2. Инженерно-геологические условия месторождений

Инженерно-геологические условия месторождений характеризуют: 1)разрабатываемость горных пород; 2)их устойчивость в массиве и проявления горного давления при разработке; 3)разные физико-химические процессы, протекающие в массиве и горной массе. В соответствии с этим инженерно-геологические работы на месторождениях включают:1)улучшение разрабатываемости горных пород; 2)управление состоянием массива; 3)управление состоянием добытой горной массы. При этом инженерно-геологические показатели относятся как к естественным массивам горных пород, так и к искусственным. Под искусственными массивами понимаются отбитая и добытая горная масса, навалы на складах, отвалы и товарная продукция предприятия.

Факторы, определяющие инженерно-геологические условия месторождений, включают также 4 группы; 1)физико-географические; 2)физические, физико-механические и физико-химические свойства горных пород; 3)геолого-структурные; 4)современные геологические процессы.

Из физико-географических условий месторождения главное значение имеют климат и рельеф.

Климат, в первую очередь, влажность и температура воздуха, определяют процессы выветривания горных пород, изменяющего их свойства и состояние массива.

Равнинный рельеф характеризуется слабой расчлененностью, замедленным поверхностным стоком. Верхняя часть геологического разреза здесь обычно сложена осадочными породами, для которых характерна малая прочность и низкая устойчивость. Здесь распространены плывуны, карст, оползни.

В горных районах рельеф расчлененный, в разрезе преобладают магматические и метаморфические породы – прочные, устойчивые, обладающие повышенным напряженным состоянием. В таких районах широко развиты гравитационные и водно-гравитационные явления – осыпи, обвалы, сели.

Физические свойства горных пород зависят от их состава и строения. Горные породы – это двух- и трехфазные системы, в которых твердая фаза (минеральный скелет) находится в динамическом взаимодействии с жидкой и газообразной фазами. Характер этого взаимодействия в значительной степени определяет состояние и свойства породы. Состав и размеры минеральных зерен, а также связь их друг с другом – важнейшие инженерно-геологические факторы. По этим признакам различают горные породы: 1)раздельнозернистые (рыхлые), 2)связные (глинистые), 3)твердые (скальные).

Физико-механические свойства горных пород определяют сопротивляемость их деформациям и разрушению. Соответственно различают деформационные и прочностные свойства горных пород. Твердые породы близки по физико-механическим свойствам к твердым телам. Свойства глинистых пород варьируют в широких пределах. Раздельнозернистые породы ведут себя как сыпучие тела.

На инженерно-геологические условия месторождений влияют также электромагнитные, теплофизические, сейсмоакустические свойства горных пород.

К физико-химическим свойствам горных пород относятся их растворимость, окисляемость, коррозионные, абсорбционные, электрокинетические свойства, а также липкость, набухаемость, водопрочность и др.

Растворение горных пород вызывается воздействием минерализованных вод, содержащих минеральные и органические кислоты. Для трещиноватых скальных и раздельнозернистых пород характерно прямое растворение, для глинистых пород – диффузионное.

Окисление происходит на земной поверхности и в зоне просачивания атмосферных осадков. Ему подвержены, в первую очередь, породы, содержащие органические вещества и легко соединяющиеся с кислородом химические элементы – железо, сера, никель, кобальт и др.

Частный случай окисления представляют собой самонагревание и самовозгорание, характерные для торфа, горючих сланцев, каменного угля, сульфидных руд. Самовозгораемость существенно влияет на выбор систем разработки, определяет особые требования к условиям складирования и транспортирования горной массы.

Адсорбционная способность заключается в поглощении ионов, молекул, коллоидных и глинистых частиц из растворов и газовых смесей. Различают механическую, физическую, физико-химическую и биологическую адсорбцию. Адсорбционная способность типична для тонкодисперсных горных пород, состоящих из мельчайших зерен размером 0.01 мм и менее – глин, углей, торфов, некоторых железных и марганцевых руд и др.

Электрокинетические и осмотические свойства также присущи высокодисперсным горным породам (глинистым, лессовым, торфяным). Они могут вызвать в породе деформацию набухания или усадки, изменить условия движения подземных вод.

Коррозионная активность горных пород зависит от химического состава, влажности, насыщенности газами и по механизму является электрохимической.

Липкость наиболее характерна для влажных связных горных пород (глинистых, лессовых). Липкость обусловливает проявление слеживаемости и имеет большое значение при отбойке, доставке и транспортировке горной массы.

Пластичностью при определенной влажности и небольших давлениях обладают только глинистые породы, лессы, мергель, мел, торф, почвы.

Набухание глинистых пород связано с поглощением ими воды, усадка – с отделением ее. Усадка ведет к уплотнению глинистых пород, к повышению сопротивления деформациям, образованию трещин, увеличивающих водопроницаемость.

Водопрочность горных пород характеризуется размокаемостью для дисперсных горных пород, размягчаемостью для твердых и размываемостью для раздельнозернистых.