Оценка гидрогеологических и инженерно-геологических условий Стойленского месторождения

4.5.2 Гранулярный состав горных пород

Состояние и свойства горных пород находятся в зависимости от степени заполнения объема горных пород минеральным веществом, структура минерального скелета и парового пространства, физической природы связи между минеральными частицами, фазового состояния породы. Это факториальные характеристики. На основании этого все породы, независимо от их происхождения, можно разделить на 3 основные группы: твердые; связные (глинистые); раздельно-зернистые.

Состояние и свойства связных и раздельно-зернистых горных пород определяет гранулярный (зерновой) состав, т. е. весовое содержание в породе частиц различной крупности в процентах от общей массы породы в абсолютно сухом состоянии.

Размеры частиц - от нескольких метров (крупные глыбы в крупнообломочных породах) до тысячных и миллионных долей миллиметров (коллоидные и глинистые частицы) в глинистых породах.

Гранулярный состав определяет такие показатели, как влажность, пористость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницаемость, набухание и т. п. Для определения гранулярного состава проводят гранулометрический анализ, который бывает прямой (непосредственное изменение диаметра частиц) и косвенный (через скорость осаждения частиц в воде ли воздухе).

Разберем комбинированный метод, основанный на комбинации ситового метода (прямого) и метода пипетки (косвенного).

Ситовой - определение гранулярного состава раздельно-зернистых и песчано-глинистых пород. Набор из 9 сит с размерами отверстий: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Процентное содержание фракции составляет

q₁ ^. 100

Ф₁= , где q₁ - масса фракций, q - масса образца.

q

Метод пипетки - оценка гранулярного состава песчано-глинистых пород через скорость осаждения частиц в приготовленной суспензии. Отбор проб суспензии через определенный интервал времени пипеткой с различной глубины с последующим высушиванием и взвешиванием.

Основной способ изображения гранулярного состава песчано-глинистых пород - кривая в полулогарифмическом масштабе.

Породы делятся по размерам частиц: валуны (камни) - более 200мм, галька (щебень) - 10-20мм; гравий (дресва) - 2-10мм; пески - 0,05-2мм; пыль - 0,005-0,05мм; глины - <0,005мм.

Количественный показатель гранулярной кривой - коэффициент неоднородности К_н = d₆₀ / d₁₀, где d₆₀ и d₁₀ - контролирующий и эффективный диаметры, определяемые с кривой грансостава. Для однородных пород К_н 1, равномерным распределением фракций - К_н = 25 - 100 (песок считается однородным при К_н <3.

Классификация глинистых пород по грансоставу

Исходные данные:

q₁ - масса образца (г); W_г - гигроскопическая влажность; q_в.с. - масса водорастворимых солей; V_c - объем суспензии; V_п- объем пипетки.

q₁ = 17,25 г; W_г = 1,10 %; q_в.с. = 0,41 г; В = 10= Ф_2,0-0,5

V_c =1000 см³; V_п = 25 см³; А_0,5-0,25=0,52 г ; А_0,25-0,1=0,74г;

А _<0,05=0,29г; А _<0,01=0,25г; А _<0,005=0,21г; А _<0,001=0,16г.

Необходимо:

- рассчитать процентное содержание фракций 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; <0,001 мм;

- построить суммарную кривую гранулярного состава;

- определить процентное содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц;

- установить наименование породы.

1. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание гигроскопической влажности:

100 ^. q 100 ^. 17,45

q₁^г = = = 17,06 г.

100+W 100+1,10

2. Водим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:

q₀ =q₁^г - q_в.с. = 17,25-0,41=16,84г.

3. Определяем в образце содержание фракций, выделенных ситовым методом:

а) Ф_2-0,5= В = 10%;

А(100-В) 0,52(100-10)

б) Ф_0,5-0,25= = = 2,77%

q₀ 16,84

в) А(100-В') 0,74(100-12,77)

Ф_0,25-0,1 = = = 3,93%

q₀ 16,84

В'=В+ Ф_0,5-0,25 = 10+2,77=12,77%

4. Определяем совокупное содержание в образце фракций, выделенных пипеточным способом:

А V_c (100-В”) 0,29 ^. 1000(100-16,7)

а) Ф_<0.05 = = = 57,38%

q₀ V_п 16,84^. 25

В”= В'+ Ф_0,25-0,1 = 12,77+3,93 = 16,7 %

А V_c (100-В”) 0,25 ^. 1000(100-16,7)

б) Ф_<0.01 = = = 57,38%

q₀ V_п 16,84^. 25

А V_c (100-В”) 0,21 ^. 1000(100-16,7)

в) Ф_<0.005 = = = 41,55%

q₀ V_п 16,84^. 25

А V_c (100-В”) 0,16 ^. 1000(100-16,7)

г) Ф_<0.001 = = = 31,65%

q₀ V_п 16,84^. 25

5. Определяем интервальное содержание фракций, выделенных пипеточным способом:

а) Ф_0,1-0,05 = 100- В”- Ф_<0.05 =100 - 16,7 - 57,38= 25,92%

б) Ф_0,05-0,01 = Ф_<0.05 - Ф_<0.01 = 57,38- 49,46= 7,92%

в) Ф_0,01-0,005 = Ф_<0.01 - Ф_<0.005 = 49,46- 41,55= 7,91%

г) Ф_0,005-0,001 = Ф_<0.005 - Ф_<0.001 = 41,55- 31,65= 9,9%

6. ?Ф = В + Ф_0,5-0,25 + Ф_0,25-0,1 + Ф_0,1-0,5 + Ф_0,05-0,01 + Ф_0,01-0,005 + Ф_0,005-0,001 + +Ф_<0.001 = 10 + 2,77+ 3,93+ 25,92+ 7,92+ 7,91+ 9,9+ 31,65= 100%

7. Результаты расчетов:

8. Необходимо по данным таблицы построить кривую гранулярного состава. Так как по оси абсцисс данные откладываются в полулогарифмическом масштабе, то необходимо выбрать масштаб, позволяющий разместить график на листе формата А4. Кратными значениями для десятичного логарифма будут следующие размеры частиц: 0,0001 - 0,001 - 0,01 - 0,1 - 1,0 - 10,0 мм. При размерах листа 30 см наиболее целесообразно выбрать масштаб 5 см, тогда 5 диапазонов умножить на 5 см равно 25 см. Начало координат 0,0001 мм через 5 см - 0,001, еще через 5 - 0,01 и т. д. Так как lg 1,0 = 0, то все значения менее 1,0 будут отсчитываться влево от этой величины, а более - вправо. Например, чтобы найти положение оси абсцисс значение диаметра 0,5 мм, необходимо:

- определить lg 0,5 = -0,301

- масштаб построения 5 см, поэтому: - 0,3 х 5 см = - 1,5 см

- откладываем 1,5 см влево от значения 1,0 мм (lg 1,0 = 0). Остальные значения определяются аналогично.

9. По кривой гранулярного состава определяем коэффициент неоднородности:

d₆₀ 0,0075

К_н= = = 25,

d₁₀ 0,00025

если К_н= 1, то порода однородная по составу, К_н= 25-1000 порода с равномерным распределением, следовательно в нашем случае порода с равномерным распределением фракций.

10. Определяем по процентному содержанию частиц d < 0,005 мм название породы по классификации.

Процентное содержание глинистых частиц - 58,31%, пылеватых частиц - 13,33 %, песчаных частиц - 17,9 %

Т. к. песчаных частиц больше пылеватых, а глинистых частиц d < 0,005 мм в исследуемой породе равно 58,31 %, следовательно, наша порода - глина.

Список используемой литературы:

1. Геологический словарь. - М.: Недра, 1978, Т.1; Т.2.

2. месторождении полезных ископаемых. // Под ред. Ермолова В. А. - М.: МГГУ, 2001, 570с.

3. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Инженерная геология и гидрогеология. - М.:1989, 383с.

4. Горное дело. Терминологический словарь. // Л. И. Барон, Г. П. Деминюк, Г. Д. Лидин и др. - М.: Недра, 1981Ю 479с.

5. Справочник по инженерной геологии. // Под ред. М. В. Чурининокова. - М.: Недра, 1981,325с.

6. Горная энциклопедия в 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия, 1986.

7. Условные обозначения для горной графической документации. - М.: Недра, 1981, 304с.

8. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Энциклопедия. - М.: Недра, 1973.

9. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. В трех томах. - М.: Недра, 1969

10. Краткий курс месторождений полезных ископаемых. /Под ред. Вахромеева С. А. - М.: Высшая школа, 1967

11. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Кириченко Ю. В. Практикум по инженерной геологии. - М.: МГГУ, 2001, 101с

12. Курс рудных месторождений // Под ред. В. И. Смирнова. - М.: Недра, 1986

13. Леоненко И. Н., Русинович И. А., Чайкин С. И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т. З. Железные руды. - М.: «Недра», 1969, 319с.

Заключение

Полученные в результате анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчетов показатели позволяют оценить характер и режимы водоносных горизонтов и принять действенные меры по дренированию горных выработок. В ходе выполнения курсовой я научилась строить, читать и анализировать гидрогеологические планы, разрезы и другую документацию. Научилась определять гидрогеологические параметры, скоростную высоту; определять расход подземного потока в напорном и безнапорном пластах. А так же определять величины притока к дренам, определять инженерно-геологические условия месторождений, показатели состояния горных пород; научилась обрабатывать результаты комбинирования гранулометрического анализа песчано-глинистых пород.