ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ГОРНЫХ ПОРОД МЕСТОРОЖДЕНИЯ НУРКАЗГАН

 

Низаметдинов Ф.К, Капасова А.З.

КарГТУ, Караганда, Республика Казахстан

 

При разработке полезных ископаемых открытым способом одним из наиболее важных вопросов является назначение оптимальных параметров карьерных откосов, обеспечивающих их длительную устойчивость при минимальных объемах вскрышных работ. Надежность определения оптимальных параметров открытых горных работ в первую очередь зависит от  достоверности  исходной информации. Основными исходными данными для определения устойчивости карьерных откосов являются физико-механические свойства горных пород, слагающих прибортовые массивы карьера, к которым  относятся: плотность,  угол внутреннего трения и сцепление пород.

             Для определения оптимальных параметров устойчивых бортов карьера «Нурказган» в 2002-2004 гг. проведены инженерно-геологические исследования прибортовых массивов. С этой целью за контуром предельного разноса борта пробурены вертикальные скважины 1и, 2и, 3и, 4и глубиной 500м (глубина отработки карьера). Месторасположение скважин выбрано с учетом их равномерного распределения по бортам карьера (рисунок 1).

 

    Рисунок 1- Схема расположения исследовательских скважин

Исследования физико-механических свойств пород по скважинам производились в лаборатории АО «Центргеоланалит» (г. Караганда). Для лабораторных испытаний отобрано 103 пробы, в том числе по скважинам: 1и –25проб; 2и –39 проб; 3и – 19 проб; 4и – 20 проб.

Отбор проб и общие требования при испытаниях выполнялись в соответствии с ГОСТом 21153.0-75. Прочностные (механические) свойства горных пород определялись для сухих образцов и для образцов в водонасыщенном состоянии. Количество испытанных образцов составило 5701шт, в том числе: сухих образцов – 3143шт; образцов в водонасыщенном состоянии – 2558шт.

Физические свойства горных пород определены по 943 испытаниям. Общее количество испытаний горных пород на физико-механические свойства насчитывает 6644. В результате лабораторных испытаний получены следующие показатели свойств горных пород:

- предел прочности при одноосном сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии (sсж)- ГОСТ 21153.2 -84;

- предел прочности при одноосном растяжении в сухом и водонасыщенном состоянии (sр)- ГОСТ 21153.3 - 85;

- предел прочности при срезе со сжатием под углами 250, 350, 450 в    сухом и водонасыщенном состоянии (sср , tср) - ГОСТ 21153.5 – 88;

- плотность средняя (объемная) (g) и истинная (удельная) (gу );

- пористость (n)- ГОСТ 8269.0-97;

- водопоглощение (Wп)- ГОСТ 8269.0-97;

- влажность (W) - ГОСТ 8269.0-97.

Обработкой результатов лабораторных испытаний занималась научно-исследовательская лаборатория «Маркшейдерия, геомеханика и геометрия недр» КарГТУ.

На основании средних значений предела прочности горных пород при срезе построены зависимости между нормальными и касательными напряжениями, т.е. предельные кривые прочности горных пород при срезе. На участке между линиями, выходящими из начала координат под углами 300 и 450 к оси t кривая заменялась хордой. Таким образом, были построены паспорта прочности горных пород по каждой пробе.

Уравнение хорды, прямолинейного участка предельной кривой прочности породы при срезе, имеет вид:

 

                                  ,

где  r – угол внутреннего трения данной породы, градус;

       k – сцепление данной породы, МПа.

Угол наклона хорды к оси абсцисс определяет угол внутреннего трения данной породы r, а отрезок, отсекаемый хордой на оси ординат, сцепление k в масштабе графика /1/.

         Паспорта прочности горных пород построены с помощью ПЭВМ (рисунок 2). Используя возможности EXCEL2000, определив уравнение хорды, значения сцепления и угла внутреннего трения для исследуемых пород находились аналитически по уравнению хорды /2/.

 

Рисунок 2- Паспорт прочности

 

 

Результаты определения средних значений сцепления и угла внутреннего трения приведены в таблице 1.

 

 

 

 

 

Таблица 1- Средние значения  сцепления и угла внутреннего трения

горных пород прибортовых массивов

 

Интер-

вал, м

 

 

Тип пород

 

 

Глубина,

м

 

Сцепление k, МПа

Угол внутреннего трения ρ, градус

0- 300

туфы выветрелые

6,5-33,0

5,26/ -

30/ -

туфо-лава

49,2-67,9

17,08/ -

28,5/ -

туфы серо-зеленые

90,1-149,7

15,16/ 9,47

33/ 35

туфы андезит базальтовые

37,0- 314,2

14,52/ 10,3

35/ 35

диориты кварцевые

23,5-301,0

15,78/ 11,21

33/ 33

диориты кварцевые беретизирован.

73,8-225,9

14,70/ 10,81

34/ 35

березит по кварцевому диориту

46,6- 312,1

9,24/ 5,81

36,5/ 37

брекчии тектонические

48,0-221,3

14,68/ 9,24

36/ 36

туфы беретизированные

161,4-181,7

-/ 13,36

-/ 32

300- 500

туфы андезит базальтовые

297,6-497,8

14,50/ 12,30

35,3/ 34,4

диориты кварцевые

316,1-499,9

14,89/ 13,45

35,8 / 36,1

березит по кварцевому диориту

290,6-337,0

8,31/13,84

40/28

брекчии по кварцевому диориту

358,1-382,1

9,68/10,50

37/34

брекчии

403,4-410,3

8,20/-

39/-

 

     В результате проведенных исследований получены величины физико-механических свойств горных пород прибортовых массивов, которые были успешно использованы при определении оптимальных параметров устойчивых бортов карьера «Нурказган», а так же могут быть применены при решении вопросов устойчивости на других месторождениях.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Попов И.И., Окатов Р. П., Низаметдинов Ф.К. Механика скальных массивов и устойчивость карьерных откосов. Алма-Аты, Наука,1986.- 256 с.

2.     Ожигина С.Б., Абельсеитова С.К.,Капасова А.З. Малкова И.М. Исследование физико-механических свойств пород прибортовых массивов.: Матариалы II Международной НТК, 3-6 июня 2004 г.Ч. II