Изучение трещиноватости пород на месторождении «Северный Катпар»

В настоящей статье рассматривается на практике метод изучения трещиноватости горного массива по кернам геотехнических скважин при колонковом бурении с помощью программы Dips Rocscience Inc. Одной из задач являлся сопоставительный анализ между непосредственными измерениями трещиноватости на участках обнажений горных пород и методом изучения кернов геотехнических скважин.

Ключевые слова: трещиноватость горного массива, керн, геотехнические скважины.

This article discusses in practice a method for studying rock mass fracturing in cores of geotechnical wells during core drilling using the Dips Rocscience Inc. program One of the tasks was a comparative analysis between direct measurements of fracturing at rock outcrops and the method of studying core samples of geotechnical wells.

Keywords: fracturing of the massif, core, geotechnical wells.

Наличие трещин в массиве приводит к существенному снижению его прочности по сравнению с прочностью образцов. Для определения прочности массива используют расчетные значения физико–механических свойств, которые получаются путём ведения корректирующих (понижающих) коэффициентов в данные лабораторных испытаний.

Трещиноватость массива скальных и полускальных пород является одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при определении устойчивых параметров бортов и уступов карьера. Наличие в прибортовом массиве поверхностей ослабления в виде трещин резко снижает прочностные свойства скальных пород.

– надежная оценка свойств массива;

– получение исходной информации для количественной оценки свойств массива расчетным путем;

– определение объема полевых работ, необходимых для оценки прочностных, деформационных, фильтрационных и других свойств массива.

Существующие методы изучения трещиноватости массива делятся на пять групп:

1. непосредственные измерения на участках обнажений горных пород;
2. изучение кернов геотехнических и геологоразведочных скважин;
3. наблюдения за протеканием воды в горном массиве или сжатого воздуха по трещинам при проведении специальных исследований;
4. геофизические методы;
5. методы, использующие ультразвук.

Описание трещиноватости по данным колонкового бурения обладает рядом особенностей. Оно может быть произведено путем обзора или фотографирования стенок скважины либо путем описания керна. В обоих случаях неизбежно снижается точность и повышается трудоемкость работ в сравнении с измерением на обнажениях и в выработках, доступных для непосредственного наблюдения. Следует отдавать предпочтение изучению трещиноватости на керне. Фотографирование стенок рекомендуется применять для изучения раскрытия трещин.

Для получения количественной характеристики трещиноватости по керну должны соблюдаться следующие условия:

– выход керна не менее 95 %;

– наличие в породе маркирующих поверхностей, с помощью которых может быть восстановлена естественная ориентировка керна.

Описание трещиноватости по керну колонковых скважин следует выполнять непосредственно после его подъема. На керне измеряется ориентировка трещин и расстояние между ними в системах.

На рисунке 1 представлен полевой стол для описания керна.

Рис.1. Полевой стол для описания керна, позволяющий производить обработку высокого качества и ориентирование керна на участке

В 2018 г. на месторождении вольфрамовых руд «Северный Катпар» были выполнены работы по бурению геотехнических скважин с ориентированием керна. Бурение скважин производилось с ориентацией керна с использованием керноориентатора для наклонных скважин Reflex (рисунок 2).

Рис.2 Электронный керноориентатор Reflex

Документация керна при геотехническом бурении с использованием керноориентатора делится на три этапа (рис. 3):

Первый этап: описание геолого-структурного строения пород

Второй этап: детальное геолого-структурное описание

Третий этап: выделение разновидностей тектонических структур

Рис.3. Этапы документирования керна

Каждый из вышеперечисленных этапов документировался в специализированный полевой журнал (рис. 3).

В качестве основного инструмента для исследования и моделирования структуры массива месторождения, при камеральной обработке результатов полевых работ, использовалось ПО Dips Rocscience Inc (рис. 4).

Рис.4. Данные по геотехническим скважинам в ПО Dips Rocscience

Последующим этапом обработки данных изучения структурно-тектонического строения массива является анализ данных замеров, выполняемый на стереорамах с их последующим ранжированием и группировкой в системы (Определение систем трещин). Требования отнесения единичной трещины к той или иной системе состоят в том, что трещины должны быть одного направления (границы по азимутам и углам падения от предполагаемого центра масс не выходят за пределы 25–30°; трещины с углами падения 75–90°, азимут которых отличается на 180°, принадлежат одной системе) и генезиса. В результате обработки данных съемки получают средние значения параметров трещиноватости по системам трещин. Центры масс систем фиксируют средние значения азимута и угла падения трещин данной системы.

Результаты обработки в Dips Rocscience представлены на рисунке 5.

а) б)

Рис.5. а) Диаграмма трещиноватости по кернам скважин

Характеристика основных параметров систем трещин по результатам анализа кернов геотехнических скважин приведена в таблице 1:

Таблица 1

Основные параметры систем трещин

Исследования трещиноватости пород месторождения ранее проводились геологами: И. И. Серебрицким, В. А. Исаковым, П. В. Мячиным по методике ИГД МГМ СССР [1]. В результате этих работ по обнажениям выделено пять основных систем трещин (таблица 2).

Таблица 2

Основные системы трещин

При сравнении параметров выявленных систем трещин, полученных на основе исследований кернов геотехнических скважин и по результатам обработки исторических материалов, было выявлено что полностью по параметрам залегания совпадают I, II, III, IV и VI системы трещин, связанные с естественным строением массива. Системы трещин V и VII выявлены впервые. Сравнительный анализ представлен на рис. 6.

Рис.6. Диаграммы трещиноватости

Сопоставительный анализ имеющихся данных и результатов, полученных при проведении изысканий, с использованием ПО Dips Rocscience показал, что на выходе по составу информация о трещинах в обоих случаях имеет хорошую сходимость и соответствует международным стандартам [4].

Литература:

1. Рекомендации по изучению трещиноватости горных пород при инженерно-геологических изысканиях для строительства. Москва, Стройиздат, 1974.–36с.
2. Рац М. В., Чернышев С. Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. — М.: Недра, 1970. — 150 с.
3. Wyllie D. C., Mah C. W. Rock Slope Engineering: Civil and Mining / 4th edn. Spon Press, London, 2004. — 425 р
4. Read J. R.L, Stacey P. F. Guidelines for Open Pit Slope Design. 1s ed. Leiden: CRC Press/ Balkema. CSIRO, Australia, 2009. — 496 p.