Побудова геологічного розрізу гірничого масиву

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мiнiстерство освiти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Кафедра геобудівництва та гірничих технологій

Курсова робота

з предмету: «Механіка гірських порід»

Тема: «Побудова геологічного розрізу гірничого масиву»

Київ - 2013

Вступ

Шахта «Победа» належала до виробничого об'єднання «Краснодонуголь».

Ми досліджуємо пласт К. Даний пласт почали розробляти у 1954 році, найактивніший видобуток проводився з 1975 по 1992 роки. Пласт К характеризується відсутністю схильностей до самоспалаху, є небезпечним за пилом та загрозливим по раптовим викидам вугілля та газу з глибини 380 м.

Станом на 1 січня 1992 року на шахті «Победа» зареєстровано такі дані по запасах вугілля в надрах (тисяч тонн):

Всього по шахті: 28811 балансових, 21778 промислових і 2907 розкритих; з них на дійсних горизонтах: на глибині 350 м балансових - 8141 , промислових - 4362, розкритих - 882 ; на глибині 460 м балансових - 7230 , промислових - 5840 , розкритих - 1571 ; на глибині 570 м балансових - 3452 , промислових - 2927 , розкритих - 454.

Всього по пласту К : балансових - 974 , промислових - 880 , розкритих - 276 ; на глибині 460 м балансових - 300 , промислових - 276 , розкритих - 276 ; на глибині 570 м - даних немає.

Ближче до поверхні, на глибині 90 м, пролягає західний вентиляційний штрек і має місце вихід на поверхню крейдяних відкладень, на схід від яких знову ж таки на поверхню виходять збійки №1 і №2. Між пластами вугілля знаходяться пласти піщаного та глинистого сланців. На нижній межі пласти вугілля межують з піщаником та пластами позабалансового по золі та по потужності вугілля. Технічна границя затверджена ГТУ «Главворошиловградуголь» 21 грудня 1988 року.

На південному заході знаходиться Гуково-Гундровський водопровід, за ним розміщено поле шахти «Суходольська Східна», а ще західніше - поле шахти «Північна», на межі з якою знаходиться ймовірний пласт № С1532, який поки що не підтверджений бурінням. На сході ведуться спільні роботи з шахтою «Суходольська».

Побудова повздовжнього геологічного перерізу гірничого масиву

Для побудови повздовжнього профілю траси виробки можна скористатися двома методами: за допомогою свердловини та за допомогою ізогіпсів.

На карті є умовні позначення свердловин, біля яких проставлені числові відмітки червоного та синього кольору. Червона відмітка відображає відстань від рівня моря до поверхні, а синя - відстань (глибина) від рівня моря до пласта корисної копалини (вугілля). Також поблизу позначення свердловин знаходиться невеличка шкала, на якій зображена структура пласта з усіма його характерними особливостями (всі прошарки, потужність згідно масштабу і т.д.). Таким чином вздовж нашої майбутньої траси знаходиться дві свердловини, по яким можна побудувати геологічний переріз.

Ізогіпси - умовні лінії на карті, які показують на якій глибині під цією лінією залягає пласт корисної копалини. Так звана «нумерація» ізогіпсу проставлена з інтервалом 50 м.

Рис. 1 Побудова повздовжнього профілю за допомогою ізогіпсу

Так, наприклад, на рис. 1 зображений трикутник, у якого АВ - пласт, ВС - різниця між ізогіпсами (різниця висот - 50 м), АС - відстань між ізогіпсами, l - відповідно до масштабу, ? - кут падіння пласта.

Щоб визначити кут падіння пласта, нам слід точно виміряти відстань

tg ? =ВС/1

Знаючи під яким кутом залягає пласт та маючи структурну будову пласта (з даних, отриманих із свердловин), ми можемо побудувати геологічний переріз.

На міліметровому папері відкладаємо вертикальний (1:100) та горизонтальний (1:500) масштаб. Надалі, згідно обраного масштабу, відкладаємо глибини вздовж майбутньої виробки.

Ці глибини відкладаємо в масштабі з певним інтервалом (1 м). З'єднуємо отримані результати та маємо графічне зображення залягання пласта. Затушовуємо отриманий пласт з потужністю т та наносимо умовне позначення глинистого сланцю, вапняку та піщаника, які знаходяться, відповідно, над та під пластом. Тепер проводимо горизонтальну виробку.

Таблиця 1. Характеристика пласта по ділянкам виробки.

Від пласта відкладається 15 потужностей пласта вгору та 10 потужностей пласта вниз. Таким чином ми маємо розріз для подальших розрахунків. Проводимо через побудований розріз пласта виробку таким чином, щоб як найбільше охопити пласт закладеного вугілля.

Дану виробку розбиваємо на пікети через кожні 10 м. Тепер виробку поділяємо на характерні ділянки. Це ті ділянки, геологічний переріз яких постійний або подібний до інших.

Геологічний опис оточуючих порід

Вугілля

Вугілля - тверда осадова порода, горюча копалина, утворена шляхом вуглефікації рослинних залишків.

Викопне вугілля -- один з найпоширеніших видів корисних копалин, вони виявлені на всіх континентах земної кулі. Відомо близько 3000 вугільних родовищ і басейнів. Існують різні оцінки загальних світових запасів викопного вугілля -- від 3,7 до 16 і більше трильйонів тон (станом на 1990 р.). Викопне вугілля становить близько 87,5% викопного палива Землі.

Викопне вугілля -- переважно чорна, блискуча, тьмяно-блискуча, матова речовина, що характеризується різними відтінками кольору і блиску, різною текстурою (землистою, шаруватою, монолітною) та структурою (смугастою, штриховою, однорідною та ін.) та поверхнею зламу (зернистою, гладенькою, напівраковинною та ін.), різною тріщинуватістю з плитчастою, кутасто-грудкуватою та ін. відмінами; поодинокими включеннями вуглефікованих фрагментів різних частин рослин; прошарками осадових порід та мінеральних включень.

Щільність вугілля від 1 до 1,7 г/см3 в залежності від ступеня змін та ущільнень.

В Україні вугілля в деяких місцях добувається з глибини більше 1200 м. Вугільні пласти, які залягають на глибині 5-8 м, зараз розробляти не рентабельно.

Вугілля залягає у вигляді пластів та прошарків або потужних шаруватих та лінзоподібних покладів в осадових товщах.

В залежності від напрямку підходу до вугільного пласта розрізняють способи розкриття родовищ: штольнями та вертикальними або похилими шахтними стволами.

Виділяють гумоліти (кам'яне вугілля, буре вугілля та антрацити,сапропеліти й сапрогуміліти.

Глинистий сланець.

Глинимстий сламнець -- метаморфічна щільна сланцювата порода, глинисті мінерали якої перейшли у слюди, хлорити; як домішки присутні кварц, вуглиста речовина, залізорудні мінерали. Пористість 1--3 %. Не розмокає у воді.

Він складається з глинистих мінералів (головним чином різних гідрослюд, хлориту і ін.), частинки яких зазвичай орієнтовані строго паралельно. В результаті такої будови сланець набуває чітку сланцеватість, тобто здатність розколюватися на тонкі пластинки. Глинистий сланець не розмокає у воді. Характерний для геосинклінальних опадів. Утворюється в результаті ущільнення глин і часткової їх перекристалізації при зануренні на значні глибини і дії дінамометаморфізма. При подальшій зміні перетворюється на філліти або хлоритові сланці.

Найбільш крупні родовища в СРСР відомі на Кавказі і Уралі. Його використовують як покрівельний матеріал, у виробництві низьковольтних розподільних щитів, рубильників і апаратів в електропромисловості, а також у виробництві деяких будівельних деталей (плит для внутрішнього облицювання приміщень і т.п.), а в роздробленому, обпаленому і спученому вигляді -- як наповнювач для деяких видів бетону, крупних стінних блоків, а також для бронювання руберойду.

За характером вихідних порід розрізняють орто- та парасланці. Перші виникають при метаморфізмі магматичних, другі - осадових гірських порід.

Сланці бідні за вмістом польового шпату або зовсім його не мають.

Сланці, збагачені графітом, слугують сировиною для вилучення останнього.

Колір: сірий, коричневий, темно-сірий до чорного.

За походженням глинясті сланці виникли з порушених порід при переміщенні і осіданні тонкозернистих часток в седіментаційних басейнах. Після осідання матеріал частково перекристалізувався при нормальній температурі, причому виникли новоутворені чешуйчасті глинясті мінерали та серицит, які розташувалися в паралельних площинах.

Піщаник

Піщаник - осадова гірська порода, що складається із зерен піску, зцементованих глинистим, карбонатним, кременистим або іншим матеріалом (рис.2).

Піщаники поділяють на грубозернисті (1-0,5 мм), середньозернисті (0,5-0,25 мм), дрібнозернисті (0,1 - 0,05 мм). За складом піщаники поділяють на: кварцові, кварцово-польовошпатові, кварцово-глауконітові, глинисті, вапнисті, гіпсоносні. Піщаник може бути різного кольору, але переважає сірий, жовтувато-сірий або білий, рідше червонуватий. Густина піщаника 2250-2670 кг/м3; пористість 0,69-6,70%; водопоглинання 0,63-6,0%; границя міцності на стиснення 30-266 МПа. При метаморфізмі піщаник переходить у кварцит. Кварцові піщаники і кварцити мають вогнетривкість 1700-1770 °С. Найбільші родовища піщаників і кварцитів зосереджені в зонах передових прогинів геосинкліналей. Докембрійські і палеозойські кварцити і кварцитові піщаники утворюють потужні пластові тіла.

Рис.2 Піщаник. Знімок під поляризаційним мікроскопом (збільшено в 40 разів): а - без аналізатора; б - зі схрещеними ніколями

Піщаний сланець.

Піщаний сланець - осадова гірська порода, що складається із зерен піску, з цементованих глинястим, карбонатним, кремністим або іншим матеріалом. За розміром піщаники розділяють на тонко-, мілко-, середньо-, крупно- та грубозернисті. Піщаники, що складені переважно зернами одного мінералу, називають мономінеральними, багатьма - полімінтовими.

Піщаники можуть бути різного кольору, але переважає сірий, жовтувато- сірий або білий, червонуватий. Щільність піщаника 2250-2670 кг/м3, пористість 0,6-6,7%, водопоглинання 0,65-6%, межа міцності на стиснення 30-266 МПа. Найкращі фізико-механічні властивості має піщаник з кременистим та карбонатною цементуючою речовиною.

Серед молодих утворень найчастіше розвинуті гніздоподібні поклади піщаника. Відносний тиск складає в середньому 2,1%.

До піщаників подібні за своїми властивостями слабозцементовані піщано- алевролітові породи з межею міцності на тиск менше 5 кг*с/см2, при розробці створюючи неміцний, розмокаючий у воді щебінь та більше крупні уламки. У складі цих порід переважають піщані частинки - 76,8 - 84,8%, глинястих частинок - 5,6 - 11,2%. Показники фізико-механічних властивостей коливаються в межах: питома вага 2,68- 2,72, вологість 21,6 -26,5%, об'ємна вага 1,9- 1,98 г/см , об'ємна вага скелету 1,63 г/ см3, коефіцієнт пористості 0,669- 0,56.

Піщаник складається з мілких трикутних, а іноді і закруглених зерен, піщинок, одного або кількох мінералів, зцементованих якою-небудь речовиною. Зерна утворюють піщаник неправильної, трикутної форми або закругленні через діяльність атмосфери та піску. Але іноді зустрічаються піщаники, що утворені з правильно утворених кристалів кварцу, а саме тоді вони називаються кристалічними.

Вапняк.

Органогенна порода, яка складається з кальцитів. Має щільну будову. Більшою частиною складаються з скелетних останків (раковин) померлих морських тварин. Буває різноманітного кольору. Вапняк починає кипіти при взаємодії з розбавленою соляною кислотою.

Вапняк - осадова гірська порода органічного, рідше хемогенного походження, що перебуває більш ніж на 50% карбонату кальцію у формі кальциту, а також доломіту. Вапняк, що складається переважно з раковин морських тварин і їх уламків називається черепашником. Вхідні до складу вапняку речовини здатні хоча і в малих кількостях, але розчинятися у воді, а також поволі розкладатися на вуглекислий газ; перший процес - найважливіший чинник утворення карстових печер, а другий, такий, що відбувається на великих глибинах під дією глибинного тепла землі, дає джерело газу для мінеральних вод.

При нагріві вапняку вище 200 градусів Цельсія, процес розкладання відбувається достатньо швидко. При цьому утворюється важливий будівельний матеріал - негашене вапно, яке було єдиним родом цементу, що було відомо стародавнім єгиптянам.

Об'ємна вага вапняків від 2,03 до 2,46 г/см ; вологість природна 4,92 - 14%; Межа міцності при стисненні в сухому вигляді 600 кг/см2; Межа міцності на стиск у водонасиченому стані 400-600 кг/см2; глинисті включення 2,29-8%. Марка морозостійкості - F50; Марка морозостійкості з нанесенням водовідштовхувального засобу - F100.

Розрахунок міцності гірничого масиву

Розрахунок міцності проводимо по даним, взятим із довідника («Довідник (кадастр) фізичних властивостей гірських порід» Н. В. Мельников), а також з геодезичних фондів «Геоінформ Україна».

Відповідно до регіону розташування шахти знаходимо подібні породи на близьких глибинах. Наприклад:

Таблиця 2. Характеристика порід шахти

Для розрахунку міцності будуємо в масштабі поперечні перерізи виробки в характерних точках з урахуванням кута падіння пласта та його структури та породи, що потрапила в межі виробки.

Підрахунки міцності гірничого масиву зводимо у таблицю (виміри в МПа) (табл. 4).

Таблиця 4. Міцність гірничого масиву на ділянках

Розрахунок стійкості породних оголень

Стійкість породних оголень розраховується за формулою

К= ?Н/R

де ? - об'ємна вага порід; Н - глибина від поверхні до виробки; R - міцність породи.

Зазначимо, що стійкі породи з К < 0,1, середньої стійкості К=(0,1 - 0,3), нестійкі породи К=(0,3 - 0,5) та дуже нестійкі К > 0,5.

Глибину (Н) можна знайти за допомогою свердловин та при допомозі прямокутного трикутника (рис. 1).

Таблиця 4. Висоти по ділянкам.

Наприклад, для ділянки І маємо висоти: Н1 боку = 306,1; Н1 покрівлі = 304,4;

Н1 підошви = 307,8 . Тому можна зробити підрахунок стійкості природних оголень на кожній ділянці за такими формулами:

Клівого боку = ? ?Н/R; Клівого боку = ?1Н1/R1+ ?2Н2/R2+…+ ?nНn/Rn;

Кправ. боку = ? ?Н/R;

Кпокрівлі = ? ?Н/R;

Кпідошви = ? ?Н/R;

Результати підрахунків зводимо в табл. 5:

Таблиця 5. Стійкість породних оголень ділянок

Характеристика кріплення, засоби боротьби з гірничим тиском

Для забезпечення стійкості гірничої виробки застосовуємо кріплення. В залежності від коефіцієнта стійкості К розрізняють: стійкі породи (К<0,1), для яких кріплення не потрібне; середньо-стійкі (0,1<К<0,3), для яких застосовують полегшене кріплення (монолітне бетонне; набризкбетонне сумісно з анкерами; збірне тюбінгове металеве, піддатливе без зворотного склепу); нестійкі (0,3<К<0,5), для яких застосовують рамне піддатливе кріплення, та дуже нестійкі породи (К>0,5), для яких більш доцільним є встановлення посиленого замкненого кріплення.

По довжині виробки ми зустрічаємо ділянки із нестійкими оголеннями. Якщо в боках та покрівлі маємо нестійкі породи, то слід підготуватися до можливих вивалів порід. Щоб запобігти вивалам, існують засоби збільшення міцності (стійкості) виробки. Основні засоби: вибір форми виробки (поперечного перерізу), забезпечення найменших нерівностей контуру гірничих виробок, вибір розміщення виробки, використання розвантажувальних щілин і т. д. Нерівності контуру виробки призводять до різного збільшення напружень. Тому міцність виробки буде залежати від методів її підробки. Виробка, пройдена за допомогою вибухових робіт, буде менш міцною ніж та, що пройдена комбайном. Абсолютні розміри виробки впливають на її міцність. При великих розмірах контуру завжди буде велика кількість вивалів та інших неприємностей на тих ділянках, де і найбільша концентрація навантажень.

Орієнтовне спрямування виробки відносно простирання порід діє на її міцність в умовах шаруватих порід.

Встановлення розвантажувальних щілин змінює напружений стан масиву порід навколо виробки, зменшуючи концентрацію кругових навантажень на її контурі. При проведенні виробки, найбільша величина навантаження буде на самому контурі. Міцність порід на контурі менше ніж у глибині масиву. Розвантажувальні щілини дають умову, при якій найбільша концентрація навантаження зміщується в глибину масиву, де породи працюють в умовах об'ємного навантаження.

Також є засоби по розвантаженню пов'язані з плануванням гірничих робіт. Наприклад, відробку проводити від верхньої лави до низу до ствола. Це забезпечує утримку виробки за межами зони концентрацій високих напруг. При одночасній роботі двох лав проходить накладка зон напружень. Щоб цього уникнути, треба відпрацювання виконувати почергово, починаючи з верхньої. Під зоною навантажень у верхньому пласті виникне зона розвантажень, що полегшить роботу.

При буровибуховому розвантаженні проводять комуфлетні вибухи без викиду порід. Вибух створює зони послаблення та тріщини у породах, які "відсунуть" далі у масив.

Висновок

В даній розрахунково-графічній роботі визначили середню міцність масиву в якому проведено гірничу виробку, охарактеризували ділянки виробки по категоріям стійкості та дали рекомендації для забезпечення стійкості, міцності та надійності виробки в гірничому масиві. Побудований геологічний переріз гірничого масиву, визначена потужність та будова шарів порід, їх структуру. Навчилися користуватися спеціальною технічною літературою та довідковим матеріалом.

На ділянках 1-5 маємо стійкі породи ( К < 0.1). Ділянки для яких кріплення не потрібне але можливе за певних умов.

Розрахунково-графічна робота надала можливість закріпити навички при проектуванні нових ділянок гірничих виробок.

кріплення гірничий тиск породний

Використані матеріали

1. «Довідник (кадастр) фізичних властивостей гір. порід» Н.В. Мельников

2. Матеріали надані Державним інформаційним геологічним фондом України

Размещено на Allbest.ur