением структурйых блоков между со­бой за счет их массы;

Изоморфным крупнокристаллическим породам характерно перерастание первично-пластовых трещин в сплошной мас­сив;

Раскрытость вертикальных трещин отдельности колеблется от 2—3 мм до 2—3 см, а глубина их распространения. значи-

Тельно превышает вертикальную мощность подсчитанных запа­сов и составляет по приближенным расчетам 500—700 м. Эта особенность позволяет уверенно прогнозировать развитие тре­щин на глубину в контурах подсчета запасов и дает возмож­ность утверждать, что интенсивность трещин существенно уменьшается на больших глубинах;

Верхним частям интрузивных массивов характерны более часто встречающиеся зоны напластования мощностью 0,1—

0, 5 м, которые существенным образом (от 5 до 30%) снижают блочность месторождения;

С глубиной интенсивность распространения зон напластова­ния уменьшается, что создает предпосылки увеличения выхода блоков из массива при его разработке на более глубоких го­ризонтах.