Курсовая работа: Оценка и прогноз инженерно-геологических условий на стадии изучения месторождений гранитов

Механические свойства песчаников напрямую зависят от текстурно-структурных особенностей, состава зерен, типа цементации и состояния цемента. Следовательно, степень пригодности для инженерного использования будет значительно варьироваться.

Аргиллиты

Данная горная порода относится к силикатному виду, осадочному типу, скальному классу.

Таблица 7

Физико-механические свойства аргиллитов

Свойства аргиллитов напрямую зависят от состава породы. Особенно на них отражается тип цементирующего состава, являющийся соединительным элементом в структуре породы. С учётом различного цементного состава, аргиллит может иметь как непрочную, глинистую структуру, так и твёрдость близкую к кварцу. В любом случае порода не устойчива к механическим и температурным режимам.

Порфириты

Вид силикатные (основные), тип магматические (эффузивные), класс скальные.

Таблица 8

Основные физико-механические свойства порфиритов

Порфириты выдерживают длительный нагрев, многократные перепады температур и воздействие горячей воды, способен долго сохранять тепло.

Известняки

Вид карбонатные, тип осадочные, класс скальные. Некоторые физико-механические свойства представлены в таблице 9.

Таблица 9

Некоторые физико-механические свойства известняков

Физико-механические свойства и водопроницаемость известняков существенно различны в зависимости от их текстуры, структуры и состава.

1.4.3 Специфические грунты

К специфическим грунтам относятся грунты, изменяющие свою структуру и свойства в результате замачивания, динамических нагрузок и других видов внешних воздействий, обладающие неоднородностью и анизотропией (физической и геометрической), склонные к длительным изменениям структуры и свойств во времени, а именно:

ѕ просадочные;

ѕ набухающие;

ѕ органо-минеральные и органические;

ѕ засоленные;

ѕ элювиальные;

ѕ техногенные.

В отдельную группу следует отнести вечномерзлые грунты [4], также обладающие специфическими свойствами.

На изучаемой территории, согласно СП 47.13330.2016 [7] из специфических грунтов можно выделить элювиальные грунты средне- и верхнеордовикских отложений.

К элювиальным грунтам следует относить грунты, образовавшиеся в результате процессов выветривания горных пород на месте их залегания без заметных признаков смещения.

Различают коры выветривания современные и древние. Первые связаны с современными климатическими условиями и залегают с поверхности, их мы можем наблюдать на участке.

На данной территории мы наблюдаем коры физического выветривания, характерное для современного холодного и умеренного климата, которое вызывается в основном колебаниями температуры, замерзанием и оттаиванием воды в трещинах разного размера (включая микротрещины), что приводит к дезинтеграции горных пород, вначале - на крупные глыбы, затем - на щебень, дресву и отдельные минеральные зерна.

Согласно СП 11-105-97 [8] они могут представлять следующие трудности: значительная неоднородность по глубине и в плане из-за наличия грунтов с резким различием прочностных и деформационных характеристик; склонность к снижению прочности во время их преобразования в открытых котлованах; возможность перехода в плывунное состояние в период устройства котлованов и фундаментов. Из других особенностей элювиальных грунтов можно отметить следующие: склонность к набуханию и морозному пучению, возникновение кислой среды, вреднодействующей на бетонные и металлические части сооружений, возможность развития физической и химической суффозии и др.

1.4.4 Опасные природные процессы

Опасный геологический процесс (явление) - это событие геологического происхождения или результат деятельности геологических процессов, возникающих в земной коре под действием различных природных или геодинамических факторов или их сочетаний, оказывающих или могущих оказать поражающие воздействия на людей, сельскохозяйственных животных и растения, объекты экономики и окружающую природную среду

Оценку категории опасности природных процессов и явлений следует проводить при выполнении инженерных изысканий, исходя из характеристик и параметров опасных процессов, явлений, специфических и многолетнемерзлых грунтов, выявленных на исследуемой территории, которые могут оказать негативное воздействие на здания и сооружения и/или угрожать жизни и здоровью людей.

Согласно СП 115-13330-2016 [9], территория по категории оценки сложности природных условий относится к сложной, т.к. район горный, присутствует множество геоморфологических объектов различного генезиса, близкое залегание к поверхности коренных скальных грунтов, открытые с поверхности разрывные тектонические структуры и нарушения и др.

К опасным геологическим и инженерно-геологическим процессам, в соответствии с СП 11-105-97 , на изучаемой территории относятся:

- склоновые процессы (оползни, обвалы, осыпи);

- карстовые процессы;

- сели;

В отдельную группу следует отнести сейсмические процессы.

Согласно карте общего сейсмического районирования республики Казахстан (приложение Б), данная область не принадлежит к активной сейсмичной зоне, землетрясения здесь не прогнозируются.

Можно предположить, что при проектировании месторождения под добычу полезных ископаемых могут образовываться такие опасные природные явления как обвалы и осыпи.

Под обвалами и осыпями понимается обрушение (опрокидывание, падение, качение) масс горных пород на склоне (в виде крупных и мелких глыб - обвалы; щебня и дресвы - осыпи) в результате их отрыва от коренного массива. Процессы могут произойти в связи с сильной расчлененностью рельефа, высокими перепадами отметок.

Рисунок 2 Обвал в гранитном карьере

Согласно СП 116.13330.2012 [10], разделу 5, при проектировании инженерной защиты от обвальных процессов следует рассматривать целесообразность применения следующих мероприятий и сооружений, направленных на предотвращение и стабилизацию этих процессов:

ѕ изменение рельефа склона в целях повышения его устойчивости;

ѕ регулирование стока поверхностных вод с помощью вертикальной планировки территории и устройства системы поверхностного водоотвода;

ѕ предотвращение инфильтрации воды в грунт и эрозионных процессов;

ѕ искусственное понижение уровня подземных вод;

ѕ агролесомелиорация;

ѕ закрепление грунтов (в том числе армированием);

ѕ устройство удерживающих сооружений и конструкций;

ѕ прочие мероприятия (регулирование тепловых процессов с помощью теплозащитных устройств и покрытий, защита от вредного влияния процессов промерзания и оттаивания, установление охранных зон и т.д.).

2. Общие сведения о месторождении гранитов

Потенциальное месторождение располагается в Павлодарском районе Республики Казахстан, в северо-восточной части района, непосредственно г.Койтас.

2.1 Геологическое строение месторождения

Толщи, разрабатываемые для добычи включают в себя граниты, которые представлены простым геологическим строением с крупными по размеру геологическими телами с ненарушенным и слабонарушенным залеганием. Согласно этим характеристикам месторождение можно отнести к 1-ой группе.

Сама г.Койтас представляет собой шток - интрузивное тело неправильной формы, как показано на рисунке 3 [1]. Тело имеет изометричную форму - в поперечнике достигает 4,5 км. В северной части интрузии прослеживается линейная вертикальная первичная текстура течения, у восточной границы тела - линейная наклонная с углом падения 85° и восточно-северо-восточным направлением; у южного края выхода штока выявлена также линейная наклонная текстура с углом 80° и южным направлением падения.

Рисунок 3 Схема строения гранитного штока

1 - шток; 2 - вмещающие породы; 3 - зона экзоконтакта; 4 - зона эндоконтакта; 5 - «провесы» кровли.

По категории сложности инженерно-геологических условий участок можно отнести к III (cложной) категории.

2.2 Вещественный состав и технологические свойства

Месторождение целиком представлено лейкократовыми крупнозернистыми гранитами. Лейкократовыми называют породы, состоящие в основном из светлоокрашенных или бесцветных минералов (кварц, полевые шпаты и т.п.).

По предварительной оценке в составе гранитов содержится: полевые шпаты - 60-65% (ортоклаз и плагиоклаз, причем первый преобладает), кварц - 25-30% и темноцветные минералы - 5-8% (главным образом биотит, значительно реже роговая обманка). Химический состав - SiO₂ 68-72%, Al₂O₃ 15-18%, Na₂O 3-6%, Fe₃O₄ 1-5%, CaO 1,5-4%, MgO до 1,5% и др.

Рисунок 4 Гранит лейкократовый

Значительным отличием данной горной породы является её твёрдость. В свежем (невыветренном) виде граниты весьма крепкие породы: временное сопротивление сжатию 1200-1800 кг/см², редко снижающееся до 1000 и иногда повышающееся до 3000 кг/см².

Гранит используют в основном как строительный и облицовочный материал. Из гранита изготавливают блоки, плиты, карнизы, бордюры, детали различных машин и агрегатов для целлюлозно-бумажной, пищевой (крахмально-паточной), станкостроительной, металлургической и фарфоро-фаянсовой промышленности [12]. Так как гранит, в отличие от металла, не поддаётся воздействию кислот и солей, не боится влаги.

Из него изготовляют жернова и вальцы для мельниц. Гранитные плитки - материал для изготовления оснований точных приборов. Гранитный щебень важный материал для изготовления железобетонных изделий и конструкций, гранитные блоки - для декоративного оформления зданий. Из гранита делают памятники, столешницы, лестницы, брусчатку. Важно заметить, что некоторые лейкократовые граниты перспективны как стекольное и керамическое сырье.

Признаки хорошего качества гранита: свежий облик полевого шпата, высокое содержание кварца и низкое - слюды, отсутствие пирита.

Но все же качество материала будет изучено по результатам некоторых лабораторных и полевых испытаний.

Согласно СП 11-105-97 для скальных грунтов при инженерно-геологических изысканиях применимы следующие исследования:

- пористость и трещиноватость;

- статический модуль упругости;

- модуль деформации;

- временное сопротивление одноосному сжатию;

- коэффициент отпора;

- напряженное состояние.

Все эти исследования проводятся с помощью различных видов каротажа, сейсмоакустического просвечивания, лабораторных измерений удельных электрических сопротивлений и скоростей упругих волн.

2.3 Инженерно-геологические (горно-технические) особенности разработки месторождения

Решение вопроса о выборе и экономической целесообразности способа разработки данного разведуемого месторождения возможно лишь на основе анализа его конкретных природных и горно-технических условий, т.е. при составлении технико-экономического обоснования (ТЭО). Целесообразность применения открытого, подземного или комбинированного способа разработки определяется глубиной залегания полезного ископаемого, мощностью, протяженностью и шириной залежи, коэффициентами вскрыши.

Это месторождение расположено в центральной северной части территории. Стратиграфически полезная толща представляет собой шток, приуроченный к отложениям среднедевонской системы.

Горно-технические условия полезной толщи определяются изометрической формой залежей полезного ископаемого. Уровень грунтовых вод нестабилен в течение года и не влияет на технологию разработки месторождений.

Полезное ископаемое представляет собой гранит. Площадь, принимаемая к подсчету запасов составляет 12 км², мощность принимается равной 61 м.

Планируемый объем для разработки составляет 115, 3 млн. м³.

Общие запасы составляют примерно 732 млн.м³ и относятся к категории Р₃ (учитывают лишь потенциальную возможность открытия месторождений того или иного вида полезного ископаемого на основании благоприятных магматических, стратиграфических, литологических, тектонических и палеогеографических предпосылок, выявленных в оцениваемом районе при средне- и мелкомасштабном региональном геологическом изучении недр, дешифрировании космических снимков, а также при анализе результатов геофизических и геохимических исследований. Количественная оценка ресурсов этой категории производится без привязки к конкретным объектам по предположительным параметрам на основе аналогии с более изученными районами, площадями, бассейнами, где имеются разведанные месторождения того же генетического типа).