Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке

Tags: геология горное дело инженерная геология месторождения
Similar
Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, разрабатываемых открытым способом
Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых
Методика инженерно-геологических исследований
Инженерно-геологическая типизация и изучение скальных массивов
Text
                    ETQдическое
РУКОВОДСТВО
по ИЗУЧЕНИЮ
ИНЖЕНЕРНО-
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
ПРИ ИХ РАЗВЕДКЕ

Глава I
ЗАДАЧИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ
ПРИ РАЗВЕДКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Рудные месторождения весьма различны как по веществен-
ному составу руд, так и по генезису, условиям залегания и фор-
мам рудопроявлений. Формирование многих рудных месторож-
дений связано с процессами магматизма и метаморфизма, по-
этому рудные тела и рудовмещающие породы их являются
твердыми скальными и полускальнымн. Некоторые месторожде-
ния приурочены также к скальным — осадочным породам. При
этом рудные месторождения отличаются многообразием форм
п размеров и морфологически разделяются на пластовые, пла-
стообразные, линзообразные, столбообразные, штокообразные,
гпездообразные и др.
Прочность скальных пород позволяет в некоторых случаях
производить в них горные работы без крепления. Однако скаль-
ные породы часто тектонически нарушены, трещиноваты, раз-
дроблены, что ослабляет массив и вызывает развитие различных
инженерно-геологических (горно-геологических) явлений, нару-
шающих нормальный ход строительства и эксплуатации шахт
и карьеров.
Отдельные виды руд и рудовмещающих пород вследствие ус-
ловий образования или под воздействием вторичных процессов
могут быть не только скальными, но и рыхлыми — сыпучими и
глиноподобными. К особому типу относятся россыпные место-
рождения, связанные с экзогенными процессами. Природные ус-
ловия рудных месторождений (не говоря уже о приуроченности
их к различным физико-географическим зонам) весьма разнооб-
разны, что определяет большое различие их инженерно-геоло-
гических условий и применяемых систем горных работ.
| Инженерно-геологические условия рудных месторождений
. в скальных породах и методика их изучения при разведке опре-
деляются прежде всею генетическими типами этих пород.
Изверженные породы, особенно основные и ультраос-
иовные, как правило, характеризуются большой прочностью.
Если эти породы имеют массивную текстуру и мало нарушены
тектоническими процессами, они отличаются высокой устойчи-
востью в бортах карьеров и в подземных горных выработках.
5
Однако в большинстве случаев изверженные породы при зале-
гании в массиве ослаблены тектоническими нарушениями и свя-
занными с ними зонами дробления, а также трещиноватостью,
которая может быть весьма интенсивной. Иногда наблюдается
большое число (3—5 и более) различно ориентированных систем
трещин, создающих ослабленные зоны в местах своего пересече-
ния. Ослабленными являются также зоны проявления гидротср
мальных процессов. Прочность пород сильно снижают вторич
ные процессы: хлоритизация, серицитизация, карбонатизация
и др. Ослабленными являются также зоны контактов извержен
ных пород с другими породами-
Инженерно-геологические особенности метаморфиче
с к и х пород связаны прежде всего с большой анизотропией их
физико-механических свойств. Анизотропия их обычно обуслов
лепа четко выраженными ориентированными текстурами. Нам
большая анизотропия свойственна породам, находившимся по
воздействием динамометаморфизма. Для них характерны интен
сивная рассланцованность, плойчатость, микротрещиповатосп
будинаж и т. д. На ручных месторождениях встречаются поро-
ды, глубоко измененные вторичными процессами — серицитиза-
цией, хлоритизацией, окварцеванием, карбонатнзацней, эпидоти
зацией, каолинизацией и др. Окварцеваиие может способство-
вать сохранению или даже повышению прочности пород, другие
же процессы в большинстве случаев приводят к ее снижению.
Метаморфические породы также могут быть сильно тектони-
чески нарушенными и трещиноватыми, причем в них часто раз-
вит кливаж.
Анизотропия физико-механических свойств и тектоническая
нарушенность метаморфических пород оказывают большое влня
ине на снижение их устойчивости в бортах карьеров и в под
земных горных выработках. Оползание пород, вывалы, различ-
ного вида обрушения пород происходят главным образом но по
верхностям ослабления. Поэтому изучение пространственного
положения таких поверхностей и зон ослабления является важ
ной задачей инженерно-геологических работ при разведке мс
сторождений и служит для выбора систем разработки рудных
залежей, расположения подземных горных выработок н направ
ления фронта горных работ в карьерах
Инженерно-геологические особенности скальных осадоч-
ных пород, как и других типов пород, предопределяются мно-
гими геологическими факторами (петрографическим составом
пород, текстурой, физико-механическими свойствами, тсктоняче
ской нарушеиностью, трещиноватостью и др.)> но некоторые и-
них, обусловленные генезисом этих пород, имеют особое значе
ние. В частности, многие из этих пород характеризуются значи-
тельной растворимостью (каменная соль, гипс, в меньшей мере
известняки, доломиты, мергели), что вызывает развитие в них
карстовых процессов, оказывающих большое влияние на инже-
нерно-геологические условия горных работ. На месторождениях»,
приуроченных к карстующимся породам, необходимо изучение
закономерностей развития карста, степени закарстованностн
пород» а также возможности развития при горных работах ниже
верно-геологических явлений, связанных с карстом (суффози-
онкый вынос, оплывание, выбросы заполнителя карстовых по-
лостей в подземные горные выработки и карьеры).
Особенностью осадочных скальных и полускальцых пород яв-
ляется также то, что среди них широко распространены терри-
генные разности — различные песчаники, конгломераты и др.
Осадочные породы платформенных областей часто весьма раз-
нородны по литологическому составу, тогда как в горно-склад-
чатых областях встречаются толщи сравнительно однородных
пород большой мощности. Многие осадочные породы в зоне вы-
ветривания подвержены быстрому разрушению.
Задачи инженерно-геологических работ при разведке рудных
месторождений заключаются в следующем.
На стадии поисков специальные инженерно-геологические
работы ве выполняются. Краткая инженерно-геологическая ха-
рактеристка района на стадии поисков месторождении полезных
ископаемых составляется на основе общегеологических материа-
лов, а также по литературным и фондовым материалам.
При предварительной разведке задачами инженерно-
геологических работ являются выявление ц характеристика ос-
новных природных факторов, которые будут влиять на инженер-
но-геологические условия вскрытия и эксплуатации разведуе
мого месторождения, а также установление необходимости, объе-
мов и методики его дальнейшего ннженерно-геотогического
изучения.
Выполненные на этой стадии инженерно-геологические рабо
ты (с использованием результатов геологических, гидрогеологи-
ческих. геофизических работ) должны дать материалы:
а)	об инженерно-геологических особенностях массивов порох
на месторождении п их анизотропии (тектонической нарушен-
ное™, текстуре, трещиноватости, разрушенности пород и пр.);
б)	о физико-механических свойствах основных петрографиче-
ских разностей рудовмещающих порот, и руд;
в)	о современных геологических процессах и явлениях, раз-
витых иа территории месторождения и могущих осложнить его
разработку;
г)	для подразделения месторождения на крупные участки,
характеризующиеся различными инженерно-геологическими
условиями (инженерно-геологического районирования),
д)	для заключения о целесообразности с инженерно-геоло-
гической точки зрения разработки месторождения открытым или
подземным способами;
е)	для предварительного заключения о возможности разви-
тия при горных работах различных инженерно-геологических яв-
лений и необходимости осуществления защитных мероприятий
(укрепительных, осушительных и др.);
ж)	для составления программы инженерно-геологических
работ при детальной разведке месторождения.
В задачу инженерно-геологических работ на стадии деталь-
ной разведки входит получение уточненной и более обоснован
ней фактическими материалами характеристики янженерно-гео
логических условий месторождения для его промышленного ос-
воения. Инженерно-геологические работы (с использованием ре-
зультатов детальных геологических, гидрогеологических и гео-
физических работ) должны дать уточненные материалы:
а)	по инженерно-геологической характеристике массивов
пород на месторождении и их анизотропии с количественным!
показателями (модуль трещиноватости, показатель расслоения
мощность зон дробления, частота тектонических нарушений
и ДР-);
б)	о физико-механических свойствах рудовмещающих пород
и руд с рекомендациями по выбору расчетных показателей для
проектирования горных работ;
в)	для прогнозной оценки изменения физико-механических
свойств пород в процессе вскрытия и эксплуатации месторожде-
ния и возможности возникновения при горных работах небла
гоприятных инженерно-геологических явлении;
г)	для составления инженерно-геологического’ прогнозного
районирования месторождения в плане и на глубину;
д)	для рекомендаций по защитным мероприятиям, направ-
ленным на повышение устойчивости пород в бортах карьеров и
в подземных выработках;
е)	для характеристики возможных изменений в природной
обстановке района, вызванных строительством шах г и карьеров,
и необходимости осуществления охранных мер;
ж)	для рекомендаций по инженерно-геологическим наблюде
ниям и работам, необходимым при строительстве и эксплуата
ции проектируемого горнодобывающего предприятия.
Глава II
ТИПИЗАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ
Типизация месторождений по сложности инжеперно-геологи-
ческпх условий их разработки в данном методическом руковод-
стве принята та же, что и в «Инструкции по изучению инженер-
но-геологических условий месторождений твердых полезных ис-
копаемых при их разведке» [I]. Так как рудные месторождения
отличаются большим разнообразием природных условий, типиза-
ция их поможет определить сложность инженерно-геологических
условий разработки и выбрать содержание, объемы и методику
инженерно-геологических работ при разведке.
Месторождения подразделяются на типы (табл 1) в зависи-
мости от инженерно-геологических групп пород, вмещающих
полезное ископаемое (а также самого полезного ископаемого),
и на категории по сложности инженерно-геологических условий
разработки полезного ископаемого (как открытым, так и под-
земным способами). Степень сложности инженерно-геолшиче-
ских условий (простые, средней сложности и сложные) зависит
от интенсивности инженерно-геологических явлений (см. гла-
ву III), которые могут возникнуть в процессе горных работ. Она
определяется также необходимостью и условиями осуществления
защитных мероприятий (укрепительных, осушительных и др.),
направленных ва повышение прочности пород в массиве и ус-
тойчивости в бортах карьеров и в подземных горных выработках.
Для отнесения разведуемых месторождений разных типов по
сложности их инженерно-геологических условий к той или иной
категории должен оцениваться комплекс природных факторов,
которые будут влиять на эти условия при горных работах. Глав-
нейшими из этих факторов являются:
а)	инженерно-геологические группы пород и их физико-меха-
нические свойства;
б)	геолого-тектоническое строение месторождений;
в)	анизотропия состава и свойства пород — их тектоническая
нарушенность, трещиноватость, закарстованность, текстура,
наличие зон дробления, зон выветрелых пород и пр.;
т) характер обводненности пород, величина гидростатиче-
ского напора.
9
Типизация месторождений твердых полезных
Категория
сложности
иижеисрко-
I  .4.11'4 1 
ких усло-
Характеристнка особенностей
разработки
б) средней
сложности
в) СЛСЖ-
Месторожденна нлн нх участ
кн, разработка которых не вызо-
вет развития инженерно-геоло1и-
ческих калений в размерах, ос-
ложняющих торные раооты. Для
проведения торных работ ив по-
требуется сеущесткнсиия пред
варятельиых защитных меро-
приятий
Месторождения или их учяст
ки. прн разработке которых бу-
дут возникать инженерно геоло-
гические явления, осложняющие
разработку. Для проведения гор
пых работ потребуются перо
приятии, наиракненные на повы-
шение устойчивости пород (на-
пример, предварительное осуше-
ние пород, уевленноэ крепление
и пр.). Осуществление таких ме-
роприятий возыожка без особых
осложнений, связанных с геоло-
гическим строением и гидрогео-
логическими условиями
Месторождении или Их участ-
ки, при разработке которых бу
дут возникать интенсивные ин
женерно-гсологические явления,
в связи с чвы потребуется осу-
ществление крупных защитных
мероприятий (например, осущн
тельных, но отводу поверхност-
ных вод н др.). Выполнение этих
мероприятий может быть затруд-
нено неблагоприятными свойст-
пвм« пород (слабая вудпотлача
Таблица 1
ископаемых по сложности инженерно-геоЛогических условий их разработки
Место!
уроненные к породам
Тип I- преимущественно несвязным (гравийным, песчаным И Др.) нлн связным (глинистым 1. или нх переслаиванию		Тип III—скальным
	полт скальным	
Тнп I а — необводненным не связным нлн твердопластичным связным. залегающим на неболь- ших глубинах (часто выше мест- ного базиса эрозии)	Тип П-а— полусквльным малоднелоцированным и ма- ловыветрелыы. слабо обвод йени мм породам	Тио Ш-в — массивным ма лоднелоцнрованаым и мв.ти- выветрелым скальным поро-
Тип 1-6 — к толще обводнен- ных несвязных я связных пород Величины гидростатических на поров не превышают 160 м Не- связные породы имеют удовлет верительную водоотдачу н во- донронпциеыость (коэффици- ент фильтрации Солее 0.5— 10 м/сут). что позлояяет осу шать их в сравнительно корот кне ерики	Тиб II б — к толще полу скальных пород, дислоциро- ванных. ослабленных трещи- новатостью выветриванием или прослоями пород с ма лой прочностью, а также к закарсгованиым но.чускаль иы» породам Месторожде- ния двухэтажного строения. Лричвы верхний этаж состоит из толщи обводненных нс связных к спизиых пород	Тип II1-6 — скальным, ан- слоц||рованаыы. трещинова тны породам с наличием зон дробления, выветривания, а также к сильно закарстован- ным скатьным породам при- чем карстовые полости со- держат рыхлый заполнитель Месторождения даухэтажно го строения, верхний этаж которых состоит нч толщи обводненных слоистых не- связных и связных порол
Тип 1-е — к обводненным не связвым породам большой мощ- ности. иногда переслаивающим- ся со связными Величины гид- ростатических напоров могут превышать 100 м Породы отлн чаются особо нсбиагопрнятными янженсрпи-геологвческнми свой- ствами нлн условиями залегании (частое фациальное изменение, наличие связных пород с тслу- ВРЙ или мягкн-итастичной КОПСП	Тип П-в — то же. что п П-б. но залегающие на боль- ших глубинах, в также ые порождения двухэтажного строения. причем верхний ьгаж состоит из мощных толщ обводненных пород раз личного состава. а нижний — из сложно дислоцированных позускальных пород	Тио I П-в —то же, что и Ш-б. но залегающие на больших глубинах, а также месторождения двухэтажно- го строения, причем верхний этаж состоит из мощных толщ обиодненных пород различного состава, а ниж- ний— из сложна двслоцпро ванных скальных пород
Глава II)
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ГОРНЫХ РАБОТАХ
Различные инженерно-геологические явления (иногда назы-
ваемые горно-геологическими), возникающие при горных рабо
тах, в значительной мере зависят как от вида инженерного воз-
действия, так и от особенностей природной обстановки, в кото-
рой производятся горные работы.
Наибольшее развитие при горных работах имеют инженер-
но-геологические явления, вызванные нарушением естественно!
напряженного состояния массивов пород и связанные в оснот
пом с гравитационными силами. В отдельных районах на напря
женное состояние пород в большей или меньшей степени могут
влиять тектонические силы, изменение температурного режима
пород, давление подземных вод.
При подземном способе разработки к инженерно-геологиче
ским явлениям относятся сдвижение пород над выработанным
пространством, различные виды обрушения пород в горных вы-
работках (площадное обрушение, вывалы, куполение), выбросы,
стреляние пород и горные удары, пучение стенок и почвы выра-
боток, прорывы воды и плывунов, суффозионные выносы и оп-
лывание рыхлых пород.
Сдвижение-—это общее смещение пород над выработанным
пространством, вызванное выемкой рудных масс и вмещающи
их пород. Сдвижение становится интенсивным при посадке
кровли, часто проявляясь на земпой поверхности. При этом боль-
шие территории земной поверхности над выработанным прост
рапством деформируются с образованием мульды сдвижения
Углы сдвижения зависят от состава н условий залегания пород.
Величины углов сдвижения для скальных пород варьируют
в пределах 50—90° (рис. 1). При сдвижении происходит как об-
щая просадка поверхности, так и образование террасовидны
уступов и провальных воронок. Иногда воронки достигают боль-
ших размеров (десятки метров глубиной и в поперечнике). Эти
воронки являются коллекторами поверхностных вод, проникаю-
щих на глубину, в зону горных работ. На рис. 2 показаны во
ронки обрушения в Криворожском железорудном бассейне.
Обрушение пород — наиболее часто наблюдаемое явление
в кровле подземных горных выработок. Оно характерно для
12
сильно трещиноватых город и происходит по трещинам и по по-
верхностям напластовании. Наблюдаются также своеобразные
формы обрушения с возникновением вытянутых в вертикальном
направлении узких крутопадающих полостей. Процесс их об-
разования состоит в последовательном отслаивании и обруше-
нии плиток и обломков пород. При разработке руд на относи-
Рис. 1. Формирование углов сдвижения в зоне подземной отработки рудной
залежи
ифиболитовые славны: 2—бреклвроианвые сланцы; 8— 1
аболаниоэ пространство; S—линия угла сдвижеиая; 6 —г
ботки по годам; 7—диаграмма трещиноватости
фяры;
тельно неглубоких горизонтах эти полости могут достигать днев-
ной поверхности с образованием провальных воронок. Такие
формы обрушения возникают чаще всего при наличии зон тек-
тонических нарушений. На рис. 3 видна провальная воронка на
дне карьера, вызванная обрушением пород в подземных горных
выработках.
Вывалы пород—весьма распространенное явление в вы-
работках. Они являются частным случаем обрушения и образу-
ются в сильно трещиноватых слоистых породах в кровле выра-
боток при пересечении трещин различных систем и часто сопро-
вождаютсв ку по лени ем — образованием над выработкой
естественных сводов-куполов. Куполение может происходить
также в рыхлых породах и в рудах.
13
Рис. 2. Воронин обрушения в Криворожском железорудном бассейне (фон
Г. Г. Скворцова)
Рис. 3. Провальная воронка на дне карьера (в зоне подработки подземными
выработками)
Разновидностью вывалов является отслоение пород, обычно
происходящее в висячем боку слоистых толщ в выработках по
простиранию пород.
Горные удары происходят в крепких породах в местах кон-
центрации напряжений в кровле и стенках гОрНЫХ выработок.
Возникают они при мгновенном переходе потеццИальнОй энергии
(вызванной геостдтическим, а иногда и геодинамическим давле-
нием) в кинетическую. Горные удары происходят на ботьших
глубинах и представляют собой быстрый, часто катастрофиче-
ский выброс большого количества породы в выработку, сопро-
вождающийся сильным гулом, сотрясением окружающего мас-
сива пород и воздушным ударом.
К горным у тарам близко явление стреляния пород, но оно
несравненно слабее и заключается в откалывании отдельных
обломков пород От массива, сопровождающемся резким звуком,
напоминающим выстрел. Это явление характерно дЛЯ напряжен-
ных крепких массивов скальных пород.
Пучение заключается в выдавливании пород в горные выра
ботки из стенок и почвы. Оно связано в основном с горным дав-
лением и лишь в некоторой степени с увеличением объема по-
род при их набухании и наиболее часто проявляется в пластич-
ных породах. Пучение на месторождениях, приуроченных
к скальным породам, встречается редко, лишь в местах развития
измененных выветриванием пород и в пределах мощных текто-
нических зон раздробленных, перетертых и мцЛОнитизировапных
пород.
Наличие рыхлых сыпучих вмещающих пород и руд в обвод-
ненном состоянии вызывает постепенный суффозионный вынос
их в горные выработки. В случае большого гидростатического
давления это явление приобретает характер внезапного выброса
или прорыва, чтр приводит к заполнению, иногда катастрофи-
ческому, горных выработок породными массами на большом
протяжении [3]. Выбросы наблюдаются при вскрытии участков
рыхлых пород и тектонических зон. При выносе в кровле выра-
боток образуются зияющие полости. Кроме того, в стенках ка-
мер отмечается Оплывание водонасыщенного материала с заплы-
ванием почвы.
Карстово-суффозионные явления возникают при вскрытии
гориой выработкой карстовых полостей и выносе из них песча-
но-глинистого заполнителя, В условиях большого гидростатиче-
ского напора они могут приобретать мгновенный катастрофиче-
ский характер [3].
При открытом способе разработки [4, 5] могут возникать
оползни, обвалы, осыпи, суффозия, выпирание дна карьеров,
эрозия откосов.
Оползни бортов и откосов карьеров — довольно широко рас-
пространенное инженерно-геологическое явление. Причины воз-
никновения оползней различны и зависят от большого числа
15
факторов. Устойчивость откосов и бортов карьера в значитель
ной мере определяется их крутизной, составом и состоянием
пород.
Б скальных и полускальпых породах возникновению ополз
пей способствуют трещиноватость пород или наличие других по
всрхяостей ослабления (рис. 4). В условиях слабой трещинова
новлена выносом из карстовых полостей песчано-глинистого
заполнителя. Зачастую суффозия возникает при периодическом
насыщении инфильтрационными водами заполнителя карстовых
полостей.
Рнс 4. Оползень в борту карьера (ко-
ра выветривания, Бурнбайскнй карьер
на Южном Урале, Лото А. Б. Мар-
кова)
иногда возникают обвалы и
боткн
тости пород оползни могут воз
никнуть: а) при падении слоев
пород в сторону карьера или
б) при наличии крупных тре-
щин с падением в сторону
карьера. Предпосылками воз-
никновения оползня могутслу-
жить прослои и линзы мачо
прочных пород (глины, песк!
и т- п.), особенно при условии
их увлажнения и наклона в
сторону карьера, а также на-
личия в трещинах глинки тре
иия иди глинистого заполните-
ля.
Обвалы — нарушения	ус
тойчивости пород, связанные с
их трещиноватостью. Они воз
пикают и развиваются при на-
личии не только мелкой, но и
крупной трещиноватости, раз-
бивающей породы па отдель-
ные блоки. Иногда обвалы со-
провождаются скольжением
блоков по поверхности трещин.
На участках взаимопересска-
ющихся систем трещин проис-
ходят вывалы отдельных бло-
ков пород. При подземных ра-
ботах на нижних горизонтах
обрушения вследствие подра-
Осыпи образуются при вскрытии многих видов горных пород,
как правило, в приповерхностной части крутых откосов. Они
формируются в течение значительного периода времени под воз-
действием климатических факторов (рис. 5).
Суффозионные явления могут быть широко распространен-
ными при наличии гидродина*мического давления в откосах
карьера, сложенных песчано-глинистыми породами. Это приво-
дит к развитию суффозиониых каверн, полостей и воронок, спо-
собствующих деформациям откосов. Суффозия наблюдается и
в карьерах, вскрывающих закарстованные породы, где она об-
Рис. 5. Осыпи в откосах карьера, сложенных копгломерэтамн я базальтами
(Хабаровский край, фото В. И. Кузькина)
Выпирание дии карьеров происходит при гидростатическом
давлении подземных вод на глинистые породы в дне карьеров,
вызывающем пучение зтнх пород. Размеры этого явления зави-
сят от свойств пород.
16
2 Зак. 701
и особенности микроклимата участка месторождения," обуслов-
ленные экспозицией бортов карьера, в различной степени под-
верженных воздействию солнечной радиации и ветров господ-
ствующих направлений, характером рельефа и залесенности ме-
стности.
Изучение направления господствующих ветров, помимо опре-
деления влияния на микроклимат участка, позволит правильно
разместить отвалы карьера, которые нередко затрудняют его
естественную вентиляцию.
Б целом процесс выветривания приводит к изменению со-
стояния, состава и физических свойств пород. Глубина проник-
новения выветривания может быть различной, поэтому в бор-
тах карьера или в подземных горных выработках отдельные уча-
.тки характеризуются неодинаковыми физико-механическими
..•войствами, определяющими устойчивость пород.
Рельеф. Особенности рельефа района месторождения не-
посредственно влияют на условия отработки полезного ископае-
мого как открытым, так и подземным способами, на условия
строительства наземных сооружений и коммуникаций горноруд-
ных предприятий, иа размещение отвалов карьеров и шахт.
Влияние ральефа на условия отработки месторождения, приуро-
ченного к гористой или равнинной местностям, определяется ус-
ловиями поверхностного стока, условиями отвода и сброса от-
качиваемых подземных вод из шахт и карьеров, возможностью
возникновения различных физике-геологических явлений (для
горных районов) и т. л.
Гидрологические условия района месторождения
весьма существенно сказываются в тех случаях, когда поверх-
ностны* водотоки или водоемы располагаются непосредственно
на участке месторождения, а также вблизи месторождения,
когда по трещиноватым породам вода может проникать в карье-
ры или шахты и создавать повышенную их обводненность, за-
трудняя ведение горных работ, и кроме того может вызвать де-
формации откосов и подземных горных выработок.
Особенно большое значение физико-географические условия
района имеют для месторождений, приуроченных к закарсто-
ваяпым породам, влияя па развитие карстовых процессов в зоне
горных работ [3].
Климат и рельеф района определяют условия поверхностного
стока и проникновение вод с поверхности в карстующнеся по-
роды. Гидрологические условия имеют большое значение, если
месторождение расположено близ поверхностных водотоков и
водоемов, воды которых могут повышать обводненность горных
выработок, а также способствовать вмыванию рыхлых отложе-
ний в различные поверхностные карстовые формы (воронки, по-
норы).
Глава IV
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИНЖЕНЕРНО-
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ
РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
§ I. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Физико-географические условия (климат, рельеф и гидроло-
гические условия) района месторождения оказывают больше
влияние на его отработку, особенно если она ведется открытым
способом.
Климат. Климатические условия имеют большое значение
так как они непосредственно влияют на горные породы, обна
жаюшиеся в бортах карьеров.
Из климатических факторов наибольшее влияние на устойчи-
вость бортов карьеров оказывают атмосферные осадки и колеба-
ния температуры воздуха.
Атмосферные осадки способствуют развитию в откосах и от-
валах карьера таких неблагоприятных инженерно-геологических
явлений, как оползни, обвалы, суффозия, размыв и др. Напри
мер, нередко при увлажнении глинистых или мергелистых пород
или глинистого заполнителя в трещинах происходит сползание
либо обрушение уступов карьера вследствие снижения сцепле-
ния между слоями или отдельными блоками пород. Б горных
местностях в случае проявления интенсивных атмосферных
осадков карьеры и различные наземные сооружения карьеров
и шахт могут подвергаться разрушающему действию селевых
потоков, снежных лавин и оползней.
Под воздействием колебаний температуры воздуха, а также
периодического увлажнения за счет атмосферных осадков поро
ды, слагающие откосы карьеров, особенно в районах с резкими
колебаниями температур, подвергаются разрушению (растре-
скивание, отслаивание, шелушение). Если борта карьеров сло-
жены полускальиыми или рыхлыми породами, процесс выветри-
вания может за короткий промежуток времени привести к на-
рушению устойчивости откосов.
Суточное и сезонное промерзание пород, степень которого за-
висит от климатических условий района и состава пород, оказы-
вает влияние на процесс выветривания. Большое значение имеют
18
2*	19
§ 2.	СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Рудные месторождения, как указывалось выше, весьма ра-
нообразны по условиям и формам залегания. Если на платфо|
мах рудные месторождения не отличаются сложностью форм, т»
в горно-складчатых областях, где на формирование влияли ив
тенсивные складкообразовательные, магматические и други
процессы, они отличаются особенно сложным строением. В р<
зультате взаимодействия этих процессов в толщах горных поре
часто образуется вертикальная зональность, элементы которо
можно рассматривать как горно-геологические ярусы [4]. П
количеству таких ярусов различаются одно,- двух- или многс
ярусные горные массивы. Внутреннее строение каждого из яр\
сов характеризуется прежде всего своеобразием структурпо-те1
тонического плана, разрывными нарушениями различных типе:
и амплитуд, трсщишюй тектоникой, наличием или отсутствие
интрузивных образований, литолого-пстрографическпы состх
вом вмещающих пород и руд и их физико-механическими сво»
ствами.
При инженерно-геологическом изучении условий отработк
рудных месторождений могут быть встречены следующие осное
ные случаи.
1.	Месторождения локализуются в горизонтально залегаю
щих породах. В целом со структурно-тектонической точки зре
пия отработка таких месторождений не представляет сложностг
Некоторые осложения могут возникать, если на месторождени'
развиты разрывные нарушения, обычно как по простиранию, та
и по падению сопровождаемые зонами дроблений и участкам
повышенной трещиноватости пород.
2.	Месторождение локализуется в породах, имеющих моно
клинальное падение. В этом случае при падении рудного тел.
и вмещающих его пород в сторону карьера (или подземной вы-
работки) условия отработки несколько усложняются вследствИ'
возможности обрушений и вывалов, обычно происходящих п<
поверхности напластования, крупным трещинам или участка*
интенсивно рассланцованных пород. Иногда осложняющую рол!
играют маломощные слои или даже прослои литологически'
разностей пород с низкими прочностными характеристиками, ко
торые являются в данном случае своеобразными поверхностям!
скольжения.
Падение пород в сторону, противоположную от рабочего
борта карьера (выработки), как правило, исключает подобны»
явления.
3.	Месторождение локализуется в простых по строению анти-
клинальных складках. При отработке таких месторождений
встречаются определенные сложности, возникающие при вскры
тип сводовой части складки или ее ядра. В результате складко
образовательных процессов именно в этих элементах аитикли-
20
налей происходит наиболее интенсивная разрядка тектонических
напряжений, создающая зоны дробления и повышенной трещи-
новатости как во вмещающих породах, так и в самом рудном
.ле.
В крыльях антиклиналей, если они не осложнены дополни-
тельной складчатостью высших порядков или разрывными нару-
шениями, сложностей для горных работ обычно меньше. Зоны
трещиноватости и интенсивность ее проявления здесь значи-
тельно слабее, чем в замковых и сводовых частях складок. Од-
нако если выработкой вскрывается крутопадающее крыло, воз-
никают условия, сходные с описанными выше; при этом условия
оказываются тем сложнее, чем круче угол падения крыла склад-
ки (другие важные факторы, могущие повлиять на устойчивость
пород при их отработке, здесь не рассматриваются).
4.	Месторождение локализуется в простых по строению син-
клинальных складках. Наиболее сложным участком при отра-
ботке в условиях синклинали оказывается киль складки, где со-
средоточены зоны повышенной трещиноватости пород. Крылья
синклинальных складок, как правило, падают в сторону карьера,
поэтому здесь возникают сложности, сопутствующие отработкам
крутопадающих пластов или рудных тел.
5.	Месторождение локализуется в ложных, интенсивно сжа-
тых антиклиналях или синклиналях. Здесь инженерно-геологи-
ческие условия отработки значительно сложнее. В результате
активных складкообразовательных процессов породы месторож-
дения могут находиться в интенсивно напряженном состоянии,
иногда граничащем с пределом механической прочности. Уча-
стки перегибов складок (седла, кили, пережимы мощностей на
крыльях и в сводах), где разрядка напряжений уже произошла,
характеризуются повышенной трещиноватостью пород. Учиты-
вая, что в условиях сложных сжатых складок происходит ча-
стое чередование сводов и килей смежных антиклиналей и син-
клиналей, необходимо предвидеть особенно широкое развитие
как по площади, так и на глубину зон повышенной трещинова-
тости и дробления пород.
6.	Месторождение локализуется в сжатых антиклинальных и
синклинальных складках, осложненных разрывными нарушения-
ми. В этом случае условия отработки становятся особо слож-
ными. Помимо интенсивного дробления пород в ядрах и в сво-
довых (килевых) частях складок появляются обширные зоны
трещиноватости, охватывающие и крылья структуры. В породах,
разбитых многочисленными системами трещин, устойчивость вы-
работок значительно снижается, особенно в случаях, когда пла-
сты имеют крутое падение. Разрывные нарушения, разбивая
рудное поле на ряд крупных тектонических блоков, характери-
зующихся различными физико-механическими свойствами пород,
создают сложную «мозаичную» структуру месторождения. Су-
щественной особенностью такой структуры являются сравни-
21
тельно высокие прочностные свойства внутренних участков те>
тонических блоков, в противоположность их периферийным з<
нам, приуроченным к разломам. По поверхностям сместителе
разломов развиваются мощные зоны дробления пород, внутрев
ние силы сцепления в которых очень слабы. Энергичное разв!
тие вторичных изменений по породам, слагающим эти зон
(хлоритизация, графитизация, оталькование и т. л.), приводи]
к обрушениям и вывалам в карьерах и горных выработках.
Таким образом, чередование участков пород с повышенным
и весьма низкими прочностными характеристиками, неравно-
мерное пространственное распределение нарушений и зон повы
шейной трещиноватости пород создают крайне сложные ус.тови
отработки.
Влияние интрузивных образований на условия отработки
месторождений сказывается двояко. В одном случае они инъеш
руют вмещающие породы и рудное тело, придавая жесткость
их структуре, в других— наоборот, вызывая энергичные вторич-
ные процессы, приводят к появлению ослабленных зон вокруг
интрузива.
§ 3.	ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД
Изучение петрографических особенностей пород при ниже
нерно-геологической оценке рудных месторождений имеет важ-
ное значение, так как направлено на выявление природы прочно
стных и других физико-механических свойств горных пород. Эт
вопросы рассмотрены во многих работах.
Зависимость между физико-механическими свойствами пс
род и их петрографическим составом позволяет выделять ниже
нерно-геологические группы пород и выявлять их пространствен
ное положение на месторождении. В отличие от диагностиче
ской петрографии для инженерной петрографии, применяемой
при инженерно-геологической оценке пород, необязательно вы
полнение полного комплекса петрографических исследований
В частности, нет необходимости определять минеральный вид
в группе минералов, ибо минералы одной группы, как правило,
характеризуются сходными вторичными изменениями, обладают
весьма близкими физико-механическими свойствами, одинаково,
способностью к выветриванию. Например, достаточно опреде
лить в породе калиевые полевые шпаты без подразделения их на
микроклин, ортоклаз и т. п.
Инженерная петрография сводит к минимуму определение
оптических констант, диагностику и подсчет акцессорных мине-
ралов, установление последовательности минералообразования
и т. п. В то же время большое значение имеют количественный
состав главных породообразующих минералов, особенности це-
мента, степень вторичных изменений, структурные и текстурные
22
особенности, присутствие в породе нестойких и легко окисляе-
мых минералов.
Ниже рассматривается влияние минерального состава, струк-
турных и текстурных особенностей, а также вторичных измене-
ний пород на их физико-механические свойства.
Влияние минерального состава
Как известно, изверженные породы состоят из полевых
шпатов (калиевых, натриевых, кальциевых), пироксенов, амфи-
болов, кварца и слюды.
Полевые шпаты, занимающие главное место по распростра-
ненности, это — твердые минералы, умеренно хрупкие, с совер-
шенной спайностью, замещающиеся при вторичных изменениях
глинисто-слюдистыми минералами и карбонатами. Горные по-
роды, сложенные полевыми шпатами, обладают высокими проч-
ностными свойствами. Высокими прочностными показателями
обладают также породы, в состав которых входят темноцветные
минералы: пироксены, амфиболы, оливин.
В кислых породах темноцветным минералом является био-
тит, редко амфибол. Биотит (и мусковит) —единственный мине-
рал в неизмененных изверженных породах, обладающий низкой
твердостью, высокой упругостью, весьма совершенной спай-
ностью. При высоком содержании слюды в породах прочность
их должна заметно снижаться по сравнению с малослюдистыми
разностями. Существенную роль в излившихся горных породах
играет вулканическое стекло. Чистое вулканическое стекло кис-
лого состава (обсидиан) обладает высокими прочностью и хруп-
кое! ю.
Ь основных породах нераскристаллизованное вулканическое
стекло придает породам вязкость, делает их более пластичными.
В целом минеральный состав изверженных пород не отли-
чается существенным разнообразием; большинство минералов
каръ хтеризуются высокой твердостью и прочностью, что и опре-
дели -т высокие прочностные свойства пород.
Осадочные породы (карбонаты, сульфаты, галоиды,
кремнистые или железистые породы) характеризуются преобла-
дая _«м моном инерального состава, при этом бальшинство ми-
нер и лов обладают низкой твердостью, часто растворимы, т. е.
значительно менее прочны и устойчивы, чем минералы извер-
женных пород.
f Осадочные породы менее крепкие и менее прочные, чем из-
верженные. За исключением кварцевых песчаников и некоторых
известняков и доломитов, они отличаются значительными коле-
баниями физико-механических свойств (объемной массы, по-
ристости, прочностных и упругих показателей), что вызвано
большим структурным разнообразием.
23
Метаморфические породы отличаются большим мищ-цни породы. Состав и тип цемента играют главную роль в фор-
ральным разнообразием, причем некоторые минералы свс мировании физико-механических свойств обломочных пород,
ственны преимущественно этим породам (например, кордиери( Размер обломков также влияет на показатели физико-механи-
эпидот, гранат, диопсид).	чески* свойств. Так, псаммитовые структуры песчаников проч-
Для выявления влияния минерального состава отдельны нее, чем алевритовые, а последние прочнее, чем алевропели-
групп метаморфических пород во ВСЕГИНГЕО были исследо товые.
ваны роговики и скарны из района Южно-Уральских медне Структуры метаморфических пород носят название бласто-
колчеданных месторождений. Для этих пород характерна вы ых (гранобластовая, нематобластовая, лепидобластовая и
сокая прочность (сгСж от 15-107 до 20-I07 н/м2). Чисто пироксене , д.). Они характеризуются очень плотной компановкой зерен,
вые скарны имеют самую высокую прочность (осж=29-Ю7- как бы вдавленных друг в друга. Бластовые структуры самые
45-107 п/м2).	прочные. Проведенные Г. С. Сенатской микроскопические ис-
Такая высокая прочность пироксеновых скарнов объясняете* следования поверхностей отрыва роговиков, скарнов, мраморов
не только минеральным составом, но и структурными особен кварцитов показали, что лишь в 20% случаев разрыв прошел
постами и твердостью самих минеральных зерен (пироксенов) ю границам зерен, в основном разрыв зафиксирован по раз-
В целом для разных генетических типов и различных груш 1ичнъгм дефектам в самих зернах, по сланцеватости, трещинам
пород роль минерального состава как одного из факторов, он цайности.
ределяющих физико-механические свойства пород, неодинакова
Резкие колебания значений прочностных показателей одних t
тех же групп большинства осадочных и изверженных поро
объясняются структурой, текстурой, вторичными изменениями.
Влияние структурных особенностей
Решающее значение для формирования структур имеет гс
пезис горных пород. Структуры изверженных горных поро,.
существенно отличаются от структур осадочных пород и еще
более от метаморфических.
В изверженных породах четко выделяются три группы струк-
тур: полнокристаллические, полукристаллические п нераскри-
сталлизованные.
Одной из самых прочных структур среди изверженных поро
является диабазовая, для которой характерно наличие лейс
плагиоклаза, образующих каркас с промежутками, заполненны
ми темноцветными минералами (либо стеклом). Прочность
такой структуры настолько велика, что даже при интенсивной
метаморфической переработке породы диабазовый каркас со-
храняется и прочность породы остается высокой. Структуры
других излившихся и жильных пород также весьма прочные.
Сравнение прочности равномернозернистых и афировых
структур с неравномернозернистыми и порфировыми структура-
ми показывает, что последние менее прочные. Это объясняется
более слабой связью между порфировыми выделениями или
крупнокристаллическими индивидами и основной кристалличе-
ской массой, чем внутри однородной массы.
В осадочных породах различают структуры кластических
(обломочных) глинистых, хемогенных и органогенных пород.
Структуры кластических пород определяются крупностью и
формой обломочного материала, а также характером цемента-
Влияние текстурных особенностей
Значение текстурных особенностей для разных генетических
гнпов пород неодинаковое.
Изверженные породы, образовавшиеся в глубинных усло-
виях, характеризуются обычно однородными массивными тек-
стурами. Текстуры лав и вулканогенных образований разнооб-
разнее: флюидальные, пузырчатые, брекчиевидные. При раз-
личных испытаниях свойств таких пород получаются весьма
различные величины показателей, в то время как у однородных
массивных пород колебания их сравнительно небольшие.
Метаморфические породы имеют сланцеватую полосчатую,
гнейсовидную, плойчатую, пятнистую, брекчиевидную и другие
гекстуры. Присутствие и послойное распределение отдельных
низкопрочных минералов (слюды, хлорята, серицита и т. п.)
в высокопрочных метаморфических породах сланцеватой тек-
стуры (даже при небольшом их содержании) вызывает значи-
тельную анизотропию прочности, гораздо большую, чем в оса-
дочных породах.
Особенно сильно снижают прочностные свойства слоистые и
комковатые текстуры осадочных пород, сланцеватые текстуры
метаморфических пород, флюидальные и пузырчатые вулакио-
генных.
Влияние вторичных изменений пород
С инженерно-геологической точки зрения наиболее важными
'Вляются вторичные процессы, приводящие к ослаблению по-
род. Обычно они связаны с низкотемпературным гидротермаль-
иым метаморфизмом или поверхностным выветриванием.
степень
AW
т\
5М\
Ш
степень
Ю'^гРапепень
20001
А	4^7	
1 о 10	30	50
Содержание вторичных минералов, %
Рис. В. Зависимость прочностных
свойств скальных изверженных по-
род от степени вторичных изменений
(по Г. С. Сенатской)
/~гябСро-днабазы. 2 — базальты. 3—грв-
Низкотемпературные гидротермальные процессы вызыва» 2 Измененные породы с содержанием вторичных минералов
широкое развитие в породах таких минералов, как хлорит, с\1п_з()% (И степень).
рицит, пренит, карбонат, кварц. При этом порода в значнтель а Сильно измененные породы с содержанием вторичных
ной степени теряет свою прочность. Изучение инженерно-геолоинне’Ралов 30—50% и сохранением реликтовых структур
гических условий меднорудных месторождений Южного Урал Дц степень).
(месторождение «50 лет Октября», «Весеннее — Аралчинское 4 Очень сильно измененные породы без сохранения первич-
показало, что основными факторами, определяющими физик. ItjX структур (IV степень).
механические свойства пород, являются характер и степень вт ца одном из меднорудных месторождений («Весеннее»)
ричпых изменений. Были выяс-в результате макро- и микроизучения пород в каждом их типе
пены характер и степень изме ,ыли выделены группы пород, характеризующиеся большей или
нения пород вторичными прг меньшей степенью изменения, трещиноватостью и связанными
цессами, а также влияние этих ними физико-механическими свойствами (табл. 2). В зави-
изменений на показатели фи нМости от степени вторичных изменений меняются и свойства
зико-мсханических свойств по'мНОГИХ пород. Из табл. 2 видно, что процессами, снижающими
род, проведена типизация пснеЛИЧИНЫ прочностных показателей пород, являются карбона-
род по петрографическим при-тизацйЯ, серицитизация, хлоритизация, каолинизация, пренити-
знакам. дана инженерно-пет зЦИЯ ’	©•'
рографическая характеристн	’• - *-- °
ка основных выделенных ти
нов пород (см. главу VI). ’
При типизации пород nr
петрографическим признакам
учитывались главным образом
те вторичные изменения, кото
рые были вызваны низкотем-
пературными гидротермальны
ми процессами, обычно приво-
дящими к снижению прочност
ных показателей пород. Выяс-
нение характера вторичны.
изменений — задача чрезвычайно важная, так как уже лишь по-
этому признаку можно определить, в какую сторону будут изме
мяться свойства пород — понижаться или повышаться. Одпак*
наряду с качественной характеристикой следует проводить коли
чественную оценку степени вторичных изменений. Это необхода
мо для установления, насколько сильно должна быть изменен
порода, чтобы существенно влиять на физико-механически
свойства.
За количественную оценку степени изменения было принят
процентное содержание низкотемпературных вторичных мине
ралов (хлорит, карбонат, серицит, пренит), развивающихся п
основным породообразующим минералам (в пределах участке”
равномерного изменения пород).
По содержанию вторичных минералов и степени сокранност
первичных структур во вмещающих породах месторождени
были выделены (рис. 6):
1. Свежие и слабо измененные породы с содержанием вто
ричных минералов менее 10% (I степень изменений).
26
илвяние степени изменения пород на их прочностные показатели
(на примере метаморфизованных гранитоидов месторождения .Весеннее"
Порода	Минеральный состав. Я		Фигиио-механичЕСКве свойства	
	первичные минералы	вторичные минералы	временное совратив-	временное сонротив- резрыву °Р> Н/иР
			Н/й3	
Гранит	Полевые шпаты 60 Кварц 2(1 Биотит 10	Серицит 7 Кальцит 3	200-10»	23-10»
Гранит средней степени измене-	Полевые шпаты 55 Кварц 25 Биотит 5	ХлОрИТ 1 .е Серицит J	125-10»	16,5-10»
Гранит сильно измененный	Полевые шпаты 50 Кварц 25 Биотит 5	Серицит 15 Пренит 5	95-10»	13-10»
Биотитовый	Полевые шпаты 40 Кварц 20 Биотит 10 Полевые гппаты 30	Серицит 25 Пренит 5 Хлорит 30	84-10»	15-10»
гранит сильно измененный	Кварц 20 Биотит 10	Кальцит 1 .Q Пренит J	47-10е	4-10»
Кора выветрива- ния по гранитам	Кварц 30 Биотит 5	Серицит 40 Каолин 25	20-10®	2-10»
При содержании в граните серицита до 40%
При содержании в граните серицита до 40% величины пре-
делов прочности при разрыве и сжатии составляют соответ-
ственно 2-106 и 20-106 Н/м2, при уменьшении содержания сери-
1.5Ю
Zff
'n1
фЮ’
Н0>
5Ю7
a нА?	й
w7[
2-Ю’ Г
пита до 5—10% пределы прочности при разрыве и сжат. . приводят к изменению структурных особенностей, а также
увеличиваются соответственно до 23-Ю6 и 200-10Б Н/м2.	зико-механических свойств горных пород. Для решения этих
Количественная зависимость (для того же месторожденiг Т росов используется микроструктурный анализ.
«Весеннее») между характером и степенью вторичных измене результаты изучения диаграмм ориентировки оптических
ний показана в табл. 2 и на рис. 7.	-й кварца по ориентированным шлифам метаморфических
Из приведенного примера изучения инжснерно-геологичс' под показали, что определенные элементы диаграмм совпа-
ских свойств пород видно, что при инженерно-геологическо'л,от с некоторыми важными направлениями в массиве пород.
оценке месторождений ноле^пример, по диаграмме определяется наличие плоскостей
ных ископаемых необходим.ланцеватости, которые макроскопически не наблюдаются, пре-
выявить основные факторе.,задающая ориентировка и угол падения трещин, связанных
которые существенно влияю тсктоническими процессами и складкообразованием. Следо-
на физико-механические свой |(тельно, изучая диаграммы ориентировки оптических осей
ства, и определить степень и иарда по шлифам, можно устанавливать плоскости и их нап-
влияния на прочностные и де, шление, по которым массив горных пород может быть ослаб-
формационные свойства поро ,гН.
гавлвда	ПОВЕРХНОСТИ И ЗОНЫ ОСЛАБЛЕНИЯ В ПОРОДАХ
ческих факторов, определи Устойчивость массива скальных и полускальных по[юд при
ющих	физико-механически I 'рных работах как открытых, так и подземных опреде-пяется
свойства различных генетич» > «дом геологических и горно-эксплуатационных факторов. Важ-
ских типов пород (табл. 3). •йишм среди них является наличие в породах зон и поверхно-
Микротвещинова - -ей ослабления различного типа и порядка. Поэтому при инже-
тость пород. Наряду терно-геологическом изучешш месторождении необходимо выде-
особенностями петрографии ленне и картирование пространственного положения в месиве
ского состава на свойства гк • ’ких зон и поверхностей ослабления. Подобные ослабленные
род влияет также микротгн | чистки, часто обладая весьма малыми размерами по отноше
щиноватость Г12 131. К петиЮ ко всей площади месторождения, в значительной мере со-
относятся трещины, которы оделяют сложность ипжслерно-ггологическпх условий его раз-
видни под микроскопом аботки.
шлифах или на образцах Понятие «зоны и поверхности ослабления в породах» широ-
монолитах с пршплпфовапиы о распространено в отечественной литературе [1,14 —17 и др],
ми поверхностями- Изученп Под зонами ослабления понимают пространственно вытяну-
микротрсщиноватости метг-гые в массиве горных пород участки, характеризующиеся опре-
морфнческих пород показал 1 елейным комплексом структурно-тектонических,^ петрографи-
определенныс зависимост веских, гидрогеологических и других особенностей строения и
между характеристиками микротрещин и физико-механическ!1 остава, где значительно сниженными прочностными свойствами
ми, в частности прочностными, свойствами пород. Было устано! юрода существенно отличается от пород всего массива.
лено, что с увеличением удельной протяженности микротрещи Поверхности ослабления представляют собой естественно
уменьшаются значения пределов прочности на сжатие. Болыпогили искусственно возникающие плоскости или поверхности
влияние на прочностные свойства оказывают также состав з* иной формы в толщах горных пород, обусловливающие блоч-
полнителя и его состояние—свежий или выветренный материя.'тость массива и резко снижающие его прочностные свойства
Таким образом, изучая микротрещиноватость, можно судить [ 15].
природе прочностных свойств пород и выявлять ослаблении- Инженерно-геологическая типизация пород, составляемая
участки пород.	при инженерно-геологическом изучении разведуемого месторож-
Приипжеиерно-геологическом изучении горных пород важно 1енпя, всегда должна учитывать имеющиеся в породах зоны и
задачей является изучение структурных преобразований и де поверхности ослабления.
формаций, которые претерпела порода при тектонических дв! Приведенная в табл. 4 типизация зон и поверхностей ослаб-
жениях или метаморфизме. Эти преобразования в первую оче -чения в породах является основой для прогноза влияния этих
28	7	29
Мряплеш, wnajh
15-Ю7 г
НО7 г
ЯР'Е—
№ № ев п
Ccfiv. <иие чтлпаг
Рис 7. Зависимость прочности диаба-
зов (fl) и гранитов (б) от степени их
изменения
Таблица 3
Основные петрографические факторы, определяющие физико-механические свойства различных
генетических типов попои
Генетнчес кис типа пород		Типичные представители пород	Петрографические факторы						Характер слияния ла прочностные и деформаци- онные свой-
			Минеральный состав (глав- ные породо- образующие минералы)	Состав я тип цемента (основная связующая	Характер н степень вторич- ных изменений	Структура	Текстура	Органические в прочие примеси	
		Из в е ржемн ые	I Интрузивные и жильные	Гранитоиды, сиениты, дио- риты, габбро- иды, лабрадо- риты, диабазы			Окварцевание, альбитизация, эпидотизация, пироксенизация (11—IV степе- ни). амфиболи- зация	Диабазовая, андезитовая, долеритовая. микрогранито- вая, фельзи- товая	Массивная		Способству- ют повыше- нию проч- ности
	Эффузивные	Липариты, дациты, анде- зиты, альбито- фиры, порфи- риты, спилиты, базальты	Слюды 1С% Первичные минералы класса силикатов	Стеклова- тая, хло- ритовый мезостазис в эффуэи- вах Вулканиче- ское стек- зо<10%	Серицитизация, хлоритизация, карбонатизг- ция, препити- зация, оталь- кование, каолинизация, лимонитиза- ция (11—IV степени) Все виды изменения до -10% (слабо измененные, 1 стнпент-'	Г рубозернис- тая. порфиро- видная, витрофировая Равномерно- лернистая. среднелер- нистая	Слоистые, флюидаль- ные, миаро- литовые амигдалоид- ные. пузыр- чатые, брекчие- видвые Однород- ная		Способ- ствуют понижению прочности Существен- ного влия- ния не ока- зывает
Осадочные	Хемогенные в биогенные	W		(регенера- ции), кар- бонатный ^базальный, замещения), железистый (контакто- вый и ба- зальный)	серицитизация (цемента), карбонатизз- ция	мелкозерни- стая		сидерита, 1 пирита 1 (не окис- ленные)	с.гвуют повышению прочности
	3 к о ж о О	Песчаники, алевролиты, ар- гиллиты, туфы, туффитй	Галоиды, сульфаты, гидроокис- ям железа	Глинистый, хлоритовый, гипсовый (всех типов) Кремни- стый (до 10%)	Окварцевание	Органогенио- детритусовая, грубозерни- стая, неравно- мериозерии- стая Грубо- и среднезер- иистая	Тонкосло- истая, плой- чатая, ком- коватая, брекчневид ная, кавер- нозная	Раститель- ный дет- рит, угли- стый. гли- нистый, битуминоз- ный мате- риал Все виды примесей до 5%	Способству- ют пони- жению прочности Существен- ного влия- ния не ока- зывают
1Б Метаморфические	f		Скарны, гней- сы, роговики, кристалличе- ские сланцы, кварциты, мраморы	Кварц, но- левой шпат пироксен, амфибол, эпидот, кордиерит, гранат Слюда, хло- рит, серпен- тинит, тальк Карбонаты		Хлоритизация, серицитизация Хлоритизация, серицитизация, оталькование Все виды изме нения до 10%	Гранобласто- вая немато- бластовая, пойкнлобласто вая, роговико- вая Депидобласто- вая	Слоистая, сланцеватая пятнистая		Способству- ют пониже- нию прочно- сти Способствуют понижению прочности 1 Существен- 1ного влияния не оказывают
Инженерно-геологическая типизация зон и поверхностей ослабления массива порол										
Тип зон и пооорк- ослаС.ю-	Подтип эон и лоеераностей ослеблени?	Степень раздроб- ленности пород	Средний размер блока, ог- ного по- верхно- стью ос-		Преобладающий минеральный заполнитель н поверхностях ослаб 1с1шя		Ориентировка зон н паооркиостсй ослабления относительно отрабаты хвемого пространства	Виды преобладающих инженерно- геологических процессов в пассиве порох, приуроченных к зоням н поверхностям ослабление		
								Подземные горные выработки		Карьеры
Текто- ничес- кий	1. Крупные тектоничес- кве нарушения (разло- мы)				Глинка трения		Обратная или крутая 60—80°	Вывалы, обру- шения, сдви- жения		Осыпи, выва- лы, высыпки
	а) дробления	Очень мелкая	1				Вертикальная, близкая к вер- тикальной	Вывалы, ОПОЛЗНИ		Обрушения, вывалы
	б) смятия	Мелкая	1—10							
							Пологая 20—40°	Обрушения		Оползни, обрушения
	в) рассланце вания	Мелкая Средняя	1—10 10-50							
	2. Места пересчения раз- нонаправленных текто- нических нарушений а) нарушения, пересе- каясь, образуют текто- нический клин б) нарушения, пересе- каясь, разноориенти- розаны 3. Участки С повышен- ной трещиноватостью а)	кливаж разаома б)	кливаж течения в)	кливаж осевой по- верхности	Мелкая Средняя Мелкая Средняя	1—10 10—50		Серицит, хлорит, каолин, тальк, реже карбонат		Пологая 20—40°	Вывалы, реже обрушения		Оползни, обрушения
							Крутая 60—80°	Обрушения, реже вывалы •		Вывалы, осыпи, реже обру- шения
			1—10 10—50			1	Системы трещин ориентированы "од - -:о - *-i Я-.-емы трепан | ориентированы 1 вертикально 1	Вывалы, сдвижения ипрушення, вывалы		Зсыпи, вывалы ОСЫПИ
						Системы трещин ориентированы в обратную сторону		Вывалы	Высыпки	
								1		
	4. Поверхности углового несогласия	-	-	-		-		-	Высыпки, осыпи	
Лптоге- нетиче-	1. Поверхности слоис- тости, полосчатости, линейности	Очень мелкая Средняя	1-10 10—50			Обратная вертикальная		Обрушения, сдвижения	Высыпки, осыпи	
						Крутая 60—80°		В.шалы	Оползни, обрушения	
						Пологая 20—40=		-	Осыпи, оплывание	
	2. Поверхности отдель- ности и напластова-	-	-	-		Обратная		Мелкие вывалы	Высыпки, осыпи	
s
Таблица 4
Инженерно-геологическая типизация зон и поверхностей ослабления массива
и поверх- ностей ослабла-	Подтип эпи и поверхностей оелзбленид	Степень раздроб- ленности	средине размер баске or репнчен- иего по- нерхно- лаблания	Преобладающий минеральный Заполнитель  поверхностях ослабления		Орнзмтироака зон и поверхностей ослабления Относительно	Вивм преобладающих иижекорно- гео-тогичсских процессов в массиве пород, приуроченных к зоне» и шгаертиостям ослаСдення		
						отрабатываемого простренстае	Подземные горные выработки		Карьеры
ннчес- кий	1. Крупные тектоничес- кие нарушения (разло- мы)			Глинка трения		Обратная или крутая 60—80°	Вывалы, обру- шения, сдви- жения		Осыпи, выва- лы. высынкп
	а) дробления	Очень мелкая	I			Вертикальная, близкая к вер- тикальной	Вывалы, оползни		Обрушения. вывалы
	б) смятия в) рассланце вання	Мелкая Мелкая Средняя	1-10 1-10 10-50						
						Пологая 20—40°	Обрушения		Оползни, обрушения
	2. Места пересчеиия раз- нонаправленных текто- нических нарушений а)	нарушения, пересе- каясь, образуют текто- нический КЛИМ б)	нарушения, пересе- каясь, разиоориецти- рованы	Мелкая Средняя	1—10 10-50	Серицит. хлорит, каолин тальк, реже карбонат		Пологая 20—40°	Вывалы, реже обрушения		Оползни, обрушения
						Крутая 60—80°	Обрушения реже вывалы ’		Вывалы, осыпи, реже обру- шения
						Системы тращин ориентированы Пф	1й	Вывалы, сдвижения		Осыпи, вывалы
	ной трещиноватостью а) кливаж разлома б) кливаж течения в) кливаж осевой по- иерхностн	Мелкая Средняя	1—10 10—50	-	ориентированы вертикально		чди рушен пи, 1 вывалы		
					Системы трещин ориентированы в обратную сторону		Вывалы	Высыпки	
									
	4. Поверхности углового несогласия		-	-	-			Высыпки, реже осыпи	
Литоге- нетнче- СКВЙ	1. Поверхности слоис- тости, полосчатости, линейности	Очень мелкая Средняя	1—10 10—50		Обратная вертикальная		Обрушения, сдвижения	Высыпки, осыпи	
					Крутая 60—80“		В пиалы	Оползни, обрушения	
					Пологая 20—40°			Осыпи, оплывание	
	2. Поверхности отдель- ности и напластова- ния		-		Обратная		Мелкие вывалы	Высыпки, Осыпи	
Продолжение табл,
34
он и поверхностей на устойчивость пород. Б классификации
е учтены поверхности ослабления, которые возникают при от-
аботке месторождений (трещины давления и трещины, возни-
•акядие при взрывных работах).
Первый тип зон и поверхностей ослабления—тектониче-
кий распространен довольно широко. К разломам с глинкой
рения и без нее, с зонами дробления, смятия и рассланцевания
риурочены основные виды инженерно-геологических явлений
подземных горных выработках и бортах карьеров (оползни,
бвалы и др.).
Тектонические разрывные нарушения с глинкой треиия, осо-
.енно падающие в сторону выемки пород, очень часто опреде-
яют устойчивость данных участков при эксплуатации место-
ождений. Под влиянием взрывных работ эти участки могут
тановиться еще более неустойчивыми.
Разломы часто сопровождаются зонами дробления, устой-
(ивость которых зависит от силы связи между обломками, т. е.
.пределяется наличием цемента и его прочностью. Наиболее
неустойчивы зоны дробления, в которых обломки пород сцемен-
ированы слабо. Устойчивость таких участков особенно резко
нижается при увлажнении. Участки, сложенные бречироваи-
ыми породами, где цементом являются, например, кварц и
кварц-карбонатный материал, обычно устойчивы. Большое зна-
чение имеет фактор времени. Так, зоны дробления в породах,
-лагающих борта Южно-Уральских медноко л чедапных карьеров,
юдвергаются воздействию различных процессов выветривания,
гго приводит к постепенному снижению устойчивости пород.
Подобные процессы понижения устойчивости происходят и
в зонах смятия, но обычно несколько медленнее. Здесь скорость
процесса обусловлена степенью смятия пород.
Крупные вывалы и обрушения в подземных торных выра-
ботках образуются, как правило, в местах пересечения разно-
направленных крупных тектонических нарушений. Объем выва-
Юв достигает иногда 30—40 м3. Резкое снижение устойчивости
в таких участках наблюдается при постоянном или временном
водопритоке по этим зонам.
Как и в первых двух случаях, наиболее крупные деформации
подземных горных выработок и бортов карьеров приурочены
к Участкам с интенсивной трещиноватостью. Такие участки об-
разуются вблизи крупных тектонических нарушений или вблизи
контакта вмещающих пород с рудным телом (рис. 8).
Следует отметить, что с тектоническим типом связаны глав-
ным образом зопы ослабления (рис. 9), тогда как с литогене-
тическим типом — поверхности ослабления. Лятогенетический
нц поверхностей ослабления приурочен в основном к метамор-
фическим и осадочным породам. К ослаблениям, обусловлен-
ным наличием разнородных литологических контактов с раз-
’ичной способностью к процессам выветривания, приурочены
3*	35
Рис. 8. Участок интенсивной трещиноватости пород (песчаников палечз
карьер. Хабаровский край, фото В. И Кузькина)
Рис 9 Зона ослабления в месте пересечения тектонических трещин (ка;-
Хабаровскип край, фото В. И. Кузькина)
м образом оплывание, осыпи, реже обрушения. Они ха-
1Э-В пизуются небольшим объемом деформированной горной
г КТпы в десятки раз меньшим, чем объем деформированной
- ророты в зонах ослабления первого типа.
|’ 0.обенностыо поверхностей ослабления литогенетического
I (рнс_ Ю) является то, что вероятность деформирования
Г по ним в процесс эксплуатации месторождения, особен-
’’ис. К). Базальтовая отдельность (карьер. Хабаровский край фото В И -Кузь-
кина)
•го открытым способом, увеличивается. Это связано с тем, что
;юд влиянием различных агентов выветривания зоны контактов
л разрывов с течением времени становятся еще более неустой-
чивыми.
Степень неустойчивости пород часто зависит от соотношения
’риеятировки фронта продвигаемого забоя и угла падения по-
верхностей ослабления относительно данного участка проходки,
1 также от интенсивности проявления на нем поверхностей ос-
лабления. Такие текстурные особенности пород, как слоистость,
'ланцеватостъ и линейность, образуют поверхности ослабления
ю контактам между слоями или спойками. Так, поверхностью
ослабления в слоистых породах является плоскость разделения
’РЧройков различного литолого-петрографического состава.
В сланцеватых породах поверхностями ослабления служат са-
ии плоскости рассланцеванпя, в породах, обладающих линей-
37
ностью,-— разделяющие слои, сложенные различными мине^Л(1 при оценке условий разработки. Древние коры выветрива-
лами.	ия залегают как близ поверхности, так и на некоторой глуби-
Для метаморфических пород характерными ослабленю,.е в последнем случае они перекрыты более молодыми отло-
поверхиостями являются поверхности напластования, углов Змиями. При наличии коры выветривания значительной мощ-
и стратиграфического несогласия. Следует отметить, что цСТя состав и свойства выветрелых пород приобретя ют
всегда интенсивная трещиноватость пород определяет зоны ервостепенное значение при оценке инженерно-геологичских
лабления. На различных месторождениях установлена корресловвй разработки месторождений, особенно если намечается
ционная связь между степенью развития трещиноватости. ,х отработка открытым способом. Мощность коры выветрнва-
чеством ее заполнителей и устойчивостью пород.	ия может достигать нескольких десятков метров. Простран-
Например, на медноколчеданных месторождениях Южи.твенная изменчивость мощности древней коры выветривания
Урала и Дальнего Востока отмечаются участки с высоким Вязана с рядом факторов.
дулем трещиноватости, где в качестве заполнителя трещин п 3 Мощность коры выветривания зависит от состава материн-
сутствовали кварц и кварц-карбонатный материал. Несми ких пород: наиболее мощные коры выветривания формируются
на интенсивное развитие трещин, при прогнозном инженерш интрузивных породах, менее мощные—на эффузивпых
геологическом районировании эти участки отнесены к Мощности кор выветривания обычно увеличиваются в пределах
устойчивых, так как прочностные характеристики пород он линейных тектонических нарушений и зон повышенной тре-
испытаниях оказались достаточно высокими. Наоборот, ра.чциноватости. Увеличению мощности коры выветривания на из-
тие по плоскостям трещин слюдистых минералов и хлорит ерженных породах способствуют также процессы региональ-
способствующих проскальзыванию блоков пород, значится!ого и контактного метаморфизма, хлоритизация и серицитиза-
ослабляет устойчивость пород даже там, где модуль треппчш, снижающие сопротивляемость пород воздействию агентов
ватосчи весьма незначительный. Необходимо, однако, иг:>ыветрпвания вследствие меньшей устойчивости хлорита и се-
в виду, что постоянное ведение буро-взрывных работ в трепчщнта в зоне гипергенеза. Процессы гидротермального мета-
новатых породах даже с кварцевым заполнителем с течи- юрфизма. сопровождающиеся полной перекристалцзацней
времени может привести к снижению устойчивости этих ервичных минералов с образованием высокотемпературных
стков пород непосредственно в массиве.	минералов и рудной вкрапленности, создают предпосылки для
Не менее важную роль в оценке массивов с точки зрения |бразоваиия на них довольно мощпых кор выветривания.
физико-механических свойств вообще и устойчивости в’часг, Приведенные положения иллюстрируются данными об изме-
сти играют микроструктуры. Под этим широким понятием в .епия мощности коры выветривания в пределах медноколче-
иом случае подразумеваются микротрещиноватость и микЦанного месторождения «Бесепнее» (табл. 5).
складчатость.	Вследствие стадийности процесса выветривания как древние,
Микротрещиповатость развивается, как правило, на •  ак и современные коры выветривания обладают ясно выражен-
стках разрядки тектонических напряжений любого поряди гой вертикальной зональностью. Чем глубже, чем отчетливее
приурочена к внешним контактам зон дробления и смятия, сражается на выветрелых породах минеральный н химический
личне микротрещиноватости зависит от петрографического Уставы исходных пород. С инженерно-геологической точки
става породы и интенсивности проявления пропессов тект «рения целесообразно подразделять кору выветривания на зоны
неза.	ю схеме, предложенной Н. В Коломенским: I скрытотрсщино-
Э кз один а мяче ск н й тип зон и поверхностей ослаблеи*,атзя зона, отвечающая такому состоянию материнской порады,
включает коры выветривания, а также поверхности погребала нет видимых изменений, но произошло нарушение связей
ных форм рельефа. Наличие на месторождениях кор вывеч ?ежлу частицами; II глыбовая зона, характеризующаяся нали-
вания при эксплуатации часто определяет устойчивость уступ1ием трещин выветривания, разбивающих породу на отдельные
и бортов карьеров.	лыбы; П1 щебенистая зона, состоящая из мелких обломков
азличной формы; IV зона тонкого дробления, состоящая в ос-
§ 5. КОРА выветривания	‘°вном из вторичных минералов.
Первые три зоны соответствуют зоне дезинтеграции, а IV зо-
Б геологическом разрезе разведуемых месторождений н,а глинистой зоне по классификации И. И. Гинзбурга. Со-
блюдаются современные и древние коры выветривания. Сое 'ос'гавление древних и современных кор выветривания показа-
менные коры выветривания залегают с поверхности, как п ’°* Что они отличаются не только по мощности, но и по соотноше-
вило, имеют небольшие мощности и не играют существен>1*И10‘’отДельных зон. Древние коры выветривания имеют мощную
58	39
Изменение мощности кор выветривания пород различного генезиса
в зависимости от различных геологических факторов
„У тонкого дробления (например, на гранодиоритах место-
ждения «Весеннее» она составляет 25 м, на диабазовых пор-
[ритах 14 м) и небольшую мощность зон дезинтеграции. У сов-
чецных кор выветривания, формирующихся в условиях
.’еренного климата, картина обратна я —мощность зоны тонкого
" обления незначительна по отношению к щебенистой, глыбо-
1й и трещиноватой зонам.
Состав зоны тонкого дробления песчано-глинистый с гидро-
юдкстой составляющей.
Состав зоны тонкого дробления древних кор выветривания
висит от состава исходных пород и может быть подразделен
подзоны:
для ультраоснсвных пород
подзона А нонтронитов
подзона Б монтмориллонитов
для основных пород
подзона А каолинитов
подзона Б монтмориллонитов
подзона В гидрослюды
для средних и кислых пород
подзона Л каолинитов
подзона Б гидрслюды
Изменение минерального состава в коре выветривания при-
дит к изменению физико-механических свойств пород. В из-
биении физико-механических свойств пород существуют опре-
леяные тенденции, выражающиеся в уменьшении плотности
снижении прочности пород вверх по разрезу, возникновении
вых свойств, таких, как пластичность, гидрофильность, зави-
мостя прочностных и деформационных свойств от влажности.
Знание основных закономерностей формирования строения
состава коры выветривания позволяет правильно подойти
изучению изменчивости физико-механических свойств пород,
счленить выветрслые породы на зоны, подсчитать для выде-
иных зон обобщенные значения показателей и обоснованно по-
йти к выбору расчетных показателей, необходимых при проек-
трованни карьеров.
6. ОБВОДНЕННОСТЬ ПОРОД КАК ФАКТОР ИХ ДЕФОРМАЦИИ
Многие рудные месторождения, в частности расположенные
карстовых районах, характеризуются сложными гидрогеоло-
чсскими условиями. Классическим примером месторождений
' сложными гидрогеологическими условиями и большим комп-
ксом осуществленных мероприятий по борьбе с поверхно-
гными и подземными водами являются меторождения СУБР,
риуроченные к закарстованным карбонатным породам.
“ настоящем методическом руководстве рассматриваются
“просы обводненности месторождений только с точки зрения
'ияиия ее на поведение пород в подземных горных выработках
41
и бортах карьеров. Присутствие воды в породах, как праь11евдя», часто встречающаяся в тектонически нарушенных по-
нижает их прочность и устойчивость при горных работах. 1 \ях.	**'
большие затруднения возникают в случаях, когда руды з, размокание и набухание свойственно (хотя и в не-
гают в толщах рыхлых (связных и несвязных) пород, а тг .Льших размерах) некоторым разностям полускальных пород —
при двухэтажном строении массива пород, когда скальные Даникам с глинистым цементом, мергелям, аргиллитам,
полускальные) породы перекрыты рыхлыми отложениями, деформации обломочных пород в карьерах и в подзем-
щающпми один или несколько водоносных горизонтов. 1Х выработках широко известны из горной практики. Они про-
В Криворожских железорудных карьерах оползневые 'ходят в случаях, когда в обломочной породе содержится
цессы захватывали лёссовые породы на тех участках, где в чкодисперсный материал («мелкозем»). При увлажнении
тах карьера в основании этих пород имелись линзы обвод 1кие породы способны к оползанию в откосах карьеров и в нак-
ных сарматских песков. Суффозионные явления в этих пе >нных горных выработках, причем они могут быть особенно
ослабляли устойчивость вышележащих пород. Известны итенсивными, если мелкозем содержит глинистые фракции,
значительные суффозионные явления, происходившие в песча । Развитие карстовых процессов может быть интенсивным,
породах в Лебединском карьере КМА и затруднявшие вскрь ли в разрезе присутствуют гипсоносные или соленосные по-
месторождеиия.	.)ДЫ> что на рудных месторождениях встречается довольно
Большие величины водопритоков усложняют условия -дко. Чаще рудные месторождения связаны с карбонатными
ведения горных работ как в карьерах, так и в подземных ,родами (известняками, мелом, доломитами, мраморами и
вых выработках, но прямой зависимости инженерно-геолог р.). Однако так как растворимость карбонатных пород срав-
ских условий разработки месторождений от величин водо Дельно небольшая и за время эксплуатации карьера или
токов не имеется. Можно выделить несколько вадов воздейс .ахты развитие карста как процесса не может существенно
воды на скальные и полускальные породы, сказывающегося сазаться на уменьшении устойчивости пород, при разведке и
инженерно-геологической оценке этих пород, а именно; а) эксплуатации месторождений карст в карбонатных породах
жение прочностных свойств пород при водонасыщении; б) ск сследуется как явление. Иными словами, представляются важ-
жение пород но смоченным поверхностям ослабления; в) ыми выявление и количественная оценка закарстованности
мокание и набухание некоторых разностей пород; г) дефо- ород и расположения карстовых зон в пространстве и на от-
ция обломочных пород и д) развитие карстовых процессов, сльных рабочих горизонтах. Исключение составляют место-
Снижение прочностных свойств некоторых ра ождения, где шахтные воды содержат кислоты, способствую-
стей скальных и полускальных пород при водонасыщении мс 1ие растворению карбонатов и убыстряющие процесс карстова-
быть довольно значительным. Так, прочность некоторых м ня.
морфических пород (гнейсов, кристаллических сланцев, си. Особый вопрос представляют инженерно-геологические
хлоритизированных, серицитизированных зффузивов в п вления, связанные с карстом в горных выработках,— вынос,
классических образований) уменьшается в 1,5—2 раза, а у -плывание н выбросы в выработки заполнителя карстовых
ветрел ых разностей пород еще более. Сильно может снижа 'Олостей [1].
при водонасыщепии прочность осадочных пород — мергел Я
мела, аргиллитов, некоторых разностей пористых известия 7. напряженное СОСТОЯНИЕ ПОРОД
песчаников и др Таким образом, весьма важно изучать се Я
ства подобных пород не только при естественной влажне Как известно, горные породы при залегании в массиве нахо-
но и при водонасыщении.	ятся в естественном напряженном состоянии. При проходке
Скольжение пород по поверхностям ослабления— 'Одземных горных выработок или вскрытии месторождений
шинам слоистости, сланцеватости, тектоническим зонам, °чезных ископаемых карьерами в зоне горных работ происхо-
равлепным в сторону карьеров и подземных горных выра'бс 11т перераспределение напряжений. При этом характер такого
в значительной мере усиливается, если эти поверхности н ,еР®раслределенвя и концентрация напряжений на отдельных
дятся в смоченном состоянии. Особенно существенным з частках по мере проведения горных работ зависят от состава
процесс может быть в случаях, когда в поверхностях осла?4 свойств пород формы, размеров и глубины горных выработок
ння присутствуют малопрочные породы или заполнитель ’ ДРУгах факторов. С напряженным состоянием массива пород
чистого, хлоритового или другого подобного состава, при к пязаны горное давление, его величина и характер проявления,
ром создается своеобразная смазка, способствующая скольже" Проведенными за последние годы работами установлено, что
пород. Одним из видов такого заполнителя является «гл» °Рные породы находятся в напряженном состоянии под деи-
ствием не только гравитационных, но и тектонических сил, В торым породы подвергались в течение геологической исторорпеитировочные глУбвны шахт и карьеров	т	б л и и а 6
или подвергаются в настоящее время. Например, на одном  ——	 месторождений в Хибинах измеренные величины напряжени	породы состояния пород на глубине 400—600 м в 3—4 раза превыше Ж	Глубина карьера, м	Глубина
массу вышележащих толщ [18]. На напряженное состояв	 пород могут оказывать влияние силы, связанные с темпера?.£капМ1ые и полускальнмс ным режимом пород на различных глубинах, а также с гид динамическим фактором, определяемым распределением на *В ров и движением подземных вод в породах. Таким образом, изучение напряженного состояния масс В пород представляет собой весьма важную задачу, решении 1	Неглубокие <50	| <300 Средней глубины 50—100 1 ЗЛО—700 Г лубокие >100 |	>700	
торон необходимо для полноценного прогнозирования мм «—S			 ния пород при разработке месторождений. Однако изучен напряженного состояния весьма сложно, особенно при разв₽ Несвязные и снизив месторождений в новых неосвоенных районах (см. главу \ § 8. ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ	Неглубокие <25	|	<75 Средней глубины 25-50 | 75-150 Глубокие >50	|	>150	
Инженерно-геологические условия разработки месторол-
ний полезных ископаемых зависят не только от природг
условий, но н от горнотехнических факторов, к которым от<|
сятся при подземной разработке глубина расположения вырас]
ток, принятая система разработки, размеры и форма выр;
тайных пространств, скорость продвигания забоев, спои
управления кровлей, мероприятия по осушению пород и т
[4]. При открытом способе разработки горнотехническими 4
торами являются: глубина карьера, средине углы заложе I
бортов, высота уступов, углы их откосов, ширина берм, чиг
уступов, способы вскрытия, осушительные мероприятия, [ :
положение отвалов и т. п.
Для опенки понятия о глубоких горизонтах рудпых ма
рождений может служить табл. 6, в которой приведены орг'
тировочные глубины шахт и карьеров.
Влияние глубины расположения выработок может расцс
ваться двояко. С одной стороны, на меньших глубинах геос
тическое давление и соответственно горное давление ма. 1
что уменьшает частоту возникновения различных инженер
геологических явлений, с другой — выработки на меньших г
бинах чаще проходят в измененных, ослабленных выветрг
нием массивах горных пород, что часго исключено при торг*
работах на больших глубинах.
Различные системы разработки также влияют на уело ।
ведения горных работ. Например, камерный способ доб
руды с оставлением целиков менее опасен, чем различные
рианты системы межэтажных обрушений, когда (особенно
больших мощностях рудных тел) образуются значительные о |
44
гмы выработанного пространства. Наличие таких полостей спо-
собствует обрушению вмещающих пород и вынуждает органи-
зовывать посадку вышележащих толщ (вплоть до поверхности)
во избежание катастрофических последствий.
Скорость продвигания забоев влияет на проявление различ-
ных инженерно-геологических процессов в выработках. Опти-
мальной скоростью продвигания забоя считается такая, при
которой непосредственно в процессе проходки ликвидируются
последствия возникающих инженерно-геологических явлений, и
при эксплуатации выработки не нуждаются в больших укре-
пительных мероприятиях.
Важным методом уменьшения интенсивности инженерно-
геологических явлений служит управление кровлен.
На развитие инженерно-геологических процессов влияет и
осушение массива пород, в котором ведутся горные работы. Важ-
ным горно-эксплуатационным фактором служит направление
горных выработок в слоистой толще пород. В выработках, прой-
денных по простиранию, различные инженерно-геологические
явления развиваются обычно более интенсивно.
Выше были перечислены горнотехнические факторы, влияю-
щие на условия ведения открытых горных работ. Наибольшее
значение при этом имеет глубина карьера, с ростом которой
Усложняются и увеличиваются объемы работ по вскрытию и
выемке руды. Средние углы заложения бортов карьера с увели-
чением глубины необходимо уменьшить во избежание наруше-
ния устойчивости уступов Увеличение высоты уступов и углов
45
их откосов может привести к возникновению обвалов и опо,
ней в бортах карьера.
Осушительные мероприятия уменьшают вероятность обр з
вания оползней и оплывнн в бортах и уступах карьеров. CI
Шественное значение имеет и расположение отвалов на до г
точном удалении от бортов карьера. В противном сл», ।
давление вынутых породных масс в отвалах может napyi ।
устойчивость бортов карьера и вызвать их обрушение.
iasa V
МЕТОДИКА инженерно-геологических работ
ПРИ РАЗВЕДКЕ
В состав инженерно-геологических работ при разведке ме-
сторождения входят [1]: подготовительные работы; сбор и ана-
лиз материалов; составление проекта инженерно-геологических
работ, намечаемых для выполнения при разведке месторожде-
ния; полевые работы: инженерно-геологическая съемка терри-
тории месторождения; инженерно-геологическое обследование
шахт и карьеров-аналогов; бурение инженерно-геологических
скважин,- инженерно-геологическая документация разведочных
скважин и горно-разведочных выработок; изучение инженерно-
геологических свойств пород ускоренными и полевыми метода-
ми; опробование пород; использование геофизических методов
для инженерно-геологической характеристики массивов пород;
лабораторные исследования петрографического состава и физи-
ко-механических свойств пород; обработка материалов и состав-
.ение отчета.
Следует подчеркнуть, что для инженерно-геологической
характеристики разведуемого месторождения необходимо мак-
симально использовать геологоразведочные скважины (т. е.
скважипы, предназначенные для выявления и оконтуривания
полезного ископаемого), горно-разведочные выработки, а также
другие материалы геологоразведочных работ.
В некоторых случаях в зависимости от степени инженерно-
геологической изученности района месторождения, условий за-
легания и Других особенностей рудных залежей отдельные виды
инженерно-геологических работ (например, выполнение инже-
нерно-геологической съемки, бурения инженерно-геологических
скважин) могут не потребоваться.
§ 11 ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Сбор и анализ материалов производят с целью установле-
ния степени общей геологической и инженерно-геологической
изученности района разведуемого месторождения. Выявляют
наличие и масштабы геологических, гидрогеологических и ин-
женерно-геологических карт района, инженерно-геологических
отчетов по месторождению и других материалов. Выявляют
47
наличие действующих шахт и карьеров на территории ме. ножными или средней сложности и в районе месторождения
рождения или в его районе и возможность использования азвнты современные геодинамические процессы и явления
в качестве аналогов для оценки инженерно-геологических v< оползни, карст, суффозия, сели, лавины и пр.), осложняющие
вий разведуемого месторождения. Устанавливают освещены ™оевие месторождений, производита инженерно геологте-
ииженерно-геологических условий района в литературе кая съемка в масштабе 1 : 25 000—1 : 50 000.
Составление проекта ипжеперио-гсологичестах раб,Г Основные задачи ивженерно-геологическои съемки заклю;
намечаемых для выполнения при разведке месгопожде, аются в с6'Ч'' материалов для: а) инжеяерно-геологическои
Проект инженерно-геологических работ должен входить в шепни месторождения и слагающего его массива порол,
щий проект разведки месторождения с соответствующим ,1 прогаозироваяня устойчивости пород месторождении при
нанспрованием.	*	вскрытии их (карьерами или подземными горными выработками
В проекте учитывают стадию разведки и степень инженер hi установления необходимости предупреждающих и защитных
геологической изученности месторождения, а также предпо..иероприятий; в) общей ивженерно-геологическои оценки тер-
гаемую сложность инженерно-геологических условий его оепгщтории в целях различного наземного строительства, необходи-
ния. Устанавливают необходимость проведения различных вп',. лого при освоении месторождения (дороги, подъездные пути,
инженерно-геологических работ. В частности, выясняют необх-яромышленные здания и пр.)
димость проведения на территории месторождения инженер Основой для проведения инженерно-геологической съемки
геологической съемки в том или ином масштабе (в зависимое 1ужат геологическая, геоморфологическая и гидрогеологиче-
OT СЛОЖНОСТИ ППППППИЫт vrnnmiB чогч-/>„^„ -------------„.... *___—-„.Н, . „-ляъия Mwrnnnw пОНИЯ
„	Г—I-   J —... r,vv.	р а ООПII |
в районе современных геодинамических процессов и др.). У >
НЯЮТ* Я VHL'nu |мо<хс	_____________
жины и горно-разведочные выработки (служащие для развел ..ья пород, их физико-механические свойства, характер их зале-
енмальное использование разведочных скважин позволяет
высить качество инженерно-геологических работ, снизить
объемы и стоимость.
дикость проведения на территории месторождения инженер .
ГРЛЛПгыиргк-лй	•»	т.п,. •>.<».. __ТТ- z______. . :
от сложности природных условий месторождения, развит кая* карты района месторождения
в районе современных геодинамических процессов и др.). У > Пр» инженерно-геологической съемке:
няют, в какой мере возможно использовать разведочные скв а) изучают литологический и петрографический составы гор-
бины и горно-разведочные выработки (служащие для развод ,ых пород, их физико-механические свойства, характер их зале-
РУЛ) для инженерно-геологической характеристики пород. Мд-ания. структурно-тектонические особенности, гидрогеологиче-
nuusnr.™» ч,.™,..,™,—-------------------- - .....	г ские условия территории;
и б) картируют современные геодинамические явления —
ползни, обвалы, карст (воронки, полья, поноры, пещеры и пр.),
признаки суффозии, эрозии и др.; выявляют основные законо-
мерности их развития и распространения, связь с геологическим
строением, геоморфологией и пр.:
в)	картируют различные водопроявления (родники, болота,
тзера и пр.), устанавливают связь их с водоносными горизонта-
ми, оценивают их влияние на проектируемое освоение место-
рождений;
г)	собирают сведения о процессах выветривания, их формах,
характере продуктов выветривания и связи с ними геодинами-
ческих явлений;
д)	в горных районах выявляют селе- и лавииоопасность для
• тъ-чъчи Acpcini cpnvi ИМ решияа ГОиЖС| иигь дана па ОСН С	' *мр|1О1л pcinui
анализа материалов комплексной геологической съемки (мае ““«иваемых месторождении; в„п4)ЛпТкн пячпабатываемых
• . 1ЛЛЛАЛ i.rownnn) п .. ---------- '	е) обследуют карьеры и горные выработки разраоатываемых
§ 2. ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ 1
ПРИ РАЗВЕДКЕ	'
Необходимость выполнения инженерно-геологической съе
кн района месторождения при разведке устанавливается в - .
висимости от степени геологической и инженерно-геологическ •
изученности района, сложности его природных условий и ста
разведки [1].	1
На новых месторождениях, расположенных в мало освое i
ных районах, при предварительной разведке инженерно-геоло
гическая характеристика района может быть дана па осно~
штаба 1:100000—1:200000). При отсутствии таких матери5 п----------**»”	,---------- .	- -
лов производится инженерно-геологическое маршрутное обе.- МестоРожденнй. расположенных в пределах района исследо-
дованне района месторождения с целью выявления развития в,1Ний-
оценки различных современных геологических процессов и явле ж) обследуют устойчивость пород в естественных обнаже-
нии, могущих осложнить инженерно-геологические условия < н,,ях и откосах карьеров; определяют естественные утлы отко-
воения месторождений. Во время обследования должна бы сов> характерные для различных пород; устанавливают зависи-
также выяснена необходимость проведения инженерпо-геологи МОсть углов откосов от макроанизотропин (слоистости, слацце-
ческой съемки. ~	ватостн, трещиноватости пород);
На стадии детальной разведки новых месторождений, инже 3) Определяют влияние атмосферных осадков и различных
нерно-геологические условия разработки которых ожидаютс? ВаДояРоявлений на устойчивость и форму откосов, отношение
4 *«< 701	49
дения.
Материалы ппженерно-геологической с____— <. иршшаеп ।
данных, полученных при разведке месторождения, доля
обеспечить составление инженерно-геологической карты paii лд
месторождения. Методика составления инженерно-геологи J
ских карт разработана во ВСЕГИНГЕО и содержится в и
циалытых указаниях [19].
§ 3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ШАХТ
И КАРЬЕРОВ-АНАЛОГОВ
Обследование действующих шахт и карьеров, расположен!
в районе разведуемого месторождения, имеет важное значе
для .инженерно-геологической оценки устойчивости пород. В г
цессе обследования выявляют шахты и карьеры, которые мс I
быть использованы как аналоги для оценки инженерно-геолс
ческих условий разработки разведуемого месторождения или
участков. Основные задачи инженерно-геологического обслсЛ
вания шахт и карьеров: а) выяснение степени устойчивости р !
личных типов пород в горных выработках и бортах карьере
развития в них инженерно-геологических явлений; б) оценка !
ВИСИМОСТИ влиянии ня	ИСрсД рСЗД./тчх.ч -ирпридг
и горно-технических факторов, которые могли бы быть испс 1
зованы при оценке аналогичных пород при разведке.
В состав инженерно-геологического обследования вход 1
а) сбор л обобщение материалов, имеющихся в геологмческои I
МЯПКП1СЙ пвЛ/чглЛ	----------'
горных I	....	___________ -1
за поведением пород.
Г1*'	— J7OVVI «.uvnpa
следующую геолого-маркшейдерскую документацию: геологи -
ГК'ЛЙ т1Ягч««г*тч,7'	. ни	I ирпЗ I
тах, журналы и акты регистрации возникавших деформаций г..,	слулии- ""^Х^пппводят подробную инженерно-
ных выпабпток н плпо. ..v —....—------______________РОД месторождения {20]. В них пров а
50
пород к воде (размокаемость паст	---
П° поГЯ 1/1>И увлажнении)- Римость. размываемо д работе дренажных сооружений, об истории освоения место-
ологические особеЕ^м Материала выявляют ннжевеш ^ждения и условиях его эксплуатации во времени.
рол, развитие ХппЛ /L	рожлгний- условия зачеЗ ПРН н«’2СреДС1 рекогносцировочном обследовании
логический и пет0^ГпЯ^ ПОрод разл‘'чного генезиса их И выработок фиксируют, записывают в дневниках и нано-
вторичные измененияаф™Оский составы, метаморфизм п/ ’|Т ва плаНЫ Г°рНЬ1Х Р °Т СВ1ДеНИЯ ° Распространении пород
о, !,»,,,,,-, Ф„ "руиурно техтоштакие осХш , *>ичн1'х «и»етеР"»-"^РотРгФ"чк«'.’‘ усмииях и за-
пое™ терртздшГ,™1“Ф1™™'” " гилрогеологэте^Гос. в™"”' =ыДсРжат,,ост“ “° Ч>°<™Ра™. «.жгаерно-геологэтс-
местоппжплт™ ’ позволяет определить mvn.n	особенностях (текстура, тектоническая нарушенность, тре-
«MofUSie	"Р™гс™ "Pb-Hapi.^nw,—"' шдаватость калачи зол дроблипм и т. вдлопроявлеших
Резуштя Раи°нирование месторождения ин,кеие |Капеж< струнные выходы воды), развитии ивженерно-геологиче-
ппи гпгт*аТЬ1 инже,1еРно'геологической съем я	. ,1х явлений и признаках их интенсивности. Инженерно-геологи-
ских исгпап™?'”- прогРа™ы детальных ннж<непН,1'г,'°Л1" »^кие явления оценивают с точки зрения приуроченности их
ляг,т ^следовании, методику дальнейших верно’г5олог , определенным типам пород, тектоническим нарушениям, зонам
зависимости от конкретных особенное ®а.НИи ОПР' .нте-гзивней трещиноватости и раздробленности пород, обводнел-
стеи местор ,1ЫМ участкам пород.
В случае необходимости организуют пункты наблюдений
*жС привлечен 'Це установкой реперов, маяков, марок и т. п.) за деформациями
>гпчаР°^^",Я’ дол? юрод. Наблюдения на этих пунктах ведут технические работни-
ч мпти _я руДННКа по методике, рекомендованной при обследовании вы-
работок.
При изучении опыта открытых горных работ на руднике
собирают следующую геолого-маркшейдерскую документацию:
план горных работ карьера, проектные и фактические данные об
узлах откосов, журналы и акты регистрации деформаций бортов
и откосов карьера, сведения о водоотливе и работе дренажных
устройств (если последние имеются в карьере), сведения о раз-
мещении внутренних и внешних отвалов, их высоте, крутизне
откосов, деформациях отвалов. Опрашивают технических работ-
ников рудника об истории строительства карьера, условиях его
эксплуатации во времени, развитии различных инженерно-геоло-
гических явлений.
При непосредственном рекогносцировочном обследовании
карьера фиксируют, записывают в дневниках и наносят на план
.............	.^„М1„чс.	п	горных работ распространение пород различных инженерно-пет-
висимости влияния на устойчивость поплч^пячп ПИ’ °UeHKa рографических типов, условия их залегания, выдержанность по
горно-технических Аяктлплп.^.Hb“ природ) простиранию, инженерно-геологические особенности (текстура
пород, тектоническая нарушенность, трещиноватость, зоны дроб-
ления и пр.), различные водопроявления (выпоты, высачивание
- , —r;..	maivpna,jutl, 1 мекмцихгя	В°ДЫ, струйные выходы), развитые инженерно-геологические яв-
аркшеидерской службах рудников- б) обсче В геологическо'1 гения, признаки их интенсивности и приуроченность их к опреде-
горных выработок и бортов карьеров- в) поёт^аНИе п?ДЗеМ1 ле1,ным типам пород, уступам карьера, обводненным участкам,
а поведением пород.	’	овка наблюде! трещиноватым зонам. Фиксируют мощность коры выветривания
„„„„₽и изУчении опыта подземных гоппк,»	-	1 характер слагающих ее пород.
следующую геолого-мапкшейпАпс^ Р работ «*ира* L ..
екяи паспорт шахты, планы^оТых^ абс °Кументацию: геологи § 4 бурение ннженерно-геологическнх скважнн
1а*’ журналы 11 акты регистрации возншинпшхЗЛ1жИЫХ г0риз	Под инженерно-геологическими понимают те буровые скважи-
ыработок н пород их почвы в кров in ( П1, ? ^О,’МИ1'НЙ 1 НЫ’ Кот°рые служат для инженерно-геологического изучения по-
дения о водоот-i РОД ^месторождения {20]. В них проводят подробную инженерно-
теологическую документацию пород и инженерно-геологичес.
опробование.
При разведке рудных месторождений для получения
нерно-геологической информации необходимо максимально
пользовать геологоразведочные скважины, т. е. скважины, г
г;-г -
..J объяснить наличием трещиноватости или закарстованности
__роД.
Кроме того, в скважинах следует проводить гидрогеологиче-
ские наблюдения (за вскрытием водоносных горизонтов, коле-
баниями уровней воды, химическим составом вод, их температу-
рой н пр.), а также применять геофизические методы изучения
пород.
$ 5. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ СКВАЖИН
И ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК
I птносительную скорость бурения по разным породам. Дан-
обэтой скорости позволяют судить о буримости пород и их
КреГ1ГпрОвалы бурового инструмента, свидетельствующие о тре-
_______________________________________ _________, - натостп разрушенности нлн закарстованности пород, глуби-
назначенные в основном для выявления и оконтуривания ’п'< и, 1Ц,1“° провалов, интервалы, где буровой инструмент погру-
ного ископаемого. Особенно это относится к разведке глубок иу „ся в породу под действием собственной массы (что, напри-
горизпнтов месторождений, когда стоимость бурения скв? может указывать на наличие в породах полостей, заполнен-
весьма значительная. Например, при изучении йнженсрно-ге< S пых пыы вторичным материалом);
гических условий глубоких (до 1200—1500 м) горизонтов хр гГпотеря промывочной жидкости при бурении, которые мож-
товых месторождений на Южном Урале и железорудных мес бт.____________ о«тгав«1 тпешм-новятости или закапстованности
рождений Кривбасса использовались юитиимо развез Г,™,и
ные скважины. Точно так же для инженерно-геологической «х-	"
рактеристики массивов пород должны использоваться горнор
ведочмые выработки (если их проходят при разведке место* 
дения).	г	’
Бурение скважин в местах намечаемой проходки шахтг
стволов, квершлагов и других горных выработок осуществляе
для обоснования конкретных проектных решений, относится
проектно-изыскательским работам, которые следуют за ра.
кой месторождений.
Количество инженерно-геологических скважин вследо 
разнообразия условий залегания рудных месторождений не
жет быть строго регламентировано. Так как оно в значительна
мере зависит от объемов намечаемого опробования, следует и
пользовать некоторые рекомендации, содержащиеся в § 7 даю
главы.	’
Из общего числа -инженерно-геологических скважин прим
но 25—30% должны приходиться на предварительную разве
остальные—--на детальную разведку.
_При намечаемом открытом способе разработки месторож
ний часто требуется выявлять мощность и состав рыхлых вскр
ных пород и инженерно-геологические свойства пород коры i
ветривания. Рекомендации по выбору местоположения инжен
но-геологических скважин, их количеству, конструкции и режгм
бурения приведены ниже.
Важной характеристикой пород, получаемой при бурее
скважин, является процент выхода керна. Его определяют пуч <
сопоставления длины поднятого керна и интервала прохо.
скважины. При малом проценте выхода керна следует выяви-
причины этого: зависят потери керна от технологии бурения i
являются следствием трещиноватости, раздробленности или	- ——.........---------- —~------ г- . .	-
карстованностн порог При проходке скважин нужно Фикси"  ПОР°Д; оиа заключается в изучении структуры и текстуры пород,
ватЬ'	'	13 rT₽n₽wir изменения повод. тре-
а) устойчивость пород в стенках скважин (интервалы глу
ны скважин, в пределах которых при подъеме и опускании бу
вого инструмента отмечается сжатие стенок скважин, и вр'е«
появления такого сжатия):
52
Документация пород по керну скважин
Большую часть рудных месторождении развсдуют преимуще-
ственно буровым способом, поэтому важное значение имеет ин-
женерно-геологическая документация пород по керну, так как он
при этом является основным и иногда единственным источником
инженерно-геологической информации. Месторождения рудных
полезных ископаемых могут быть приурочены к магматическим,
метаморфическим или осадочным комплексам пород, вследствие
чего породы отличаются по составу, структуре и текстуре. Одна-
ко в целом методика полевого изучения и документации керна
для всех типов пород близкая.
В дополнение к геологической документации, в которую вхо-
дит изучение состава пород и руд, мощности пластов, возраста
отложений и т. д., осуществляют и инженерно-геологическую до-
кументацию пород с целью изучения факторов, которые будут
влиять па инженерно-геологические условия отработки место-
рождений.
Инженерно-геологическую документацию керна скважин про-
изводят в интервалах выделенных петрографических разностей
~ 222	...... ч_, 2—2 , т,	пПпПгт,
характера вторичных процессов и степени изменения пород, тре-
щиноватости, зон рассланцевания, дробления, смятия. Кроме то-
го. при изучении керна анализируют его состояние, связанное
с технологией бурения и состоянием пород: процент выхода, кус-
коватость и др.'
Структуру пород описывают макроскопически с ввделени
зернистой (крупно-, средне- и мелкозернистой), чешуйча
(пластинчатой), аморфной, сливной и других ее разновидност
При описании текстуры пород различают: массивные, слоистц
плойчатые, сланцеватые и другие текстуры. Слоистые текстуш
по мощности чередуемых слойков делится на тонко-, средне
грубополосчатые. Необходимо фиксировать характер контак-
пластов, слойков. форму плоскостей раздела, а также угол г ।
делил слоев по отношению к оси керна.
Отмечают вторичные изменения — окварцевание, ороговлк
ванне, карбонатизацию, каолинизацию, оталькование, серици
зацию, хлоритизацию, выщелачивание и т. п., различно влия
щие иа свойства пород.
По керну скважин фиксируют зоны рассланценания, брею
рования и дробления пород (которые в общем являются тектот
ческими зонами), наличие зеркал скольжения, глинки трещ
перетертого милонитизированш о материала, степень их про?
ления, мощности и приуроченность к определенным частям р;
реза и разностям пород. Особое внимание при документаг
керна обращают на трещиноватость пород, ее качественную
количественную характеристику.
Качественная оценка трещиноватости базируется на даннт
о структурно-тектоническом строении района месторождения
производится с целью увязки общих закономерностей трещин
ватости пород с геологическим строением, тектоническими нг;
шениями и т. п. и включает определение генезиса трещин, i
морфологии, наличия и состава заполнителя. Количественн.
оценка заключается в определении пространственной ориеят
ровки систем трещин, степени трещиноватости пород, изменен1
трещиноватости по площади и с глубиной.
По генезису выделяются трещины литогенетические, тектон
ческие, экзогенные и искусственные.
Литогенетические трещины связаны с процессами осадкоо •
разевания, среди них можно выделить трещины напластования
отдельности. Последние в керне ориентированы в общем перпе).
дикулярно слоистости. Лктогенетические трещины открытые, з.
полнитель в них зачастую отсутствует, поверхности стенок изм
йены слабо, ровные, слабо шероховатые.
На основании представлений об общих принципах образов;
ния тектонических трещин последние делятся на трещины ск;
лывания и отрыва. Трещины скалывания преимущественно пр;
мояинейные, часто имеют сглаженные, притертые поверхностг
иногда с зеркалами скольжения, открытые или закрытые. Пр;
тертые поверхности трещин нередко представлены пленкой з.
полнителя. Чаще всего трещины скалывания содержат заполю
тель: хлорит, карбонаты, кварц, рудные минералы, тальк, кае
лнн, перетертый, измененный материал самих пород (глинк
трения). Трещины отрыва обычно имеют неровные, бугристые
54
рпхностн. слегка измененные, заполнитель часто отсутствует
Яо разрушен при бурении).
V При описании керна следует фиксировать мощность заполни-
я *н еГо влияние на прочность пород в керне. Например, запол-
ен •’ трещин кварцем и карбонатом обычно вызывает упрочне-
Вце пород. Изучение морфологии поверхностей трещин, матери-
а щ заполнителя и его мощность позволяет оценить влияние тре-
„ „|,»атости на прочность массива пород.
Тек онпческис трещины могут иметь самую разнообразную
опр»нт1>'''5вку. Иногда тектонические трещины совпадают с лито-
ген» гачсскими (например, по наслоению), если по ним происхо-
дили тектонические подвижки. Эти трещины имеют непосредст-
венную связь с геологическими структурами и тектоническими
нарушениями района. Часто представляется возможным выде-
лять несколько систем трещин первого, второго и других поряд-
ков по отношению к основным тектоническим нарушениям. С тек-
тоникой района и структурами связан также кливаж, представ-
ляющий систему мелких параллельных трещин, распространен-
ных преимущественно в .пределах одного слоя.
Определить пространственную ориентировку тектонических
трещин по керну .возможно лишь в случаях, когда породы имеют
спокойное, мовоклинальное залегание; в большинстве же случа-
ев при наличии складчатых, сложно дислоцированных толщ по-
рот такую пространственную ориентировку определить крайне
сложно. Поэтому необходимо фиксировать положение трещин по
отношению к осн керна и с юистости. По отношению к слоисто-
сти можно выделить поперечные, продольные и диагональные
трещины. В отдельных случаях производят отбор ориентирован-
ного керна [21].
К экзогенным трещинам относятся трещины выветривания.
Искусственные трещины, возникающие под воздействием горного
давления и взрывных работ, вскрываются скважинами, пробу-
ренными в зоне ведения горных работ. По керну такие трещины
фиксируются .плохо. Как трещины выветривания, так и искус-
твенные трещины в значительной мере развиваются по каправ-
тениям литогенетических и тектонических трещин.
При документации и особенно в процессе обработки данных
по трещиноватости выделяют системы трещин по генезису, ори-
ентировке и т. д., их количественные соотношения.
Из различных существующих количественных оценок степени
трещиноватости пород по керну целесообразнее всего определять
модуль трещиноватости — количество трещин, приходящихся на
I лог. м керна данной петрографической разности или пачки
(слоя) пород, как общий, так и отдельно для трещин различного
генезиса, ориентировки (систем трещин) и т. д. Важно опреде-
лять также мо туль трещиноватости для трещин, которые ослаб-
ляют массив, — открытые, без заполнителя или со слабым вывет-
Редым, разрушенным заполнителем.
Для более полной инженерио-геологнческой характеристц
пород и разреза в целом необходимо использовать также дапч, пород, т. е. скорость проходки .скважин по определенным
по проценту выхода керна и его кусковатости.	Т"*Г^афическим разностям пород; б) провалы бурового инстру-
Процент выхода керна характеризует изменения свойств , ИеТ^я ичя интервалы его погружения в рыхлые породы под деи-
род, а также .их трещиноватости по разрезу. Этой пели служи м „рМ собственной массы; в) характер циркуляции промывоч-
оценка кусковатости— числа столбиков и обломков породь -жидкости и .интервалы ее полного поглощения; г) места при-
"Р“ СУР«""-
Пци изучении закарстованиых пород в керне скважин фикси-
кавернозность, разрушенность пород в связи с выщелачива-
р- присутствие заполнителя карстовых полостей (его состав
ч'свойства) и его мощность [1]. Закарстованность пород опреде-
ляют для каждой литологической разности растворимых породи
1 11	---— ™ опоЛ	djMKrUnVKYr ППОПСНТ
т
357
476	Скв.35!-
\ ^послеживают по всей глубине скважины. Фиксируют процент
--- обшей закарстованлости пород (включающей открытые и запол-
___________________\	ооиапгтпв^нипгти (яняЮШИР ПОЛП-
। oOUIEiraanapv---------- v-------	- —	,
ленные полости) и активной закарстованности (зияющие поло-
сти).
Документация горно-разведочных выработок
При обследовании горно-разведочных выработок (штолен,
шурфов, разведочных шахт) отмечают и изучают в основном те
же вопросы, которые рассмотрены в методике документации кер-
на скважин.
Основными задачами обследования горно-разведочных выра-
боток являются:
а)	выявление геологических факторов, определяющих поведе-
ние рудовмещающих пород и руд в горных выработках, изучение
закономерностей проведения этих факторов и их взаимосвязи;
б)	характеристика инженерно-геологических явлений, возни-
кающих в зоне горных работ, и их интенсивности;
в)	установление критериен устойчивости пород при обследова-
нии горных выработок, которые могут быть использованы для
прогнозной оценки их поведения на разведуемых горизонтах при
Рвс. W. Графики кусковатости {длины столбиков керна в см) пород в кер>-
скважии
изучении керна разведочных скважин.
Обследованию должно предшествовать изучение геологиче-
ских паспортов и погоризонтвых планов горно-разведочных вы-
работок, журналов, документации штолен, шурфов и других
выработок, актов о деформациях пород и пр.
При инженерно-геологическом обследования выработок опи-
сывают породы, их состав, чередование, структуры, текстуры,
условия залегания, формы отдельности, контактные участки, ха-
рактер стенок и кровли выработок. Большое внимание должно
уделяться всем видам поверхностей ослабления (особенно тре-
щиноватости). Сюда относятся поверхности напластования, слан-
цеватости, тектонических нарушений и трещин, поверхности кон-
тактов между самими вмещающими породами и контакты вме-
щающих пород .и рудных залежей. Изучение поверхностей ослаб-
ления и форм отдельности позволяет дать оценку блочности по-
Р°Д маосива, от которой зависит устойчивость пород.
/ — иитервалы неустойчивых пород. 2—интервалы поглощения 3 —зоны дробления
1 пог. м керна. Кусковатость определяет и состояние монолита с
ста массива пород, и их расслоение — способность делиться п-
поверхностям ослабления (напластования, сланцеватости, по тр<
щинам). Для изучения сопротивляемости пород процессам вы-вш
ривания необходимо ставить наблюдения за расслоением поре
в керне в течение промежутков времени — через 7, 15, 30 дне<
На рис. И приведен пример использования кусковатости пс
род для выделения наиболее ослабленных участков в разрезе.
При документации керна следует отмечать формы разрушь
ния столбиков, легко или с трудом разрушается керн при удар
молотком.
Для более полной инженерно-геологической характеристик
пород при бурении скважин необходимо также отмечать: а) 6}
56
57
При изучении зон тектонических нарушений отмечают их о I
ентнровки, мощность, строение, состав пород, степень их из энс месторождения, слоистость, протяженность и ширину их рас-
нения, наличие оперяющих трещин и зеркал скольжения пап крытия.
тих в направлении выработки (рис. 12)	Количественная характеристика трещиноватости заключается
в определении модуля трещиноватости и коэффициента трещин-
ной njCTOTHOCTH.	*
Модуль трещиноватости может быть линеиныи (число тре-
"t в породах на 1 пог. м выработки) или площадной (число
»Щ1Н на площадке в I м2). Для определения значения пло-
-w го модуля трещиноватости выбирают эталонные площад-
на которых тщательно подсчитывают все трещины. Эталон-
ные гдощадки (станции) выбирают в характерных частях раз-
иезз в зонах тектонических нарушений, вдали от последних,
учетом смены пород по разрезу и т. л. Таким образом выяв-
ляют картину трещиноватости, определяют зоны дробления, при-
ур»и«[ность их к определенным частям разреза, оценивают сте-
пень влияния трещиноватости на поведение пород в горных вы-
работках. Модуль трещиноватости определяют для каждой из
выделенных систем трещин. Наряду с этим фиксируют густоту
трещин каждой из выделенных систем, ширину (раскрытие) тре-
щин, протяженность их по стенкам и кровле выработок. Одновре-
меь.ю с определением площадного модуля трещиноватости на
эталонных площадках определяют и коэффициент трещинной
пу< tojboctii, представляющий отношение суммарной площади
трещин ко всей площадке. Отмечают также водопроявления
в горных выработках: обводненность горизонтов пород и отдель-
ных тектонических нарушений, крупных трешки, капеж.
При поучении закарстованности пород в подземных горных
выработках фиксируют и описывают карстовые формы (их раз-
меры, наличие заполнителя, связь с трещиноватостью и т. д.).
При обследованчн горных выработок описывают и изучают
инженерно-геологические явления (обрушения и сдвижения по-
_>од, вывалы, вынос рудного материала или заполнителя из кар-
стовых полостей и др.), а также их интенсивность в момент об-
следования и по опросным данным.
Выделение зон и поверхностей ослабления в породах
Достоверность выделения в породах зон и поверхностей ос-
лабления зависит от стадии и способа разведки (буровыми сква-
жинами или горно-разведочными выработками).
Для выделения зон и поверхностей ослабления на месгорож-
Рис 12 Зеркала скольжения в пес-
чаниках палеозоя (борт карьера
Хабаровский край, фото В. И. Кузь-
кина)
Как и при изучении керна скважин, в подземных гопны» в яеипЬ»- W---—L"------' 	.....
работках проводится изучение трещиноватости. TpeJS!^ Ж” ₽азвед>емых бурением, рекомендуются следующие спо-
кителя.1 Как л nn x₽n«v'^?Г^!^П^^^?С,_матеР.иалУ запс' а) инженерно-геологическая документация пород по керну,
при которой выделяются зоны гидротермально-’измененных пород
с низкими прочностными свойствами, участки раздробленных по-
род, поверхности расслаицевавия, трещиноватость и др.;
яп»£1 анализ Данных электрокаротажа (ГК, КС, ГГК) и кавер-
. ж	______Livnun, материалу зале
кителя. Как и по керну, выделяют системы трещин, исходя
их ориентировки по сторонам света и по отношению к слоис
сти, определяют их количественные соотношения.
Необходимо выделять трещины первого, второго и друг ;
порядков, учитывая региональные тектонические нарушения в р :
59
.Массовые замеры блочности позволяют выделить участки по-
L" с различной степенью раздробленности, что дает возмож-
LT11 более обоснованно провести прогнозную оценку пород по
fустойчивости.
г Документация .инженерно-геологических явлений в выработ-
[7, эждепии и степень влияния ослабленных зон на устойчивость
;в» ИЗУЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД
Жо ЕВЫМИ УСКОРЕННЫМИ МЕТОДАМИ
| । помощью .полевых ускоренных методов при изучении фнзи-
| ,) быстро производить приближенную оценку свойств пород,
Бп чьной механической обработки проб;
и) осуществлять массовые определения свойств пород повсе-
РНе еологическому разрезу в полевых условиях, а затем целеуст-
-ты пенно отбирать пробы этих пород для лабораторных исследо-
К.<м,
| •») выявлять особенности пространственного расположения
в) использование косвенных показателей, получаемых в
цессе бурения (процесс выхода керна, буримость, утечка суЖ,
вой жидкости, места провала бурового инструмента и др.); ™
г) опробование керна полевыми приборами.
Помимо трещин рекомендуется выделять и все те участки
породы раздроблены на обломки размером меньше диахп^Жа, дозволяет установить особенности их распространения на ме-
керна. Дальнейший анализ данных по выходу керна, мо цкдепим н степень «лчяяия лгляЛяеяиых чпн ня угглйчипость.
трещиноватости, буримости и кривым злектрокаротажа ii.iSof
ляет наиболее достоверно выделить тектонические зоны др
пня и участки повышенной трещиноватости пород. Выделе «я
зоны ослабления используют при прогнозном районировании^
сторождения по устойчивости пород.	_
Более падежному выделению ослабленных зон способствуй
использование наряду с указанными выше показателями резусе ..еханичсских свойств пород можно:
татов кавернометрии.	) быстро производить приближенную оценку свойств пород,
Для повыше-пия достоверности выделения ослабленных .зуясь несложным оборудованием, как правило, без лредва-
по категориям буримости эталонную коллекцию пород разве;	'*
мого месторождения можно проверить на приборе ПОАП-2.
Наличие массовых данных по проценту выхода керна н Gj
мости пород позволяет совместно с другими показателями Л
извести (или подтвердить) пространственную увязку осж ;-rt
зон ослабления на разрезах или картах месторождения. г^_
выделения зон ослабления, особенно на месторож дениях со с. < Лм >Д с различной прочностью, что важно при инженерно-геоло-
ным геологическим строением, необходимо производить совм«Я1< ..—	г.»п«т
ный анализ данных инженерно-геологической документации.
венных показателей и результатов опробования керна поле лЖг
приборами.
В случае выделения крупных зон ослабления, например п*
ных разломов, рекомендуемые полевые приборы позволяют
тализировать эти участки в направлении максимальной изм -ч^Л
вости, т. е. вкрест простирания тектонических нарушений. I
Выделение ослабленных зоп в породах, вскрытых горле.------------- ---г- , - -
ведочньтми выработками, производится на основе.- а) выявле^Л4 меняется и при инженерно-геологических исследованиях,
в выработках участков пород с различной степенью раздроб.^^ Г1------- ------*' —"------""
ности (или блочности); б) документации инженерно-геолыич
ских явлений (вывалы, обрушения и т. д.), возникавших в nw
ботках; в) массового опробования пород полевыми приборе
Для выделения зон ослабления рекомендуется испольэ>в!
предложенную С. В. Николаевым типизацию пород по стеь
раздробленности, где в качестве ведущего классификациошш
признака принят средний размер блока, ограниченного пов.-1
постями ослабления:
50—200
10—50
I—10,,
блочность очень крупная — более 200 см
„	крупная —
„	средняя —
,,	мелкая —
„ очень мелкая (тонкая) —менее 1
Кгском районировании рудного поля.
Имеется ряд полевых методов для изучения связных и несвяз-
U пород: изучение пород в массиве с помощью крыльчатого
жуирования -и прессиометрии, опробование пород микролепе-
гетрами, изучение прочностных свойств с помощью специаль-
W полевых прессов и пр. Ниже рассматриваются некоторые по-
ые методы для изучения скальных п полускальных (пород,
г Метод определения прочности пород с помощью эталонного
h-t-гка был разработан для оценки прочности бетона, но часто
I Прочность горной породы определяется по величине отноше-
1Ь диаметра отпечатка шарика, вдавливаемого в породу (4>бр),
I Диаметру отпечатка, получаемого одновременно в эталонном
кржне (dBT). Результаты исследований позволяют разделять
гЧ'оды на группы, характеризующиеся различной прочностью
Р® ’ример, пород с различной степенью вторичных изменений).
I Данный метод применим для самых разнообразных пород
[Широким диапазоном прочностных свойств. Для разных пород
►пользуется набор различных эталонных стержней.
L Ча Рис- 13 приведен график (по результатам исследований
г-сГИНГЕО) зависимости между пределом прочности при сжа-
Г’1 и показателем прочности, определенным эталонным молот-
I Для пород с ясно выраженной анизотропией (преимуществен-
г° °садочных) следует проводить испытания как перпендикуляр-
61
Рис. 13. График зависимости между
пределом прочности пород при сжа-
таи и показателем прочности, опреде-
ленным эталонным молотком (для
изотропной породы)
Рнс. 14. График зависимости между показателем прочности пород опреде.
ной эталонным молотком, и пределом прочности при сжатии (анизотрои
порода)
и параллельно слоистости (или другим текстурным осо
,0> тагтЯЗд). На рис. 14 приведены графики тех же зависимостей,
5еННяеленных с учетом анизотропии для аргиллитов золоторуд-
’"ЙЖжфожления Якутии.
°ГКонтактную прочность рекомендуется определять по методи-
азработанной в ИГД им. А. А. Скочинского [24. 25]. Методи-
' заключается в испытании образцов породы путем вдавлива-
43 твердосплавного штампа в необработанную с естественной
"'ооховатостью поверхность образца. Регистрируемой величи-
ой прп испытании является усилие, необходимое для образова-
ния лунки выкола.
Показатель контактной прочности (Р) рассчитывается по
формуле

je р — показатель контактной прочности, мПа: п—число заме-
,юв; р—данные одного замера, мПа.
Этот метод наиболее применим для изучения сравнительно
чалопрочных пород (до 30 мПа).
Определение крепости пород методом толчения. Осно-
вой этого метода является положение о пропорциональности
объемного выхода мелких фракций дробимой породы от ее кре-
пости. Этот метод определения [23] служит для приближенной
оценки прочности пород (временного сопротивления разрыву и
сжатию), без дорогостоящих лабораторных испытаний. Опреде-
ления ведут на приборе ПОК.
В ИГД им. А. А. Скочинского И. Г. Ищук и Б. Н. Аболенским
предложен более усовершенствованный прибор ПОК-2, сущность
которого заключается в пропорциональности объемного выхода
мелких фракций дробимой породы и се крепости.
Прибор (рис. 15) состоит из стабилизирующего стакана 1, на
2/3 высоты заполненного стабилизирующим материалом. Таким
материалом может быть слой резилы марки 95 толщиной не ме-
пее 60 мм или какой-либо другой материал, сохраняющий посто-
янными упругие свойства. В стакан свободно входит, опираясь
дном на стабилизирующий материал, загрузочный стакан 2. С по-
следним соединяется направляющая труба 3. В загрузочный ста-
кан помещают взятую на глаз порцию испытуемой горной ПО-
РОДЫ, которую затем измельчают падающим грузом 4, переме-
тающимся в направляющей трубе. Масса груза и высота сбра-
сывания сохраняются постоянными. Груз вверх поднимается до
Упора 5 с помощью тросика 6. Для фиксации груза в верхнем
положении имеется удерживающий шплинт 7. Так как стабили-
зирующий материал служит стабилизатором отдачи, вызванной
'Другими свойствами основания прибора, то степень измельче-
ния горной породы становится зависимой лишь от крепости по-
63
Рис. 15. Прибор для оп-
ределения крепости гор-
ных пород
/—стабилизирующий стакан-
2 — загрузочный стакан; 3 —
направляющая труба; 4 —
падающий груз; 5 — упор,
б — тросик; 7 — удерживаю-
щий шплинт
сладней. Измельченную горную породу просеивают через oht&
с постоянными размерами ячеек. Прошедшую через сито мелоч
замеряют и по ее объему устанавливают коэффициент крепости
По результатам исследований на ме-
таморфических породах построены грд.
фики сопоставимости крепости пород, по.
лученной данным методом и по расчет
ной формуле М. М. Протодъяконова ([==
—ГРаФик (рис. 16) позволяет на-
ходить величину прочности на сжатие по
результатам определения крепости пород
описанным методом. График (рис. 17)
показывает сходимость результатов оп-
ределения прочности на сжатие и крепо-,
сти пород.
Определение хруп ко-пластине |
ских свойств пород методом повторных)
ударов заключается в измерениях мест !
него контактного упрочнения или разру-
шения при повторных динамически.'
вдавливаниях бойков со сферической ра
бочей поверхностью. Прибором для ис
пытания служит склероскоп Шора.
Для испытаний используют образцы,
имеющие две параллельные друг другу
отшлифованные поверхности: диски из
кернового материала, плоскопараллель-
ные пластины любой конфигурации в
плане, высотой от 1—2 см и более. Бо_.
постоянной массы, оснащенный алмаз-
ным или твердосплавным индентором со
сферической рабочей поверхностью,
сбрасывается с определенной высоты на
поверхность испытуемого материал
Высота отскока фиксируется после пер-
вого соударения и характеризует дина-
мическую твердость (Л|).
Далес в то же самое место боек сбр~
сывается вторично, в третий раз и т. л
Высота отскока при этом изменяется. Ко-
личество ударов в одну точну может ко-
лебаться от 5 10 до 20—40, в зависим*
сти от свойств материалов и харзкте[
местного разрушения.
Когда высота становится стабильной или начинает колебаты
с незначительными отклонениями от некоторой средней вели-
чины, повторные удары прекращают.
64
Рис. 16. График зависимости меж-
ду прочностью пород при сжатии
и показателем крепости пород
Рис. 17. Сопоставимость величин
крепости пород, определенных экс-
периментально и путем расчета
16. Зависимость между хрупко-пластическими показателями, твердостью
и упругостью
завитоиды: 2 — габброиды: 3 — диабазы, базальты, андезиты, порфириты 1— ро
 песчаники алепролиты
Показатель хрупкости KyaJi определяют по изменению высоты
отскока (в сравнении с ее начальным значением)
100®<
где Ппр — высота отскока после первого удара, м; п — наиболь-
ший (наименьшая) высота отскока после повторных ударов, м.
В случае Н|>Пщ> материалы характеризуются хрупкими свой-
ствами, при Л|<«пр—пластичными.
Научной основой этого принципа оценки поверхностных хруп-
копластических свойств горных пород и минералов в условиях
местного динамического разрушения является эффект контактно-
го уплотнения— разрушения при повторных приложениях на-
грузки, проявляющийся по-разному в твердых телах, отличаю-
щихся по степени хрупкости и пластичности. Метод применим
главным образом для крепких пород.
В ИГД нм. А. А. Скочинского Г. С. Сенатской н др. были
сопоставлены результаты определения пластичности методом по-
вторных ударов и известным методом вдавливания штампа (по
Л. А. Шрейнеру) для пластичной породы (аргиллита, мрамора),
умеренно-пластичной (песчаника с карбонатно-гл инистым цемен-
том) и хрупкой (кварцита)
Построенные кривые (рис.
18) показывают, что эти ме-
тоды вполне сопоставимы,
но учитывая, что метод
вдавливания штампа более
трудоемкий и требует пца
тельной подготовки образ
цов, его вполне можно за ме-
нять методом повторных
ударов.
Определение прочности
пород на полевых прессах
Для изучении ослаблен-
ных пород (с прочностью на
сжатие до 30-10® Н/м2) ре-
комендуется стандартный
гидравлический пресс с осе-
вым усилием 4 тс (рис. 19).
Во ВСЕГИНГЕО примени-
Рис. 19. Полевой гидравлический пресс
овределелия прочности на разрыв (по
методике Койфмаяа)
тельно к работам в полевых условиях он был значительно усо-
вершенствован. Были установлены приспособления для испыта-
ний по методике М. И. Койфмана, а также система червячных
передач (для повышения точности и качества отсчетов при при

июжснии нагрузки). Отсчет при испытаниях производится по си-
стеме индикатор-динамометр, установленному в корпусе пресса
(он рис. 19). Применение данного метода возможно в геолого-
Кавведочных организациях, имеющих дисковые пробоотборники
[(служащие для технологического опробования). Для резки кер-
на скважин могут быть использованы токарные станки.
	Метод является ценным, так как позволяет определять свой-
ства ослабленных пород без дополнительной транспортировки и
(ранения.
$ 7. ОПРОБОВАНИЕ
	Под инженерно-геологическим опробованием понимается ком-
^лскс последовательных операций по измерению или определе-
нию состава, состояния и свойств пород с требуемыми точностью
« надежностью [8]. Ниже рассматриваются входящие в этот ком-
В®лекс работы: выбор точек опробования в плане и в разрезе
| месторождения; определение количества необходимых проб по-
|ро на основе математического анализа и отбор проб пород.
	Выбор точек опробования при разведке месторожде-
ний устанавливается с учетом пространственной изменчивости
Геологической обстановки и определяется:
	а) количеством инженерно-петрографических типов пород,
выделенных в разрезе месторождения;
| б) структурно-тектоническими особенностями месторождения
I элементы геологических структур, глубина залегания рудных
з» лежей и их форма, тектонические нарушения, трещиноватость
|»^род И др.);
I в) степенью влияния различных инженерно-петрографических
Особенностей (состава, текстуры, структуры, вторичных измене-
ний).
I В § 2 главы П1 рассмотрены основные типы структурно-тек-
тонических типов рудных месторождений. В соответствии с этими
типами можно установить некоторые особенности пространствен-
ного расположения точек опробования.
I 1. Месторождение локализуется в горизонтальнозалегающих
1 породах. При этом осноняое число проб отбирают на участках,
содержащих крупные ослабленные зоны. Наибольший интерес
Ъля опробования имеют те скважины или горно-разведочные вы-
работкг., которые пересекают максимальное количество инженер-
Ию-петрографических типов пород, выделенных в разрезе место-
Кюж дения.
I 2. Месторождение локализуется в породах, имеющих моно-
 кливальное падение. При открытом способе разработки место-
рождения основное количество проб отбирают на участках, где
I породы, а также имеющиеся в них поверхности и зоны ослабле-
| Ния падают в сторону предполагаемой выемки пород. В случае
 Же намечаемой подземной разработки месторождения — на участ-
5*
67
ках наиболее частого переслаивания петрографических типов по-
род.
3.	Месторождение локализуется в простых по строению анти-
клинальных складках. В качестве основных для инженерно-гео-
логического опробования выбирают участки, на которых породы
наиболее интенсивно смяты в складки ц где крылья антиклиналь-
ных складок падают под пологим углом (20—30°) в сторону на-
мечаемых горных работ. Такими участками служат крылья скла-
док, где наблюдается разрядка естественных напряжений. Н;
этих участках породы обычно наиболее интенсивно разбиты тре
щинами, являющимися одним из факторов активного наложения
вторичных процессов, часто весьма существенно снижающи?
прочностные свойства пород.
4.	Месторождение локализуется в простых по строению син-
клинальных складках. Основные закономерности при выборе уча-
стков первоочередного опробования остаются теми же, что и в
предыдущем случае.
5.	Месторождение локализуется в сложных интенсивно смя-
тых антиклиналях и синклиналях. Максимальное количестве
проб отбирают в зонах наиболее интенсивного смятия пород,
а также на участках интенсивной трещиноватости пород, часто
приуроченных к зонам разрядки напряжений.
6.	Месторождение локализуется в тех же складках, осложнен-
ных тектоническими нарушениями. Основное внимание в этом
случае уделяется зонам дробления, смятия и рассланцевания,
приуроченным к тектоническим нарушениям, а также участкам,
в пределах которых тектонические нарушения падают в сторону
намечаемых горных работ (особенно открытых). При опробова-
нии скальных и полускальных пород решают следующие задачи:
а)	установление характера изменчивости с помощью мегодов
математической статистики;
б)	определение числа проб, необходимых для сокращенного
комплекса лабораторных испытаний, т. е всех выделенных ин-
женерно-петрырафических типов пород;
н) определение числа проб, необходимых для полного комп-
лекса лабораторных исследований, т. е. основных инженерно-пет-
рографических типов пород.
Математико-статистическая обработка результатов опробова-
ния проводится по инженерно-геологическим элементам [26].
Выделение инженерно-петрографических типов производится
на первом этапе опробования, т. е. когда одновременно с инже-
нерно-геологической документацией проводят массовое опробо-
вание пород скоростным полевым методом. Объединение выде-
ленных при разведке петрографических разновидностей в инже-
нерно-петрографические типы определяется сходными структур-
но-текстурными особенностями и физико-механическими свойст-
вами пород.
68
Рис. 20 Гистограмма и кумулятив-
ная кривая прочности пород (слан-
цев), определенной эталонным мо-
лотком (месторождение Сутар-
По данным массовых замеров прочности, полученным, напрн-
мер, эталонным молотком (см. § 6 данной главы), определяют
1 гносительный обобщенный показатель прочности для данного
ГЖенерно-петрографического типа.
Определение количества проб. Чтобы можно было
зределять количество проб методом доверительных пределов,
музеряют нормальность распределения данного показателя. Для
того строят гистограммы распределения или кумулятивные кри-
рле (рис. 20) и находят матема-
ическис статистики (показатель
бримметрии, показатель эксцес-
К, абсолютное отклонение), ко-
й&рые отвечают определенным
вечовиям при нормальном зако-
не распределения [27]. Обоб-
щенным показателем, характери-
зующим весь инженерно-петро-
графический тип по взятому па-
раметру. может являться сред-
нее арифметическое.
Коэффициент вариации и
хвадратичное отклонение, необ-
ходимые для расчета количества
зроб по методу доверительных
пределов (например, в нашем
Случае при опробовании эталон-
ным молотком), получаем по 7—
15 замерам (в зависимости от типа пород), где коэффициент ва-
риации колеблется обычно в интервале 5—15%
То, что в статистике называется выборкой, получаем, взяв
значение параметра прочности, определенного эталонным мо-
лотком ио инженерно-петрографическому типу. Пусть таких зна-
чений будет 7V. Тогда обобщенное значение параметра Х= -•
где X—среднее арифметическое. Следует помнить, что получен-
ное значение среднего арифметического по инженерно-петрогра-
фическому типу приблизительное, так как исследуется не гене-
ральная совокупность событий, а ограниченная (7V— число чле-
нов) .
Минимальное количество лабораторных и полевых .испыта-
ний горных пород определяется в процессе обработки результа-
тов массового полевого опробования, расчет при этом произво-
дится с заданной точностью и вероятностью.
В качестве примера определения необходимого числа проб
для лабораторных испытаний приведем расчеты, проведенные по
результатам массового полевого опробования горных пород эта-
и 13
69
лонным молотком на месторождении Сутарское (Дальний Во-
сток).
Например, на первом этапе исследований на месторождении
были выделены четыре инженерно-петрографических типа: слан-
цы, известняки, доломиты -и руда. По этим инженерно-геологи-
ческим типам сделана выборка по показателю прочности, опре-
деленной эталонным молотком. Всего выборка имеет 750 заме-
ров. Из них 550 по сланцам. При обработке результатов полу-
чены обобщенные показатели прочности по каждым восьми за-
мерам, т. е. выборка сократится и будет равна 70 замерам.
Построив графики распределения (см. рис. 20) и определив
основные статистические характеристики [29] и условия, при ко-
торых они удовлетворяют нормальности распределения, можно
рассчитать количество проб.
Итак, имеется выборка из 70 значений обобщенного показа-
теля прочности, для которой подсчитаны основные статистиче-
ские характеристики. Задаемся вероятностью 0,9, так как точ-
ность метода (0,05) -позволяет это сделать. Полученные статисти-
ческие характеристики соответственно: среднее арифметическое
Л’=0,86, среднее квадратичное отклонение т=0,069, количество
членов в выборке N=70
Если нас удовлетворяет наиболее низкая из существующих
вероятность (0,9; 0,95; 0,99; 0,999), равная 0,9, то при точности
метода А=0,05 показатель точности будет
Рх
Д-100
0,05-100
0,86
= 5,89».
т. е. необходимое число проб по выделенному инженерно-петро-
графическому типу
р-т®
где t — нормированное отклонение, равное 1,65 при веровтности
0,9; Л — точность метода 0,05; тШах— максимальное выражение
квадратичного отклонения
Ъ„=*4-Д-.
где Ат — величина максимального отклонения.
* '	2,72-0.00о	,, гулЛп.
= -2N - 2-70 “ °’00095
Л, = 0,03,
тогда тша1 — 0,0694-0,03 — 0,099.
70
Таким образом, по инженерно-петрографическому типу коли-
чество проб
пд2.72-о^8и»._1О6	д!_0 0025.
Оно подсчитано при минимальном коэффициенте вариации
V=5%. Известно, что помимо желаемой надежности, которую
принимают заранее, число проб зависит от: литолого-генетиче-
I кнх особенностей пород; принятой методики ииженерно-геоло-
гического опробования; методики испытаний и применяемой ап-
паратуры.
Перечисленные факторы учитываются изменчивостью пород
млн коэффициентом вариации значений показателя прочности по
данной выборке При коэффициенте вариации, равном 20%, т. е.
при максимальной изменчивости
fi-V‘ 2,72-400 1СС
П^—Г— == " S.R ~ “= 1ЙЬ'
т. е. при максимальном коэффициенте вариации число испыта-
ний увеличивается от 106 до 188. Теперь, зная точность метода
опрсде тения прочности в лабораторных условиях, можно рассчи-
тать количество проб для лабораторных испытаний по данному
инженерно-петрографическому типу.
Второй этап опробования начинается с отбора образцов и
последующих лабораторных исследований. На этом этапе по ре-
зультатам лабораторных испытаний и определений эталонным
молотком строят картпровочные графики (см. рис. 13, 14). Это
позволяет при опробовании пород эталонным молотком получать
нс относите тьиые показатели, а количественную характеристику
прочности.
На этом же этапе уже по результатам лабораторных иссле-
дований более точно определяют необходимое количество проб,
после чего проводят второй цикл опробования.
Как показывает опыт, необходимое количество проб по вто-
рому циклу опробования всегда бывает больше. Это объясняется
тем, что в процессе лабораторных исследований выясняется
влияние на свойства пород их петрографических особенностей,
а для установления различных корреляционных зависимостей
часто нужны дополнительные испытания. Необходимое количе-
ство проб рассчитывается по описанной ранее методике, но уже
по результатам лабораторных определений.
Третий этап опробования заключается в полной обработке
результатов полевых и лабораторных исследований, в полном
анализе всех корреляционных зависимостей.
Существенное влияние ла установление качества проб оказы-
вает величина выбранной вероятности, а следовательно, и вели-
чина нормированного отклонения, определяющего выбранную ве-
роятность или вадежность.
Чтобы повысить надежность испытаний, необходимо повы-
шать точность метода определения показателя используемого в
расчетах количества проб.
Отбор проб пород. Способы отбора проб пород, их кон-
сервации и упаковки рассмотрены во многих работах [7, 22. 34,
37J, поэтому здесь приводятся лишь основные сведения.
Монолиты связных и несвязных пород отбирают с забоя сква-
жин с помощью грунтоносов. При этом для несвязных пород ре-
комендуется способ задавливания, а для плотных песчаных, пла-
стичных и полутвердых глинистых пород — способ обуривания
Пробы скальных и полускальных пород отбирают из керна сква-
жин. (При наличии горных выработок из них также отбирают
пробы порол).
Размеры проб скальных и полускальных пород: диаметр кер-
па более 42 мм, суммарная длина не менее 120 см, длина отдель
пых кусков керна не менее 10—20 см. Размер пробы (монолита
из 1 орлоразведочных выработок 20 x 20x25 см.
Для консервации пород применяют их парафинирование.
Керн (монолит) плотно покрывают слоем марли, пропитанной
смесью парафина с гудроном, и затем покрывают слоем этой
смеси толщиной 1—2 мм.
Отбор проб скальных пород, их консервация и подготовка
для лабораторных механических испытаний (выбуривание цилин-
дров, резка кубиков, шл.ифовка образцов, точность размеров и
т. д.) подробно рассмотрены С. В. Николаевым и В. И. Свешни-
ковым [31].
§ 8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Геофизические методы, как известно, широко применяют при
разведке месторождений для изучения геологического разреза,
оконтуривания рудных залежей, определения обводненности по-
род. Эти методы следует использовать и для и в женерно-гео логи-
ческой характеристики пород, что значительно повысит качество
и эффективность инженерно-геологического изучения разведуе-
мых месторождений.
Достоинствами геофизических методов является то, что они
позволяют изучать породы в условиях их природного залега-
ния — в массиве, причем регистрация измеряемых величия про-
изводится непрерывно, чем обеспечивается полнота наблюдений
за изменениями свойств пород.
В настоящее время геофизические методы достаточно хорошо
разработаны применительно к задачам изучения инженерно-гео-
логических условий различных видов наземного строительства,
а также инженерно-геологической характеристики пород, зале-
гающих на сравнительно небольших глубинах. По этим вопро-
72
сам имеется специальное методическое руководство [32]. В мень-
ищй мере изучены вопросы использования геофизических мето-
дов для инженерно-геологической характеристики массивов по-
I р.~д, залегающих на средних и больших глубинах и разведуемых
• глубокими буровыми скважинами.
В последние годы начата разработка вопросов интерпретации
еофизнческих методов, применяемых в глубоких скважинах при
«азведке каменноугольных месторождений. Так как утлевмещаю-
цими являются скальные и полускальные породы, то эта мето-
дика в значительной мере может быть применима и при изуче-
нии рудных месторождений. В специальных методических реко-
мендациях, составленных ДонбассНИЛ [33]. дана методика опен-
ки физико механических свойств пород по комплексу геофизиче-
«их измерений. Так, по данным электрокаротажа скважин, гам-
ма-каротажа, гамма- гамма-каротажа, естестве«ной поляризации
пород н кавернометрии скважин определяют прочность пород
при сжатии, объемную массу и пористость и менее точно — мо-
дуль упругости и коэффициент Пуассона.
' Л. В. Шаумян [34] описано применение геофизических мето-
дов для оценки физико-механических свойств скальных горных
эород. По сути дела, это первый опыт изучения рудного место-
юждения в скальных породах с применением геофизических ме-
тодов. Обращается внимание на то, что физико механические
свойства пород в значительной мере зависят от их минерального
юстава, структуры, текстуры, микротрещиноватости и вторичных
|ененпй. При помощи геофизических методов представляется
можным учитывать все эти факторы.
Комплекс геофизических исследований включал: а) сейсми
кое продольное профилирование па наземных профилях с
ью изучения распределения скоростей упругих волн в верхней
тн разреза и оценки упругой анизотропии пород в плане;
:ейсмнческое профилирование на продольных профилях вдей-
ующих горных выработках рудника для получения характе-
тик упругих свойств пород; в) сейсмическое просвечивание
вых массивов между двумя скважаяамл; г) сейсмический ка-
аж буровых скважин; д) ультразвуковой каротаж скважин,
«зучение керна тех же скважин для получения сравнительных
актеристик свойств пород.
Эти исследования позволили получить характеристики объем-
массы, прочности и упругих свойств пород, а также оценить
личие свойств пород, определяемых в образце и в условиях
гствениого залегания.
Выше (см. главу IV) отмечалось, что физико-механические
йства пород тесно связаны с их петрографическими особенно-
мн. Поэтому, выделяя различные петрографические типы по-
с различной степенью вторичных изменений, можно с по-
пью геофизических методов расчленять геологический разрез
73
скважин применительно к решению инженерно-геологических
вопросов.
Так, при изучении инженерно-геологических условий одного
из медноколчеданных месторождений, расположенного в зоне
контакта эффузивных пород с интрузивными, были выделены
различные петрографические типы пород с помощью электро- и
гамм а -ка рота жа.
На рис. 21 приведен геолого-геофизический разрез, где поми-
мо геологической колонки и кривых КС и ПС показаны модуль
трещиноватости и минеральный состав заполнителя трещин.
Изучение разрезов позволило дать физическую характеристи-
ку отдельных толщ пород и провести их дифференциацию по
электросопротивлению р (кажущемуся). Так, мощная толща вул
каногенных пород, вскрытых скважинами, представленная диа-
базами, диабазовыми порфиритами, амигдалоидами и нх туфами,
в зависимости от степени их изменения и трещиноватости имеет
различные показатели сопротивления (табл. 7).
Из рис. 21 и табл. 7 видно, что массивные слабо- и средне-
трещинояатые эффузивы обладают электросопротивлением р=
= 1500—1800 Ом-м, а петрографически близкие к ним среднетре-
щиповатые породы той же толщи, но измененные и сильно изме-
ненные, имеют р=800—1000 Ом-м, электросопротивление туфог
основных эффузивов не превышает 450—500 Ом-м. Среднетрс
щиноватые роговики по основным эффузивам имеют р=800-
1100 Ом-м, а окварцоваиные массивные роговики— 1500 Ом-м
Трещиноватые зоны почти повсеместно характеризуются ми-
нимумами .на кривой КС. Как показали исследования, проведен
ные ори документации керна, резкая изменчивость кривой КС
в зонах трещиноватых, катаклаза и милонитизации существеннс
зависит от минерального состава прожилков в этих зонах. Кварц
карбонатным и кварц-эпидотовым прожилкам соответствуют
максимумы на кривой КС, которые особенно выделяются при на-
личии сливного массивного кварца. Во всех случаях, где в тек-
тонических зонах наряду с кальцитом отмечаются гематкт и хло-
рит, удельное сопротивление резко падает, и на кривой КС про-
является минимум. Низкими электросопротивлениями (р =
= 125 Ом-м) характеризуются предрудные зоны, где содержание
сульфидов поднимается до 3—4%-
Большое применение находят геофизические методы при раз-
ведке месторождений полезных ископаемых, расположенных в
карстовых районах. В основе геофизических методов изучения
закарстованности пород по данным ВИОГЕМ [35] лежит исследо-
вание естественных и искусственных стационарных и нестацио-
нарных полей (электромагнитных, ядерных полей, упругих коле-
баний и т. д.). Наиболее эффективными геофизическими метода-
ми оценки закарстованности пород являются: при исследовании
с поверхности — ВЭЗ, профилирование. БКЗ; при исследованиях
из скважин — стандартный каротаж, НГК, БКЗ, микрокаверно-
71

76
метрия. акустический каротаж; при исследованиях из горных вы-
работок методы постоянного тока, переменного тока низкой ча-
стоты и ондометрические. Большое значение для выявления зон
|интенсивной трещиноватости и дробления пород имеет каверио-
I .летрия, дающая хорошие результаты даже в глубоких скважинах
(например, в Криворожском бассейне до 2000 м).
§ 9.	ИЗУЧЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОД
I Напряженное состояние пород можно изучать путем непо-
средственного его измерения, а также методами моделирования.
Как отмечается в работе МГУ [18], «изучение величин и
[распределения естественных напряжений в массиве пород неод-
[неродного строения представляет собой трудную задачу, что
[обусловлено: большим количеством действующих разнообраз-
ных геологических и строительных факторов, которые невоз-
можно полностью учесть при теоретическом обосновании экспе-
риментов, сложностью проведения лабораторных и полевых
опытов, для осуществления которых требуется выполнение
I большого объема подготовительных работ и, наконец, недостат-
ками существующей, а чаще отсутствием специальной необходи-
мой измерительной аппаратуры и приборов». Этим объясняется
то, что при разведке рудных месторождений изучение естествен-
ных напряжений в массиве пород до настоящего времени прак-
тически не проводилось. Главной причиной этого является от-
сутствие приборов для измерения напряжений в глубоких
разведочных скважинах. Поэтому непосредственно напряженное
1 состояние пород измерялось только в горных выработках и в от-
дельных случаях — в неглубоких скважинах.
Измерение напряжений в массиве провоцится: а) в относи-
тельной близости от подземной выработки, где породы нахо-
дятся под влиянием разгрузки, создаваемой этой выработкой,
б) в глубине массива, вне пределов разгружающего влияния
выработки.
В настоящее время наиболее разработанными и применя-
емыми в практике являются два метода измерения напряжений:
а) мегод измерения торцевых деформаций керна (метод
ВНИМИ) и б) метод измерения деформаций массива, разгру-
жаемого скважиной. Для применения метода измерений тор-
цевых деформации керна из горных выработок бурят скважину,
на забой которой наклеивают специальные датчики. Затем за-
бой обуривают коронкой большего диаметра, извлекают керн
с датчиком и снимают показания деформаций керна.
Для определения напряжений путем измерения деформаций
массива тщательно выравнивают и зачищают поверхность по-
род, а затем наклеивают датчики на стенку и почву выработки.
После этого выбуривают отверстие скважины или шпура, раз-
гружающего массив пород, и берут отсчеты по приборам, изме-
77
ряющим величину деформаций. Расчет напряжений ведут по
формулам теории упругости с учетом величин деформаций.
Существуют и некоторые другие методы измерения напря
жений, в частности с применением прессиометров, в рабочем
цилиндре которых находятся измерители деформаций пород
в скважинах. Однако методика их применения в разведочных
скважинах разработана недостаточно.
Применение методов моделирования для изучения напря-
женного состояния пород позволяет с некоторым приближением
судить о характере изменений напряжений в массиве пород под
воздействием полостей подземных горных выработок и при
вскрытии месторождений карьерами. Наиболее применимы для
этих целей методы эквивалентных материалов и оптические.
Выполняют их в научно-исследовательских организациях глав-
ным образом при проектировании горных работ.
§ 10.	ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПЕТРОГРАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ФИЗИКО-
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
Инженерно-петрографические исследования
Для инженерно-геологической оценки месторождения весьма
важно выделить основные петрографические типы породо, изу-
чить их распространение, характер чередования в стратиграфи-
ческом разрезе и границы перехода одного типа пород в другой
При изучении состава и строения отдельных петрографиче-
ских разновидностей выясняют минеральный состав, равномер-
ность распределения минералов в породе, наличие и состав це-
мента, вторичные изменения пород. Определение степени и
характера вторичных изменений пород имеет большое значение
для установления природы физико-механических свойств пород
и для выделения их инженерно-петрографических групп.
Для этих целей применяют обычные методы петрографиче-
ского изучения прозрачных шлифов под микроскопом. Описание
шлифов носит несколько специфический характер. Отвечающий
задачам инженерно-геологических исследований. При инженер
но-петрографических исследованиях в шлифах изучают:
а)	минеральный состав (содержание основных породообра-
зующих минералов в %);
б)	цемент (основную массу), его состав (в %), тип цемента,
характер заполнения им межзернового пространства;
в)	характер и степень вторичных изменений, особенно нали-
чие ослабляющих породу глинистых, слюдистых, хлоритовых и
т- п минералов, развивающихся по породообразующим мине-
ралам и основной массе;
г)	структурные особенности пород (размеры, форму, взаимо-
отношения отдельных зерен, а также зерен и цемента);
78
д)	текстурные особенности (характер неоднородности поро-
ды, степень ориентированности отдельных структурных элемен-
тов, сланцеватость, флюидальность, пятнистость; уточняют тип
слоистости, определенный при макроскопических исследова-
ниях). Микроскопически изучают характер пор, пустот, каверн,
тонкой волосной трещиноватости;
I е) наличие и распределение нестойких минералов, битуми-
нозных частиц растительного детрита и прочих примесей.
Такой порядок описания позволяет сосредоточить внимание
ра основных петрографических особенностях, определяющих ин-
женерно-геологические свойства пород.
Результаты микроскопического описания сводят в таблицы,
«о которым сразу можно подразделять петрографические груп-
пы пород по степени изменения и давать приближенную оценку
их физико-механических сяойств (см. табл. 10).
Изучение микротрещиноватости. Для выявления природы ос-
лабленных эон в породах и их деформаций имеет значение изу-
чение микротрещиноватости пород.
Микротрещиноватость исследуется в плоскопараллельных
Шлифах стандартного размера или в шлифах большого размера,
а также в пришлифовках Для более точной корреляции дан-
ных микротрещиноватостн с физико-механическими свойствами
пород шлифы необходимо изготавливать из тех же столбиков
керна, которые отбирают для лабораторных испытаний.
Исследованию микротрещиноватости предшествует описание
породы. Определяют структуру, состав породообразующих ми-
нералов, цемент, наличие и степень вторичных изменений. Затем
проводят подробное изучение микротрещин по всей площади
шлифа.
Ниже приводится схема классификации микротрещин, со-
ставленная Е. М. Смеховым [64], с некоторыми дополнениями
применительно к требованиям инжеперно-геологического изуче-
ния пород.
Ширина а) очень узкие (0,005—0,01 мм); б) узкие (0,01—
0,05 мм); в) широкие (0,05—0,15 мм).
Интенсивность микротрещиноватостн: а) слабая, б) умерен-
ная, в) илтенеявная, г) весьма интенсивная.
Форма: а) прямолинейные, б) слабо извилистые, в) сильно
извилистые, г) зазубренные.
Заполнение: а) без заполнителя, б) выполненные.
Состав заполнителя, его состояние.
Отношение к структуре породы: а) междузернистые, б) рас-
секающие.
Отношение к текстуре породы: а) горизонтальные — парал-
лельные слоистости, б) вертикальные, в) наклонные — под уг-
лом к слоистости.
Характер разветвления: а) неразветвленпые, б) разветвляю-
щиеся (перистые, дендритообразные), в) пересекающиеся.
79
Генезис: а) диагенетические, б) тектонические.
Кроме качественной характеристики микротрещиноватость
оценивается количественно. Сюда относится в первую очередь
удельная протяженность трещин
где X/-1 — суммарная протяженность трещин шлифа, м; S — пло-
щадь шлифа, мв, а также коэффициент микротрещиповатости
(или трещинной пористости)
где b — раскрытость (ширина) трещин, м; I—длина трещин, м;
S—площадь шлифа, м2.
При массовом изучении шлифов (десятки и сотни на уча-
сток, месторождение) устанавливают связи между характером
микротрещиповатости и различными физико-механическими
свойствами пород
Как упоминалось в главе IV, при петрографических исследо-
ваниях в инженерно-геологических целях возможно применение
микроструктурного анализа.
Методика микроструктурного анализа [36 и др.] требует
наличия обязательно ориентированного по странам света шли-
фа. На столике Федорова определяют ориентировку какого-либо
кристаллического или кристаллографического элемента того
или иного породообразующего минерала по многим зонам. Та-
ким минералом чаще всего бывает кварц. Замеры ориентировок
оптических осей кварца наносят на стереографические проекции
и строят диаграммы. В зависимости от внутреннего строения
породы ориентировка слагающих ее кристаллов кварца обра-
зует на диаграмме определений тип рисукка — тектонит. Выде-
ляются простые S=, В=, /?= тектониты и сложные —различ-
ные сочетания указанных простых. Тот или иной тип тектонита
породы — результат действия на породу определенных типов
деформаций с разной интенсивностью и по определенным нап-
равлениям. Выяснение этих вопросов по диаграммам ориенти-
рованных шлифов позволяет определять влияние тектонических
процессов на особенности состава пород [12] и положение
плоскостей сланцеватости и трещиноватости, что в свою очередь
важно для оценки инженерно-геологических свойств горных по-
род и массива.
Исследования физико-механических свойств пород
Физико-механические свойства горных пород являются од-
ним из важных факторов, определяющих инженерно-геологи-
ческие условия месторождений полезных ископаемых, выбор
80
гистем разработки, особенности конструкций горных машин.
1роизводительность труда и пр. Изучение физико-механических
йойств имеет большое значение при прогнозной оценке место-
рождений и имеет целью (по С. Б. Николаеву): «а) выяснение
рсгбепностей пространственного расположения вмещающих по-
)0Д и залежей полезных ископаемых, различающихся по физи-
а» механическим свойствам; б) получение возможно более пол-
ит t оценки водно-физических, прочностных, деформатпвных и
№»нцческих свойств пород н руд, необходимых для выбора
речетных показателей, выбора соответствующей технологии
[едения горно-проходческих и буровзрывных работ как при
1роектировании горнодобывающих предприятий, так и при раз-
ведке месторождений; в) получение прогнозной оценки вероят-
ных изменений физико-механических и термических свойств по-
)ОД и руд при нарушении условий их естественного залега-
гия...»
Изучение физико-механических свойств горных пород лабо-
эаторными методами проводят в несколько этапов, отличаю-
щихся целевыми задачами. Каждому этапу соответствует
шределенный комплекс видов исследований на те или другие
шзико-механические свойства; различают анализы с сокращен-
ным комплексом определений, анализы с полным комплексом
тределений и специальные виды анализов.
К анализам сокращенного комплекса относятся определения
одно-физическпх и прочностных характеристик. Для скальных
полускальных пород рекомендуемый сокращенный комплекс
испытаний включает определение объемной массы, влажности,
юдопоглощения и водой асыщения, сопротивления сжатию, соп-
ютивления разрыву, крепости. Исследования физико-механнче-
ких свойств пород обязательно сопровождаются инженерно-
|етрографической оценкой горных пород и руд. Полный комп-
екс анализов содержит перечень лабораторных испытаний,
юторые являются основными расчетными показателями приме-
штельпо к задачам освоения рудных месторождений.
В полный комплекс кроме перечисленных выше показателей
окрашенного комплекса входят определения удельной массы,
юристости, модуля упругости, коэффициента Пуассона, набу-
!аемости (для глинистых разностей полускальных пород).
К специальным видам анализов относятся: определения аб-
1азивности, удельной теплоемкости, теплопроводности, темпс-
1атуропроводности и сопротивления срезу, а также прочностных
войств в водонасыщенном состоянии. Необходимость каждого
!3 этих анализов возникает в зависимости от решения конкрет-
ных задач, определяемых условиями разработки и свойствами
На рис. 22 приведен график сопоставимости результатов
треде тения прочности пород в суком н водонасыщенпом со-
тояниях. График показывает, что сходимость результатов сни-
ми. 701
81
жнется с уменьшением прочности пород (что связано с увеличе-
нием их пористости). Поэтому испытания прочностных свойств
пород в водонасыщенном состоянии рекомендуются для пород
с высокой пористостью.
В табл. 8 приведены показатели свойств скальных и полу-
скальных пород, определение которых необходимо выполнять
в процессе разведки (предварительной и детальной) рудных

Рис. 22. График сопоставимости ре-
зультатов определения прочности
пород в сухом и водонасышениоы
месторождении при открытом
или подземном способах разра-
ботки.
Изучение физико-механиче-
ских свойств рыхлых пород, сла-
гающих участки месторождений,
в которых располагаются борта
карьеров и по которым проходят
шахтные стволы, проводится, как
и для скальных пород, по сокра-
щенному комплексу, полному
комплексу и специальным видам
исследований. Сокращенный ком-
плекс анализов связных пород
включает определение естествен-
ной влажности, объемной массы,
лределов пластичности. В полные
анализы кроме перечисленных
входит оценка сопротивления
сдвигу (сцепления и угла внут-
реннего грения), удельной мас-
состоянии	сы, пористости, скорости размо-
кания. гидрофильности, тиксот-
ропности, набухаемостн и гранулометрического состава (с при-
менением дисперсного и полуагрегатного методов), а для плот-
ных глин — также сопротивления одноосному сжатию. Сопро-
тивление сдвигу — основная характеристика связных пород при
намечаемом открытом способе разработки месторождений [39].
К специальным видам анализов связных пород, выполняемых
выборочно, относятся изучение минерального состава глин, ем-
кости поглощения, состава поглощенных катионов, химического
состава, коэффициента бокового отпора, длительной прочности.
Гранулометрический состав тяжелых разностей глин также ре-
комендуется исследовать выборочно. В некоторых случаях (для
характеристики сжимаемости пород, поведения их при пабуха-
нин и др.) проводят компрессионные испытания пород с опреде-
лением их водопроницаемости.
При большой мощности связных пород или залегании их на
больших глубинах рекомендуется проводить исследования из-
менения прочностных свойств пород во времени (по специаль-
ным программам). Сокращенный комплекс анализов несвязных
62
пород включает определения гранулометрического состава (си-
товым способом) и угла естественного откоса. Полный комплекс
кроме того включает определения объемной и удельной массы,
пористости, полной влагоемкости, водоотдачи, степени плотно-
сти, коэффициента фильтрации (8 приборе). По некоторым ти-
пичным пробам определяют минеральный состав зерен.
Для слабосвязпых разностей пород (например, глинистых,
песков, супесей), которые могут быть взяты для лабораторных
исследований с сохранением структуры (счоження) и естествен-
ной влажности (например, из скважин с помощью грунтоноса
или из горноразведочных выработок в виде монолитов), опре-
деляют: объемную массу при ненарушенном сложении, есте-
ственную влажность, пористость, коэффициент водопасыщення,
максимальную молекулярную влагоемкость, коэффициент филь-
трации, показатели сопротивления сдвигу, а для специальной
оценки плывунных свойств слабосвязных пород—их тиксотроп-
ные свойства, гидрофильность, содержание коллоидных фрак-
ций.
Методика определения физико-механических свойств связ-
ных и не связных пород в настоящей работе не рассматрива-
ется, так как широко освещена в литературе.
Разнообразные лабораторные методы и установки для опре-
деления физико-механических свойств скальных пород также
описаны во многих литературных источниках. Однако нет ни
единых требований к проведению физико-механических испыта-
ний горных пород при разведке месторождений, ни стандартных
методов. Поэтому ниже дается краткая характерпстика методов,
рекомендуемых для определения физико-механических свойств
скальных и полускальных пород в лабораторных условиях по
полному комплексу применительно к задачам разведки рудных
м есторождеиий.
Определение водно-физических свойств
а)	Удельную массу определяют пикнометрическим ме-
толом (ГОСТы 5181—49, 6427—52), рекомендуемым для мас-
совых анализов; точность метода ±0,02, навеска порошка (15—
20)  10-3 кГ.
б)	Объемную массу определяют на денситометре или
методом непосредственных измерений. Методом непосредствен-
ных измерений объемную массу определяют в тех случаях, ког-
да возможно вырезать образны горной породы правильной гео-
метрической формы.
в)	Пористость — важнейший показатель инженерно-гео-
логических свойств пород, обусловливающий их деформиру-
емость и сжимаемость. Знание ее необходимо также при
оценке коллекторских, теплофизических, электрических и дру-
б*
83
Основные показатети фичико-механическвх свойств пород, определяемых
твердых полезных ископаемых (при намечаемых подземном или открытом
1.2 1.2
.2 1,2
на стадии прсАпар1гтсльиаП разведки
2 — испытании, предназначенные для решении специальных задач
Показатель сжаыаеноста пород и коэффициент фильтрации связных порол о<>|»
Простые
Средней
сложности
Сложные
Простые
Средней
сложности
Сложные
Простые
Средней
сложности
Сложные
гих свойств пород. В скальных породах обычно определяют по-
ристость общую, эффективную и дифференцированную. Пори-
стость оценивают по коэффициенту пористости, определяемом^
отношением объема всех пор к объему абсолютно сухой поро-
ды.1 Общая пористость может быть определена по удельной
и объемной массам.
т>~'|"100,
Ту
где п— пористость, %; Уу— удельная масса породы, кг/м3;
у0—объемная масса породы кг/м3.
• Абсолютно сухой породой называется порода, высушенная пря темпе
ратуре 100—105 °C до постоянной массы
84
(обычно при форвакууме)
^от<
100,
П— ПО-
|где mR — масса образца, насыщенного жидкостью, кг;
ристость открытая» %; т — масса сухого образца, кг;
тнж — масса насыщенного образца в жидкости, кг.
Эффективную пористость определяют, как и открытую, пу-
тем принудительного водонасыщения с предварительным ваку-
умированием. Для определения эффективной, открытой и диф-
85
ференцнрованной пористости существует ряд специальных
методов, но при инженерно-геологических исследованиях эти
определения проводятся в исключительных случаях и поэтому
здесь не рассматриваются.
г)	Водопог лощен не — способность породы при ее пог
ружении в воду поглотать последнюю при атмосферном давле-
нии и комнатной температуре. Величина водопоглощсния выра
жается отношением количества поглощенной воды к массе абсо
лютно сухой породы
"'с
где Ц7СВ — водопоглощение, %; тв~ масса образца, насыщен-
ного водой, кг; тс— масса абсолютно сухой породы, кг.
д)	Водонасыщение IV7,, — способность породы при ее
погружении в воду (при повышенном давлении, в вакууме или
при кипячении) впитывать максимальное количество воды. Ве-
личина водонасыщении всегда больше водопог тощения. Отно-
шение водопоглощения к водонасыщению называют коэффи-
циентом водонасыщении породы
где Й?ГЕ— водопоглощение, %;	— водонасыщение, %. По
величине коэффициентов водонасыщении судят о морозостой-
кости породы. Если Кп больше 0,8, то порода относится к мо-
розонестойкой.
е)	Влажность пород — это отношение массы воды к мас-
се скелета абсолютно сухой породы (грунта) в данном объеме,
выраженное в процентах
«7=	100,
т
где W — абсолютная влажность, %;	— масса воды, кг;
т — масса абсолютной сухой породы (грунта), кг.
Определение прочностных свойств
Основными прочностными характеристиками являются соп
ротивление сжатию оСж, растяжению ор и сопротивление сдвигу
т. Эти характеристики служат исходными данными для по-
строения паспортов прочности (полных и упрощенных).
Сопротивление сжатию—основная прочностная характери-
стика, используемая для сравнительной оценки прочностных
свойств горных пород.
Сопротивление растяжению — одна из важнейших характе-
ристик породы, которая используется для расчета величины
угла внутреннего трения и коэффициента сцепления.
Величина показателя прочности горной породы зависит как
рт ее петрографических особенностей, так и от условий проведе-
ния испытаний (формы и размеров образцов, соотношения вер-
тикального размеров и поперечного, скорости нагружения, спо-
соба приложения нагрузок, чистоты обработки граней образца,
конструктивны к особенностей машины п точности измеритель-
ных приборов). Методика обработки образцов и подготовки их
для лабораторных исследований рассмотрена в специальной ра-
боте С. В. Николаевым [31].
При определении прочностных характеристик горных пород
используют образцы правильной, неправильной и полуправиль-
иой формы. Для каждой методики обычно применяют образцы
одпой определенной формы. Точность и качество обработки
должны быть высокими (качестно чистоты обработки может
изменить прочность на 25—30%).
Образцы правильной формы имеют вид цилиндров, кубов и
призм; чаще используют цилиндрические образцы с соотноше-
нием hzd^l, где h — высота образца, d — диаметр (40—45 мм).
Образцы полу правильной формы представляют собой пла-
стины толщиной от 10 до 30—50 мм. Две большие параллель-
ные плоскости пластин тщательно шлифуют, отклонения от па-
раллельности допускаются не более 0,05 мм.
Образцы неправильной формы — это обломки, которым при
помощи молотка и зубила придают такую форму, у которой три
взаимно перпендикулярных размера отличаются друг от друга
не более чем в 1—1,5 раза. Образцы неправильной формы ис-
пользуют для испытаний слабых пород. Образцы одной и той
же породы, отбираемые для испытаний, должны иметь одина-
ковый объем в 100 ±2 см3.
Для определения прочностных характеристик горных пород
пользуются прессами с усилиями 20—22 т (для скоростной мето-
дики Койфмана) и до 140 т (для раздавливания образцов пра-
вильной формы и по «бразильской методике»).
При испытании на сопротивление сжатию <тсж, а в некоторых
методиках и на сопротивление разрыву <тР осуществляют раз-
давливание образцов между давильными плитами пресса. При
этом поверхности плит должны быть отшлифованы, а одна из
них должна иметь шарнирную опору для равномерной передачи
нагрузки.
Для испытаний на сопротивление разрыву ор образцы рас-
калывают клиньями, соосными пуансонами (по методике
ВПИМИ соосные пуансоны применяют и для определения соп-
ротивления сжатию и пр.).
Сопротивление на срез определяют в наклонных матрицах
(рис. 23) на образцах цилиндрической формы, а также призма-
тнческой и неправильной форм (когда невозможно изготовить
образцы правильной формы). Вертикальная нагрузка, создава-
емая прессом, раскладывается на две составляющие: нормаль-
ную к плоскости среза п расположенную в плоскости среза.
Определения производят под углами от 25 до 65° с интерва-
лом 5°
Рис. 23. Прибор для определения со
противления порол на срез
Из большого разнообразия методов определения прочно-
стных характеристик можно рекомендовать следующие:
а)	определение сопротивле-
ния сжатию и разрыву па об-
разцах полуправильной фор-
мы (скоростной комплексный
метод М. И. Копфмана);
б)	определение сопротивле-
ния сжатию па образцах пра-
вильной формы (контрольный
метод):
в)	определение сопротивле-
ния пород растяжению <тр на
образцах правильной формы
(бразильский метод);
г)	определение сопротивле-
ния срезу со сжатием.
Определение сопро-
тивления сжатию Опж и
разрыву ир на образцах
полуправильной фор-
мы (скоростной комп-
лексный метод Койф-
мана). Скоростной комплекс-
ный метод разработан М. И.
Койфманом и С. Е. Чирковым
[39]. Состоит в многократном
раскалывании и сжатии об-
разцов полуправильной формы. Скоростной метод позволяет на
одном и том же образце получить две прочностные характери-
стики -Сеж и Пр- Для исследований используют образцы полу-
правильной формы в виде пластин с параллельными отшлифо-
ванными поверхностями. При помощи линейки и карандаша раз-
мечают прямоугольную сетку. Должно быть не менее 10—15
квадратиков со стороной, равной толщине пластин.
Прочность на разрыв определяют путем раскалывания об-
разцов соосно расположенными клиньями, давление на которые
передает пресс. Вначале пластины раскалываются в одном на-
правлении, затем образовавшиеся призмы раскалываются по-
перек на ряд кубиков. Прочность на сжатие определяется раз-
давливанием кубовидных образцов.
Расчет прочностных характеристик производится по формуле
гле о — сопротивление сжатию оСл (или разрыву ор), Н/м2; Р—
плгрузка в момент разрушения при сжатии (или разрыве),
I Н/м2; S — площадь образца при сжатии (или площадь раскола)
S—h-l, м2 (й— высота пластины, м; / — длина раскола, м).
I Для каждой породы производят около 15 опытов на сжатие.
И |ри коэффициенте вариации около 20% такого числа экспери-
ментов достаточно. Точность, возможность определения одно-
временно двух прочностных характеристик на одном образце,
^Ьносительная простота изготовления образца, а также возмож-
ность использования прессов средних разрушающих усилий дс-
Кяют этот метод основным при определении прочностных ха-
рактеристик (оСж и <jp) скальных пород.
I 13 ц а х правильной формы. Метод определения оСж
'по образцам правильной формы рекомендуется использовать
как контрольный (принят Международным Бюро по механике
Горных пород). При испытании образец правильной формы
останавливают в центре между плитами пресса.
 На рис. 24 и 25 приведены графики сопоставимости резуль-
11 атов определения прочности пород на сжатие и разрыв по ме-
т fly М. И. Койфмана и по методу испытаний образцов правиль-
lh<’ii формы (бразильский метод). Графики показывают
у—сокую сходимость результатов. Испытания проводились во
ЕСЕГИНГЕО на метаморфических разновидностях пород.
I Определение сопротивления пород растяже-
нию орна образцах правильной формы. Для оп-
ределения пределов прочности горных пород на растяжение как
Контрольный рекомендуется распространенный бразильский ме-
тод раздавливания цилиндрических образцов сжимающими
у алиями, приложенными по их диаметрально противополож-
ном образующим. Предел прочности при растяжении опреде-
»Ля-ют по формуле Герца:
2f>
аР~ rdl
11 де tip—предел прочности при растяжении, Па; Р—- разру-
иающее усилие, развиваемое прессом, H;d— диаметр образца,
к; / — длина образца, м.
 При коэффициенте Пуассона р, равном 0,1—ОД прочность
па растяжение следует определить по простейшей формуле
или зр =0,637
Определение
Наиболее удобен метод одиночного
89
среза со сжатием в наклонных матрицах. Дли него используют
образцы цилиндрической и неправильной формы. Этот способ
позволяет получить исходные данные для расчета козффициен-
Рис. 24. Сопоставимость результа-
тов определения сопротивления ме-
тодом сжатии образцов правиль-
ной формы и комплексным мето-
дом Койфмана
Рис. 25. Сопоставимость результа-
тов определения сопротивления
разрыву бразильским методом и
комплексным методом Койфмана

Рис $6. Величины сцепления и угла внутреннего треняв в массивном образ!
и в образце той же породы, имеющей поверхность ослабления
та сцепления С и угла внутреннего трения <р° пород. Трудоем-
кость метода и необходимость отбора проб большого объема
(для испытания необходимо от 9 до 27 образцов одной породы)
90
Ьг-fi аничиватот область его применении. Рекомендуется нсполь-
«овать метод среза со сжатием для испытаний пород, из которых
ерлзможио изготовить образцы правильной геометрической
Кормы, или для образцов с ослабленными поверхностями, тре-
fet.lSMH и пр.
g На рис. 26 показаны величины сцепления и угла внутрен-
не > трения в массивном образце и в образце той же породы,
Жы«.ющем поверхность ослабления. На правом графике приве-
ден и данные испытаний массивного образца бразильским ме-
»псм. Величина сцепления оказалась равной 2,25-107 Па, угол
ф 1ия 54°. Методом среза со сжатием в наклонных матрицах
(см. рис. 23) определялись те же показатели для образца с по-
верхностями ослабления. Величина сцепления оказалась равной
5.1 10е Па, угол трения 27°. Это показывает, насколько важно
наличии в испытуемых образцах поверхностей ослабления
Ьределять прочностные характеристики по этим поверхностям.
Определение деформационных свойств
В Для инженерно-геологической оценки горных пород паибо-
важными из деформационных свойств являются модуль уп-
ру । ости (модуль Юнга) и коэффициент Пуассона (коэффи-
шнт поперечной деформации). Они характеризуют устойчи-
во ть горных пород в подземных горных выработках и бортах
жарьеров, а также разрушаемость пород при их проходке.
Н Павлова определяет предел упругости как «критерий начала
Нарушения несущей способности горной породы». Модуль упру-
гости показывает соотношение величины напряжений и относи-
<»льных упругих деформаций.
 Коэффициент Пуассона—соотношение между поперечными
и продольными деформациями. В скальных и полускальных
породах предел упругости имеет относительно высокие значе-
ш« : песчаник слабый (6—20) 10го Па, габбро (60—125) 1010
П.> при превышении которых в горной породе происходит хруп-
к<: деформация с потерей сплошности. Значения коэффициента
П । ассопа изменяются от 0,1 до 0,4.
 В полускальных породах наряду с упругими развиты пласти-
чоскге деформации — остаточные. Они не восстанавливаются
nt «ле снятия нагрузок. В зависимости от характера нагружений
горные породы испытывают статические нагрузки (под различ-
ны’* f инженерными сооружениями, под отвалами горных пород
и 1. д.) и динамические, связанные с технологическими про-
Цшсами (бурение, взрывы, действие различных горнодобываю-
ЕХн" машин); при различных способах нагружения определяют
Ста । < чес кие модули упругости	и динамические £дип-
И При лабораторных исследованиях статические величины оп-
₽е.к .тяют измерениями упругих деформаций горных пород при
Наг, ужениях (сжатиях) образца, динамические величины — по
91
скорости прохождения упругой волны через образец либо по
частоте и длине упругих колебаний. Сравнение модулей упру-
гости в большинстве случаев показывает, что динамический
выше статического, С увеличением упругости разница между
Ест и Един увеличивается. То же можно сказать и о коэффици-
енте Пуассона [25].
В статических методах для измерения деформации исполь-
зуют механические, электрические и оптические средства. Ди-
намические методы делятся на импульсные, резонансные, ме-
тоды рассеяния рентгеновских лучей и пр. [6, 25]. Широкое
распространение для изучения деформационных свойств скаль-
ных и полускальных пород получили следующие методы.
Статические методы
Измерение деформаций образца индикато-
рами часового типа. Конструкция прибора УПМИ, раз-
работанного в ИГД им. Скочинского, позволяет измерять про-
дольные и поперечные деформации в процессе нагружения
образца с помощью индикаторов часового типа [25]. Для оп-
ределения деформационных характеристик обычно используют
цилиндрические пли призматические образцы поперечным се-
чением 3—5 см и соотношением высоты и диаметра 1,5—2. Раз
меры сечения не лимитируются и чаще всего зависят от струк
турных особенностей испытываемой породы и ее трещинова-
тости, Особенно важны точность обработки торцов образца и
строгая параллельность. Отклонения не должны превышать
0,05 мм. Индикаторы часового типа одновременно фиксируют
продольные п поперечные деформации.
Абсолютная продольная деформация образца определяется
как средняя арифметическая величина показаний индикаторов
(обычно устанавливают по четыре индикатора). Модуль упру-
юсги Е рассчитывают по формуле
где Рв и Рк — конечная и начальная нагрузки на образец при
измерении деформации //; h— высота образца до приложения
нагрузки, м; S — площадь поперечного сечения образца, м2‘
Дй—-продольная абсолютная деформация образца, м; Дй =
— h—/ц (й,— высота образна после приложения конечной на-
грузки, м).
Коэффициент Пуассона определяют по формуле
где в’— относительная поперечная деформация образца; е —
,	, Дй Дй
относительная продольная деформация образца;
92
зле ь Ad — абсолютная поперечная деформация образца; d —
миаметр поперечного сечения образца до приложения нагрузки,
а при призматических образцах — размер стороны поперечного
решения образца.
j Абсолютная поперечная деформация образца равна полови-
не средней арифметической величины, определенной по показа-
В»ям индикаторов, фиксирующих поперечные деформации по
Баум взаимно перпендикулярным диаметрам.
I В зависимости от величины коэффициента вариации велнчи-
н" Е и у. определяют на трех-пяти образцах из одной породы
Г1с результатам отдельных определений подсчитывают среднюю
арифметическую этих показателей. Вышеописанный статический
способ определения деформационных характеристик Е и у от-
пичастся хорошей представительностью, но требует изготовле-
ния образцов правильной геометрической формы и является
очень трудоемким. Ошибка определения модуля упругости этим
годом немного превышает 4% [11]-
Определение модуля упругости и коэффици-
ента Пуассона при помощи проволочных дат-
чиков. Для определения деформационных характеристик этим
методом используют образцы такой же формы и размеров, как
и при индикаторном методе. Весь комплекс измерительных при-
боров состоит из датчиков сопротивления, электротензометра
(метод называют тензометрическим), гальванометра и батарей
щелочных аккумуляторов па 6 в. Датчики сопротивления, на-
клеенные па поверхность образца, точно отображают деформа-
цию образца. Они растягиваются или сжимаются вместе с об-
разцом, что изменяет сопротивление датчика и фиксируется
отклонением стрелки гальванометра.
Модуль упругости рассчитывают по формуле
Р Р______(Л. ~ />«) tP
Se ~ S&R
где Р— нагрузка на образец, Н; Рк и Ри -конечная и началь-
ная нагрузки, Н; S — сечение образца, м2; е — относительная
продольная деформация е=^ » здесь /? — сопротивление дат-
1ика, Ом; Д/?— приращение сопротивления датчика от давле-
ния, Ом; у — чувствительность датчика.
Чувствительность датчиков проверяют при их изготовлении
1 указывают для каждой партии. Тензометрический метод оп-
ределения деформационных характеристик обеспечивает точ-
ность до 5,5%.
Динамические методы
Импульсный метод определения модуля уп-
ругости и коэффициента Пуассона по скор о-
:тя.м прохождения продольных и поперечных
93
упругих волн. Упругие динамические характеристики оп-
ределяются путем измерения скорости прохождения упругих
волн, возбужденных в горных породах и преобразованных
в ультразвуковые колебания. Используемый в качестве излу-
чателя льезодатчика комплект ИПА (импульсная перепосная
аппаратура) состоит из генератора возбуждающих импульсов,
пьезоэлектрического излучателя и осциллографа, служащего
для визуального наблюдения исследуемых сигналов. Специаль-
ная приставка позволяет фотографировать проходящие сигна-
лы. Экспериментально определяемыми величинами являются
скорости распространения продольных vp и поперечных ц» волн.
Различают два способа прозвучивания образцов горной породы-
прямое прозвучивание, когда излучатель и приемник распола-
гаются на противоположных концах образца, и продольное
профилирование, при котором все точки излучения н приема
располагаются на одной и той же прямой—профиле наблю-
дения Излучатель устанавливается неподвижно на одном кон-
це профиля, а приемник постепенно передвигается. Методом
продольного профилирования измеряются скорости продольной
vp и поверхностной vR волн. Размеры образцов для определения
динамических упругих характеристик 10—20 см.
Динамический модуль упругости определяется по следую-
щим формулам:
где Ост — скорость продольной волны в стержне, м/с; р — плот-
ность, кг/м8.
Е а+Ю_(1-2н)
V ПР 1 — Д То.
где оПр — скорость продольной волны в полупространстве, м/с
То — объемная масса, кг/м3; р—коэффициент Пуассона.
Формула для определения динамического коэффициента Пу
ассона имеет вид
11 = 2
где vp — скорость продольной волны, м/с; ия — скорость попе-
речной волны, м/с.
Для упрощения расчетов упругих динамических характе-
ристик пользуются специальными номограммами. С помощью
номограммы Никитина можно определить Е^ по значениям
скоростей продольной vv и поперечной vf волн. Динамический
коэффициент Пуассона определяют с помощью номограммы
Кнопова по значениям скоростей поперечной vp и поверхностной
vr волн [24]. Динамический метод определения деформацион-
94
лих свойств горных пород проще, быстрее и дешевле статиче
сы.« методов. По скорости распространения упругих воля Меж-
H. судить о строении горной породы, о величине напряжений
в ней при сжатии и об ее упругих свойствах как в образце, так
и в горном массиве. Последнее делает этот метод особенно
важным. Следует отметиь, однако, что лабораторный комплект
аппаратуры И11А позволяет определить скорости волн только на
небольших расстояниях (до ОД—0.5 м) и что ИПА довольно
громоздкая установка. В настоящее время в СССР и за рубе-
жом создаются приборы и установки, отличающиеся компакт-
ностью, портативностью и способные прозвучивать массивы гор-
ных пород до десятка метров.
Коэффициент крепости
I Крепость горных пород характеризуется их сопротивлением
Кзрушающим усилиям. Показатель крепости — коэффициент
Крепости f входит в расчеты выбора способов выемки полезного
ископаемого и средств механизации, используется для оценки
Доведения пород при разнообразных технологических процес-
сах, для управления горным давлением, а также при оценке
производительности и нормировании труда. Способы определе-
ния крепости пород разделены М. М. Протодьяконовым на две
п-руппы — лабораторные методы н эксперименты в научных
(условиях.
| Основным лабораторным методом является определение
крепости пород по величине временного сопротивления сжатию.
Этот метод был предложен М. М Протодьяконовым, а в по-
следнее десятилетие получил дальнейшее развитие в иссзедова-
кпях М. М- Протодьяконова (младшего) и Л. И. Барона. Раз-
работан новый динамический метод—метод толчения. Он
(Широко используется н как лабораторный, и как полевой экс-
jnpecc-метод.
I Определение коэффициента крепости по ве-
личине временного сопротивления одноосно-
му сжатию Ос». Формула определения коэффициента кре-
। «ости горных пород, по М. М. Протодьяконов}’
С)
где осж — прочность на сжатие, определяемая экспернменталь-
|ным путем, Н/мг.
I Методы экспериментального определения оСл рассмотрены
в § 10. В шкале М. М Протодьяконова для десяти категорий
[горных пород значения коэффициента крепости варьируют от
f=0,3 (для плывучих пород) до [=20 (для пород высшей сте-
пени крепких).
Усовершенствование измерительных приборов и камнерезной
техники позволили установить, что временное сопротивление
сжатию многих пород превышает 20-107 Н/м2 и достигает
ЗБ-107 Н/м2 и даже 50-107 Н/м2. Становится очевидным, что
при прочности пород свыше 20-107 Н/м2 коэффициент крепост
f, рассчитанный по формуле (1) будет более 20. Во избежание
увеличения значений свыше 20 М. М. Протодьяконов (млад-
ший) предложил заменить в формуле (1) коэффициент про-
порциональности 1/100 на 1/140 (осредненный коэффициент)
f-^г-
Для осадочных пород коэффициент равен 1/125, а для из-
верженных 1/170.
При расчетах по формуле (2) можно пользоваться и оГА
определенной по образцам правильной и полуправильной
формы
Л. И. Барон для расчета крепости пород рекомендует фор-
мулу
Л = 300 Vi •	(3)
где о — величина временного сопротивления горной породы
при одноосном сжатии образцов правильной формы [40].
Оп рекомендует определять о на цилиндрических образцах
с Й 32—42 мм при соотношении n:d = l. При определении коэф-
фициента f по этой формуле цена единицы f для пород разной
крепости получается различной: для слабых пород она меньше,
а для крепких больше, чем по шкале М. М. Протодьяконов;;.
Определение коэффициента крепости спосо-
бом раздавливания образцов неправильной
формы. Исследованиями Л. И. Барона [40] и руководимой им
лаборатории механического разрушения горных пород ИГД
им. Скочинского установлена корреляционная связь между
сопротивлением пород сжатию, определенном на образцах пра-
вильной формы, и величиной ос>к — временным сопротивлением
сжатию образцов неправильной формы
-”,-=10.
с1
Поэтому формула (3) для определения крепости пород на
образцах правильной формы для образцов неправильной фор-
мы принимает следующий вид:
а-$> + )¥•	W
где /н—коэффициент крепости; о1 — величина временного сопро-
тивления сжатию образца неправильной формы.
96
Юз’
Наиболее достоверным будет определение коэффициента
крепости совокупно по определению о и о1, т. е. раздавливанием
образцов правильной и неправильной форм (4):
«-ЦО*	т/-	ид,
J — 600	| 120~ 	V»)
где f — осредненный коэффициент крепости; о — величина вре-
менного сопротивления сжатию образца правильной формы;
о* — величина временного сопротивления сжатию образца не-
правильной формы.
Определение коэффициента крепости пород
методом толчения. Метод основан на принципе Рнттен-
гера о пропорциональности работы, затрачиваемой на дробле-
ние определенной пробы горной породы и величине вновь образо-
ванной при этом поверхности. Метод толчения относится к дина-
мическим методам, в отличие от двух вышеописанных статических
методов. Для определения крепости горных пород М. М. Протодь-
яконовым (младшим) была разработана методика, отличаю-
щаяся простотой и возможностью производить определения
в полевых условиях [23]. Следует заметить, однако, что при
помощи метода толчения получают предварительные данные
D крепости горных пород, н служит он для приближенной оцен-
ки крепости пород. Этим методом удобно пользоваться при
инженерно-геологическом районировании, но для окончательной
оценки крепости пород рекомендуются методы раздавливания
образцов правильной п неправильной форм.
Для измерения коэффициента крепости методом толчения
[применяют прибор для определения крепости (ПОК). Методика
[определения описана в § 6 данной главы.
§ 11. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ
КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
| При оценке инженерно-геологических условий разработки
[месторождения для подученпя характеристики коры выветрива-
вши, если она имеется, следует возможно полнее использовать
манные разведочного бурения. Необходимо проанализировать
буровые журналы и собрать все материалы, касающиеся
I пород коры выветривания. Учитывая зональное строение коры
Ь1ыветривания и наличие закономерного изменения состава н
[свойств пород, собранные данные должны включать сведения
i глубине залегания, мощности, составе и свойствах коры вы-
Кветривания в целом и по отдельным зонам; сведения о мате-
ринских породах, их возрасте, литологии, условиях залегаиня,
с.епени метаморфизма п раздробленности, наличии рудной
1и»:раплепности и др. Собираемые сведения рекомендуется за-
рюсить в журналы, одна из форм которого приведена в
; табл. 9.
Зак. 701
№ скважины	Местоположение скважины (М профили)	Абс оти. устья скважины	Генезис и миш- ность (в ы) ||Срскрывак>п1пх пороз	Мощность и интераал залегании пары выветривания ।
336	Профиль 122	475	12,0 14.0	37,0 26.0—6.1,1»
Полученные данные дают возможность составить схемати-
ческую карту мощности коры выветривания (в изогипсах, на-
несенных на геологическую основу). Анализ карты выявит ос-
новные закономерности изменения мощности коры выветрив:,
ния в зависимости от литологии материнских пород, характера
их залегания, степени метаморфизма, тектонической раздроб-
ленности и т. д. Кроме того, такая схематическая карта поме
жег правильно разместить специальные инженерно-геологиче-
ские скважины.
Основная цель бурения инженерно-геологических скважин
заключается в детальном расчленении коры выветривания. на
зоны и опробовании пород для исследования их состава п
свойств в полевых и лабораторных условиях. Выбор местопо
ложения скважин определяется проектным контуром карьер;
Наиболее целесообразно располагать скважины по линии на-
мечаемого контура карьера, так как это позволит получить
характеристику состава и свойств пород, которые будут слагать
его борта. Вместе с тем в процессе бурения должны быть вскры-
ты разрезы наиболее типичных кор выветривания, развитых нг
разных породах и имеющих максимальные мощности Такое
расположение скважин даст возможность получить полные раз
резы наиболее типичных кор выветривания, развитых в пред«
лах намечаемых контуров карьера.
Количество скважин зависит от размеров проектируемой
карьера, но должно быть не менее 2—3 для каждого типа коры
выветривания.
При проходке инженерно-геологических скважин необходимо
соблюдать определенный режим бурения — ограничение скорости
и уменьшение интервала бурения (до 0,5—1,5 м), 100% выход
керна, ограничение использования промывочной жидкости. Со
блюденпе этих требований позволит получить образцы пора
с ненарушенной структурой. Диаметр скважины выбирается
согласно диаметра колец компрессионных и сдвиговых прибо
98
Таблица 9
Характеристика коры внветриьониа по зонам				Краткаи	
	и	Ш	IV	коренных (материнских) порох	Примечание
25,0 м песчано- глинистые изложения	100 м щебень 2X5 см	1.2 м глыбь, размером ДО 1 м, выветри- вание по поверхности	0.8	Диабазы темно- серые с зелено- ватым оттенком	Снедения о тек- тонике, положе- нии рудного тела, уровне грунтовых вол, геофизические данные
и должен быть не менее 131
мм. Исходя из
этого условия
определяется конструкция всей инженерно-геологической сква-
кппы. Глубина выработок назначается с таким расчетом, чтобы
>ни вскрыли полную мощность коры выветривания и углуби-
1ись в материнские породы на 2—3 м. Описание пород при до-
кументации скважин (штолен, шурфов, обнажений) должно
опровождаться зарисовками п масштабным фотографирова-
шсм. Особое внимание при описании пород коры выветривания
яедуст обращать на цвет и оттенки пород, степень раздроблен-
юсти, изменение минерального состава и прочности пород.
Изменения состава пород при выветривании, выражающиеся
I полном и частичном замещении первичных минералов вторич-
1ыми глинистыми (полевых шпатов каолинитом, хлорита и бцо-
'ита гидрослюдами и т. д.) и образовании вторичных раствори-
шх минералов (карбонатов, водных окислов железа, ярозкта,
ипса), должны непременно фиксироваться при полевом описа-
[ни разреза выветрелых пород. Изменение состава и образо-
вание новых минералов отражается на окраске пород, придавая
’й новые оттенки и цвета. Поэтому при описании пород коры
1ыветривания следует обращать внимание на ее цвет в сухом
г влажном состоянии в поверхностных и внутренних частях
Степень раздробленности выветрелых пород, более или ме-
н-е быстро уменьшаясь с удалением от поверхности, в значи-
Ч'лъной степени определяет прочностные свойства пород п
юзтому должна тщательно документироваться. При описании
рещин выветривания, широко развитых в скрытотрещиноватой
юне, необходимо изучать и описывать расположение трещин,
IX длину и глубину, степень зияния или ширину, характер,
устоту, характер заполнения, состав и свойства заполнителя
При описании глыбовой п щебенистой зон следует указывать
Размер отдельностей, степень их выветрелости в куске, коли-
чество заполнителя и ожелезненность. Детальное изучение раз-
89
дроблснности пород позволит правильно разделить кору вы-
ветривания на зоны (тонкого дробления, щебенистую, гчыбовую.
» крытотрещиноватую) и получить надежные обобщенные зна-
чения показателей свойств пород каждой из зон [22]
Значительные изменения пород при выветривании сказы-
ваются на их прочности, которая резко снижается вверх по раз-
резу коры выветривания. При полевом описании пыветрслыс
породы могут быть разделены по прочности па четыре катего
рни: 1) с трудом раскалываемые молотком; 2) разламываемы»
реками; 3) разламываемые пальцами; 4) рассыпающиеся при
четком соприкосновении. При этом следует описать характер
частей, на которые распадается порода, их форму, размер, ха-
рактер поверхности, излом, цвет и т. д.
Бурение инженерно-геологических скважин сопровождается
отбором образцов для исследования состава и свойств выветре
пых пород. Выбор интервала опробования зависит от мощности
коры выветривания и интенсивности изменения порол. Учиты
вая, что целью исследований является получение количествен
ной характеристики свойств пород, интервал опробования мо
жет быть принят равным 1,0—1,5 м. В целом для получения
обобщенных н расчетных значений показателей свойств поре
из каждой зоны должно быть отобрано не менее 15—20 образ
цов с нарушенной и ненарушенной структурами. Для отбор а
образцов с ненарушенной структурой (монолитов) следует нс
пользовать грунтоносы. Однако поскольку для отбора выветре
тых пород не существует специального грунтоноса, то допусти
мо применение двойной колонковой трубы.
Сразу после отбора монолиты должны быть тщательно за
консервированы (запарафинированы) и упакованы. До отправ
кп в лабораторию образцы следует хранить в помещении при
положительных температурах воздуха не ниже нуля и не выше
20е С.
Сроки между датой отбора и датой производства лабо-
раторных анализов не должны превышать 6 мес., так как во
время хранения породы коры выветривания могут меняться
В процессе полевых исследований пород коры выветривания
могут быть применены экспресс-методы для оценки прочно-
стных и деформационных свойств. При изучении пород, слагаю-
щих зоны дезинтеграции, можно использовать такие методы, как
сопротивление сжатию образцов неправильной формы, раска
чыванне образцов клиньями, метод соударения — отскока с по-
мощью склероскопа Шора и динамических молотков, определе-
ние крепости методом толчения. Для исследования свойств
пород зоны тонкого дробления можно использовать методы,
применяемые для песчано-глинистых пород, —динамическое и
статическое зондирование, пенетрационно-каротажные методы,
крыльчатое зондирование, пресснометрию [26]. Однако оценка
пород экспресс-методами носит лишь предварительный тара к
100
ср. Основные же определении свойств должны выполняться
лабораторных условиях.
В процессе лабораторных работ должны быть исследованы:
цмическпй состав, минера лого-петрографический состав и фп-
ико-механпческие свойства пород коры выветривания.
Исследование химического состава порот коры вывстрива-
1Ия должно проводиться на образцах, отобранных методом бо
юзды или задирки в каждой зоне. При сравнении данных по
;нмическом\ составу разных участков вертикального профиля
юры выветривания необходимо сопоставлять графики измене-
ния содержания охислов железа, алюминия и кремния.
Минералого-петрографические исследования следует прово-
рить: для начальной стадии выветривания (зон дезинтеграции),
(огда порода еще сохраняет структурные связи п можно пзгото-
ять шлифы большого размера (8X5 см), петрографическим
1ля глинистой зоны (или зоны тонкого дробления), мипераль-
ый состав глинистой фракции можно исследовать рентгено-
труктурньтм, электронно-микроскопическим, спектральным и
[ругими методами
Особенности исследования физико-механических свойств по-
год коры выветривания обусловлены наличием в ней пород раз-
1ИЧНОГО петрографического типа: глип. песков, дресвы, щебен-
:и глыб и заключаются в использовании различных методов
[сследований пород разных зон. Так, для зоны тонкого дробле-
|ия применима методика исследования физико-механических
войств (гранулометрического состава, естественной влажности,
объемной массы, пористости, пластичности, набухания, размо-
:ания), разработанная для песчано-глинистых пород.
Прочность пород этой зоны дробления обычно определяется
ремя методами: одноосного сжатия, одноплоскостного среза и
рехосного сжатия. Результаты исследований этими методами
юказывают, что при одноллоскостном срезе вследствие неотно-
юдиости пород даже в пределах одного образца может лолу-
Иться большой разброс точек, иногда не позволяющий постро-
ть график сдвига и получить значения <р° ц С. Поэтому для
пределения прочности пород зоны тонкого дробления рекомен-
дуются методы одноосного л трехосного сжатия.
Для зон дезинтеграции, представленных обломочными поро-
гами, дресвяно-щебенистыми глинами или песками, грануло-
метрический состав определяют по этапам. Состав крупных
бломков (20—100 мм) определяют методом грохочения, сито-
нм разделяют песчано-дресвяный материал, пипеточным (пли
>ким-либо другим) осуществляют анализ пылевато-гчннистых
стиц. Особое внимание следует уделять опенке объемной мас-
м, так как она находится в тесной зависимости от степени вы-
гтрелости порот и явчяется непосредственной расчетной харак-
ерпстикой. Объемную массу можно определять: 1) непосред-
твенным взвешиванием грунта, извлеченного из шурфа (по
101
возможности правильной формы), с установлением объема
прямым обмером или заливкой водой с предварительной изо-
ляцией стенок парафинированием;
2)	ядернымн методами — по рассеиванию нейтронов и гам
ма-тучей. Объемную массу обломков определяют методом
гнтростатического взвешивания.
Достоверные прочностные характеристики крупнеобломоч
ных пород можно получить только при испытании образцов
достаточно большого объема в специальных стендовых уста-
новках типа сдвигового прибора ДИИТ. Имеющая место при
изысканиях практика испытания щебенисто-глинистых грунтов
в малых сдвиговых и компрессионных приборах не имеет до-
статочных оснований, так как непрсдставительность малого
образца влечет ненадежность получаемых экспериментальных
данных. Методика исследования пород глыбовой и скрытотре
щиноватой зон аналогична методике исследования скальных
пород, о которой уже говорилось.
Результаты полевых и лабораторных исследований свойств
пород коры выветривания подвергают статистической обработке
для получения обобщенных значений показателей свойств. По
следние являются основой для определения расчетных показа
телей при выборе конфигурации и углов заложения бортов
карьера.
5 12. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА
При обработке материалов инженерно-геологических работ
проведенных при разведке месторождения, необходимо:
а)	оценить инженерно-геологические особенности массива
пород на месторождении: этажность, условия залегания и тег
топическую нарушенность, наличие зон выветривания, трещино
ватость и ее изменение по площади и глубине, текстурные
особенности (слоистость, сланцеватость и Др-), гидрогеологи
ческне особенности массивов и пр.;
б)	выявить петрографические типы пород, их фиэпко-меха
ннческпе свойства в закономерности изменения этих свойств по
площади и глубине месторождения;
в)	оценить породы с точки зрения нх возможного поведения
в бортах проектируемых карьеров или в подземных горных
выработках. 11 в частности при проведении осушительных ме
роприятий;
г)	дать рекомендации по выбору величин расчетных показа
тетей пород.
Составляют инженерно-геологические колонки скважин, ко-
торые являются основным фактическим материалом для место-
рождений, разведуемых буровым способом. В эти колонк>
наряду с литологическим разрезом включают следующие по
казатели: выход корна, модуль трещиноватости, показатет
102
кусковатости, чанные физико-механпческих испытаний, а также
показатели элсктрокаротажа (КС, ГК, ГГК) и кавернометрии.
Для месторождений, развело ем ых преимущественно подзем-
ными горио-разведочными выработками, составляют инженер
но-геологическне разрезы этих выработок. На разрезах кроме
контактов пород к контуров рудных залежей отображают тек-
тонические трещины с элементами залегания, места проявления
деформаций, данные определения физико-механических свойств
пород.
Обработка материалов по трещиноватости заключается
в построении диаграмм трещиноватости, статистической обра-
ботке количественных данных, а также выявлении корреляцией
ной зависимости между трещиноватостью и основными геоло
гвческими факторами. Диаграммы трещиноватости следует
строить для каждой литологической разности, для трещин оп-
ределенного генезиса и материала заполнителя. Выделяют cu-
lt омы трещин и нх количественные соотношения.
Прп обработке лабораторных данных должны учитываться
генетические, стратиграфические и петрографические типы по-
рпд, а также полученные при полевых исследованиях данные,
v рактернзующне особенности пород при залегании их в мае
сине.
Математико-статистическую обработку результатов испыта-
ний производят по общепринятым методикам с спреде зением
степени обеспеченности обобщенных показателей. Составляют
различные карты. Если разведуют повое месторождение, рас-
пложенное в слабо изученном в инженерно-геологическом от-
ношении районе, то составляют инженерно-геологические карты
1ля наземного строительства. Методика составления таких
:арт рассмотрена в работе ВСЕГИНГЕО [19]. При разведке
крупного месторождения, неоднородного по ииженерно-гсологн-
геским условиям, следует составлять карты инженерно-геоло-
гического прогнозного районирования (расчленения). Такие
мрты содержат обобщенную инженерно-геологическую харак-
1тристину и прогнозную оценку разведуемого шахтного (пли
карьерного) поля с подразделением его на отдельные таксоно-
мические единицы. Выделенные единицы должны характера -
оваться общностью тех инженерно-геологических признаков,
юторые лежат в основе районирования. Число таксономических
Е1ИПИЦ (областей, подобластей, районов, подрайонов, участков
I т. д.) в зависимости от сложности природных условий может
быть разным. Наиболее крупные единицы должны отображать
Геолого-структурные и геоморфологические условия месторож-
дения. Основной единицей является инженерно-геологический
район. При выделении районов учитываются главнейшие разви-
тые на месторождении петрографические типы пород с прог-
нозной оценкой степени их устойчивости при горных работах.
103
Более мелкие таксономические единицы выделяются в завн
симости от физико-механических свойств пород, их трещинова-
тости, гидрогеологических условий и пр.
При составлении карт учитывают также форму рудных за-
лежей и гипсометрическое положение полезного ископаемого,
данные по эксплуатации шахт и карьеров. Пример инженерно
геологического прогнозного районирования рудного месторож-
дения приведен в § 3 главы VI. Иногда может потребоваться
составление нескольких карт —на различные горизонты.
Результаты инженерно-геологических исследований излага-
ются в главе «Инженерно-геологические условия месторожде-
ния» общего отчета о геологоразведочных работах на место
рождении, а в случае большого объема инженерно-геологиче
ских исследований, выполненных на месторождении со
сложными природными условиями,— в отдельном отчете.
Требования к содержанию отчетных материалов изложены
в инструкциях ГКЗ СССР о порядке внесения, содержания и
оформления материалов по подсчету запасов полезных ископа-
емых. Поэтому ниже приводится лишь расшифровка содержа
ния отдельных разделов отчета.
В разделе «Методика и объемы инженерно-геологических ра-
бот» приводится перечень видов и объемов инженерио-геологиче-
ких работ, выполненных при разведке месторождения, с кратким
указанием применявшейся методики: а) инженерно-геологиче-
ская съемка (масштаб и объем работ); б) бурение инженерно-
геологических скважин (конструкция скважин, принцип, распо
ложения скважин, обоснование глубин бурения, его метраж п
др.); в) инженерно-геологическая документация скаажин и гор-
но-разведочных выработок; г) методика отбора проб пород,
д) использование геофизических методов исследований; е) ла-
бораторные исследования пород (принцип распределения лабо-
раторных анализов по разрезу месторождения; исследование
пород в полевых условиях и в лабораториях).
В разделе «Характеристика горно-эксплуатационных работ»,
если они проводятся на месторождении или в его районе, дол-
жен быть приведен перечень старых и новых шахт и карьеров,
их размеры, глубина и положение относительно разведуемого
участка; возникающие няженерно-геологнческие явления, их
влияние на горные работы; применяемые мероприятия по борь
бе с подземными водами и деформациями пород, углы откосов
карьеров, величины водопритоков и пр. Оценивается возмож
ность использования действующих горных выработок как ана-
лоюв для разведуемых шахтных и карьерных полей.
В разделе «Физико-механическнс свойства руд и вмещаю-
щих пород» приводится характеристика физических и механи
ческих свойств пород основных стратиграфических горизонтов
и петрографических типов. Особо выделяются свойства водо-
носных пород. Высказываются соображения о возможном изме-
ни
пении свойств пород при осушении и разработке месторожде-
1ия. Даются рекомендации по величинам расчетных показате-
яей свойств пород.
В разделе «Инженерно-геологический прогноз условий
разработки месторождения» приводятся характеристика основ-
ных инженерно-геологических особенностей пород в разрезе и
i массиве, соображения о возможности возникновения при
горных работах различных инженерно-геологических явлений.
Кроме того, приводятся: а) инженерно-геологическое обос-
нование необходимости осушительных мероприятий на место-
рождении или других защитных мероприятий; б) общая харак-
геристика инженерно-геологических условий строительства на
поверхности; в) обоснование дополнительных исследований,
гели они необходимы; г) рекомендации по составу инженерно-
геологических наблюдений в процессе строительства и эксплуа-
гации щахт и карьеров.
К инженерно-геологической главе прилагают следующие гра-
фические материалы: а) разрезы (колонки) типовых инженер
но-геологических скаажин, а также опорных геологоразведочных
жважин, в которых проводилась инженерно-геологическая до
кументация; б) инженерно-геологические разрезы (продольные
и поперечные) месторождения по характерным участкам;
в) карты изомощности вскрышных пород (при намечаемом от
крытом способе горных работ); г) карты коры выветривания;
т.) карту инженерно-геологического районирования (расчлене
пия) месторождения для отработки открытым или подземным
способами (составляется при разведке крупных месторожде-
ний); з) инженерно-геологическую карту для наземного строи-
ла тьства (составляется для новых месторождений).
Глава VI
МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНО-
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОГНОЗНОЙ ОЦЕНКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
§ 1.	МЕТОДЫ ПРОГНОЗА
Прогнозирование инженерно-геологических условий разра-
ботки месторождений является за ключ тельной частью их ин-
женерно-геологического изучения при разведке. Инженерно-гео
логическое прогнозирование имеет цель правильно ориентире
нать ГКЗ СССР в проектные организации при решении вопроса
о промышленном освоении месторождений и выборе онтямаль
пых проектных решений. Вместе с тем прогнозирование при
разведке носит вероятностный характер, так как на данном
месторождении или его участке горные работы еще не ведутся
Инженерно-геологическое прогнозирование является про
странственным, если рассматривает инженерно-геологнче
ские условия только с точки зрения их изменчивости по площе
ди и глубине месторождения, а также может быть времен
ным, т. е. учитывать фактор времени. В этом случае прогно;
дается в зависимости от времени изменения тех или иных
свойств пород, находящихся в зоне горных работ, развития
инженерно-геологических явлений во времени, в частности в за-
висимости от времени расширения фронта работ, углубления
карьеров, шахт и т. Л-
К методам прогнозирования инженерно-геологических усло-
вий разработки месторождений полезных ископаемых отиосятс
[5]-. расчетные методы, методы моделирования, сравнительно
геологический метод, метод учета и оценки влияния различны'
условий и факторов. Методом инженерно-геологического npoi
позирования является инженерно-геологическое прогнозное рай
онированис месторождений по площади и в разрезе
Расчетные метолы позволяют подходить к оценке устой
чпвостн пород при вскрытии п эксплуатации месторождений
с количественной точки зрения.
Для открытых горных выработок по этим методам имеется
большая литература. Наиболее подробно вопросы оценки устой
чпвостн бортов карьеров рассмотрены в методической работе
ВНИМН [30] и в методических указаниях ВНИМН [42]. поэте
100
му в настоящей работе они не рассматриваются. В работах
ВНИМИ даются расчетные схемы для оценки устойчивости
бортов карьеров различного геологического Строения в разных
породах с ослабленными поверхностями, по которым могут
происходить смещения пород.
А. М. Дсминым [43] разработаны методы прогноза возмож-
ных видов деформаций пород в зависимости от природных усло-
вий карьеров, главным образом для рыхлых пород.
Для оценки величины горного давления при подземных гор-
ных работах н соответственно выбора типов креплении горных
выработок также имеется большой ряд расчетных методов, ос-
нованных на различных теориях горной геоыеханнки. Эти мето-
ды описаны во многих работах горного профиля.
Следует отмстить, что задачей инженерно-геологических ра-
бот при разведке месторождений является всесторонняя харак-
теристика природных условий месторождений с прогнозной
оценкой возможного поведения пород при разработке этих ме-
сторождений или их отдельных участков. Более точные расчеты
устойчивости бортов карьеров и горных выработок должны
выполняться при проектировании.
В результате инженерно-геологических работ следует дать
рекомендации по выбору величин расчетных показателей
свойств пород. Окончательный выбор пх делает проектная ор-
ганизация.
Методы моделирования (оптические, использован не
эквивалентных материалов, применение аналоговых машин,
центрифугирование и др.) весьма перспективны для оценки
поведения пород как в бортах карьеров, так и в потземных
горных выработках. Однако в настоящее время они выполняются
главным образом в научно-исследовательских организациях.
Сравнительно-геологический метод (метод
аналогии) — весьма важный метод, применение которого необ-
ходимо на всех стадиях разведки. Он заключается в выявлении
сходства инженерно-геологических особенностей разведуемого
месторождения с теми месторождениями (или их участками),
инженерно-геологические условия которых изучены в процессе
вскрытия и эксплуатации. Этот метод может быть использован
в качестве предварительного, когда сопоставляются основные
черты геологического разреза месторождения и его гидрогеоло-
I гических условий. Но по мере накопления фактического инже-
нерно-геологического материала по бассейнам, месторождениям,
отдельным шахтам и карьерам представляется возможным (и
необходимым) использовать метод аналогии для детальной
оценки разведуемых месторождений В этом случае сопоставля-
ют детальные данные — величины показателей физико-мехаяи-
! ческих свойств пород, количественные данные о трещиноватости
пород it др.
107
Метод учета и оценки влияния различных
условий и факторов заключается в подробном анализе
влияния на инженерно-геологические условия месторождении
различных условий и факторов (физико-географических, геоло-
гических, гидрогеологических). Этот метод применяется при
предварительной и детальной разведках как дополнение к ме-
тоду аналогии. Он особенно важен для инженерно-геологической
оценки условий разработки глубоких горизонтов, для которых
отсутствует опыт эксплуатации шахт и карьеров-аналогов.
Оцениваются в качественном и количественном отношениях
различные факторы — структурно-тектонический, петрографиче
ский состав, структура и текстура пород, трещиноватость, физи-
ко-механические свойства, гидрогеологические условия и т. д.
При разведке глубоких горизонтов месторождений исполь-
зуют опыт отработки верхних и средних горизонтов и инженер
но-геологические данные, полученные при документации керна
глубоких разведочных скважин.
На Криворожском железорудном бассейне была изучена тре-
щиноватость пород в горных выработках четырех разрабаты-
ваемых горизонтов, расположенных до глубины 860 м. Было
установлено, что количество трещин примерно одинаково на
всех действующих горизонтах. Так как при инженерно-геологи
ческой документации керна глубоких скважин выявилось также
примерное сохранение количества трещин по всему разрезу,
можно было сделать вывод о том, что иа глубоких горизонтах
трещиноватость будет примерно аналогичной трещиноватости
верхних н средних горизонтов (за исключением зоны выветри
вання, где кроме того имеются трещины выветривания). По
добный метод можно назвать методом экстраполяции; он будет
тем достовернее, чем подробнее будет изучаться каждый фак-
тор и его изменчивость по всей глубине разведочных скважин
В чанном случае изучают геологические поля и их изменчи
вость в пространстве (по площади и по глубине). Необходимо
учитывать и взаимодействие факторов. Так, если с глубиной
изменяется характер вторичных процессов в породах (напри
мер, вместо окварцевания появляются признаки карбонатиза
ции, хлоритизации и т. д.), то необходимо вносить поправку
на измените прочности пород с глубиной.
Кроме того, необходимо учесть, что на глубоких горизонта\
возрастает величина геостатического давления, в связи с чем
трещиноватость пород окажется более активной, чем на сред-
них и верхних, а значит, обрушение и сдвижение пород буду
происходить также более интенсивно.
§ 2.	ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АНАЛОГИИ
Как уже отмечалось (см. § 1), метод аналогии необходимо
применять на всех стациях разведки При этом могут сопостав-
ляться как общие черты геологического строения месторождс-
10В
ний, так п результаты детального инженерно-геологического
изучения месторождений и их аналогов, вплоть до сопоставле-
ния данных по прочностным свойствам пород, их тектонической
нарушенное™, степени и характере трещиноватости породит.д.
Возможность использования метода аналогии повышается,
если шахты и карьеры-аналоги расположены вблизи от разве-
дуемого месторождения и приурочены к толщам пород тех же
геологического возраста, петрографического состава и условий
залегания.
Примером применения метода аналогии для прогнозной ин-
женерно-геологической оценки месторождений могут служить
исследования, проведенные при разведке полиметаллического
месторождения в Средней Азии (исследования выполнялись
при участии В. И. Кузькина, Э. Л. Олферьевоп и С. В. Нико-
лаева). Район месторождения сложен толщами гнейсов, габбро-
диоритов и хлорит-актинолитовых сланцев. Породы сильно
тектонически нарушены, разбиты большими разломами со мно-
гими системами оперяющих их трещин. Трещины выполнены
заполнителем различного минерального состава, местами весь-
ма слабо сцементированным.
В непосредственной близости (0,5—2,0 км) от этого разве-
дусмого месторождения (рис. 27) находятся большой действую-
щий карьер и разрабатываемая подземным способом северная
рудная залежь. Эти объекты характеризуются некоторой общ-
ностью геологических, тектонических и гидрогеологических
условий. Поэтому для оценки инженерно-геологических условий
разведуемого месторождения был привлечен опыт эксплуатации
карьера и подземных горных выработок. Установлено, что
в бортах карьера происходили значительные оползни-обрушс-
ния с объемом смещенных масс до нескольких тысяч кубомет-
ров. Возникновению их способствовали наличие поверхностей
ослабления, падающих в сторону карьера, и большая разрушен-
ность пород в зонах тектонических разломов. В бортах карьера
развиты также большие осыпи. В подземных горных выработ-
ках— штольнях отмечены обрушения раздробленных пород,
вывалы отдельных блоков пород и куполение.
Таким образом, при инженерно-геологическом изучении тер-
ритории разведуемого месторождения важным являлось выяв-
ление ослабленных зон в породах и того влияния, которое они
будут оказывать на устойчивость пород при вскрытии н экс-
плуатации месторождения открытым способом. В частности,
важным представлялось изучение зоны Южного разлома, наи-
более крупного из имеющихся на разведуемом рудном поле и
входящего в контур проектируемого карьера. Для инженерно-
геологической оценки зоны этого разлома необходимо было ис-
пользовать данные об устойчивости пород на участке Диаго
нального разлома, вскрытого действующим карьером.
109
Была выполнена инженерно-геологическая съемка действую-
щего карьера, изучены его структурно-тектонические условии,
в том числе крупные тектонические нарушения, а также систе-
мы трещин, выделены их генетические типы, дана количествен-
ная оценка трещиноватости пород различных петрографических,
разностей, выявлено наличие заполнителя в трещинах и опреде-
Рис. 27. Схема расположения разведуемого месторождения и отрабатываемых
участков
лен его состав. На основе выделенных петрографических типов
пород были изучены прочностные, водно-фнзпческие и упругие
свойства пород, а также тщательно закартированы различные
инженерно-геологические явления в откосах карьера и по дан-
ным рудничной геологической службы установлено время раз
пития этих явлений.
На основе обобщения собранных материалов было прове-
дено районирование (расчленение) территории карьера и
выделены три категории участков пород по их устойчивости
(устойчивые, относительно устойчивые и неустойчивые). К не
устойчивым были отнесены породы (главным образом хлорит
актинолитовые сланцы), сильно тектонически нарушенные.
НО
сильно трещиноватые и включающие зоны тектонических раз-
ломов.
В действующих подземных горных выработках Северной
залежи были проведены массовые замеры блочности (кускова-
тости) пород по разработанной авторами (совместно с С, В. Ни-
колаевым) классификации (см. § 5 главы V). Эти исследования
показали зависимость развития неблагопрятных инженерно-гео-
логических явлений в кровле выработок от тектонической на-
рушенное™ пород.
Инженерно-геологические исследования, проведенные на
территории разведуемого месторождения, включали примерно
тот же комплекс инженерно-геологических работ, но с исполь-
зованием только разведочных выработок (штолен, скважин).
Сопоставление собранных материалов по действующему карь-
еру (а также материалов, полученных в эксплуатационных
выработках) с геологическими и инженерно-геологическими
материалами по разведуемому месторождению позволило более
обоснованно провести его прогнозное инженерно-геологическое
районирование (также с выделением трех категорий участков
по устойчивости пород) и оценить инженерно-геологические
условия вскрытия и эксплуатации. На основе этого были даны
также рекомендации по величинам углов откосов проектируемо-
го карьера
§ 3.	ПРОГНОЗНОЕ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Результаты инженерно-геологического изучения месторожде-
ния при разведке отображаются в виде его прогнозного инже-
нерно-геологического районирования (расчленения) в простран-
стве (по площади и в разрезе на различных намечаемых
к разработке горизонтах). Для этого анализируются все
собранные материалы:
а)	структурно-тектоническое строение массивов пород на
месторождении (условия залегания пород, их тектоническую
нарушенность, наличие зон дробления, трещиноватость и другие
поверхности ослабления) Развитие поверхностей ослабления
в воротах устанавливается на основе использования шахт и
карьеров-аналогов, а также по керну разведочных скважин и
данным наблюдений в процессе их бурения;
б)	петрографические типы пород, характер п интенсивность
развитых в них вторичных изменений, влияние их на прочно-
стные свойства пород; пространственное положение зон вторич-
ных изменений:
в)	физико-механические свойства пород на петрографиче-
ской основе (с учетом влияния вторичных процессов изменения
свойств по мерс увеличения глубины залегания пород);
111
г) данные о поведении пород в шахтах и карьерах-аналогах,
д) обводненность пород.
На основе анализа материалов, собранных при разведке,
выделяют геолого-генетические комплексы пород, их. петрографа
Рис 28. Схематическая карта прогноз-
ного инженерно-геологического райо-
нировании месторождения «50 лет Ок-
тября»
ных вторичными процессами.
ческие типы и инженерно-гео-
логические группы (с учетом
трещиноватости, зон дробле
ния. физико-механически'
свойств, обводненности н дру-
гих особенностей).
На рудных месторождени-
ях часто бывают развиты коры
выветривания и различные по-
кровные отложения. В этом
случае необходимы их изуче-
ние и оценка влияния на ниже
нерно-геологические условия
отработки месторождении
Большое значение такие отло-
жения имеют при намечаемом
открытом способе отработки,
когда они будут слагать борта
карьеров и определять харак
тер вскрышных работ.
Ниже рассматривается
опыт прогнозного инженерпо-
1 еологнчсского районирования
на примере медноколчеданно-
го месторождения «50 лет Ок
тября-, расположенного в Ак-
тюбинской обл. Казахской ССР
на территории меденоспой про-
винции Мугоджар. Месторож
Денис находится в зоне кон-
такта вулканогенных пород с
интрузией грапитоидов (рис
28). В пределах месторожде-
ния распространены различ
ные типы скальных пород, в
той пли иной степени изменен-
Типы пород приведены в
табл. 10
Рудовмешающая толща относится к карамалыташской свите
среднего девона (DzCikr) и сложена в основном эффузивами и
туфами основного состава. Интрузивная группа пород верхнего
палеозоя (убРгз) представлена кварцевыми диоритами, грано-
диоритами, аплитовидными гранитами- Интрузии грапитоидов
окоитуривают с запада и востока меридионально вытянутую
112
полосу зеленокаменных пород, слагающих рудное поле место-
рождения. Рудные тела имеют сложную морфологию, залегают
| в северной части месторождения близ поверхности н погру-
жаются в южном направлении до глубины 500 м.
Важным этапом инженерно-геологической оценки массива
горных пород месторождения является изучение их трещинова-
тости. При изучении трещиноватости была проведена ее коли-
чественная оценка для каждого петрографического типа пород;
изучались морфология трещин н их ширина, состав и характер
заполнителя, их роль при обработке месторождения.
Физико-механические свойства пород определялись ла базе
петрографического изучения, что позволило обоснованно ис-
пользовать полученные данные для прогнозного инжеиерно-гео-
вогического районирования. Большая часть петрографических
типов пород на данном месторождении является благоприятной
для разработки месторождения открытым и подземным спо-
собами. Однако отдельные типы пород характеризуются вторич-
ными изменениями, связанными с интенсивными гидротермаль-
ными процессами, а также интенсивной трещиноватостью. Ин-
женерно-геологические условия участков таких пород относятся
к неблагоприятным.
На карте инженерно-геологического районирования (см.
рис. 28) выделены три инженерно-геологических участка (со
снятой корой выветривания), на разрезах (рис. 29 и 30) —че-
тыре. В основу выделения участков положены структурно-тек-
тонические принципы и различия инженерно-геологических
свойств пород.
I.	Весьма неустойчивые участки — кора выветривания эффу-
зивных и интрузивных пород (глинистая и глыбово-щебенистая
ее части). Временное сопротивление сжатию для глинистых по-
род 2,0—20,0-I05 Н/м2, временное сопротивление разрыву 0,5--
2,0-105 Н/м2 Угол внутреннего трения для пород глинистой
коры выветривания эффузивов в среднем 21°.
2.	Неустойчивые участки — породы зон дробления и расслап-
цевания в эффузивах, интрузивах н метаморфических породах.
Для пород этих участков характерна высокая степень трещино-
ватости, существенно влияющая на устойчивость пород в масси-
ве- Предел прочности при разрыве (ор) и сжатии (оМк) соответ-
ственно 1.0—1,6-107 и 1,0—1,6-108 Н/м2; сцепление (3,8—
4,4)-Ю7 Н/м2; угол внутреннего трения 29—31°. Таким образом,
прочность пород при определении ее лабораторными методами
в образцах высокая. Однако в массиве эти породы могут быть
неустойчивыми из-за наличия многочисленных зеркал скольже-
ния (выполненных притертым хлоритом, карбонатом, пренитом),
по которым в случае направленности их в сторону выработки мо-
жет происходить оползание пород, что должно учитываться при
расчетах углов откосов карьеров.
8 Зек. 701	113-
Инженерно-геологическая характеристика основных типов пород мссторож
Группа пф01	Название породи	Степень изменения	Структура	Текстура	Преобладаю- щий характер вторичных изменений	
		процессами				
Интрузив- ные и жиль- ные породы	Гранитоиды. гранодиориты, андезитовые и дацитовые порфириты: а) неизменен- ные и слабо измененные б) измененные	Слабая	Гипидио- морфная, гиалопили- товая	Массивная	Серицити- зация. эпидотиза- ция, карбо- натизация	
Вулкано- генные породы основного состава слабо 'измененные и изменен-	Диабазы, диабазовые порфириты, амигчалоиды	Слабая и сред- няя	Пилотак- ситовая, иематобля- стоофито- ван. пор- фиробласто- вая	Сланцева- тая. беспо- рядочная	Хлоритиза- ция, эпидо- тизация, карбонатп- зацня. серицити- зация	
То же	Микро- диабазы, микро дио- риты, вул- канические брекчии	Средняя и силь-	Реликтовая	Беспоря- дочная	Хлоритиза- ция, эпидо- тизация, серицити- зация, альбитиза- ция	
То же	Туфы, кремнистые туффиты	Средняя, сильная	Витрокла- стическая. гиалопилн- товая	Беспоря- дочная, такситовая	Хлоритиза- ция. карбо- натизация, серитизация	-
Матамор- физованныс основные эффузивы	Метаспиллиты мстадпабазы	Сильная	Нематобла- стовая спилитовая	Массивная	Хлорити- зация, альбитиза- ция, эпидотиза- ция. актино- тнтизацня	
дения .50 лет Октября*					Таблица 10'	
ОЯъем-	Модуль упругости F (Па) Пум’	финн-	Предел прочности при растяже- нии <Тр. H7mj (Па)	Предел прочности при сжатия >снс, Н/м’ <11а>	Показатель прочности по эптоияону молотку ''оО <»эт	Удельное электросоп)и>- тннление по^ид р. (кажущееся)
2650- '’750	5.8-]()’•	0.30	1.4-1.9-10'	1.25-2.14-108	0.7-0,1	—
2900— 2950	9,5.101"	0.16	1,6-10'	1.6-10"	0,8—0,85	1500—1800 для неиз- мененных 800—1000 для изме- ненных и сильно измененных
2850— 2900	—	—	1,4-2,0-10»	1,4—1,8-108	0,6—0,65	1500 -1800
2850	7.9-!©₽	0.21	1.0-1.6-10'	1,0-2.0-108	0.95-1.0	400—500
2900- 2920	5.3-10"-	0,35	1,0-2,0-10*	1 0-1,58*10*	0,7—0,9	-
8’
115
поред	Название породы	Степень измерения вторичными прпцесеими	Стру| ,1	Текстура	Преобладаю- гцнй характер вторичных изменения	
Роговики и орогови- кованные породы по основным эффузивам	Кордиерит- авто фи л л пто- пые и биотит- кордиернтовые	Слабая и неиз- мененная	Лепцдо- бластовая. бластовая	Сланцева- тая. парал- лельная	Хлоритиза- ция. альби- тизация. окварцена-	
Роговики по кислым зффузивам	Кя.чрц-альби- 108 ые, биотит- кварц-альби- товые рогови- ки	Слабая и сред-	Гранобла- стовая, немато- бластов ая	То 5КС	Окварцева- нне, серицитиза- ция, хлори- тизация	
Гидротер- мально 'измененные породы	Серицит- кварц- альбитовая, актинолнт- альбит-хлорн- толая	Сильная	Лепидп- бластовая пемато- бластопая	Полосчатая, слабосло- пстая	Серицитиза- ция. альби- тизация, окварцева- нне хлори- тизация	
Околоруд- иые кварц- серицито- вые породы	Серипито- кварчевая пороха с пиритом	Слабая и средняя	Немато- лепидо- бластовая. грано- бластовая	Сланцева- тая. парал- лельная	Окварцева- пие	
Для выделения неустойчивых участков пород этого типа ис-
пользован опыт горных работ в карьере Блявинского медно-
колчеданного месторождения. Это месторождение залегает
в породах спилит-кератофировой формации и имеет близкие
с месторождением «50 лет Октября» инженерно-геологические
условия. В бортах Блявинского карьера наблюдались зоны
дробления и рассланцевания, подобные вскрытым скважинами
на месторождении «50 лет Октября». Породы этих зон в карь-
ере подвергаются деформациям, происходят вывалы, обрушения
и оползания пород по трещинам, направленным в сторону
карьера.
3.	Ограниченно устойчивые участки пород—измененные гра-
яитоиды и диориты; гидротермально измененные породы со ела-
Продолжение табл. 10
	Объем кг/м3	Модуль упругости f (Па) И Ч*	4>ШИ- Пуас- сона	1 (редел прочности при растяже- нии Яр. Н/м’ (Па)	Предел прочности при сжатии °сж-н/"5 (Па)	Показатель прочности по эталонному молотку rio6 «1ЭТ	Удельное электр<1СОП1Ю- тивлепие пород р Ом-м (кажущееся)
	2800— 2900	6,8-10'"	0,25	1,1—1,6-10'	1,-2-2,2-10-	0.6—1,0 2,У—3,0 (лая коры выветрива- ния)	От 800 до 1100 до 1500 для оквар- цопанных разновид- ностей
	2720	8.8-10м	0.1	1.0-10'. (2,0—2.8)- -10'	(1.0-2,3)108	0,8—1,0 2,6-2.86 (для коры выветри- вания)	-
	2800		-	(1,6—2.6)- -1СР	(1,27-1.76)- -ПН	0.7—1,3.	
	2960	7,4	0,26	7,0 1,1.0- -10'	12,3-14,7-10:	0,75—1 Д'	От IV до 750 (в за- висимости от «.одер- жания пирита)
бо заметными реликтами первичных структур; подрудная тол
ща — роговики по основным и кислым породам; метаспилиты, ме-
тадолериты, кварц-еерипитовые породы и руды. Предел прочно-
сти при разрыве 1,6—2,0-10' Н/м2, сжатии 1,6—2,0-108 Н/м2,
сцепление (4,8 8,4) • 10' Н/м2; угол внутреннего трения 32—35°
Для руд показатели прочности несколько ниже. Предел
прочности при разрыве и сжатии соответственно 0,8—1,4-107 и
0,8—1,5-10® Н/м2 (для пирнт-халькопиритовых руд); водопог-
лощение незначительное (0,3%); пористость около 1%.
4.	Устойчивые участки — неизмененные и слабо измененные
гранитоиды ц диориты, невыветрелые роговики по основным и
кислым зффузивам; спилиты, микродиабазы, диабазовые пор-
фириты. Для пород характерна слабая степень трещиноватости.
117
Характеристика ннжсперпо-геологичсских участков месторождений ,50 тет
	Название парна и карвктер па изменения	Преобладающие тнвы вторнчпык изменения	
1	Кора выветривания по эффузивным и интрузивным порохам, глинис- тая и глыбово-щебенистая части	Зерицитизация. карбон а- тнзация. каолинизация, ожелезнение	
2	Зона дробления л эффузивах и ту- фах основного состава, амигдало- идах (ширина зон 25—30 м). рого- виках и ороговикованиых породах по основным и кислым эффузи- вам. вылет ре лыс роговики (под корой выветривания)	Хлоритизация, карбоиа- тизацпя, актинолити- зацин	
3	Измененные гранитоидм в диориты, гидротермально измененные поро- ды со слабо заметными реликтами первичных структур, подрудная толща — роговики по основным и кислым породам, метаспилиты и метадолерит ы кви рц-серишгговые породы Руды пиритовые и халькопирита-	Серицитизация, альбити- зация. окварцеваине хлоритизация	
4	Неизмененн ые и елабоизмененн ые гранитонды и диориты, неизменен- ные роговики по основным и кис- лым эффузиваы, спилиты, микро- диабазы, диабазовые порфириты	Серицитизация, карбона- тизация. эпидотизация амфиболитизаиия	
118
Октября"					а б л и ц а 11
Предел прочности	прочности при СЖЙТНИ °еж И**	Условный показатель хрупкости J»x	Показатель прочности по эталонному МОЛОТКУ ”эт	Модуль трс1ппнова- <количество	Ширина трещин [преобладаю-
0,5-2,0-103	0,3—2,0.10’	6—10	2-7	-	-
1.0-1,6-10’	1.0-1,6-10»	10-16	1.0—1.3	15-25 >1 25	1—5, нолоспыс
1,5—2,0-10’ 0,8-1,4-10»	1.6—2.0-10» 0,6—1,5-10-	16—20 10-11	0.9-1,0	15-15	3—5. реже 1 -2 и притертые без за- полнителя
2.0—2.6-111’	1,8-2.210-	9-10	0,6-1,1	1-10	1—2 и полосные 119
	Назегчве порол н характер нк изменения	Заполнитесь трешин	
1	Кора выветривания по эффузивным и интрузивным породам, глинис- тая и глыбово-щебенистая части	-	
2	Зоны дроблспия в эффузивах и ту- фах основного состава, амигдало- идах (ширина зои 25—30 м), рого- виках и opoi овикованных породах по основным и кислым эффузивам. вывстрелые роговика (под корой выветривания)	Карбонат, хлорит, пре- нит, цеолиты	
3	Измененные грапитоиды и диоригы, гидротермально измененные поро- ды со слабо заметными реликтами переичных структур, подрудная толща — роговики но основным и кислым породам, метаспнлиты и метадолериты, кварц-ссрицитовые породы Руды пиритовые и халькопиритовые	Кварц, хлорит, серицит, кальцит, пирит	
4	Неизмененные и слабоизмененные грапитоиды и диориты, неизменен- ные роговики по основным и кис- лым эффузивам, спилиты, микро- диабазы, диабазовые порфириты	Кварц, эпидот, гематит, пирит	
120
Продолжение табл 11					
Выход	Кажущееся сопротивлс-	Параметры паспорта прочности			Инженерно- геологическая характеристика выделенных участков
		сцепление -0 10—7 >,'м’	сопротивление < и;—7Н/ма	угол пнут- грення	
100			—	2Г	Весьма неустой- чивые
0—50	125, 150—300	3,8-4,4	2,4-3,15	29—31	Неустой- чивые
50—75	800—1500	4,8—8,4	3,1—4,0	32—35	Ограничен- но устой- чивые
75—100	1500—1800	5,6—8.8	3,2-5.0	35—37	У'стойчн- 121
Рис. 29. Прогнозный инженерно-геологический раз-
рез месторождения «50 лет Октября» по линии 27
Условные обозначения ем. рис. 28
Рис. 30. Прогнозный инженерно-геологический разрез место-
рождения «50 лет Октября» по линии 26. Условные обозна-
чения см. рис. 28.
Предел прочности при разрыве и сжатии соответственно 1,6—
2,6-107, 1,4—2,2-108 Н/м2; сцепление (5,6—8,8)-107 Н/м2; угол
внутреннего трения 35—57е.
Инженерно-геологическое районирование месторождения
проведено в плане н на серии поперечных разрезов, что даст
возможность оценить инженерно-геологические условия на раз-
веданных глубинах. Инженерно-геологическое районирование,
базирующееся на комплексном изучении геологических особен-
ностей месторождения, трещиноватости порол и их петрогра-
фических и физико-механических особенностей (табл. 11),
I позволяет более обоснованно и на научной основе подойти при
проектировании горных работ к выбору систем отработки ме-
сторождения и технологии буровзрывных работ, выбору расчет-
ных показателей и схем расчета в зависимости от простран-
ственного расположения инженерно-геологических участков.
§ 4. ПРОГНОЗНАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ГЛУБОКИХ ГОР ИЗО ИТО В МЕСТОРОЖДЕНИЙ
При разведке глубоких горизонтов рудных месторождений
большей частью отсутствует опыт эксплуатации, поэтому для
инженерно-геологической прогнозной оценки глубокозалегаю-
щпх массивов пород приходится пользоваться только инженер-
но-геологическими данными, полученными при бурении разве-
дочных скважин.
Однако весьма часто на месторождениях ведут разведку
глубоких горизонтов уже при наличии горных работ на верхних
горизонтах на малых и средних глубинах. В этом случае пред-
ставляется возможность в некоторой мере использовать опыт
горных работ на этих глубинах для прогнозной оценки инже-
иерпо-геологических условий освоения глубоких горизонтов.
Для этого данные изучения инженерно-геологических условий
действующих горизонтов экстраполируют на глубокие горизон-
ты, корректируя получаемые прогнозы данными, полученными
при бурении глубоких разведочных скважин. Например, боль-
шое влияние на инженерно-геологические условия горных работ
в скальных породах оказывают трещиноватость пород, зоны
дробления к другие поверхности и зоны ослабления. В начале
все эти поверхности ослабления в породах изучают в горных
выработках действующих горизонтов. Устанавливают количе
ственные закономерности в развитии поверхностей и зон ослаб
ления, приуроченность их к определенным стратиграфическим
и петрографическим толщам, положение в пространстве и из-
менение их количественных характеристик с увеличением глу-
бины залегания Устанавливают также влияние этих поверх-
ностей на поведение пород п развитие различных инженерно
геологических явлений в зоне горных работ. Для тех же глубин
устанавливают количественные характеристики поверхностей и
123
зон ослабления по данным пройденных здесь скважин и выяв-
ляют корреляционные связи между данными, полученными
в хорных выработках и в скважинах. Выявленные характери-
стики экстраполируют на разведуемые глубокие юризопты.
корректируя их данными, полученными при бурении скважин
на интервалах проходки по глубоким горизонтам. Соответствен-
но с этим прогнозируют поведение пород в горных выработках
при разработке глубоких горизонтов.
Следует учитывать, что на глубоких горизонтах возрастает
величина геостатического давления, обусловленного массой вы-
шележащих пород. В связи с этим все поверхности и зоны ос-
лабления, имеющиеся в массиве пород, могут оказаться здесь бо-
лее активными, чем на малых и средних глубинах—обрушение,
скольжение и сдвижение пород будут происходить более ин-
тенсивно под воздействием возросшего горного давления.
Для характеристики деформаций пород, возникновение ко-
торых возможно на глубоких горизонтах, необходимо учитывать
прочностные и деформационные свойства пород. У сильно тре-
щиноватых и раздробленных пород наиболее вероятно интен-
сивное обрушение и сдвижение пород (особенно если есть зоны
крупных тектонических нарушений).
В породах, способных к пластическим деформациям (аргил-
литы, алевролиты, различные сланцы), возможно развитие
сильного горного давления, вызывающего сдавливание горных
выработок. Для этих пород характерны деформации ползуче-
сти, развивающиеся длительное время, но могущие оказать ин-
тенсивное влияние на разрушение горных выработок. В крепких
и хрупких породах на глубоких горизонтах возможно возник
новение горных ударов. Все эти явления в значительной мере
обусловлены гравитационными силами и зависят от напряжен-
ного состояния горных пород. При этом в горноскладчатых
областях при разработке рудных месторождений приходится
часто сталкиваться с аномальными величинами напряженного
состояния пород, связанного с тектоническими силами. Напря-
женное состояние успешно измеряется, если на месторождении
уже имеются горные выработки. Определение же напряженного
состояния пород в процессе бурения глубоких разведочных
скважин или по их керну находится еще в начальной стадии
исследований.
Для инженерно-геологической характеристики пород глубо-
ких разведочных скважин кроме инженерно-геологической до-
кументации пород по керну должны привлекаться геофизиче-
ские методы их изучения.
Примером использования для инженерно-геологической оцен-
ки глубокозалегающих частей массива скальных пород данных,
полученных в имеющемся на месторождении карьера, может
служить одно из хромитовых месторождений на Южном Урале.
124
В настоящее время месторождение разрабатывается откры-
тым способом — большим карьером (глубиной 120 м), а раз-
ведка ведется на прилегающем участке, где рудные залежи
догружаются в южном направлении и разведуются буровыми
скважинами глубиной до 1200 м. Ультраосповной массив, к ко-
торому приурочено месторождение, сложен скальными порода-
ми— преимущественно дунитами с подчиненным развитием пе-
ридотитов. Породы серпентиянзнрованы. Рудное тело имеет
форму линзы с пережимами и раздувами как по падению, так
и по простиранию. Серией параллельных тектонических нару-
шений (сбросов) широтного простирания оно разбито на ряд
блоков с амплитудами смещения до 100 м
Обнаженные в карьере породы и руды хорошо изучены в ин-
женерно-геологическом отношении Однако данные изучения их
физико-механических свойств не могут быть распространены
на глубокие горизонты, так как вскрытые карьером породы силь-
но изменены процессами древнего и современного выветрива-
ния. Что касается трещиноватости пород, то, за исключением
трещин выветривания, результаты изучения литогенетических и
тектонических трещин могут быть использованы для характе-
ристики пород, залегающих на глубоких горизонтах.
Породы, слагающие борта этого карьера и хорошо доступ-
ные для изучения, обладают трещинно-блоковой структурой.
Наблюдается серия параллельных разрывных тектонических на-
рушений (с углами падения 80—90°), которые имеют пять
систем оперяющих трещин. Азимуты падения: 160—170° (угол
падения 75—85°), 100—110° ( угол 70—80°), 240—250° (угол
75—90°), 270—290° (угол 75—90°) и 0—350° (угол 15—25°).
При полевой инженерно-геологической документации керна
глубоких разведочных скважин были установлены некоторые
закономерности в развитии трещин на разведуемых частях ме-
сторождения до глубины 1200 м (предполагаемая глубина
шахтного ствола). В керне также выявлено пять систем трещин,
углы между которыми соответствуют углам между трещипами
тех систем, которые были изучены в карьере. Это дает основа-
ние считать, что на глубоких горизонтах развиты те же системы
трещин. По данным разведочных скважин было также установ-
лено, что в пределах глубин 150—800 м трещины распределены
равномерно и модуль трещиноватости равен в среднем 3—5 тре-
щинам в 1 пог. м. Однако через каждые 30—60 м глубины
встречаются аномальные участки пород, где модуль трещино-
ватости резко возрастает и превышает 30. Эти аномальные
участки совпадают с интервалами пониженного процента вы-
хода керна н, по-видимому, являются зонами дробления пород
(рис. 31). Ниже глубины 800 м рудные залежи и рудовмещаю-
щпе породы отличаются большей раздробленностью. Зоны
дробления расположены здесь через каждые 5—10 м и характе-
ризуются высокой кусковатостью (более 30—40 столбиков кер-
125-
па в 1 пог, м). Кавернометрия, проведенная в одной из сква
жин, показала, что аномалии на кавернограмме также соот-
ветствуют зонам дробления, выявленным по керну.
Рис. 31. Схема удельной трещиноватости пород и руд по опорным с . • кипам
на разведуемом месторождении
I графики трещиноватости пород (число трелит в 1 пог м керна) ?—рудные
Большое влияние трещиноватости на инженерно-геологиче-
скую оценку пород было выявлено и при определении коэффи
циеита структурного ослабления. Этот коэффициент представля
ет собой отношение величины сцепления, определенного в масси-
ве пород (в карьере), к сцеплению этих же пород в образце
[Коэффициент структурного ослабления серпентинитов при уг-
1лах между направлением плоскости среза и направлением
основных трещин до 15—20“ составлял 0,48, при углах 30—
60° от 0,08 до 0,1 и при углах 60—90° от 0,14 до 0.23
, (данные ВНИМИ)
Исследования влияния трещиноватости на прочность пород
в зависимости от состава заполнителя трещин были проведены
в лаборатории ВСЕГИНГЕО. Эти исследования показали, что
при хлоритовом заполнителе трещин прочность пород в 3—4 ра-
за меньше, чем, например, при заполнении трещин актинолитом.
Таким образом, трещиноватость и зоны дробления сильно
ослабляют массив пород на разведуемых глубинах и будут ока-
зывать существенное влияние на горные работы. На глубоких
горизонтах возникнет необходимость усиленного крепления вы-
работки.
Примером использования для инженерйо-геологпческой оцен-
ки глубоких горизонтов материалов, полученных при изучении
инженерно-геологических условий горных работ на средних
глубинах с корректированием их данными по глубоким разве-
дочным скважинам, может служить один из участков Криво-
рожского железорудного бассейна.
В настоящее время на участке ведется подземная разра-
ботка рудных залежей на горизонтах 640, 715, 790, 865. 940 м
и разведуются глубокие горизонты (до 1500 м и более).
Участок состоит из двух главных структур: восточного кры-
ла Саксаганской синклинали и западного крыла антиклинали,
сложенных чередующимися толщами сланцевых и железистых
горизонтов (рис. 32), образующих среднюю свиту криворожской
серии докембрийских пород. Общее падение пород ориентиро-
вано в северо-западном направлении под углом 35—45 . Породы
участка разбиты крупными тектоническими нарушениями.
Сланцевые горизонты средней свиты представлены сланцами
кварц-серицитовыми, хлорит-бпотитовыми, серицнт-хлоритовы-
мн п др., переслаивающимися с беэрудными силикатными ро-
говиками. Железистые горизонты сложены рудными роговика-
ми (гётито-гематито-мартитовыми, желсзно-слюдково-мартито-
выми, мартитовыми) с кварцевыми прослоями. Рудные залежи
находятся в пятом и шестом железистых горизонтах. К породам
приурочены трещинные и трещинно-пластовые подземные воды,
основным аккумулятором их являются рудные залежи.
С целью инженерно-геологической оценки участка был изу-
чен керн ряда глубоких скважин (до 1500—2550 м) и обследо-
ваны горные выработки на горизонтах 640, 715, 790 и 865 м,
при этом отбирались пробы дли лабораторных исследований
физико-механических свойств пород и изучались факторы,
влияющие на инженерно-геологические условия эксплуата-
Масштаб i: 15000	карь
Pue 32 Схематический геологический разрез рудного
поля с данными по трешиновагости
Win,— свойства пород в массиве, их слоистость, сланцеватость,
структура, текстура, трещиноватость, обводненность, крепость’
По прочностным показателям вмещающие породы участка
относятся к крепким. Преобладающие значения сопротивления
сжатию пород сланцевых горизонтов 7,0—12,0-107 Н/м2, сопро-
тивления разрыву 2,5—3,5-107 Н/м2. Преобладающие значения
сопротивления сжатию пород железистых горизонтов 1,1—
2,2-108 Н/м2, сопротивления разрыву 3,0—4,5-107 Н/м2. Желез-
ные руды по крепости подразделяются на три разновидности;
плотные (преобладающий коэффициент крепости 7—9), рыхлые
(4—6), сыпучие (3—4).
Породы средней свиты слоистые, мощность слоев колеблется
от 0,5 м до 0,5 см. Слоистость лучше выражена в сланцевых
горизонтах, чем в железистых. Залегание пород в общем спо-
койное, но ближе к рудным залежам отмечаются нарушения
залегания: флексуры, пережимы, выклинивание пород и др.
Породы и руды участка в значительной степени трещиноваты.
Выделяются трещины литогенетические (отдельности и напла-
стования), тектонические и искусственные. Последние связаны
с горным давлением и взрывными работами и распространены
в зоне горных работ. Кроме того, в приповерхностной части
массива пород встречаются трещины выветривания.
Наибольшее развитие получили литогенетические трещины
отдельности. В породах, вскрытых горными выработками, эти
трещины создают призматическую отдельность. В керне сква-
жин высокие значения кусковатости (25—30) обусловлены
именно лнтогепетическими трещинами (продольными, попереч-
ными, диагональными), а также трещинами кливажа, который
довольно широко развит в породах железистых горизонтов.
Тектонические трещины (рис. 33) характеризуются различ-
ной степенью выраженности: зияющие (на отдельных участках
с зиянием до 10—15 см); со смещениями (до 20—25 см);
с плотно сомкнутыми стенками или с заполнителем (кварц,
карбонат, сульфиды, тектоническая брекчия). Тектонические
трещины образуют пять систем с азимутами падения: 290—300”,
70—80°, ПО—125°, 165—190°, 250—275°. Линейный модуль тре-
щиноватости по тектоническим трещинам самый высокий для
пород пятого сланцевого и железистого горизонтов, т. е. тех,
в которых находятся рудные залежи.
На действующих горизонтах при проходке горных выработок
и добыче руды возникают разнообразные инженерно-геологиче-
ские явления, связанные преимущественно с гравитационными
силами и представляющие собой сдвижение пород, обрушение
кровли выработок, вывалы, выбросы, а также явления, вызван-
ные гидрогеологическими условиями,— прорывы воды с выно-
сом рудного материала, оплывание водонасыщенных руд в вы-
работках и др.
9 Зак 701
129
Обрушения характерны для крепких трещиноватых пород
железистых горизонтов и происходят на пересечении несколь-
ких трещин с плоскостями напластования. В слоистых породах
сланцевых горизонтов развиты обрушения в форме отслоения
пород по плоскостям напластования.
Вывалы происходят в основном в местах пересечений трещин
различных систем и преимущественно в породах железистых
горизонтов.
Рис. 33. Изоклинальная складка к трещиноватость в породах четвертого желе-
зистого горизонта (фото Г. Г. Скворцова)
В крепких мало трещиноватых породах железистых гори-
зонтов в местах концентрации напряжений в кровле и стенках
горных выработок происходят внезапные выбросы пород. Они
связаны с мгновенным переходом потенциальной энергии, свя-
занной с гравитационными силами, в кинетическую.
Выработки, пройденные по простиранию пород, менее устой-
чивы, чем пройденные вкрест простирания как в сланцевых, так
и в железистых горизонтах. Кроме того, выработками в сланце-
вых горизонтах вскрываются явления, характерные для пла-
стичных пород,— постепенное выпирание пород и их обрушение
в висячем боку. В выработках, пройденных по рудным зале-
жам, наблюдаются обрушения и выбросы. Обрушения связаны
со слабоустойчивыми и неустойчивыми рудными залежами. Вы-
бросы обусловлены наличием рыхлых и сыпучих разновидно-
стей руд, которые в водонасыщенном состоянии могут образо-
JSO
вывать выбросы или выдавливаться в полости горных выра-
боток. Учитывая изложенное выше, можно дать следующую
прогнозную оценку инженерно-геологических условий глубоких
горизонтов этого участка.
Состав пород разреза с увеличением глубины примерно сох-
раняется, и рудные залежи, подсеченные скважинами, имеют
в среднем такую же мощность, как и на действующих го-
ризонтах.
Изменение прочностных свойств пород с глубиной не уста-
новлено, однако отмечается их изменение в зависимости от
структурных особенностей массива: прочность снижается в зо-
нах крупных тектонических нарушений и в областях контакта
вмещающих пород с рудпыми залежами. Эти изменения долж-
ны проявляться и на глубинах более 1500 м, где находится ядро
структуры и увеличивается число блоков-чешуй с тектонически-
ми контактами. Характер слоистости и сланцеватости пород
с глубиной не изменяется.
Количественная оценка трещиноватости пород по выработ-
кам действующих горизонтов и керну скважин показывает, что
с возрастанием глубины (от нижней границы зоны выветрива-
ния и до разведуемых глубин) трещиноватость заметно не уве-
личивается. Некоторое увеличение трещиноватости наблюдается
близ тектонических нарушений и на контактах рудных залежей
с вмещающими породами. Приконтактные участки представляют
собой ослабленные зоны, требующие крепления Характеристи-
ка прочностных свойств руд на глубинах 1500 м и более в общем
такая же, как и на разрабатываемых горизонтах. Гидрогеологи-
ческий фактор (учитывая единство каждой из рудных залежей
по всей их протяженности) и па больших глубинах будет играть
значительную роль при проходке горных выработок и разработке
рудных залежей. Таким образом, на больших глубинах следует
ожидать возникновения тех же инженерно-геологических явле-
ний, которые наблюдаются на эксплуатируемых горизонтах. И
хотя изменения многих природных факторов с увеличением
глубины незначительны, все же следует ожидать усложнения
инженерно-геологических условий в связи с возрастанием на
больших глубинах геостатического давления. Последнее по-
влияет на повышение горного давления в зоне выработки, что
скажется на увеличении интенсивности инженерно-геологиче-
ских явлений, особенно таких, как выбросы и стреляние пород.
§ S. ПРОГНОЗНАЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КАРСТОВЫХ РАЙОНАХ
Ниже рассматриваются вопросы инженерно-геологического
изучения рудных месторождений, расположенных в районах
с развитием карста в карбонатных породах, так как с карстом
9*
13!
в сульфатных и галогенных породах редко приходится встре-
чаться при разведке рудных месторождений.
Особенностью карбон ithnx пород является довольно слабая
растворимость, поэтому карст в них развивается медленно. Учи-
тывая сравнительно короткие сроки эксплуатации месторож-
дения, в карбонатных породах карст представляет интерес нс
столько как процесс в его динамике, сколько как явление.
В связи с этим при разведке приходится оценивать главным
образом степень уже имеющейся закарстованности пород [3]
Карбонатные породы в своем большинстве являются скальными
или полускальными, обладающими значительной прочностью,
но в случае сильной закарстованности в массиве они могут быть
ослабленными, что сгедуст иметь в виду при оценке инженерно-
геологических условий месторождений. Наблюдается также
исключительно большая обводненность рудных месторождений
в закарстованных породах, затрудняющая горные работы и
неблагоприятно влияющая на инженерно-геологические усло-
вия. Большое инженерно-геологическое значение в закарстован-
ных карбонатных породах имеют явления, связанные с нали-
чием заполнителя в карстовых полостях. Иногда этот запол-
нитоль твердый (каменистый), цементирующий закарстованные
породы и способствующий их упрочению в массиве. Но боль-
шей частью заполнитеть рыхлый (песчаный, пылеватый) или
связный (глинистый), способный к перемещению по закарсто-
вапному массиву, особенно при наличии давления подземных
вол. Возникающие инженерно-геологические явления заклю-
чаются в суффозионном выносе и вымывании п горные выра-
ботки песчано-глинистого материала, заполяющего карстовые
полости, а также во внезапных прорывах (выбросах) этого
материала. Подобные явления неблагоприятно влияют яа про-
ведение горных работ, а в некоторых случаях даже катастро-
фический характер.
Таким образом, в карстовых районах инженерно-геологи-
ческое изучение месторождений при разведке включает следую-
щие вопросы:
а)	степень закарстованности массива пород;
б)	структура за карстованного массива, т. е. закономерности
расположения отдепьных карстовых полостей или закарстован-
ных зон в пространстве. Оценка структуры за карстованного
массива возможна при наличии данных о геолого-тектонической
структуре месторождений, данных о геологической истории раз-
вития карстовых процессов в районе месторождения, связи их
с отдельными этапами развития района и положения его отно-
сительно базиса эрозии в различные эпохи;
в)	наличие заполнителя в карстовых полостях, его состав
н физико-механическпе свойства;
г)	динамика перемещения рыхлого (связного или несвязно-
го) заполнителя в закарстованиом массиве под действием при-
132
родных процессов, а также при водопонижении и проведении
горных выработок.
Анализ инженерно-геологической обстановки на месторож-
Чении при прогнозном инженерно-геологическом районировании
в случае наличия карста проводится, как и на месторождениях
с другими природными условиями, с учетом опыта эксплуата-
ции шахт и карьеров-аналогов, а также инженерно-геологиче-
ской документации глубоких разведочных скважин и их керна.
Результаты инженерно-геологического районирования место-
рождений отображаются на погоризонтных картах (или планах)
и разрезах.
В качестве примера изучения закарстованности массива
с целью прогноза инженерно-геологических процессов можно
привести одно из Северо-Уральских бокситовых месторождений,
где вмещающими породами являются толщи переслаивающихся
известняков. Во время исследования месторождение разраба-
тывалось до глубины 3G0 м на нескольких рабочих горизонтах,
а также проводилась буровая разведка на более глубокие го-
ризонты. Задачей исследований являлась прогнозная оценка
инженерно-геологических явлений при эксплуатации глубоких
горизонтов, основанная на изучении иижсиерно-геологических
условий эксплуатации верхних горизонтов месторождения и
массивов пород в разведочных скважинах.
Методика исследований была принята с учетом того, что
любой геологический процесс происходит при наличии опре-
деленных природных условий, сформировавшихся в результате
историко-геологического развития района. Наряду с изучением
общих структурно-тектонических условий района месторожде-
ний н геологической истории формирования карста исследова-
лись трещиноватость и закарстованность пород, их связь с пет-
рографическим и химическим составами пород, наличие запол-
нителя н карстовых полостях, его состав и свойства, а также
условия его перемещения по полостям в зависимости от при-
родных л горно-эксплуатационных факторов.
Трещиноватость, а также закарстованность пород на место-
рождении изучались в горных выработках на разрабатываемых
горизонтах п но керну геологоразведочных скважин.
В породах, с тягающих месторождение, были выделены:
1) разрывные тектонические нарушения (часто со смещением);
2) трещиноватость (литологическая, тектоническая и экзоген-
ная). Р 1зрывные нарушения подразделены на крупные (мощ-
ность зоны свыше 0,5 м), средние (0,5—0,1 м) и мелкие (менее
0,1 м) Трещиноватость изучалась по всей длине каждой горной
выработки. По масштабам проявления, мощности заполнителя
или ширине трещин вес трещины подразделяются на крупные,
средние и меткие. К крупным отнесены трещины с шириной
более I см, к средним 0,5—1 см и к мелким — менее 0,5 см.
133
В процессе изучения разрывных нарушений и трещинова-
тости пород определялись пространственная ориентировка, фор-
ма, характер поверхности, наличие борозд и штрихов скольже-
ния, состав и мощность заполнителя, наличие и характер
водопроявления, признаки закарстованности, генезис и кинема-
тический тип трещин.
сз
ЮЗ
50 ИЯ И>0 200 250 330 350 UO 450 500. 550 600 Б50 ТООн
"к
В г^г
г-С'------ТК-Zx -.A- .nr-AJW-J''
О 50 ПО 153 200 250 ЗОН 350 400 450 500 550 600 650 TWr.
^Г	л
Тк , а . . ,/п, ^.лАЛЛлл/
О 50 ПО too ZOO 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700* *
|-г|-|-|/	|---|J I А |4
к 1^ к \'£Л9 I 1^
Рис. 34. Инженерно-геологический разрез квершлага горизонта 360 м
известняки массивные, средяеслеистые я тонкослоистые; J — геологические гракицы-
- прослеженные, б — предполагаемые; 3 — тектонические нарушения; < —угол падения
------ к----"-цы закарстовакиых зон; 6 — карстовые участки; 7 — розы-диаграммы
• роэы-лкзграммы закерстоааиных систем трешки; S —горные емра-
овка квершлага; И — модуль трещиноватости а — крупной, б — мел-
8режимов;
огни, 10-
Результатом обработки данных изучения трещиноватости и
закарстованности пород в горных выработках явилось составле-
ние инженерно-геологического разреза (рис 34) и диаграмм
пространственной ориентировки трещин (рис. 35).
Изучение пород в горных выработках и геологоразведочных
скважинах выявило сложную картину условий формирования и
распределения в массиве закарстованных участков. Карстовые
полости приурочены к зонам дробления крупных тектонических
нарушений, где они расположены в виде цепочек и пустот, сое-
диненных трещинами или каналами. Форма и размеры карсто-
вых полостей во многом зависят от мощности зоны дробления.
Более мелкие карстовые полости приурочены к системам опе-
134
ряющих трещин, широко развитых в зонах крупных нарушений.
Степень закарстованности массива зависит также от хнми-
180	180
В	Системы	впадения	/лаЗения
	I	200	40-50
	Л	5	55
В	ОиСЯКМЬ!	впадения	Спадения
	I	300	65
В	Системы	Ьтдюия	(ладе ая
	I	295	36,7
	л	215	60
	ш	85	35
Рис. 36. Характер пространственного
распределения трещин н известняках
(СУБР)
веского состава карстующихся пород. Прослои и пачки извест-
няков, содержащие труднорастворимые примеси (SiOa. АЬО3 и
Fe?O3), закарстованы слабо и изредка содержат небольшие
135
карстовые полости. Карстовые полости как открытые, так и со-
держащие заполнитель различных типов — твердый, связный и
рыхлый.
В процессе лабораторных исследований выявленных типов
заполнителей определялись их гранулометрический состав, объ-
емная и удельная массы, пористость, влажность, степень водо-
насыщения, показатель пластичности, коэффициент консистен-
ции, показатель уплотненности, временное сопротивление одно-
Рис 36 Инженерно-геологические карты горизонтов 300 м («) и 360 м (6).
Условные обозначения см. рис. 34
осному сжатию, углы внутреннего трения и сцепления. Были
проведены также исследования зависимости прочности заполни-
теля от его влажности.
Твердый заполнитель представлен бокситами, сиалитами,
алюмосиликатами и характеризуется большими прочностью и
устойчивостью в горных выработках, почти такими же, как
у вмещающих пород.
Связный заполнитель состоит из плотных глин. Этот тип за-
полнителя в первое время после вскрытия карстовой полости
может быть довольно устойчивым в стенках и кровле вырабо-
ток. Его деформации обычно происходят постепенно, и лишь
при большом гидростатическом давлении в кровле могут от-
мечаться внезапные выбросы заполнителя.
Рыхлый заполнитель в основном представлен песчано-гли-
нистыми отложениями. Он характеризуется малой механиче-
ской прочностью. Большое содержание пылеватых фракций (до
70%) способствует его быстрому водонасыщению и размоканию
(1—2 мин). При вскрытии карстовых полостей с таким заполни-
те
телем может произойти его суффозионный вынос в горную вы-
работку.
Анализ распределения в массиве выявленных типов заполни-
теля как по площади, так и по глубине с учетом гидростатиче-
ского давления на каждом участке позволил дать прогноз воз-
можного возникновения инженерно-геологических явлений при
вскрытии карстовых полостей на различных горизонтах.
По результатам всего ком-
плекса исследований на всей
площади месторождения вы-
деляются три зоны, отлича
кш1иеся различной степенью
закарстованности, которые
отображепы на инженерно-
геологических картах отраба-
тываемых горизонтов (рис.
36).
Первая зопа представлена
наличием крупных тектониче-
ских нарушений, к которым
приурочены карстовые поло-
сти размером более 0,5 м. В
пределах этой зоны при про-
ходке горных выработок могут
быть встречены участки пород
с интенсивной закарстованно-
стью-	Рис 37. Прогнозная инженерно-геоло-
Вторая зона характерпзу- гичсскяя карта горизонта 480 м. Ус-
ется меньшим размером раз- ловные обозначения см. рис. 34.
рывных нарушений и соответ-
ственно менее значительным проявлением карста. В пределах
этой зоны могут быть встречены карстовые полости размером не
более 0,5 м. Вероятность вскрытия выработками участков с ин-
тенсивной закарстоваппостью значительно снижается.
Третья зона фиксируется слабым проявлением тектонических
нарушений п незначительным развитием подземных карстовых
форм.
В результате проведенных инженерно-геологических иссле-
дований была составлена инженерно-геологическая модель ме-
сторождения, в которую входят инженерно-геологические раз-
резы по горным выработкам, инженерно-геологические блок-
диаграммы, погоризонтныс инженерно-геологические карты.
На основе составлеппой инженерно-геологической модели
эксплуатируемых горизонтов, выявившей закономерность рас-
пределения закарстованности массива, была составлена прог-
нозная инженерно-геологическая карта разведуемого горизонта,
на которой показаны участки сильной, средней и слабой закар-
стоваппости пород (рис. 37).
137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Методическое руководство составлено на основе опыта ин-
женерно-геологического изучения рудных месторождений при
их разведке, проведенного ВСЕГИНГЕО совместно с террито-
риальными геологоразведочными организациями, материалов
проектных организаций и научно-исследовательских институтов
горного профиля, а также изучения опыта вскрытия и эксплуа-
тации различных рудных месторождений, находящихся в раз-
ных природных условиях. Оно составлено с учетом и в развитие
разработанной ранее ВСЕГИНГЕО «Инструкции по изучению
инженерно-геологических условий месторождений твердых по-
лезных ископаемых при их разведке» и предназначено для
работников геологоразведочных экспедиций и партий, проводя-
щих инженерно-геологические работы на рудных месторожде-
ниях вне зоны многолетиемерзлых пород.
В руководстве рассматриваются методика изучения инже-
иерно-геологических условий рудных месторождений, приуро-
ченных преимущественно к скальным и полускальным породам
(изверженным, метаморфическим и осадочным) и разведуемых
различными способами (с помощью буровых скважин или гор-
но-разведочных выработок). Даются рекомендации также по изу-
чению кор выветривания, развитых на различных материнских
породах. Рассмотрены особенности различных видов инженер-
но-геологических работ—полевых и лабораторных, применения
ускоренных методов для изучения физико-механических свойств
пород и методика прогнозирования инженерно-геологических
условий разработки месторождений по данным разведки.
Методическое руководство подытоживает первый этап в соз-
дании методики инженерно-геологических работ и прогнозиро-
вания при разведке рудных месторождений. Представляется,
что дальнейшие исследования по данной проблеме должны ве-
стись в следующих направлениях:
1.	Совершенствование мегодики прогнозирования инженерно-
геологических условий рудных месторождений при их разведке
(намечаемых к отработке открытым и подземным способами) на
основе: а) изучения опыта эксплуатации рудных карьеров и
шахт, находящихся в различных природных условиях, в том
числе и на больших глубинах; б) применения метода аналогии
на основе изучения закономерностей развития инженерно-геоло-
гических процессов и явлений; в) развития метода учета и оцен
138
ки различных природных факторов с использованием теории
геологических полей; г) разработки методик инженерно-геоло-
гического изучения различных типов месторождений с учетом
их конкретных структурно-тектонических обстановок, состава
руд и намечаемых систем разработки; д) разработки методов
инженерно-геологических прогнозов с учетом вопросов охраны
природной среды; е) внедрения в практику геологоразведочных
работ методов инженерно-геологического моделирования, ана-
литических методов прогноза и ЭВМ.
2.	Развитие методики интерпретации данных геофизических
методов исследований для инженерно-геологической оценки по-
род, развитых на рудных месторождениях, особенно на глубо-
ких горизонтах
3.	Разработка новых экспресс-методов для изучения пород
в полевых условиях, в том числе при залегании пород в массиве.
ОГЛАВЛЕНИЕ	1
Стр- | г
Предисловие	3
Глава I. Задачи инженерно-геологических работ при разведке рудных
месторождений . . -	.	...	.	.	5
Глава П Типизация месторождений по инженерно-геологическим усло-
виям ..........................................................   9
Главк III Инженерно-геологические явления, возиекаюшие при горных
работах ...	...	...	.12
Глава IV. Факторы, влияющие на инженерно-геологические условия раз-
работки рудных месторождений	,	-18
§ 1.	Физико-географические условия	18
§ 2.	Структурно-тектонические условия ....	.20
§ 3.	Петрографические особенности я физико-механические свойства
пород ....	.............. .22
§ 4.	Поверхности и зоны ослабления в породах	2&
§ Б.	Кора выветривания .	................... 38
§ 6.	Обводненность пород как фиктор их деформаций .	41
§ 7.	Напряженное состояние пород.............................. .43
§ 8.	Горнотехнические факторы .	44
Глава V. Методика инженерно-геологических работ при разведке . . 47
§ 1.	Подготовительные работы........................-	.47
§ 2.	Особенности инженерно-геологической съемки при разведке . . 48
§ 3.	Инженерно-геологическое обследование шахт и карьеров-авалогов 50
§ 4.	Бурение инженерно-геологических скважин...................51
§ 5	Инженерно-геологическая документация скважин и горно-разве-
дочных выработок.................................................53
§ 6.	Изучение инженерно геологических свойств пород полевыми уско-
ренными методами .............................................   61
§ 7.	Опробование.......................... .	. . 67
§ 8.	Использование геофизических данных..........................72	*
§ 9.	Изучение напряженного состояния пород.......................77	I
§ 10.	Лабораторные исследования петрографических особенностей и
физико-механических свойств горных пород ..................78
142
Стр.
§П. Особенности методики инженерно-геологического научения коры
выветривания....................................................47
§ 12.	Обработка материалов и составление отчета .	.	.102
Глава VI. Методика инженерно-геологической прогнозной оценки ме-
сторождений . -	, . 106
§ 1.	Методы прогноза ....	.	. 106
§ 2	Применение метода аналогии .	........................108
§ 3.	Прогнозное инженерно-геологическое районирование месторожде-
ний . .	-	•	111
§ 4.	Прогнозная инженерно-геологическая оценка глубоких горизон-
тов месторождений............................................  123
§ 5.	Прогнозная инженерно-геологическая оценка месторождений в
карстовых районах............................................  131
Заключение . .	’	... 138
Список литературы	. .	140