Инженерно-геологическая оценка и моделирование структуры скальных массивов горных пород рудных месторождений

• Автор: Серый, Сергей Степанович
• Шифр специальности: 05.15.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Оглавление

Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследований
1.1. Состояние вопроса геолого-структурной оценки скальных массивов
1.2. Теория и методы моделирования структуры скальных массивов
1.3. Постановка задач исследований
2. Научно-методические положения по изучению и оценке структуры скальных массивов
2.1. Анализ инструктивно-методических материалов по изучению структуры скальных массивов
2.2. Методика натурного изучения структуры скальных горных массивов и камеральной обработки полученных данных
2.3. Методика определения параметров систем трещин
2.4. Краткая горно-геологическая характеристика базового объекта
исследований
Выводы:
3. Декомпозиция структуры горного массива и оценка факторов, влияющих на устойчивость откосов карьера
3.1. Структура горного массива
3.2. Инженерно-геологические литотипы
3.3. Оценка факторов, влияющих на устойчивость откосов карьера
3.4. Структурное инженерно-геологическое районирование горного массива
Выводы:
4. Методика компьютерного моделирования структуры скальных горных массивов
4.1. Теоретические основы и схема формирования конечно-элементной
модели горного массива
4.2. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного
состояния прибортовой зоны карьера
4.3. Методика моделирования решетки трещиноватости горного массива с
решением задачи прогноза деформаций уступов карьера
Выводы:
5. Моделирование структуры горного массива базового объекта исследований (Ковдорского месторождения комплексных руд)
5.1. Модель напряженно-деформированного состояния прибортовой зоны карьера
5.2. Модель решетки трещиноватости и прогнозирования деформаций
уступов карьера
Выводы:
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время более 75 % руд добывается открытым способом, причем преимущественно в скальных горных массивах. Экономичность и безопасность открытой разработки месторождений прямо связаны с вопросами устойчивости уступов и бортов карьеров, информационной основой решения которых является знание геолого-структурных и инженерно-геологических особенностей разрабатываемых месторождений.
До недавнего времени предельная глубина карьеров в нашей стране не превышала 300м. Отсутствовал также достаточно сильный экономический стимул к увеличению углов откосов. Инженерно-геологическое обеспечение горных работ базировалось главным образом на данных детальной разведки с акцентом на физико-механический испытания руд и пород. Соответственно и районирование месторождений по условиям устойчивости откосов и бортов карьеров осуществлялось преимущественно на основе геометризации физико-механических характеристик слагающих их горных пород [15,84]. Однако массивы скальных горных пород (далее - "горные массивы") рудных месторождений сложены в основном породами средней и высокой прочности, устойчивость которых определяется главным образом особенностями структуры массива - наличием плоскостей ослабления, плотностью их развития, пространственным взаимоотношением между собой и поверхностью откоса [75,101], которые и должны учитываться при районировании массивов по фактору устойчивости.
Действующие карьеры, благодаря большому фронту обнаженных уступов, дают принципиальную возможность натурного изучения структуры разрабатываемых горных массивов. Вместе с тем такое изучение, как правило, ограничивается съемкой трещиноватости, причем зачастую на локальных участках месторождения, где уже возникли осложнения, связанные с устойчивостью массива. При таком подходе трудно составить цельное объемное представление о структуре горного массива и дать объективный прогноз устойчивости уступов и бортов карьера. Указанная ситуация во многом объясняется отсутствием методики натурного изучения скальных горных массивов месторождений в карьерах для решения геомеханических задач.
Вторым важным аспектом в решении геомеханических задач при открытой разработке скальных массивов, обладающих высокой анизотропией, является моделирование их структуры и свойств на базе современных персональных

• сгруппировать природные литологические и петрографические типы пород в несколько инженерно-геологических литотипов с примерно одинаковыми физикомеханическими характеристиками и выявить закономерности размещения этих литотипов;
• выделить на месторождении блоки, однородные по своей структурной позиции, особенностям развития трещиноватости и сложенные одним инженерногеологическим литотипом; дать количественную оценку трещиноватости по каждому такому блоку;
• прогнозировать основные геолого-структурные особенности массива и его инженерно-геологическую блокировку на предельный контур карьера;
• получить детальные планы и разрезы приконтурной зоны карьера со всей геолого-структурной и инженерно-геологической информацией, необходимой для решения вопросов устойчивости откосов и технологии постановки их на постоянный контур.
2.3. Методика определения параметров систем трещин.
Традиционно эта задача решается путем построения диаграмм ориентировки трещин на равновеликой, равноугольной или равнопромежуточной проекциях сферы (сетки В. Шмидта, Г. Вульфа, В.В. Каврайского) с применением равноплощадных палеток для определения густоты точек полюсов трещин, и последующей их интерпретации. Такие построения весьма трудоемки и имеют значительную погрешность на границе круговой диаграммы за счет площадных искажений при проецировании полусферы на плоскость. Автором разработана методика определения параметров систем трещин, лишенная указанных недостатков. В ее основе лежит построение диаграммы ориентировки трещин непосредственно на полусфере, минуя процедуру проецирования ее на плоскость. Достигается это в автоматическом режиме на персональном компьютере с использованием авторских алгоритмов.
Прежде всего надо сказать, что математический смысл построения диаграммы ориентировки трещин сводится к определению густоты точек полюсов плоскостей трещин на полусфере. Собственно говоря, это гистограмма случайной функции двух переменных (азимута и угла падения) F(a,p). Для построения гистограммы необходимо весь диапазон наблюдений равномерно, т.е. с регулярным шагом, разбить на равновеликие интервалы группировки точек значений функции. Рассмотрим двумерный случай в декартовой системе координат F(x,y) (рис. 2.2).