close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Uchebnoe posobie dlya vypolnenia kursovoy raboty

код для вставкиСкачать
 Оглавление Стр.Введение......................................................................1.Содержание курсовой работы............................................2.Оформление курсовой работы............................................3.Пояснения к выполнению курсовой работы...........................3.1.Пояснительная записка....................................................3.1.1.Характеристика Михайловского железорудного месторождения...............................................................3.1.2.Характеристика Лебединского железорудного месторождения...............................................................3.1.3.Характеристика Стойленского железорудного месторождения...............................................................3.2.Графическая часть...........................................................3.2.1.Составление гидрогеологической графики.............................4.Расчетная часть..............................................................4.1.Определение гидрогеологических параметров........................4.2.Определение скоростной высоты........................................4.3.Движение подземных вод.................................................4.3.1.Движение подземных вод в напорном пласте. Определение расхода подземного потока в напорном пласте.......................4.3.2.Движение подземных вод в безнапорном пласте. Определение расхода подземного потока в безнапорном пласте...................4.4.Движение подземных вод к искусственным дренам.................4.4.1.Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене. Определение величины притока воды к дрене........................4.4.2.Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене. Определение величины притока воды к дрене...............4.5.Определение инженерно-геологических условий месторождения...............................................................4.5.1.Определения показателей состояний горных пород.................4.5.2.Гранулярный состав горных пород. Обработка результатов комбинированного гранулометрического анализа песчано-глинистых пород.............................................................5.Вывод.........................................................................6.Список рекомендуемой литературы.................................... Введение
Теоретической основой при выполнении курсовой работы являются знания, полученные студентами при изучении цикла геологических дисциплин - "Основы геологии", "Месторождения полезных ископаемых", "Гидрогеология и инженерная геология".
Выполнение курсовой работы способствует углублению и закреплению полученных знаний, развивает у студентов навыки самостоятельной, творческой работы с геологической документацией путем решения конкретных задач. Полученные в результате анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчетов показатели позволяют оценить характер и режимы водоносных горизонтов и принять действенные меры по дренированию горных выработок. Умение построить, читать и анализировать гидрогеологические планы, разрезы и другую документацию является неотъемлемой частью подготовки горных инженеров. Выполненное задание является исходным материалом для написания геологической части дипломных проектов и проектирования дренажных работ.
В пособии использованы материалы проф.Харитоненко Г.Н..
1. Содержание курсовой работы
Курсовая работа должна содержать:
* Текстовую часть, в которой приводится:
- общая характеристика одного из описанных ниже месторождений
* Графическую часть, включающую:
- план поверхности участка карьерного поля, гидроизогипс безнапорного водоносного горизонта и гипсометрии кровли водоупора в масштабе 1:10000 (1 чертеж);
- план поверхности участка карьерного поля, гидроизопьез напорного водоносного горизонта и гипсометрии почвы верхнего водоупора в масштабе 1:10000 (1 чертеж);
- гидрогеологический разрез по средней разведочной линии (вертикальный масштаб 1:500, 1:200, горизонтальный - 1:10000);
- сводную инженерно-геологическую и гидрогеологическую колонку.
* Расчетную часть, включающую:
- определение гидрогеологических параметров;
- определение скоростной высоты;
- определение расхода подземного потока в напорном и безнапорном пласте;
- определение притока напорных и безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене;
- определение показателей состояния горной породы;
- обработку результатов комбинированного гранулометрического анализа песчано-глинистых пород (покровной толщи месторождений).
* Выводы
Консультантом по курсовой работе является преподаватель, назначаемый кафедрой геологии и ведущий практические занятия по дисциплине. В его обязанности входит: консультации по работе; наблюдение за качеством исполнения и правильностью принятых студентами решений; контроль за выполнением работы в установленный срок; предварительная оценка работы.
Защита курсовой работы проводится в комиссии, в составе которой руководитель курсового проектирования по данной теме и один - два преподавателя кафедры, назначенные заведующим кафедрой. Допускается открытая защита в присутствии всей учебной группы, где обучается автор курсовой работы. В данном случае группа не формируется.
Студент, не представивший в установленный срок курсовую работу или не защитивший его, считается имеющим академическую задолженность и не допускается к экзамену (зачету).
2. Оформление курсовой работы
Законченная курсовая работа должна содержать записку, графический материал, выполненный с использованием общепринятых в геологической графике цветов и помещенный в тексте, расчеты с расчетными схемами. Общий объем работы порядка 40 стр. Записка должна быть написана четко, аккуратно, обязательно на одной стороне листа форматом А4 или напечатана на ПЭВМ, в текстовом редакторе WORD, шрифтом 14, через полтора интервала, с полями вокруг текста: 2,0- 2,0-3,0-1,5 (сверху - снизу - слева - справа соответственно), с выравниванием - по ширине страницы, с переносом слов (настройка формата до набора текста). Формулы и символы обозначений величин, входящих в формулу, приводимые непосредственно после формулы, должны быть стилизованы одинаково, для чего необходимо набирать то и другое исключительно в редакторе формул. Первую строку пояснений к формулам следует начинать со слова "где" без абзационного отступа и знака "двоеточие", далее идет перечисление всех входящих в формулу величин, каждое обозначение - с новой строки, одно под другим.
Поправки можно четко вписывать от руки черной тушью (гелевой ручкой или "шариком") над исправляемыми символами. Допускается наклейка исправляемых символов поверх неправильного. Количество таких поправок должно быть не более 5 на одной странице.
Каждая новая часть должна начинаться с новой страницы. Не допускается подчеркивание и перенос слов в заголовках.
Текст печатается со стандартным абзацным отступом. Таблицы жела-тельно помещать в тексте сразу после ссылки на них, по возможности не разрывая собственно таблицу (широкую таблицу допускается размещать в так называемой "альбомной" ориентации). В начале записки дается оглавление, в конце - перечень использованной литературы (см.настоящее пособие).
При неудовлетворительной оценке курсовая работа возвращается для исправления или дополнения, либо выдается новое задание.
3. Пояснения к выполнению курсовой работы
3.1. Текстовая часть
3.1.1. Характеристика Михайловского месторождения
Общие сведения о районе месторождения
Михайловское месторождение железных руд находится в бассейне Курс-кой магнитной аномалии (КМА), которая была обнаружена в конце ХVIII века. Первая промышленная добыча богатой железной руды на КМА была произведена в 30-х годах нашего столетия. В настоящее время границы простирания залежей железных руд в бассейне охватывают площадь размером свыше 160 тыс.км2. Перспективные запасы богатых железных руд КМА составляют многие миллиарды тонн, а железистых кварцитов практически неисчерпаемы.
Месторождения Курской магнитной аномалии располагаются в пределах Белгородской, Курской и Орловской областей России. Территория месторождений КМА занимает южную часть Среднерусской возвышенности и в морфо-логическом отношении представляет собой невысокое (абсолютные отметки порядка 100-300 метров) плато, изрезанное оврагами и балками. Наиболее крупные реки района - Северный Донец, Сейм и Оскол - характеризуются типичным равнинным режимом с высоким весенним половодьем и низкой летней меженью. Средняя величина модуля стока составляет 4 л/с с 1 км2.
Климат района умеренно-континентальный со среднегодовой темпера-турой +5...+7С. Годовая сумма осадков колеблется в пределах 400-600 мм; максимум осадков приходится на летние месяцы. Толщина снегового покрова изменяется от 60 см на севере до 10 см на юге района. Испарение с поверхности речных водосбросов достигает 600-700 мм в год. В летний период испаряется до 75% от общей массы осадков.
Месторождения КМА приурочены к склонам Воронежского докембрийс-кого кристаллического массива, для которого характерно асимметричное строение: северный склон довольно пологий, а южный - крутой. Рельеф докембрийского массива отличается большой сложностью. Сбросы, возникшие в процессе образования Днепропетровско-Донецкой впадины, обуславливают наличие в нем системы уступов; с другой стороны, денудация и выветривание приводят к образованию обширной густой сети глубоких впадин (древняя эрозионная сеть).
Кристаллический массив сложен сланцами, гнейсами, кварцитами, извест-няками протерозойского возраста, отличающимися высокой степенью метамор-физма. В результате тектонических движений породы протерозойского комплекса собраны в сложную систему складок. Верхняя зона этих пород под воздействием процессов выветривания сильно изменена; в результате окисления железистых кварцитов образовались мартитовые, мартит-магнетитовые и мартит-железно-слюдковые кварциты. К коре выветривания железистых кварцитов приурочены залежи богатых железных руд.
Кристаллические породы перекрыты комплексом палеозойских, мезозойс-ких и кайнозойских осадочных пород преимущественно морского происхож-дения, представленных главным образом рыхлыми песчано-глинистыми отложе-ниями; кроме того, на многих участках в разрезе присутствуют мергельно-мело-вые отложения. Залегание слоев покровных отложений близко к горизональному. Общая мощность осадочного комплекса в центральных частях Воронежского массива составляет около 100 м; по мере опускания последнего в южном направлении она увеличивается и достигает величин порядка 300-500 м.
Наличие сравнительно мощных пластов выдержанных по площади водо-проницаемых пород - песков, мела, мергеля, известняков, железистых трещино-ватых кварцитов предопределяет обилие подземных вод на территории КМА, которые являются областью распространения двух крупных артезианских бас-сейнов: большая ее часть представляет собой северо-восточное крыло Днеп-ровско-Донецкого артезианского бассейна, а меньшая - южное крыло Москов-ского артезианского бассейна.
В настоящее время открытые горные работы ведутся на двух группах месторождений КМА: Стойленском, Лебединском и Михайловском.
Геологическое строение месторождения
Михайловское железорудное месторождение расположено в 100 км к северо-западу от Курска и входит в состав северо-западной полосы магнитных аномалий. Основная и наиболее перспективная часть месторождения (Веретенинский участок) находится на водоразделе рек Чернь и Речица.
Михайловское месторождение было открыто в 1950 году и представляет собой мощную (шириной до 2,5 км) полосу железистых кварцитов протяжен-ностью около 7 км. Падение кварцитов крутое 70-90 градусов. Эксплуатация месторождения началась в 1960 году, а в 1973 году на Михайловском горно-обогатительном комбинате был получен первый железорудный концентрат.
Менее перспективная часть (Остаповский участок) расположена южнее, на правом склоне долины реки Чернь. На востоке, на расстоянии примерно 4 км от основного месторождения, выделен Курбакинский участок.
Михайловское месторождение представляет собой сложный узел склад-чатой структуры протяженностью 8-10 км и шириной в центральной части мес-торождения до 3 км. В его строении принимает участие сланцево-гнейсовые породы нижнего протерозоя, свита железистых кварцитов среднего протерозоя и породы верхнего его отдела: углисто-глинистые и известковистые сланцы, туфобрекчии, кварцевые порфиры.
В пределах месторождений аномальный узел представлен исключительно железистыми кварцитами, которые в зоне выветривания переходят в мартитовые. Породы собраны в сложную систему складок с углами падения 55-90. Кора выветривания представлена богатыми рудами, на 70% состоящими из мартитовых разностей со средним содержанием железа 58,48%. Остальная часть запасов представлена плотными карбонатно-мартитовыми рудами с содержанием железа 50%.
В верхней части толщи железистых кварцитов развита зона окисления площадно-линейного типа. Разделение железистых кварцитов месторождения на окисленные и неокисленные производится по содержанию магнетитового железа, равному 16%. Неокисленные железистые кварциты представлены магнетитовыми, гематит-магнетитовыми, магнетит-гематитовыми, гематитовыми разновидностя-ми, из которых две первые добываются в настоящее время и являются сырьём для производства магнетитового концентрата.
Окисленные железистые кварциты представлены мартитовыми и гематит-мартитовыми разновидностями, являющимися сырьевой базой для дальнейшего развития комбината.
На месторождении разведаны также природно-богатые железные руды, являющиеся продуктом переработки железистых кварцитов. Богатые руды представлены двумя генетическими типами: коренными, образовавшимися в результате выщелачивания кварца, и переотложенными, образовавшимися в результате перемыва железистых кварцитов и коренных богатых руд.
Железистые кварциты и коренные богатые руды залегают под мощной (до 160 м) толщей осадочных горных пород песчано-глинистого состава мезо-зойского и кайнозойского возрастов.
Веретенинский участок является древней возвышенностью, возникно-вение которой было обусловлено большой сопротивляемостью железистых кварцитов эрозионным процессам. С запада и востока эта возвышенность окружена более слабыми породами нижнего и верхнего протерозоя.
Это обстоятельство предопределяет мощность и площадное располо-жение залежей богатых руд - с самой возвышенной части Веретенинского участка они почти смыты или залегают в небольших понижениях местного характера. В зависимости от рельефа подстилающих кварцитов, мощность рудного тела меняется от 1 до 70 м.
Кристаллические породы в районе месторождения перекрываются тол-щей осадочных пород состав, мощность, характерные особенности и распрост-ранение, которых приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Средняя мощность осадочных пород, мСредняя мощность богатых рудных залежей, мВеретенинский участок (Михайловский карьер)25-4012Остаповский участок100-13012Курбакинский участок130-15030,5 Мощность осадочного комплекса месторождения довольно заметно возрастает с удалением от Веретенинской возвышенности, главным образом за счёт увеличения мощности девонских отложений.
Анализ историко-геологического формирования надрудной толщи по-казывает, что формирование геоструктурных особенностей обусловлено следующими основными причинами:
1) оседанием пластов осадочных пород в результате выщелачивания кварцитной толщи и образованием богатых железных руд;
2) структурным обтеканием рудно-кристаллического фундамента породами покрывающей толщи;
3) развитием эрозионных процессов в древние континентальные эпохи; 4) развитием современной овражно-балочной сети;
5) формированием современной гидрографической системы четвертичного периода. Неоднородность структурно-геоморфологических условий строения вскрышной толщи качественно можно охарактеризовать на основе выделения областей различной активности проявления погребенных ложбин стока эрозионных врезов. Для условий месторождения КМА, разрабатываемых открытым способом, выделяется четыре области - очень сильной, сильной, умеренной и слабой интенсивности развития ложбин стока, которые охватывают более 56% общей протяженности бортов, а область слабой интенсивности ложбин стока составляет около 32%. Практика ведения горных работ показывает, что удельный вес структурных форм первых двух типов предопределяет общий режим нарушений устойчивости на карьере, и в большинстве случаев возникает необходимость реализации специальных мероприятий по обеспечению безопасности ведения горных работ, как в процессе ведения работ, так и формировании бортов карьера в предельном контуре.
Характеристика полезного ископаемого
Месторождение сложено двумя генетическими типами руд: мощной ин-тенсивно дислоцированной толщей железистых кварцитов - бедных железных руд, требующих обогащения, и залежами богатых железных руд, представляющих собой остаточную кору выветривания железистых кварцитов.
Железистые кварциты слагают большую часть средней железорудной свиты Курской серии протерозоя (подсвиты: нижняя - магнетитовые кварциты, верхняя - магнетитовые кварциты с прослоями сланцев). Они представляют собой тонкослоистые, мелко- и тонкозернистые листья, тяжелые (плотность 3,0-3,81 т/м3) магнетитовые породы темно-серого, зеленоватого или буровато-красного цвета. Главными породообразующими минералами являются кварц, магнетит и железная слюда. Вместе они составляют в среднем от 70 до 97 весовых процентов породы. Могут присутствовать силикаты: актинолит, тремолит, щелочные амфиболы, биотит, тальк, гранат, доломит. Все минералы имеют послойную концентрацию с образованием чередующихся между собой от тонких (от долей миллиметра до 1-2 см) до рудных и кварцевых или силикатных прослоев. В виде ничтожных примесей присутствуют: апатит, турмалин, циркон, рутил, пирит, пирротин. По количественному соотношению рудных минералов выделяют магнетитовые, железнослюдково-магнетитовые и железнослюдковые кварциты (табл.2). Особня-ком стоят подчиненные им слаборудные силикатно-магнетитовые кварциты (кварцито-сланцы).
Богатые железные руды гетерогенного генеза представлены двумя генети-ческими типами: остаточными (коренными) и осадочными (переотложенными) (табл.3).
Таблица 2
Средний химический состав железистых кварцитов
Типы кварцитов Содержание, %Не окисленные:38,012,939,640,30,50,071,21,330,050,39В т.ч.Железно-слюдково-магнетитовые38,311,141,940,10,60,071,091,250,040.39Железно-слюдковые39,00,854,141,90,80,060,250,21Следы0,4Магнетитовые37,514,037,540,90,50,071,341,330,060,4Окисленные39,92,652,841,40,40,080,210,190,020,07 Таблица 3
Химический состав богатых руд.
Компоненты Среднее процентное содержание компонентовОстаточные рудыОсадочные рудыГидротермальные рудыРыхлыеПлотныеРыхлыеПлотные Fe58,4846,4252,0445,058,28FeO3,8411,705,0514,7714,54Fe2О378,4552,6167,748,066,25SiО27,568,959,1210,98,04А12Оз2,512,416,245,81,14СаО0,817,71,644,972,77MgO0,240,850,280,661,97МпО0,040,090,060,10,03ТеО20,28-1,130,270,1Na2ОСледыСледыСледыСледы0,09КО0,160,080,090,260,66Летучие4,013,76,1212,513,49Р0,0260,060,050,080,05S0,320,90,240,690,0 Осадочные руды представляют собой тонко полосчатые, очень тяжелые (плотность 3,0-3,81 т/м3), часто слабо магнитные, мелко- и тонкозернистые мине-ральные агрегаты от черной до красно-бурой и зеленоватой окраски. Крепость руд изменяется от очень крепких, скальных (с временным сопротивлением раскалыва-нию до 2000 кг/см2) до рыхлых, порошковых, легко растирающихся пальцем. Они занимают 83% разведанных балансовых запасов.
Осадочные породы образовались в результате переноса на небольшое расстояние продуктов размыва осадочных руд. По количеству они резко подчинены последним и составляют 17% рудных залежей. В кровле остаточные руды встречаются в виде небольших линзообразных тел.
При подсчёте запасов учитывают руды с минимальным содержанием железа 45% в рыхлых железнослюдково-мартитовых и мартитовых рудах и в плотных карбонатизированных разностях этих же типов 35% при максимальном содержании кремнезёма соответственно 25% и 20%. Учет запасов руд производится с выделением двух промышленных групп (табл.4):
Таблица 4
Средний химический состав промышленных групп по главным компонентам
Содержание в рудахКомпонентыНе требующих
обогащенияТребующих
обогащенияОбе группы вместеОста-точныеОсадоч-ныеОста-точныеОсадоч-ныеОста-точныеОсадоч-ныеОбе группыFeраст.56,250,454,648,956,049,654,9SiO2 8,29,012,612,48,710,79,0СаО 2,983,612,792,182,972,942,6S 0,550,80,560,390,550,610,57Р 0,0270,0420,0250,060,0270,0510,032 1) руды, не требующие дополнительного обогащения, со средним содержанием кремнезема в блоке не более 10%;
2) руды, требующие обогащения, со средним содержанием кремнезема в блоке от 30% до 25%. Внутри группы выделены руды: сернистые со средним содержанием серы более 0,3% и малосернистые со средним содержанием серы не более 0,3%.
Гидрогеологические условия месторождения
Гидрогеологические условия характеризуются наличием двух водонос-ных комплексов: надкелловейский (аллювиальный и альб-аптский водоносные горизонты) и подкелловейский (батский и рудно-кристаллический водоносные горизонты).
Водоносные горизонты в этом районе приурочены к толщам мелового и юрского возраста, а также к трещиноватой зоне железистых кварцитов. Выдержанная толща келловейских глин разделяет перечисленные породы на два водоносных комплекса - надкелловейский и подкелловейский.
Надкелловейский безнапорный водоносный комплекс представлен пес-ками сеноман-альба и относительно слабопроницаемыми песчано-глинистыми линзами неокома; ограниченное распространение и значение имеет верховодка в четвертичных суглинках. Условия питания сеноман-альбского водоносного горизонта обуславливают характер его депрессионной поверхности, которая в сглаженной форме следует за рельефом земной поверхности. В пределах водораздельных площадей уклон потока в сторону дренирующих долин изменяется от 0,054 до 0,058. Коэффициент фильтрации (по данным карьерного водоотлива) составляет около 4 м/сутки. Обводненные прослои глинистых песков неокома характеризуются слабой проницаемостью (коэффициент фильтрации измеряется сотыми долями м/сут).
Подкелловейский водоносный комплекс представлен батским и рудно-кристаллическим напорными горизонтами. Характер рельефа докембрийского массива пород обуславливают гидравлическую связь между этими горизон-тами. Питание осуществляется атмосферными и поверхностными водами на участках выхода вмещающих пород на поверхность (в 30 - 40 км к северу от месторождения).
Батский напорный горизонт является самым мощным в этом районе. Величины напоров и мощностей возрастают к периферийным частям района месторождений. Коэффициент фильтрации составляет в среднем 14 м/сут (по данным эксплутационного водопонижения). Отложения девона и батские глины, отделяющие батский горизонт от рудно-кристаллического, практически можно рассматривать как водоупор.
Водоносными являются лишь невыдержанные прослои и линзы песков, известняков, рудных брекчий и переотложенных руд. Рудно-кристаллический горизонт приурочен к выветренной трещиноватой зоне железистых кварцитов и руд. Величины напоров этого горизонта изменяются вслед за погружением рудно-кристаллического массива к периферии рассматриваемого района. В ходе разработки месторождения производится осушение сеноман-альбского, келловей-батского и нижнепротерозойских водоносных горизонтов. Принят комбиниро-ванный способ осушения. Главное устройство дренажа и водоотлива, в период строительства - водопонижающие скважины, оборудованные погружными насосами; в период эксплуатации - комплекс подземных выработок и сквозных фильтров. Прибортовой дренаж осуществляется для устранения фильтрационных деформаций. По сложности условий Михайловское месторождение относится к четвертой (весьма сложное) группе.
Инженерно-геологические условия
Комплекс пород в пределах контура карьерного поля разделен на 23 инже-нерно-геологических слоя. Лессовидные суглинки представлены пылеватыми карбонатными разностями. При сцеплении с = 0,32 кг/см2 (0,032 МПа) угол внутреннего трения составляет  = 29. Суглинки обладают просадочными свойствами, однако, просадочные явления практически не влияют на устойчивость их в откосах. Оползневые деформации откосов имеют ограниченное распрост-ранение и приурочены к имеющимся дневным поверхностям скольжения. При крутизне откосов более 70 наблюдаются обрушения. Альбские пески мелкозер-нистые. При углах откосов уступов, не превышающих естественного откоса, пески вполне устойчивы. На участках высачивания развиваются процессы оплывания. Апт-неокомские песчано-глинистые отложения, по прочности, наиболее слабые в осадочной толще. Сцепление не превышает 0,4 - 0,5 кг/см2 (0,04 - 0,05 МПа) угол внутреннего трения в зависимости от соотношения между глинистой и песчаной фракциями, изменяется для отдельных слоев от 17 до 26.
Волжские отложения представлены песчано-глинистыми разностями с большим содержанием глауконита, характеризуются средней плотностью. Сцеп-ление в среднем составляет 0,5-1 кг/см2 (0,05-0,1 МПа), а угол внутреннего трения изменяется от 8,5 до 25. Отсутствие необходимых защитных мероприятий и доста-точно эффективного отвода вод, высачивающихся из вышележащего сеноман-альбского водоносного горизонта, а также из маломощных прослоев в низах неокома и верхней части нижневолжских отложений, приводит к разуплотнению апт-неоком-волжской толщи песчано-глинистых пород. По результатам прове-денных исследований, данный процесс интенсивно проявляется вблизи поверх-ности откосов (на глубине 2-4 м), где он снижает сцепление на 30-40%. В результате откосы уступов сложенных указанными породами, охвачены разви-вающимися в глубь борта циклическими деформациями. Келловейские породы представлены плотными трещиноватыми глинами и ракушками с глинистым за-полнителем. Состав глинистой фракции монтмориллонитово-гидрослюдистый. За исключением сравнительно маломощного прослоя в кровле келловейских отложений (с=0,85 кг/см2 (0,085 МПа), =15), глины довольно прочные и плотные: сцепление достигает 2,5 кг/см2 (0,25 МПа). В связи с наличием систем трещин сцепление в массиве в два раза меньше, чем сцепление в образце. Келловейские глины обладают высоким градиентом (более 20-30) и не передают гидростатическое давление. Батские пески представлены мелкозернистыми, реже средне- и крупнозернистыми разностями. Угол внутреннего трения составляет 35, сцепление 0,35 кг/см2. При углах наклона, не превышающих угол естественного откоса, пески будут вполне устойчивы лишь на участках высачивания возможно развитие процессов оплывания. Батские глины представлены плотными, серыми, черными, жирными разностями, среди которых встречаются алевролитовые про-слои. Глины в основном гидрослюдистые. По своим прочностным свойствам они во многом сходны с вышележащими келловейскими плотными глинами - угол внутреннего трения составляет 22, а сцепление 1,5 кг/см2 (0,15 МПа). Среди отложений девона преобладают глины и алевролиты; в меньшей степени распространены известняки и пески. Глины и известняки разбиты системами трещин. Для первых получены довольно высокие параметры прочности (в образце) =12-28, с=3-6 кг/см2 (0,3-0,6 МПа).
Ориентировочная величина коэффициента структурного ослабления 0,5. Значение порога ползучести для глинистых пород надрудного комплекса колеблется в пределах 0,6-0,9.
Натурными испытаниями исследовались контакты отдельных слоев пес-чано-глинистых и глинистых пород неокомского и келловейского ярусов, для которых также характерно снижение прочности вследствие наличия трещи-новатости. Как показывают результаты, коэффициенты структурного ослабления изменяются в пределах 0,26-0,77. Докембрийские породы представлены кристаллическими сланцами и железистыми кварцитами, архейскими гнейсами и мигиститами; сопротивление сдвигу этих пород несравненно выше, чем у пород осадочного комплекса. Наиболее слабой разновидностью является рыхлая руда, которая постепенно осыпается в откосах ( = 32).
3.1.2. Характеристика Лебединского железорудного месторождения
Общие сведения о районе месторождения
Лебединское месторождение богатых железных руд находится в окрестностях с.Лебеди Старо-Оскольского района Белгородской области. По северной его окраине проходит железная дорога Старый Оскол - Ржава со ст.Лебеди, расположенной на площади месторождения. Здесь же почти в широтном направлении протекает р.Осколец. Пойма реки имеет ширину около 1 км, сильно заболочена и частично используется под отвалы вскрышных пород рудника. Ее абсолютные отметки находятся в пределах 132 - 139 м. В сторону водоразделов они постепенно повышаются до 200 -228 м. Оба склона долины прорезаются глубокими оврагами.
На северо-западе месторождение граничит с действующим Южно-Коробковским кварцитовым рудником, а на юго-востоке - со строящимся Стойленским рудником.
Лебединское месторождение открыто в 1931 г. геологическим трестом КМА, возглавлявшимся геологами К.Я.Пятовским и Ф.С.Золозовым при консультации профессора Н.И.Свитальского. Работы по разведке месторож-дения были начаты с 1931 г. и с перерывами продолжались до 1965 г. В различное время ставилась детальная разведка богатых железных руд и железистых кварцитов на площади Центрального (Северного) и Южного участков и предварительная разведка руд Сретенского участка.
Геологическое строение месторождения
Лебединское месторождение находится в восточной части Старо-Оскольского узла аномалий и приурочено к широкому полю железистых кварцитов, слагающих периклинальную часть Тим-Ястребовского синклинория.
На площади месторождения вскрыты породы:
1. Архей (А) - мигматиты, гнейсы.
2. Михайловская серия протерозоя (Mh) - амфиболиты, биотито-роговообманковые гнейсы, кварцевые (порфиры).
3. Курская серия протерозоя (К), представленная здесь: а) нижней, песчаниково-сланцевой свитой (K1), внутри которой выделяются две подсвиты: нижняя () - кварцитовидные слюдистые, фукситовые песчаники с прослоями гравелитов, вверху мусковитовые песчаники; верхняя () - мусковитовые, биотито-мусковитовые и андалузито-мусковитовые сланцы; б) средней, железорудной свитой, внутри которой выделяются три горизонта (подсвиты): нижний () мощностью от 80 до 150 м - куммингтонито-магнетитовые, актинолито-магнетитовые, щелочноамфиболо-магнетитовые, иногда железно-слюдково-магнетитовые, и тальково-карбонатно-магнетитовые кварциты; внизу и вверху по контакту с вмещающими сланцами - слаборудные или безрудные широкополосчатые силикатно-магнетитовые кварциты 4-10 м мощности; средний () от нескольких метров до 50-100 м мощности - двуслюдяные филлитовидные, редко кварцево-гранато-биотитовые сланцы с шрослоями слаборудных силикатно-магнетитовых кварцитов; верхний ) мощностью от 100 до 220 - 230 м, (представленный преимущественно куммингтонито-магнетитовыми, щелочно-амфиболо-магнетитовыми, доломито-куммингтони-то-магнетитовыми с подчиненными им железнослюдково-магнетитовыми кварцитами с тонкими прослоями биотитовых и амфиболовых сланцев; заканчивается горизонт пластом слаборудных кварцитов (мощностью до >10 м. Он является (переходным к сланцам свиты К3, местами отсутствует; в) верхней карбонатно-сланцевой свитой (К3), представленной серицито-биотитовыми, слегка: углистыми и гранато-биотитовыми сланцами.
Породы курской серии секутся многочисленными дайками, представленными породами доломито-биотитового, биотито-роговообманкового состава, диорит-порфиритом, габбро-диоритом. Мощность даек от нескольких сантиметров до 15-20 м.
Лебединское месторождение делится на три участка: Центральный, Южно-Лебединский и Сретенский.
Центральный участок представляет собой широкое (до 3,5 км) поле железистых кварцитов, собранных в систему изоклинальных, сильно сплюсну-тых складок северо-западного простирания, с крутым погружением на северо-запад под породы верхней карбонатно-сланцевой свиты.
Южно-Лебединский участок сложен также железистыми кварцитами железорудной свиты, залегающими в крыле сплюснутой антиклинальной складки северо-западного простирания.
На Сретенском участке железистые кварциты являются крылом крупной синклинальной структуры, усложненным складчатостью более высоких порядков. К западу от него распространены породы архея и нижней свиты, a к востоку - верхней свиты курской серии.
Структура месторождения осложнена разрывными нарушениями и дайками основного и кислого состава от 1 до 5 - 6 м мощности.
Один из наиболее крупных разрывов северо-западного простирания проходит по западной окраине месторождения, a другой с перпендикулярным ему направлением смещает полосу железистых кварцитов Южного участка.
На эрозионной поверхности кристаллического фундамента лежат породы осадочного комплекса. Данные о их составе и мощности приводятся в табл.5.
Таблица 5
ВозрастЛитологический составМощность, мМини-мальнаяМакси-мальнаяСредняяСретен-
ской залежиЦент-ральной залежиЮжной залежиQПокровные элюви-ально-делюви-альные суглинки и песчано-глинистый элювий0,022,015,07,023,0PgПлотные глины, глинистые пески, прослои песчаников0,033,0---Cr2t+cn+stМергель и мел0,091,025,016,046,0Cr1al+Cr2cmВверху мелко- и среднезренистые кварцево-глауко-нитовые пески с жеоваками фосфо-ритов, внизу серые и светло-серые крупнозернистые пески, перехо-дящие в гравий17,040,033,035,032,0J3Песчанистые гли-ны, глинистые пес-ки, плотные глины, прослои сидерито-вых песчаников0,036,026,011,07,0D2+D3Плотные глины, карбонатизирован-ные железистые брекчии и конгло-мераты0,024,04,03,01,0Вся осадочная толща52,0144,0103,072,0108,0 Из перечисленных отложений повсеместно распространены лишь четвертичные суглинки, мергельно-меловая толща, сеноман-альбокие пески и юрские отложения. Третичные отложения встречаются лишь на водоразделах с абсолютными отметками выше 200 м, ниже они размыты. Девонские породы имеют линзовидное залегание и встречаются на площади наиболее низких отметок погребенной поверхности докембрия.
Характеристика полезного ископаемого
На месторождении установлено шесть плащеобразных горизонтальных залежей остаточных богатых железных руд. Наиболее крупная из них (около 3 км2) приурочена к широкому полю железистых кварцитов Центрального участка. К северу от нее расположена Сретенская залежь площадью 547 тыс.м2. Остальные четыре залежи размером от 60,6 до 1752 тыс.м2 приурочены к вы-ходам железистых кварцитов ,под осадочные породы на Южно-Лебедивском участке.
Кровлей рудных залежей на подавляющей части их площади служат юрс-кие песчано-глинистые отложения и лишь на отдельных разрозненных неболь-ших участках с наиболее низкими абсолютными отметками поверхности руды - глины и .конгломераты девона.
Поверхность рудных тел представляет собой довольно ровный эрозион-ный срез. Подошва их неровная с амплитудой колебаний да 30-40 м.
Мощность руд изменяется от нуля до 60 м. При этом максимальные мощности приходятся на центральные части рудных тел. К окраинам они обычно уменьшаются. Средние значения мощности по различным залежам изменяются от 5 до 22 м.
Остаточные руды почти полностью слагают все шесть залежей и состав-ляют около 97-98% их объема. Представлены они преимущественно (70%) мартитовыми и железнослюдково-мартитовыми типами. Кроме них на место-рождении имеются гидрогематито-мартитовые, хлорито-мартитовые и гидроге-матитовые руды.
Среди остаточных руд встречаются прослои пустых пород. Они составляют около 7% объема рудных тел, причем около 6% приходится на сланцы и около 1% на неоруденелые кварциты.
Осадочные конгломерато-брекчиевые руды составляют около 2-3%. Они имеют распространение на площади остаточных руд и реже на головах сланцев верхней и нижней свит курской серии, приурочиваясь к наиболее низким участкам их эрозионной поверхности. Залегают осадочные руды в виде разрозненных линзовидно пережимающихся тел мощностью обычно до 4-5 м, реже до 10-30 м.
На Центральном участке рыхлые руды составляют около половины объема залежи и имеют преимущественное распространение на нижних и средних ее горизонтах. Плотные руды приурочены к верхним горизонтам залежи. На Сретенском и Южно-Лебединском участках преобладают плотные руды, составляющие около 65%. Рыхлые руды здесь встречаются в местах повышенной мощности, где они залегают в виде линз среди плотных руд.
Основные данные, характеризующие каждую из залежей богатых руд, приведены в табл. 6.
Таблица 6
Основные показателиЕд.
изм.Залежь Сретенского участкаЗалежь Центрального участкаЗалежи Южно-Лебединского участка№ 1№ 2№ 3№ 4Площадьтыс.м254725687524008060Средняя мощностьм1121,616,65,118,728,2Средняя глубина залеганиям1037210812612294 Кроме отмеченных двух генетических типов богатых руд на Южно- Лебединском участке встречены осадочно-метаморфические карбонатно-магне-титовые руды, не связанные с процессами выветривания. Залегают они на гра-нице железистых кварцитов железорудной и сланцев песчаниково-сланцевой свит курской серии. Их залежь была прослежена на протяжении 400 м по прос-тиранию и 355 м по падению. Мощность этих руд изменяется от 1-2 до 20 м.
Данные о химическом составе богатых железных руд приведены в табл.7.
Таблица 7
КомпонентыСодержание по участкам, %СретенскийЦентральныйЮжныйОбе
разностиплотныерыхлыеОбе разностиплотныерыхлыеОбе разностиFeобщ55,755,660,256,653,859,155,6Fe"'-43,755,748,834,050,039,7Fe''-11,94,57,819,89,116,9SiO26,56,56,58,13,95,04,3Al2O3---3,72,53,02,6S0,420,240,150,190,350,1660,29P---0,09--0,054MgO---0,440,610,430,50CaO---1,061,430,831,21MnO---0,270,070,060,06TiO2---0,160,200,280,23Щелочи---0,570,340,470,39П.п.п.7,5--6,513,726,3311,4As---0,005---H2Oк ист---1,68---CO2---5,16---Объемный вес3,34,473,183,293,553,05-Пористость-102518,7---Влажность----3,79,87- В изменении химического состава руд внутри залежей здесь, как и
на других месторождениях КМА, отмечаются следующие закономерности.
1. Рыхлые руды по сравнению с плотными всегда имеют более высокое содержание общего и окисного железа и более низкое содержание закисного железа и серы.
2. Внутри каждой залежи наиболее богатые железом руды чаще
всего распространены на участках повышенной мощности в центральных частях разреза, сложенных преимущественно рыхлыми рудами. В направлении плотных руд содержание железа постепенно уменьшается. На участках малой мощности всегда пониженное содержание железа в руде.
3. Наиболее высокие содержания серы приурочены к верхним горизонтам залежей; к низу ее содержание постепенно уменьшается.
Выполненные разведочные работы на Лебединском месторождении, достаточно надежно освещают кору выветривания железистых кварцитов в отношении ее рудоносности почти на всей площади их выхода. Неосвещен-ными остались лишь выходы железистых кварцитов, расположенные северо-восточнее залежи Центрального участка, в пределах когда-то сильно заболо-ченной поймы р.Осколец. Судя по ширине их выхода, здесь можно ожидать наличие залежей ботатых руд, которые, учитывая непосредственную близость к уже разрабатывающейся залежи, могут иметь промышленное значение. Особенно это следует подчеркнуть для широкого (550-600 м) доля кварцитов, где разведанная залежь осталась неоконтуренной.
Железистые кварциты повсеместно залегают в основании богатых железных руд. Общая площадь их выхода под осадочные породы на месторождении более 6 км2, в том числе под залежами богатых железных руд 4,4 км2. Залегая непосредственно под богатыми рудами разведанные железистые кварциты имеют неровную извилистую поверхность с абсолют-ными (отметками около +25 м на севере и около +85 м на юге месторождения.
Разведочными работами кварциты прослежены на глубину 400 м от поверхности до горизонта -250 м. Основными минералами железистых квар-цитов являются кварц, магнетит, амфиболы и второстепенные железная слюдка, карбонат, хлорит, эгирин, биотит, тальк (примесь), пирит, апатит.
Зона проявления мартитизации достигает 78 м. На Центральном участке внутри ee здесь выделяется зона окисленных кварцитов со средней мощностью 8-9 м. На Южном участке средняя мощность зоны мартитизации 43 м.
Данные о среднем химическом составе разведанных запасов железистых кварцитов приводятся в табл. 8.
Таблица 8
КомпонентыСодержание по участкам, %Центральный участокЮжный участококисленныеполуокисленныенеокисленныеокисленныенеокисленныеFeобщ35,836,635,036,635,8Feрудн35,035,333,4-33,9Feсилик0,91,32,6-1,9FeO7,011,416,110,513,8Fe2O343,239,432,538,435,9SiO239,341,741,539,040,6Al2O32,41,01,21,61,5S0,1520,1160,094-0,09P0,0630,1090,1010,070,09MgO0,640,912,610,92,18CaO0,871,151,972,32.3MnO---0,100,04TiO20,2750,1520,1290,070,14П.п.п.4,73,92,51,70,96 По данным рациональных анализов, в неокисленных кварцитах основная часть рудного железа (около 30%) уходит в состав магнетита и всего лишь около 2,5% приходится на железную слюдку; в полуокисленных кварцитах с магнетитом связано 11-20% рудного железа, а в окисленных оно почти полнос-тью идет на образование мартита, гидроокислов железа и инфильтрационного сидерита.
Спектральными анализами в железистых кварцитах установлено присутствие марганца, хрома, меди, цинка, никеля и германия.
Испытание обогатимости железистых кварцитов Центрального участка месторождения производилось по 11 лабораторным и 2 промышленным технологическим пробам.
Лабораторные пробы весом от 250 до 2400 кг показали, что из неокис-ленных и полуокисленных железистых кварцитов всех минералогических типов могут быть получены концентраты с содержанием железа от 63 до 67%.
Промышленные испытания обогатимости производились на двух пробах № 1 - 9500 т и № 2 - 7600 т, составленных из неокисленных и полуокисленных кварцитов в соотношении соответственно 64 и 36%, что примерно отвечает среднему составу кварцитов, проектируемых к добыче в первые 15 лет существования рудника.
Проведенными испытаниями обогатимости окисленных железистых кварцитов Южно-Лебединского участка доказывается возможность получения концентратов с удовлетворительным содержанием железа и хорошим его извлечением при обжиге магнитной, магнитно-флотационной и флотационной схемах обогащения.
Выполненными испытаниями установлено, что железистые кварциты, за исключением полностью окисленных, являются лепкообогатимыми по единой схеме мокрой магнитной сепарации. Окисленные кварциты требуют более сложных и более дорогих схем обогащения, которые в настоящее время являются малорентабельными. Запасы железистых кварцитов были разведаны на Центральном и Южном участках.
На Центральном участке их разведка была произведена в пределах кон-тура проектируемой отработки богатых железных руд до горизонта минус 250 м или на глубину до 400 м от поверхности земли. Всего для этой цели было пробурено 60 скважин, расположенных в профилях на расстоянии от 75 до 200 м друг от друга, при расстоянии между профилями 200 и 400 м.
На Южно-Лебединском участке железистые кварциты разведывались сетью скважин 100x200 м на глубину до горизонта минус 125 м, т.е. около 230 м от поверхности земли.
В соответствии с кондиционными требованиями при проведении разведочных работ и подсчете запасов к кондиционным относились железистые кварциты, удовлетворяющие следующим условиям:
а)для Центрально-Лебединского участка Feобщ >25%;
б)для Южно-Лебединского участка для неокисленных разностей
Feрудн >25% и для окисленных Feрудн.>30%.
Гидрогеологические условия месторождения
В обводнении месторождения принимают участие четыре водоносных горизонта: четвертичный, коньяк-туронский, сеноман-альбский и протерозой-ский (табл.9), создающие напор над кровлей рудной залежи до 55-60 м.. Первые три из них образуют единый безнапорный водоносный комплекс, имеющий гидравли-ческую связь с водами р.Осколец. От протерозойского горизонта он отделен относительно водоупорными глинами юры мощностью от 1-2 до 10 м.
Таблица 9
Данные о водоносных горизонтах
Водоносный горизонтПреобладающая мощность, мНапор над кровлей в естественных условиях, мКоэффициент фильтрации, м/сут1. Четвертичный в аллю-виальных песках7,0БезнапорныйДо 1,02. Коньяк-туронский в мелах:
а) в долине р.Осколец
б) на водоразделе
6,0-8,0
15,0-20,0
Безнапорный Безнапорный 0,8-15.5
менее 0.13. Сеноман-альбский в песках30,0-35,05,0-20,010,-16,04. Протерозойский:
а) в рудах
б) в кварцитах
в) в сланцах
-
-
-
55,0-60,0
-
-
0,5
0,1
Незначительный Начиная с 1957 г. в связи со строительством и эксплуатацией Лебединского карьера на месторождении осуществляются йодопонизительно-дренажные работы. По состоянию на 1965 г. в контуре карьера полностью осушены водоносные породы осадочной толщи и рудная зона. В протерозой-ском горизонте общее понижение уровня достигло 92,5 м. Образовавшаяся при этом воронка депрессии имеет радиус около 9-17 км2 основном стабили-зировалась. 3.1.3. Характеристика Стойленского месторождения
Общие сведения о районе месторождения
Территория занимает часть Среднерусской возвышенности и в морфо-логическом отношении представляет невысокое плато, изрезанное оврагами и балками. Наиболее крупные реки - Сейм, Оскол, характеризующиеся равнинным режимом с высоким весенним половодьем и низкой летней меженью, средняя величина модуля стока составляет 4 л/с с 1 км2.
Климат территории умеренно-континентальный с продолжительным летом и холодной зимой. Среднесуточные температуры воздуха ниже 0°С уста-навливаются в конце ноября - начале декабря; снежный покров сохраняется около ста дней, средняя высота снежного покрова 15-20 см; среднесуточная температура самого холодного месяца (января) -8,4°С; абсолютная минималь-ная температура -41°С, наибольшая глубина промерзания почвы 180 см; снего-таянье начинается в мае. Среднемесячная температура самого жаркого месяца (июня) +41°С. По количеству выпавших осадков территория относится к уме-ренно-влажной зоне. В году 130 - 170 дней с осадками. Средняя многолетняя сумма годовых осадков 400 - 600 мм; максимум осадков приходится на летние месяцы - в июле при ливнях за сутки выпадает 100 мм осадков и более. Однако вследствие ливневого характера и высокого испарения с почвы (до 75% общей суммы осадков) дождевые воды почти не пополняют запасы подземных вод.
Значительная инфильтрация происходит осенью при длительных морося-щих дождях и весной при снеготаянии. Зимой преобладают ветры юго-западного направления, весной - восточного и юго-восточного направлений, летом - западного и северо-западного. Скорость ветра на территории изменяется от 2-2,8 м/с летом и до 4-6 м/с зимой.
Месторождение приурочено к исконам Воронежского докембрийского кристаллического массива асимметрического строения. Северный склон до-вольно пологий, южный - крутой. Рельеф докембрийского массива отличается большой сложностью. Сбросы, возникшие в процессе образования Днепров-ско-Донецкой впадины, обуславливают наличие в ней системы уступов, а дену-дация и выветривание привели к образованию обширной густой сети глубоких впадин (древняя эрозионная сеть). Кристаллический массив сложен сланцами, гнейсами, кварцитами, известняками протерозойского возраста, отличающимся высокой степенью метаморфизма. В результате тектонических движений поро-ды протерозойского комплекса собраны в сложную систему складок. Верхняя зона этих пород под воздействием процессов сильно изменена, в результате окисления железистых кварцитов образовались мартитовые, мартитово-магнетитовые и мартито-железнослюдковые кварциты. К коре выветривания железистых кварцитов приурочены залежи богатых железных руд.
Кристаллические породы перекрыты комплексом палеозойских и кайно-зойских осадочных пород, преимущественно морского происхождения. Нали-чие сравнительно мощных пластов выдержанных по площади водонепроница-емых пород предопределяет общие потоки подземных вод на территории КМА, которая является областью распространения Днепровско-Донецкого (северо-восточное крыло) и Московского (южное крыло) артезианских бассейнов.
Геологическое строение месторождения
Стойленское месторождение железных руд и железистых кварцитов расположено в центральной части северо-восточной полосы КМА. В геологи-ческом строение месторождения участвуют сильно дислоцированные мета-морфические породы докембрия, в которых выделяются железорудная свита Курской серии протерозоя. Их трансгрессивно перекрывают осадочные породы палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов мощностью от 50 до 200 м. Осадочные породы сверху вниз представлены суглинками, песками, песчаниками, рудными и безрудными брекчиями.
Кора выветривания железистых кварцитов, имеющая мощность от 5 до 80 м, представлена богатыми рудами, переходящими с глубиной в окисленные и полуокисленные железистые кварциты.
Литолого-стратиграфическое подразделение и характерные особенности в геологическом разрезе месторождения отражены в стратиграфической колонке (табл.10).
Месторождение приурочено к юго-восточной части Тим-Ястребовской синклинали. Породы смяты в сложные, глубокие и узкие синклинальные и антиклинальные складки, преимущественно северо-западного простирания с крутым (60°-90°), не редко опрокинутым, падением крыльев. В северной части месторождения развиты интрузии диоритов и габбро-диоритов, в юго-восточной части - интрузии конгломератов.
Широкое развитие имеют межпластовые и секущие дайки, а также жилы ультраосновных пород - диорит-порфиритов и гранитов мощностью от 10 см до 20 м. Железорудная свита сложена железистыми кварцитами и сланцами. Мощность ее изменяется от 400 м на северо-востоке до 800 м на юго-западе. В составе ее выделяют две подсвиты кварцитов и две подсвиты сланцев. Интенсивная складчатость докембрийских образований обусловила крутое, нередко почти вертикальное залегание рудных пластов. Площадь залежи железистых кварцитов по кровле составляет 4,1 км2, детальная разведка выпол-
нена до глубины 460 м (отметка - 250 м), отдельными скважина-ми до 700 м. Граница рудных тел с осадочной толщей резкая, неровная.
Характеристика полезного ископаемого
Граница между богатыми рудами и кварцитами чаще всего четкая. По степени окисления и технологическим свойствам железистые кварциты разде-ляют на неокисленные Feраст/Feмаг > 0,6, полуокисленные Feраст/Feмаг = 0,6-0,3, окисленные Feраст/Feмаг<0,3. Неокисленные кварциты слагают 93,7% запасов месторождения.
Залежь неокисленных кварцитов имеет сложное строение, характеризу-ется частым переслаиванием различных минералогических разновидностей железистых кварцитов и наличием прослоев сланцев, на ряде участков она пересекается большим количеством даек диорит-порфиритов. Мощность плас-тов и пачек отдельных типов кварцитов от 1 - 2 до 10 - 20 м, изредка достигает
Таблица 10
Сводная инженерно-геологическая колонка Стойленского месторождения
Стратиграфические элементыПородаГранулометрический состав, %Естественная влажность, W, %Объемный вес,  г/см3Удельный вес,  г/см3ПористостьПределы пластаНабухание L, %Характерис-тики прочностиГруппаСистемаОтделЯрусИндексПесч. 2-0,05Пылев. 0,05-0.005Глинистые 0,005Верхний WТНижний WРСцепление С, кг/см2Угол внутреннего трения, градKZQВерхний-QIIIСуглинок лессовидный19,2-78,014,3-66,83,7-16,42,11,92,6841,035,022,0-0,6328MZKВерхнийСантонскийМергель---32,01,862,6947,044,028,00,144,025Коньяк-туронскийМел трещиноватый---31,01,82,7150,034,026,0-1,435СеноманскийПесок981,01,04,01,92,6537,0----33АльбскийПесок82-1000,18-0016,02,022,6535,5---0,132НижнийНеокомскийАлевролит60,27-80,527,95-14,187,59-24,5524,01,972,6841,038,022,00,8--JВолжско-келловейскийГлина62,213,726,020,01,972,6838,027,015,01,01,218БатскийГлина27,432,540,021,02,042,7140,038,023,03,00,916PZDНерасчл.ФранскийГлина9,6-19,222,0-64,29,5- 52,96,02,132,7933,024,016,05,54,528ЖиветскийPRВерхний
Средний
НижнийPR3
PR2
PR1Железная руда
Железистые кварциты
Сланцы-
-
--
-
--
-
-3,2
3,5
--
20
-43
-
--
-
--
-
--
-
--
-
-700
1800
-35
35
- 50 м; мощность даек изменяется от 10 до 20 м. Полуокисленные кварциты (0,7% запасов) образуют под зону неполного окисления железистых кварцитов. На месторождении выделяют восемь разобщенных линзообразных залежей полу-окисленных кварцитов площадью от 16 до 550 тыс.м2 и общей площадью 1,5 км2, мощность их достигает 27,2 м, в среднем составляет 4,5 м. Почва и кровля зале-жей неровные с уступами и впадинами. Рудоносность полуокисленных кварци-тов на всех участках почти одинакова.
Окисленные кварциты представляют собой подзону полного окисления железистых кварцитов, которая сплошной покровной залежью перекрывает окисленные и полуокисленные кварциты. Мощность их колеблется от 0,2 до 56 м. На долю окисленных кварцитов приходится 5,6% запасов. Основные поро-дообразующие минералы железистых кварцитов - кварц, магнетит, рудная слю-да; в разных залежах присутствуют магнезиально-железистые алюмосиликаты. В зависимости от минерального состава и количественного соотношения мине-ралов, железистые кварциты подразделяются на 4 типа: магнетитовые (47,5% общих запасов), силикатно-магнетитовые (37,2%), железнослюдково-магнети-товые (14,6%), а также слаборудные кварциты (0,7%).
Кварциты месторождения тонкозернистые, размеры зерен в среднем рав-ны 0,05-0,08 мм, размеры агрегатов магнетита 0,1-0,5 мм. В зависимости от минералогического состава материнских пород на месторождении выделяются следующие разновидности богатых руд: магнетито-мартитовые - 50%, лимони-то-мартитовые и лимонитовые - 25% и железнослюдково-мартитовые - 10% общих запасов. Главные рудообразующие минералы - мартит, магнетит, лимо-нит, железная слюда и кварц; второстепенные - сидерит, кальцит, хлорит, пи-рит. Содержание железа в рудах колеблется от 25 до 68%. По морфологии и особенностям залежи железистых кварцитов в пределах месторождения выде-ляются западный, центральный, северо-восточный и юго-восточный участки.
Западная часть залежи характеризуется относительно простым строением и равномерной рудоносностью; содержание Feобщ колеблется в блоках от 32,25 до 36,92%; Fe связанного с магнетитом - от 28,54 до 29,77%.
Центральная часть залежи имеет сложное внутреннее строение по срав-нению с другими частями и характеризуется наименьшей рудоносностью, что обусловлено большим количеством даек диорит-порфиритов, наличием зон дробления и повышенным количеством сланцев в рудной зоне. При среднем объемном количестве даек в контуре, равном 3,3%, в центральной части количество их составляет 6,3-12,7% общего объема. Содержание Feобщ в блоках колеблется от 32,7 до 34,06%, связанного с магнетитом от 26,36 до 28,3%. На участке замыкания центральной антиклинали, на границе со сланцами, наблюдается обеднение железистых кварцитов - содержание Feраст снижается до 22-25%, связанного с магнетитом до 16,2-18,2%.
Северо-восточная часть залежи характеризуется сложным строением и от-носительно высокой рудоносностью. Содержание Feобщ составляет 34,52-36,10%, связанного с магнетитом - 27,6-29,38%. Наиболее высокое содержание Feобщ (38,27-39,39%) и связанного с магнетитом (33,10-33,77%) наблюдается в северо-восточной части месторождения. Юго-восточная часть залежи характеризуется относительно простым строением. Но в пределах ее развито наибольшее количество даек диорит-порфиритов. Общая рудоносность по построению структуры юго-восточной части выдержанная. Содержание Feобщ в блоках составляет от 33,4 до 34,84%, а связанного с магнетитом от 27,3 до 28,55%. Здесь так же, как и в центральной части залежи наблюдается обеднение железистых кварцитов.
Гидрогеологические условия месторождения
Гидрогеологические условия месторождения обусловлены геоморфоло-гическими и структурными особенностями его расположения на водораздель-ном плато, расчлененным глубоко врезанной овражной сетью, и ограничением с севера, юга и востока долинами рек Осколька, Чуфички, Оскола, а также двухярусным строением массива.
На месторождении имеет сплошное распространение сеноман-альбский каньон - туронский и рудно-кристаллический водоносные горизонты (табл.11). В целом, для них характерна гидравлическая взаимность и связь с поверхност-ными водами, невыдержанность мощности и состава вмещающих пород, одно-родность состава и незначительная минерализация вод, общность источников питания и дренирования.
Таблица 11
№Водоносный горизонтРежимПреобладающая
мощность, мАбсолютная отметка статического уровня, мКачественная характеристика водоносного горизонтаКоэффициент фильтрации, м/сутВодоотдача, %питаниеразгрузкаIМергельно-меловой подгоризонт-15-20---2,51-5IIПесчаный подгоризонт-28-35137-142--12-2525-40IIIПесчано-меловой горизонт-40-50137-142Инфильт-рационноеДолина р.Осколец10-2015-34IVРудно-кристал-лический горизонт70 -8020-40137-142За счет перетекания из вышележащих водоносных горизонтовДвижение потока в сторону Днепровско-Донецкой впадины0,1-0,50,5-2 Приуроченный к сеноман-альбской толще, водоносный горизонт характе-ризуется безнапорным или слабо напорным режимом. Расходы горизонта компенсируются инфильтрующей частью дождевых и талых вод в местах выхода трещиноватых меловых пород на поверхность. Юрские и неокомские песчано-глинистые отложения вследствие их частичного размыва являются лишь относительным водоупором.
Рудно-кристаллический напорный горизонт приурочен к выветренной зоне докембрийского комплекса пород. Водообильность горизонта определя-ется характером трещиноватости пород. Питание осуществляется за счет вы-шележащего водоносного горизонта на участках выветривания или в местах малой мощности юрских и неокомских песчано-глинистых отложений. Среднее значение коэффициента фильтрации для выветрелых кварцитов 2-2,5 м/сут, не- выветрелых 0,02-0,07 м/сут. В связи со сложными гидрогеологическими усло-виями разработка месторождения производится при предварительном осуше-нии осуществляемое комбинированным способом - глубинным водоотливом. Инженерно-геологические условия
Геологический разрез месторождения характеризуется многоярусным строением; инженерно-геологические ярусы составляют два структурных этажа - верхний и нижний.
Верхний этаж представлен породами осадочного комплекса. Лессовид-ные суглинки по физико-механическим свойствам близки к аналогичным породам Михайловского месторождения. Наиболее слабыми являются аллю-виальные глины. Мергельно-меловые породы представлены трещиноватым ме-лом, переходящим на отдельных участках в трещиноватый мергель. Прочность этих пород определяется трещиноватостью массива. Высыхание мелов в припо-верхностных зонах и процессы выветривания приводят к их осыпанию. Под воздействием динамических нагрузок происходят тектонические изменения. Сеноман-альбские пески представлены средне- и мелкозернистыми разностями, слабо сцементированными окислами железа. Пески обладают хорошей водоот-дачей, коэффициент неоднородности Кн=3-5, на участке высачивания отмеча-ется оплывание, в сцементированных разностях - фильтрационный вынос вдоль трещин.
Неокомские и юрские глинистые пески и песчаные гидрослюдистые глины достаточно однородны по механическим свойствам. Наибольшим набу-ханием обладают юрские пластичные глины при нормальных нагрузках до 2 кг/см2 (0,2 МПа) (в песчаных глинах неокома около 0,5 кг/см2 (0,05 МПа)). Ощутимое разупрочнение пород (сцепление падает до 50 % исходного) отме-чается в местах удаленных от поверхности обнажения на 4-5 м; с увеличением глубины прочность пород не уменьшается. Девонские отложения имеют ограни-ченное распространение и состоят из нерудных брекчий, песчаников, пестро-цветных плотных глин, характеризуются относительно высоким показателем прочности. Нижний этаж представлен скальными и полускальными разностями, при этом наименее прочными являются межрудные сланцы, породы даек и рыхлых руд. На участках распространения рыхлых разновидностей руд в ходе разработки отмечаются осыпи; обводненность пород рудной толщи не влияет на их устойчивость.
3.2. Графическая часть
3.2.1. Составление гидрогеологической документации
1. Необходимо составить план поверхности участка месторождения, гидроизогипс безнапорного водоносного горизонта и гипсометрии кровли водоупора, а также план поверхности участка месторождения, гидроизопьез напорного водоносного горизонта и гипсометрии почвы верхнего водоупора. Данные вариантных заданий приведены в табл.12, основные сведения по гидрогеологическим скважинам, пробуренным в районе, в табл.13. Известно, что разведочные линии с 1 по 7 вариант и с 16 по 22 ориентированы с запада на восток, а варианты 8-15 и 23-30 - с севера на юг. Расстояние между ними и между гидрогеологическими скважинами, расположенными на разведочных линиях - 0,5 км.
Таблица 12
Номера вариантовНомера гидрогеологических скважин по разведочным линиямI - I II - II III - IIIIV - IVV - V1 и 161 - 5 7 - 1113 - 17--2 и 177 - 11 13 - 17 19 - 23 --3 и 182 - 6 8 - 12 14 - 18--4 и 1913 - 17 19 - 23 25 - 29--5 и 2014 - 18 20 - 24 26 - 30 --6 и 2119 - 23 25 - 29 31 - 35 --7 и 2220 - 24 26 - 30 32 - 36 --8 и 231 - 3 7 - 9 13 - 15 19 - 21 25 - 27 9 и 242 - 4 8 - 10 14 - 16 20 - 22 26 - 28 10 и 253 - 5 9 - 11 15 - 1721 - 23 27 - 2911 и 264 - 6 10 - 12 16 - 18 22 - 24 28 - 3012 и 277 - 9 13 - 15 19 - 2125 - 2731 - 3313 и 288 - 1014 - 16 20 - 2226 - 2832 - 3414 и 299 - 11 15 - 17 21 - 2327 - 2933 - 3515 и 3010 - 12 16 - 18 22 - 24 28 - 3034 - 36 Таблица 13
Основные сведения о гидрогеологических условиях района работ
№ гидро-геологических скважинАбсолютные отметки, мДополнительные сведения о водоносных горизонтахУстья скважин1-го безнапорного водоносного горизонта (БВГ)Кровли водоупора2 - го
напорного водоносного горизонтаПочвы верхнего водоупора 2 НВГ 1184,0177,0165,0173,0160,0Усредненные данные фильтрационного опробования (ОФР) по району:
Для БВГ
kф = 5 м/сут;
 = 0,02 (доли ед)
Для НВГ
kф = 12 м/сут;
 = 0,01 (доли ед)
2183,0176,0165,0172,0160,0 3182,0175,0162,0171,0157,5 4180,0175,0165,0170,0160,0 5179,0176,0167,0169,0162,0 6182,0176,5168,0168,0163,0 7182,0176,0165,0173,5160,0 8182,0174,5160,0173,0155,0 9178,0175,0158,0172,0153,0 10180,0176,0160,0171,0155,0 11183,0176,5165,0170,0160,0 12185,0177,0166,0169,0161,0 13176,5174,5162,5174,5157,5 14183,0175,0157,5173,5152,5 15187,0176,0152,0173,0147,0 16192,0176,5157,5172,0152,5 17193,0177,5162,5171,0157,5 18188,0178,0165,0170,0160,0 19186,0175,5162,5175,0157,5 20191,0176,0157,5174,5152,5 21190,0176,5152,0173,5147,0 22182,0177,5157,5173,0152,5 23180,0178,5162,5172,0157,5 24182,0179,0164,0171,0159,0 25192,5175,5165,0176,0160,0 26190,0176,5160,0175,5155,0 27185,0177,5155,0175,5150,0 28180,0178,0160,0174,5155,0 29180,0179,0165,0173,0160,0 30185,0179,5166,0172,0161,0 31190,0176,0167,0177,0162,0 32185,0177,0165,0176,0160,0 33180,0178,0160,0175,5155,0 34180,0179,0165,0174,5160,0 35185,0179,5167,0173,5162,0 36190,0180,0168,0173,0163,0 Пример составленного плана гидроизогипс и гидроизопьез приведены на рис.1. и рис.2.
Порядок построения планов.
а) на листе миллиметровой бумаги необходимо расставить скважины по пять в каждой разведочной линии в соответствии с масштабом. б) рядом с каждой скважиной обозначить номер скважины, абсолютные отметки устья скважины, БВГ, кровли водоупора - на плане гидроизогипс и номер скважины, абсолютные отметки устья скважины, НВГ, почвы водоупора - на плане гидроизопьез в виде
- для плана гидроизогипс; - для плана гидроизопьез.
На планах номер скважины (1) обозначается - черным цветом, абсо-лютная отметка устья скважины (184,0) - коричневым цветом, абсолютная отметка БВГ (177,0) - синим цветом, абсолютная отметка кровли водоупора (165,0) - черным цветом, абсолютная отметка НВГ (173,0) - красным цветом, абсолютная отметка почвы водоупора (160,0) - черным цветом.
в) необходимо построить методом интерполирования между скважинами горизонтали поверхности, гидроизогипсы и гидроизопьезы, гипсометрию кровли и почвы водоупора. Сечения в зависимости от сложности рельефа и условий залегания подземных вод проводятся через 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 м.
Горизонтали поверхности - линии соединяющие точки с одинаковыми абсолютными (или относительными) отметками поверхности. Гидроизогипса - линия на карте или плане, соединяющая точки с одинаковыми отметками уровней воды в скважине (зеркало воды БВГ). Гидроизопьеза - линия на карте или плане, соединяющая точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками напоров (давлений) воды в водоносном пласте (установившийся пьезометрический уровень ПУНВГ). В таблице 8 приводятся абсолютные отметки в Балтийской системе высот.
2. Определить направления движения подземных вод водоносных горизонтов и показать их с использованием линий токов.
Движение потока подземных вод направлено в сторону меньшего их напора, т.е. в сторону гидроизогипс (гидроизопьез) с меньшими высотными отметками. Направление движения показывают с помошью линий токов, которые перпендикулярны гидроизогипсам (гидрозопьезам) (рис.1, 2). Цвет линий токов должен соответствовать цвету гидроизогипс или гидроизопьез.
4. Построить гидрогеологический разрез по центральной разведочной линии. Масштаб горизонтальный 1:10000, вертикальный 1:500 (1:200). При построении гидрогеологического разреза принять наличие в нем следующих пород (сверху вниз): почвенный слой (QII) - 0,5 м; песчано-глинистые флю-виогляциальные отложения (fQMII) - 5 м; пески разнозернистые (J2-3bt-cl) - 5,0 м; известняки трещиноватые (C3izm) - их мощность определяется отметками залегания кровли водоупора, приведенными в колонке 4 табл.8; плотные глины (водоупор БВГ, C3msc) - их мощность постоянная про всей площади и равна 5,0 м; известняки трещиноватые (C3pr) постоянной мощности для всего участка, равной 6 м; глины плотные (C3nv) - вскрыты повсеместно на глубину 3 м.
На разрезах показывается в общепринятых обозначениях: возраст пород (цветом и стратиграфическим индексом), литология (штриховкой), уровни безнапорных и напорных водоносных горизонтов (рис.3).
5. Построить сводную инженерно-геологическую и гидрогеологическую колонку. Колонка составляется аналогично геологической и несет до-полнительную информацию, связанную с характеристикой пород и водонос-ных горизонтов. При составлении колонки последовательно даются сведения: возраст пород (их геологический индекс); колонка, в которой в общепринятых обозначениях показывается состав пород; характеристика пород - описание, в котором обязательно указываются трещиноватость, пористость, обводненность или же, напротив, монолитность; отметки или глубина вскрытия зеркала воды; отметки и глубина установившегося уровня воды; значения коэффициентов фильтрации, уровнепроводность, пьезопроводность и водоотдача; ожидаемые водопритоки в горную выработку; сведения о составе и свойствах воды. Могут быть показаны мероприятия по борьбе с обводнен-ностью: открытый водоотлив, водопонижение, замораживание пород и т.д.
Пример колонки показан в табл.14.
Примечания к таблице:
* - мощность известняков трещиноватых измайловского горизонта определяется студентом по варианту геологического разреза;
** - определяются студентов по своему варианту в районе центральной скважины (средняя или минимальная и максимальная);
i, kф , v, и - заносятся студентом в таблицу по результатам гидрогеологических расчетов. Таблица 14
Сводная инженерно-геологическая и гидрогеологическая колонка
ИндексВозрастХарактеристика
породМощность, мНазвание
водоносного горизонтаУровень
БВГУровень
НВГГидравлический
градиентКоэффициент
фильтрации
м/суткиПриведённая
скорость фильтрации
м/суткиДействительная скорость фильтрации м/суткиQ4Четвертичный современныйПочвенный слой0,5Четвертично-батско-келловейско-измайловский БВГfQm2Четвертичный, среднийПесчано-глинистые флювиогляциаль-ные отложения
5,0**
**
i = 0,0015kф =5v=0,0075u = 0,375J 2-3 bt-cb
Юрский
верхний
средний
Пески
разнозернистые5,0C3 izmКаменно-угольный,
верхний
Известняки трещиноватые
*ИзмайловскийC3 mscКаменно-угольный,
верхний
Плотные глины5,0МосковскийПерхуровский НВГC3 prКаменно-угольный,
верхний
Известняки трещиноватые6,0Перхуровскийi = 0,0027kф =12v=0,0324и =3,24C3 nvКаменноуголь-ный, верхнийПлотные глины3,0Неверовский 4. Расчетная часть
4.1. Определение гидрогеологических параметров
Гидравлический градиент - это потеря напора на единицу длины пути фильтрации.
где i - гидравлический градиент (безразмерная величина); H1 и H2 - напоры воды в метрах в центральной скважине и близлежащей, находящейся на одной и той же линии тока; l1-2 -фактическое расстояние между этими скважинами в метрах.
Приведенная скорость фильтрации, т.е. скорость, принимаемая из условий проницаемости минерального скелета породы, определяется по формуле Дарси.
=ikф, где kф - коэффициент фильтрации (м/сут).
Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды в породах с учетом их физического состояния (трещина, поры и т.п.)
, где  - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи (табл.8, колонка 7). Глубина залегания зеркала воды определяется разностью абсолютных отметок поверхности земли и зеркала воды (для БВГ) или установившегося уровня ПУНВГ (для НВГ), взятых для одной и той же точки.
Мощность безнапорного водоносного горизонта определяется разнос-тью абсолютной отметки зеркала воды и кровли водоупора, на котором сформировался водоносный горизонт. Мощность НВГ обуславливается мощностью вмещающего его пласта породы.
Пример расчета для безнапорного водоносного горизонта.
1. Гидравлический градиент - это потеря напора на единицу длины пути фильтрации.
где H9 =175,0 м и H16 =176,8 м - напоры воды в скв.9 и 16 соответственно; l16-9 -фактическое расстояние между скважинами в метрах.
2. Приведенная скорость фильтрации определяется по формуле Дарси =ikф=0,002575=0,0129 м/сут,
где kф=5 м/сут - коэффициент фильтрации (для БВГ) (табл.8, кол. 7). 3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды
, где  - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи (табл.8, кол. 7). 4. Глубина залегания зеркала воды определяется разностью абсолютной отметкой поверхности земли и зеркала воды, взятых для одной и той же точки. Для скважины №9 глубина залегания зеркала воды равна 178,0 - 175,0=3,0 м
5. Мощность водоносного горизонта определяется разностью абсолютной отметки зеркала воды и кровли водоупора, на котором сформировался водо-носный горизонт. Мощность водоносного горизонта для скважины №9 равна 175,0 - 158,0 = 17,0 м.
Пример расчета для напорного водоносного горизонта.
1. Определяем гидравлический градиент
2. Приведенная скорость фильтрации =ikф=0,002912=0,034 м/сут,
где kф=12 м/сут - коэффициент фильтрации (для НВГ) (табл.8, кол. 7). 3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды
, где  - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи (табл.8, кол. 7). 4. Глубина залегания ПУНВГ (установившегося пьезометрического уровня равна разности отметок поверхности земли и отметок ПУНВГ. Для скважины №9 - 178,0 - 172,0=6,0 м
5. Мощность НВГ равна мощности вмещающих его трещиноватых известняков перхуровского возраста и составляет 6,0 м.
6. Определяем напорность НВГ, которая численно равна разности отметок ПУНВГ и кровли водоносного пласта (почвы верхнего водоупора). Для скважины №9: 172,0 - 153,0 = 19,0 м. То есть , при вскрытии НВГ выработкой его уровень повысится на 19,0 м.
4.2. Определение скоростной высоты.
Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.
Р = в h  g, где в- плотность воды (т/м3); h - высота столба воды (м); g - ускорение свободного падения (м/с2).
На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р = 100 КПа = 0,1 МПа, которое при расчетах не учитывается.
Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Нг, представляющий совокупность пьезометрической hр и геометрической z высот (рис.4). Рис. 4. Схема образования гидростатического напора в водонасыщенном массиве горных пород: 0 - 0 - плоскость сравнения напоров
Пьезометрическая hр высота характеризует долю потенциальной энергии, обусловленную гидростатическим давлением. Геометрическая z высота - потенциальной энергией, относительно произвольно выбранной плоскости сравнения.
НГ= hр + z
Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) hv.
, где u - действительная скорость движения воды.
Тогда величина HГ = h + z + hv, где h - высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случаи от точки А). Она харак-теризует долю потенциальной энергии обусловленную гидростатическим давление. z - это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случаи от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. Характеризует потенциальную энергию водонасыщенного объёма относительно произволь-но выбранной плоскости сравнения напоров (в нашем случаи плоскости сравнения напоров для группы ТО-1 - +135 м, ТО-2 - +140 м, ТО-3 - +145 м).
Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот - есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива и отражает полную энергию движущегося потока. В природе существует два вида движения:
- ламинарный (слоистый) - малые скорости, слои жидкости движутся независимо друг от друга не перемешиваясь.
- турбулентный (беспорядочный) - большие скорости перемещения частиц в различных направлениях, слои жидкости перемешиваются.
Для определения режима течения (переход от ламинарного к турбулент-ному) используют число Рейнольдса Re, которое меняется в зависимости от вязкости и плотности жидкости, размеров протоков, т.е. от литологического состава и физического состояния породы. Например, для песков Re  5060. Полное (общее) давление, оказываемое столбом породы плотностью  и высотой z0 на единичную горизонтальную площадку:
, где z - уравновешивается реакцией минерального скелета и гидростатического давления в поровой жидкости: z = эф + н, где эф - эффективное (воспринимаемое минеральным скелетом) напряжение; н - нейтральное (отвечающее гидростатическому давлению в воде) напряжение.
Пример расчета: Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.
Р = в h  g = 1,0129,8=117,7 т/м2= 1,177 КПа
где в- плотность воды (т/м3); h - высота столба воды (м); g - ускорение свободного падения (м/с2).
На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давлении Р = 100 КПа = 0,1 МПа.
Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Нг, представляющий совокупность пьезометрической hр и геометрической z высот. Для безнапорного водоносного горизонта в центральной скважине №16 применительно к выбранной т.А (см.рис.3)
НГ= hр + z = 12 + 13,5 = 25,5 м
Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) hv.
м, где u - действи-тельная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.
Тогда HГ = h + z + hv = 12 + 13,5 +2,7910-12 = 25,5 +2,7910-12 м, где h - высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случае от точки А), z - это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случае от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. В нашем случаи плоскость сравнения напоров +150 м.
Т.к. скоростная высота слишком мала, и стремиться к нулю, то ею можно пренебречь.
Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот - есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива, и отражает полную энергию движущегося потока. 4.3. Движение подземных вод
Раздел выполняется в соответствии с индивидуальным заданием студенту с обязательным составлением расчетных схем и эскизов.
4.3.1. Движение подземных вод в напорном пласте
Движение воды в порах и трещинах горных пород при полном насыщении их водой, называемое фильтрацией, совершается под влиянием разности напоров.
В середине XIX в. дал начало изучению законов фильтрации французский ученый-гидравлик Дарси, проведший опыты по фильтрации воды. Он установил следующую зависимость , где Q - расход воды; kф - коэффициент фильтрации - постоянная для данной породы величина и характеризующая степень водопроницаемости пород.
На рис.5. показан горизонтально залегающий водоносный пласт с постоянной мощностью m , в котором заключен напорный поток подземных вод с установившимся равномерным движением. В сечениях 1 и 2 по длине потока, находящихся на расстоянии l друг от друга, напоры соответственно равны Н1 и Н2. Коэффициент фильтрации водоносного пласта постоянен и равен kф. Требуется определить расход потока по его ширине B и построить депрессионную кривую между сечениями 1 и 2.
Рис.5. Схема движения подземных вод в напорном пласте постоянной мощности
Расположим оси координат так, чтобы начало координат совпало с сечением 1, а ось х прошла в направлении потока. Согласно уравнению расход потока равен , где F - площадь сечения потока.
Скорость фильтрации, согласно закону Дарси, выражается . Это выражение можно представить в дифференциальной форме, учитывая, что в каждой точке .
Знак минус удовлетворяет условию, что с возрастанием х (длина пути фильтрации) напор Н падает.
Следовательно, . Отсюда, если учесть, что площадь сечения потока равна , (*), где В - ширина потока.
Для определения расхода потока проинтегрируем уравнение (*) в пределах по х от 0 до l, по Н от Н1 до Н2, учитывая, что в пределах данного потока Q=const, , отсюда (**).
Расход потока на его ширине, равной единице, называется единичным расходом и обозначается q. Согласно (**) .
Выражение единичного расхода q в дифференциальной форме согласно (*) имеет вид . Это выражение называется дифференциальным уравнением Дюпюи.
Чтобы получить уравнение депрессионной кривой, выразим единичный расход через напор Н в сечении, находящемся на расстоянии х от начала координат . Приравняв уравнения единичных расходов и , после элементарного преобразования получим . Таким образом, депрессионная кривая подземных вод при равномерном движении является прямой линией, что свидетельствует об установившемся режиме.
Пример расчета.
Рассчитаем приток воды НВГ в подземную выработку шириной В=100 м, находящуюся между скважинами 9 и 4 и вскрывающую водоносный пласт трещиноватых известняков на всю его мощность m. Определяем расход потока с учетом действительной скорости движения вод
м3/сут
Расход потока на его ширине, равной единице, называется единичным расходом и обозначается q. Для нашей выработки определяем q на 1 погонный метр
м3/сут.
Единичный расход позволяет оперативно определять приток воды в выработку при проходке и вовремя вводить в действие откачивающее оборудование. Например. Если за смену пройдено 6 м штрека, то дополнительный расход составит м3/сут.
Уравнение депрессионной кривой
м. Таким образом, депрессионная кривая подземных вод для данного примера является прямой линией, что свидетельствует об установившемся режиме движения подземных вод.
4.3.2. Движение подземных вод в безнапорном пласте
Рассмотрим установившееся движение воды в условном потоке с горизонтальным водоупором при постоянном расходе потока. В сечениях 1 и 2 напоры соответственно равны Н1 и Н2 (рис.6). Напишем дифференциальное уравнение Дюпюи для промежуточного сечения, взятого на расстоянии х от начала координат, .
В отличие от выражения , где мощность постоянная, в данном случае она является переменной и при принятой плоскости сравнения напоров (горизонтальный водоупор) численно равна напору.
Рис. 6. Схема движения подземных вод в безнапорном пласте при горизонтальном залегании водоупора
Разделяя переменные и интегрируя в пределах от сечения l до сечения 2 , получим формулу для определения единичного расхода потока . Разложив разность квадратов и имея в виду, что ; , получим , где - средний уклон депрессионной кривой между сечениями 1 и 2; - средняя мощность водоносного пласта на участке между этими сечениями. Расход потока при его ширине В равен .
Если известны уровни воды в скважинах, расположенных вдоль потока, то можно построить депрессионную кривую между ними.
Напишем уравнение для единичного расхода потока через известный напор Н1 и неизвестный напор Н в сечении на расстоянии х от начала координат: . При постоянном расходе q левые части выражений единичных расходов и равны, а следовательно, равны и правые: , отсюда . Задаваясь любыми значениями х в пределах х<l и получая соответствующие им значения Н, можно по точкам построить депрессионную кривую между скважинами. Эта кривая является параболой.
Пример расчета
Определим приток воды в траншею длиной 100 м, пройденную перпендикулярно направлению фильтрации между скважинами 16 и 9 до плотных глин московского возраста.
Расход потока при его ширине В равен с учетом фактической (действительной) скорости движения воды в БВГ
м3/сут
Уравнение для единичного расхода потока через известный напор Н1 и неизвестный напор Н в сечении на расстоянии х от начала координат: м3/сут. Уравнение депрессионной кривой Задаваясь любыми значениями х в пределах х<l и получая соответствующие им значения Н, можно по точкам построить депрессионную кривую между скважинами. Эта кривая является параболой.
4.4. Движение подземных вод к искусственным дренам
Горные выработки, из которых производится откачка воды, являются искусственными дренами водоносного пласта. Они подразделяются на гори-зонтальные (канавы, траншеи, галереи, штреки и т.п.) и вертикальные (скважи-ны, стволы, колодцы, шурфы и т.п.). Как вертикальные, так и горизонтальные горные выработки по степени вскрытия водоносного пласта делятся на совершенные (вскрывающие пласт на всю мощность и по всей его мощности имеющие водопроницаемые стенки) и несовершенные (вскрывают только часть пласта или имеют водопроницаемые стенки не по всей его мощности).
Если из вертикальной горной выработки откачивать воду с опреде-ленной интенсивностью Q=const уровень воды в ней сначала быстро, а затем медленнее понижаясь от своего первоначального положения Н, через некото-рое время достигнет положения h0 и практически стабилизируется. При нали-чии поблизости от такой выработки наблюдательных скважин можно заметить понижение уровня в них до положений у1 и у2 (рис.7). Вокруг выработки, из которой производится откачка воды, образуется так называемая депрессионная воронка. Рис. 7. Схема откачки их вертикальной выработки
Линия ее пересечения с вертикальной плоскостью, проходящей через ось выработки, называется депрессионной кривой, которая имеет максимальный наклон у стен выработки, а по мере удаления от нее постепенно выполажива-ется и практически сопрягается с линией первоначального напора Н. Рас-стояние от оси колодца до точки сопряжения депрессионной кривой с линией первоначального напора называется радиусом влияния выработки R.
Сниженный в результате продолжительной откачки уровень воды в вертикальной выработке (например, скважине), соответствующий напору h0 в ней, называется динамическим уровнем в отличие от статического уровня, который соответствует первоначальному напору Н в пласте. Величина S, на которую понижается уровень воды в скважине, называется понижением. Следовательно, понижение S = H - h. Уровень воды в дренажной скважине ниже уровня воды h за стенкой ее на величину , называемой гидравлическим скачком или высотой высачивания.
4.4.1. Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене
На рис.8 показана совершенная вертикальная дрена круглого сечения радиусом r. Совершенная дрена вскрывает водоносный пласт на всю его мощность и имеет в пределах его проницаемые стенки. Динамический уровень воды в ней при установившемся притоке соответствует напору h, напор на границе депрессионной воронки равен Н, а ее радиус R. Мощность пласта и его коэффициент фильтрации постоянны и равны соответственно m и kф. Расположив координатные оси по оси выработки и по нижнему водоупору, рассмотрим цилиндрическое сечение Y на расстоянии х от начала координат, площадь которого равна . Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение согласно выражается , где - напорный градиент в сечении.
Рис. 8. Схема движения напорных вод к совершенной вертикальной дрене
Разделяя переменные и интегрируя это уравнение , получим или с учетом получим . Подставив значение  и заменив натуральные логарифмы на десятичные, получим . Из данной формулы видно, что дебит совершенной горной выработки прямо пропорционален коэффициенту фильтрации пласта, его мощности и понижению уровня воды и обратно пропорционален логарифму отношения . Величины R и r, входящие в формулу под знаком логарифма, даже при значительных их изменениях существенного влияния на дебит не оказывают.
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
.
Данные для выполнения расчетов:
kф = 12 м/сутки - коэффициент фильтрации;
m = 6 м - мощность водоносного пласта;
S - понижение (эта величина задается исходя из условий осушения будущих горных выработок);
r = 1 м - радиус выработки; - радиус влияния дрены, м, где - коэффициент уровнепроводности, м2/сут;
t = 1 год = 365 суток, время для которого определяется радиус влияния
Для построения кривой принять х1=0,1R; х2=0,15R; х3=0,2R; х4=0,3R; х5=0,5R; х6=0,8 R.
Пример расчета
Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из центральной скважины №9. Принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта - отметка 150,0 м. Следовательно, водопонижение составит S=H9-150,0=172,0-150,0=22,0 м.
Радиус выработки r = 1 м; Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости движения воды, м2/сут;
Время для которого определяется радиус влияния t = 10 суток Определяем радиус влияния дрены
м.
Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение
м3/сут
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
.
Для построения кривой принять х1=0,1R=0,1808,6=80,86 м; х2=0,15R=0,15808,6=121,3 м; х3=0,2R = 0,2808,6 = 161,72 м; х4=0,3R = 0,3808,6 = 242,58 м;
х5=0,5R = 0,5808,6 = 404,3 м; х6=0,8 R = 0,8808,6 = 646,88 м.
Тогда Пример депрессионной кривой представлен на рис.9.
4.4.2. Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене
При движении безнапорных подземных вод к вертикальной горной выработке, вызванном откачкой воды из нее, вокруг выработки образуется депрессионная воронка, внутри которой водоносные породы оказываются осушенными.
Рассмотрим установившееся движение безнапорных вод к вертикальной совершенной выработке. Пусть статический напор равен Н, динамический напор у стенок выработки h, радиус депрессионной воронки R, радиус выработки r, коэффициент фильтрации водоносного пласта постоянен и равен kф.
Обозначив через Q расход потока через цилиндрическое сечение Y на расстоянии х от оси колодца на основании можно составить следующее уравнение, учитывая, что в данном случае площадь сечения : .
Интегрируя это выражение от стенок выработки до контура депрес-сионной воронки , получим . Разложив разность квадратов и имея в виду , будем иметь . Таким образом, дебит совершенной вертикальной выработки при безнапорных водах пропорционален коэффициенту фильтрации kф, приблизительно пропорцио-нален мощности водоносного пласта Н и находится в параболической зависимости от понижения S.
Подставив значение  и заменив натуральные логарифмы на десятичные, получим . Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
.
Данные для выполнения расчетов:
kф = 5 м/сутки - коэффициент фильтрации;
m = 6 м - мощность водоносного пласта;
r = 1 м - радиус выработки;
- радиус влияния выработки, м, где - коэффициент уровнепроводности, м2/сут;
t = 1 год = 365 суток, время для которого определяется радиус влияния;
х1=0,1R; х2=0,15R; х3=0,2R; х4=0,3R; х5=0,5R; х6=0,8R.
Пример расчета
Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из центральной скважины №16. Принимаем водопонижение до кровли пласта трещиноватых известняков московского горизонта - отметка 166 м. Следовательно, водопонижение составит S=H16 -166 =176,8 - 166=10,8 м.
Радиус выработки r = 1 м; Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости фильтрации, м2/сут;
Время для которого определяется радиус влияния t = 10 суток Определяем радиус влияния дрены
м.
Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение
м3/сут
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
.
Для построения кривой принять х1=0,1R=0,1305,4=30,54 м; х2=0,15R=0,15305,4=45,81 м; х3=0,2R = 0,2305,4 = 61,08 м; х4=0,3R = 0,3305,4 = 91,62 м;
х5=0,5R = 0,5305,4 = 152,7 м; х6=0,8 R = 0,8305,4 = 244,32 м.
Тогда Пример депрессионной кривой представлен на рис.10.
4.5. Определение инженерно-геологических условий месторождения
4.5.1. Определение показателей состояния горной породы
К основным показателям состояния горных пород в инженерной геологии относятся:
Плотность - масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношению массы породы к ее объему: . т/м3, г/см3.
Плотность сухой породы - масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему: . т/м3, г/см3.
Плотность минеральных частиц - масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему: . т/м3, г/см3.
Пористость - это отношение объема пор ко всему объему горной породы.
Доля (объем) минеральных частиц в объеме V породы равна отношению объема минерального скелета Vc ко всему объему породы Vo ; доли ед.
n=1-m, где n - объем пор; m - объем твердого тела.
m=1-n
Умножим Vc на qc и Vo на qc, тогда , доли ед. С учетом , величину n (объем пор) можно выразить через плотности породы: .
Коэффициент пористости - это отношение объема пор в горной породы к объему ее твердой части , доли единиц. Может быть более 100% (1,0 дол.ед.).
Пористость и коэффициент пористости связаны между собой соотношениями: ; .
Отсюда: .
Также можно выразить коэффициент пористости:
.
Все показатели взаимосвязаны, и могут быть выражены (найдены) через другие показатели свойств.
При инженерно-геологической оценке горных пород используются следующие показатели влажности:
а) весовая влажность W - отношение массы воды qв, заполняющей поры породы, к массе сухой породы qс: или, разделив числитель и знаменатель на Vo, имеем: , %, доли единиц, может быть более 100%
б) объемная влажность Wo - отношение объема воды Vв в порах к объему Vo этой породы: ; учитывая, что ; имеем: ; или через весовую влажность: (т.к. );
в) коэффициент водонасыщения G - отношение воды Vв в горной породе к объему пор Vп : , ;
по величине G = 0  1,0 выделяют породы: маловлажные (0  0,5); влажные (0,5  0,8); водонасыщенные ( 0,8).
Задание:
Образец породы V0 и массой q0 после высушивания при температуре 105С занимает объем Vс и весит qс. Определить плотность, плотность сухой породы, плотность минеральных частиц, пористость, коэффициент пористости, весовую влажность, объемную влажность и коэффициент водонасыщения.
Таблица 15
Варианты заданий
ВариантОбъем V0,
м3Масса q0, гОбъем Vс,
м3Масса q0, г15687,5230,4881,0925686,1426,2275,6235688,3426,4881,0945694,4625,6770,3455699,6728,8578,486511033188,7753107,13692,8859119,340105,1961123,439109,11055110,23395,91163126,547112,21257113,5230,898,91364127,547113,21465129,549115,261560121,445107,1165687,5228,2275,62175686,1426,4875,62185688,3428,2275,62195694,4628,2275,62205699,6728,2275,62215687,5225,6881,09225686,1430,4881,09235688,3430,4881,09245694,4630,4881,09255699,6730,4881,09265694,4625,6770,34275699,6728,8578,4828511033188,72953107,13692,83059119,340105,1315687,5230,4881,09325686,1426,2275,62335688,3426,4881,09
Пример выполнения расчетов:
Образец породы V0 = 56 см3 и массой q0 = 99,67 г после высушивания при температуре 105С занимает объем Vс = 28,85 см3 и весит qс =78,48 г .
1. Плотность - масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношению массы породы к ее объему: г/см3.
2. Плотность сухой породы - масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему: г/см3.
3. Плотность минеральных частиц - масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему: г/см3.
4. Пористость - это отношение объема пор ко всему объему горной породы .
или (48,5%)
5. Коэффициент пористости - это отношение объема пор в горной породы к объему ее твердой части.
или , доли единиц.
6. Весовая влажность W - отношение массы воды qв, заполняющей поры породы, к массе сухой породы qс: доли единиц или 27,0%, может быть более 100%
7. Объемная влажность Wo - отношение объема воды Vв в порах к объему Vo этой породы: или дол.ед. или 37,8%.
8. Коэффициент водонасыщения G - отношение объема воды Vв в горной породе к объему пор Vп : ;
По величине G = 0  1,0 выделяют породы: маловлажные (0  0,5); влажные (0,5  0,8); водонасыщенные ( 0,8), следовательно рассматриваемая порода является влажной.
4.5.2. Гранулярный состав горных пород
Состояние и свойства горных пород находятся в зависимости от степени заполнения объема горных пород минеральным веществом, структура ми-нерального скелета и порового пространства, физической природы связи между минеральными частицами, фазового состояния породы. Это факториальные характеристики. На основании этого все породы, независимо от их происхождения, можно разделить на три основные группы: твердые; связные (глинистые); раздельно-зернистые.
Состояние и свойства связных и раздельно-зернистых горных пород определяет гранулярный (зерновой) состав, т.е. весовое содержание в породе частиц различной крупности в процентах от общей массы породы в абсолютно сухом состоянии.
Размеры частиц - от нескольких метров (крупные глыбы в крупнообло-мочных породах) до тысячных и миллионных долей миллиметров (коллоидные и глинистые частицы) в глинистых породах.
Гранулярный состав определяет такие показатели, как влажность, по-ристость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницае-мость, набухание и т.п. Для определения гранулярного состава проводят гра-нулометрический анализ, который бывает прямой (непосредственное измере-ние диаметра частиц) и косвенный (через скорость осаждения частиц в воде или воздухе).
Разберем комбинированный метод, основанный на комбинации ситового метода (прямого) и метода пипетки (косвенного).
Ситовой - определение гранулярного состава раздельно-зернистых и песчано-глинистых пород. Набор из 9 сит с размерами отверстий: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Процентное содержание фракции определяется , где qi - масса фракции, q - масса образца. Метод пипетки - оценка гранулярного состава песчано-глинистых пород через скорость осаждения частиц в приготовленной суспензии. Отбор проб суспензии через определенный интервал времени пипеткой с различной глубины с последующим высушиванием и взвешиванием.
Основной способ изображения гранулярного состава песчано-глинистых пород - кривая в полулогарифмическом масштабе (рис.11).
Рис.11. Кривая гранулярного состава: 1 - кривая грансостава однородной глины; 2 - кривая грансостава однородного песка.
Породы делятся по размерам частиц: валуны (камни) - более 200 мм, галька (щебень) - 10-200 мм; гравий (дресва) - 2 - 10 мм; пески - 0,05 - 2 мм; пыль - 0,005 - 0,05 мм; глины - < 0,005 мм.
Количественный показатель гранулярной кривой - коэффициент неоднородности Кн = d60 / d10 , где d60 и d10 - контролирующий и эффективный диаметры, определяемые с кривой грансостава. Для однородных пород Кн1, с равномерным распределением фракций - Кн = 251000 (песок считается однородным при Кн  3).
Таблица 16
Классификация глинистых пород по грансоставу
№Название породПроцентное содержание частиц d<0,005 ммПесчаных частиц (d =0,05-2,0) больше, чем пылеватых (d =0,005-0,05)1Глина тяжёлая> 60 %2Глина от 30 до 60 %3Суглинок: Тяжелыйот 20 до 30 % Среднийот10 до 20 % Лёгкийот 6 до 10 % 4Супесь: Тяжёлаяот 3 до 6 % Лёгкая< 3 %Пылеватых частиц (d=0,05-0,005) частиц больше, чем песчаных (d =0,05-2,0)5Пылеватая глина>306Пылеватый суглинокот 30 до 107Пылеватая супесьот 10 до 3Для раздельно-зернистых пород:- Песок крупнозернистый - масса всех частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%- Песок мелкозернистый - масса всех частиц крупнее 0,1 мм составляет 75% и более- Песок пылеватый - масса всех частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75% Таблица 17
Задание для выполнения работы:
№ вариантаМасса образца q1, гГигроскопическая влажность Wг, %Масса водорастворимых солей, qв.с., гСуммарное содержание фракций В, %Объём суспензии Vс , см 3Объём пипетки Vп,
см 3Масса частиц определенного диаметра в объеме пипетки (масса высушенной пробы)А 0,5-0,25А 0,25-0,1А<0,05А < 0,01А <0,005А < 0,00112345678910111213121,453,511,01Ф1,0-0,5=3,41000250,942,130,430,410,350,18218,244,341,32Ф1,0-0,5=2,41,040,800,340,310,200,10318,572,481,72Ф2,0-0,5=3,40,740,460,340,270,210,13419,422,151,51Ф2,0-0,5=200,660,480,330,200,140,06516,830,750,42Ф2,0-0,5=180,640,860,300,270,220,15620,564,032,15Ф2,0-0,5=240,961,120,350,280,190,11717,405,100,83Ф1,0-0,5=4,40,920,810,310,240,190,10820,461,142,35Ф2,0-0,5=150,950,820,400,320,210,14921,592,401,65Ф2,0-0,5=151,410,930,400,310,200,121023,453,511,01Ф1,0-0,5=3,40,942,130,430,410,350,181118,941,501,25Ф2,0-0,5=101,240,820,350,250,150,131221,805,181,41Ф2,0-0,5=3,40,830,910,410,310,150,081317,251,100,41Ф2,0-0,5=100,520,740,290,250,210,161419,463,502,43Ф2,0-0,5=200,720,880,280,210,150,071519,402,640,27Ф2,0-0,5=1,80,310,820,340,210,180,12 123456789101112131617,841,561,23Ф2,0-0,5=101000250,440,360,310,260,200,161718,782,371,16Ф2,0-0,5=160,840,620,330,240,170,091818,304,80,71Ф1,0-0,5=5,10,821,210,340,310,220,101921,241,580,67Ф2,0-0,5=120,700,540,380,310,230,182021,541,421,04Ф1,0-0,5=2,81,181,050,430,310,190,112112,302,400,58Ф2,0-0,5=181,040,280,240,220,180,152215,403,101,51Ф1,0-0,5=2,80,540,480,240,180,150,112317,604,211,24Ф1,0-0,5=3,10,551,020,270,250,180,102419,742,841,12Ф1,0-0,5=2,11,211,410,320,200,200,122520,312,500,67Ф2,0-0,5=120,942,130,430,410,120,072616,270,850,71Ф1,0-0,5=4,51,111,300,410,350,210,152718,134,352,16Ф2,0-0,5=210,840,720,340,280,190,112819,712,711,16Ф2,0-0,5=100,960,810,360,300,240,152920,510,620,41Ф1,0-0,5=5,70,530,490,350,250,190,113017,384,140,61Ф2,0-0,5=130,830,790,310,210,180,153121,715,111,13Ф1,0-0,5=3,60,561,070,470,340,250,103220,170,910,54Ф1,0-0,5=171,021,120,470,260,190,123313,381,150,75Ф2,0-0,5=4,21,040,280,240,210,190,11 Пример выполнения расчетов:
Исходные данные: q1 - масса образца (г); Wг - гигроскопическая влажность; qв.с. - масса водорастворимых солей; Vс - объём суспензии; Vп - объём пипетки
q1 =20,32 г ; Wг = 2,58 %; qв.с. = 0,63 г ; В = 1,5%= Ф0,5-1,0
Vс = 1000 см 3 ; Vп = 25 см 3; А 0,5-0,25 = 1, 12 г ; А 0,25-0,1=1,38 г; А<0,05= 0,35 г ; А < 0,01 = 0,31 г ; А <0,005 =0,24 г ; А < 0,001=0,15 г
Необходимо:
- рассчитать процентное содержание фракций 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; <0,001 мм; - построить суммарную кривую гранулярного состава; - определить процентное содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц; - установить наименование породы. 1. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание гигроскопической влажности:
г
2. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:
г
3. Определяем в образце содержание фракций, выделенных ситовым методом:
а) Ф1,0 - 0,5 = В= 1,5%; б) в) В'= В + Ф0.5 - 0.25 = 5,75 + 1,5 =6,67 %
4. Определяем совокупное содержание в образце фракций, выделенных пипеточным способом:
а) В''= B' + Ф0,25 - 0,1 = 7,25+6,67=13,92 %
б) в) г) 5. Определяем интервальное содержание фракций, выделенных пипеточным способом:
а) Ф0,1 - 0,05 = 100 - В" - Ф<0,05 = 100 - 13,92 - 62,83 = 23,25%
б) Ф0,05 - 0,01 = Ф<0,05 - Ф<0,01 = 62,83 - 55,65 = 7,18%
в) Ф0,01 - 0,005 = Ф<0,01 - Ф<0,005 = 55,65 - 43,08 = 12,57%
г) Ф0,005 - 0,001 = Ф<0,005 - Ф<0,001 = 43,08 - 28,72 = 14.36%
6. Проверяем, суммируя фракции:
В + Ф0,5 - 0,25 + Ф0,25 - 0,1 + Ф0,1 - 0,05 + Ф0,05 - 0,01 + Ф0,01 - 0,005 + + Ф0,01 - 0,005 + Ф<0,001 = 1,5 + 5,75 + 6,67 + 23,25 + 7,18 + 12,57 + + 14,36 + 28,72 = 100 %
6. Результат расчётов сводим в табл. 12.
Таблица 12
Содержание частицв интервальном видев совокупном видеd, ммФ, %d, ммФ,%1,0 - 0,51,5< 1,01000,5 - 0,255,75< 0,598,50,25 - 0,1 6,67< 0,2592,750,1 - 0,0523,25< 0,186,080,05 - 0,017,18< 0,0562,830,01 - 0,00512,57< 0,0155,650,005 - 0,00114,36< 0,00543,08< 0,00128,72< 0,00128,72 8. Необходимо по данным таблицы построить кривую гранулярного состава (рис.12). Так как по оси абсцисс данные откладываются в логарифмическом масштабе. То необходимо выбрать масштаб. Позволяющий разместить график на листе формата А4. Кратными значениями для десятичного логарифма будут следующие размеры частиц: 0,0001-0,001-0,01-0,1-1,0-10,0 мм. При размерах листа 30 см наиболее целесообразно выбрать масштаб 5 см, тогда 5 диапазонов умножить на 5 см равно 25 см. начало координат 0,0001 мм через 5 см - 0,001, еще через 5 -0,01 и т.д. Так как lg1,0=0, то все значения менее 1,0 будут отсчитываться влево от этой величины, а более - вправо. Например, чтобы найти положение на оси абсцисс значение диаметра 0,5 мм, необходимо:
- определить lg 0,5 = -0,301
- масштаб построения 5 см, поэтому: -0,3 х 5 см = -1,5 см
- откладываем 1.5 см влево от значения 1,0 мм (lg1,0 = 0). Остальные значения определяются аналогично.
9. По кривой гранулярного состава определяем коэффициент неоднородности:
если Кн =1, то порода однородная по составу, Кн =25-1000 порода с равномерным распределением, следовательно в нашем случае порода с равномерным распределением фракций.
10. Определяем по процентному содержанию частиц d<0,005 мм название породы по классификации, приведенной в табл.16.
Процентное содержание глинистых частиц - 43,08%, пылеватых частиц - 19,75%, песчаных частиц - 36,17%. Т.к. процентное содержание песчаных частиц больше пылеватых, а глинистых частиц d<0,005 мм в исследуемой породе равно 43,08%, следовательно, наша порода - глина.
Список рекомендуемой литературы:
1. Геологический словарь. - М.: Недра, 1978, Т.1; Т.2.
2. Месторождения полезных ископаемых. // Под ред. Ермолова В.А. - М.: МГГУ, 2001, 570 с.
3. Гальперин А.М., Зайцев В.С., Норватов Ю.А. Инженерная геология и гидрогеология. - М.: Недра, 1989, 383 с.
4. Горное дело. Терминологический словарь. // Л.И.Барон. Г.П.Деминюк, Г.Д.Лидин и др. - М.: Недра. 1981, 479 с.
5. Справочник по инженерной геологии. // Под ред. М.В.Чурининокова. - М.: Недра, 1981, 325 с.
6. Горная энциклопедия в 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия, 1986
7. Условные обозначения для горной графической документации. - М.: Недра, 1981, 304 с.
8. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Энциклопедия. - М.: Недра, 1973
9. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. В трех томах. - М.: Недра, 1969
10. Краткий курс месторождений полезных ископаемых. /Под ред. Вахромеева С.А. - М.: Высшая школа, 1967
11. Гальперин А.М., Зайцев В.С., Кириченко Ю.В. Практикум по инженерной геологии. - М.: МГГУ, 2001, 101 с.
12. Курс рудных месторождений //Под ред.В.И.Смирнова. - М.: Недра, 1986
13. Леоненко И.Н., Русинович И.А., Чайкин С.И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т.3. Железные руды. - М.: "Недра", 1969, 319 с.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
251
Размер файла
1 510 Кб
Теги
vypolnenie, kursovoy, posobie, rabota, uchebnoy, dlya
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа