1.1. Построение круговой точечной диаграммы трещиноватости.

При построении точечной круговой диаграммы трещиноватости трещины наносятся на круговую равноплощадную сетку-шаблон виде точек. Положение каждой трещины на диаграмме определяется азимутом и углом падения. Значение азимутов падения откладывается по окружности сетки по часовой стрелке от 0  до 360 . А величины угла падения – по радиусам от центра сетки от 0 до 90 .

При нанесении на диаграмму вертикальных трещин к значениям азимутов простирания прибавляют или отнимают 90 . На точечной круговой диаграмме красной линией обводятся максимумы скопления точек, т.е. господствующие системы трещин. Для каждой такой системы выделяются интервалы значений азимутов падения, азимутов простирания и углов падения (от - до). Величины азимутов простирания получаем прибавив или отняв 90 . Обычно такие системы примерно параллельных трещин являются трещинами кливажа. Господствующие системы трещин наносятся условными знаками на план горных работ вблизи горных выработок, где проводились измерения трещиноватости горных пород.

Рис.11.1 Точечная диаграмма трещиноватости

На основании обработки массовых замеров трещин на круговой точечной диаграмме выделении 2 господствующие системы трещин:

Первая система трещин: (22)

Азимут простирания от 45  до 75 .

Угол падения от 48  до 66 .

Среднее значение азимута падения 60 .

Средний угол падения - 58 .

Вторая система трещин: (18); Азимут падения от 330⁰ до 360  ; Угол падения от 60⁰ до 80 .

Среднее значение азимута падения 345 .

Средний угол падения - 70 .

1.2. Построение векторной лучевой диаграммы

«розы» трещиноватости.

Для построения векторной лучевой диаграммы «розы» трещиноватости по азимутам падения вычисляются азимуты простирания в северо-восточных или северо-западных румбах. По значениям азимутов простирания подсчитывается количество трещин в промежутках с интервалами 10 . Полученные величины в произвольном масштабе наносятся на лучевую диаграмму и соединяются между собой прямыми линиями. Построенная диаграмма напоминает по форме розу и дает представления о простирании часто действующих систем трещин.

Следует учитывать, что данная лучевая диаграмма являются сводной упрощенной, т.к. на ней отсутствует информация об углах падения трещин.

Рис. 11. 2 Лучевая диаграмма трещиноватости.

.

На основании обработки массовых замеров трещин на лучевой диаграмме «розе» трещиноватости выявлено 2 господствующие системы трещин:

Первая система трещин: Азимут простирания от 320  до 340 .

Ср. значение азимута простирания- 325 .

Вторая система трещин: Азимут простирания от 65  до 85 .

Среднее значение азимута простирания 75 .

Лабораторная работа № 12. Определение степени агрессивности шахтных вод

Цель работы: получить навыки оценки качества шахтных вод (жёсткость, агрессивность, химический тип).

Задание: по результатам химического анализа воды, приведенного в весовой форме, определить химический тип воды, жесткость и дать оценку ее агрессивности. Исходные данные приведены в таблице 12.4.

Все подземные воды содержат в растворенном состоянии определенное количество солей, газов, а также органических соединений. Растворенные в воде газы (O, CO_2,, CH_4, H₂S и др.) обусловливают степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Вода для питьевых целей должна быть бесцветна, прозрачна, не иметь запаха, быть приятной на вкус. Количество растворенных солей не должно превышать 1 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья химических элементов (уран, мышьяк) и болезнетворных бактерий.

Присутствие солей придает воде такие свойства, как жесткость и агрессивность.

Жесткость подземных вод обусловлена количеством растворенных в воде ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ и выражается в миллимолях на литр. Различают общую жесткость, вызванную содержанием в воде всех солей кальция и магния: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, CaSO₄, MgSO₄, CaCl_2,, бикарбонатов кальция и магния, удаляемых кипячением (выпадают в осадок в виде карбонатов); некарбонатную. По общей жесткости природные воды разделяют на 5 групп (табл. 12.1).

Таблица 12.1

Виды жёсткости природных вод

Оценка воды	Жесткость, ммол/л
Очень мягкая	до 1,5
Мягкая	1,5-3,0
Умеренно мягкая	3-6
Жесткая	6-9
Очень жесткая	выше 9

Таблица 12.2

Виды коррозионного воздействия

Вид коррозии	Коррозионное воздействие	Показатели агрессивности
I	Выщелачивание растворимых компонентов бетона	бикарбонатная щелочность
II	Образование нерастворимых соединений и продуктов, не обладающих вяжущими свойствами, в результате обменных реакций между компонентами цементного камня и жидкой агрессивной средой	водородный показатель pH; содержание свободной углекислоты CO2; содержание магнезиальных солей (в пересчете на ион Mg2+); содержание едких щелочей (в пересчете на ионы K+ и Na+)
III	Образование и накопление в бетоне малорастворимых солей, характеризующихся увеличением объема при переходе в твердую фазу	содержание сульфатов (в пересчете на ион SO24-); содержание хлоридов, сульфатов, нитратов и других едких щелочей при наличии испаряющихся поверхностей

Агрессивность подземных вод выражается в разрушающем воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности, на портландцемент. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности воды по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород.

Это обусловлено различием скорости движения воды – чем она выше, тем больший объем воды войдет в контакт с поверхностью бетона, и, следовательно, значительнее будет агрессивность.

Степень агрессивности воды – среды (СНиП 2.03.11 – 85) по отношению к бетону зависит от видов коррозионного воздействия, которых выделяется три (табл. 12.2).

Агрессивность по содержанию бикарбонатной щелочности (агрессивности выщелачивания) определяется по величине карбонатной жесткости. Подземная вода агрессивна к бетону при карбонатной жесткости 0,54 – 2,14 ммол/л (в зависимости от типа цемента в составе бетона), а при более высоких показателях вода становится неагрессивной.

Агрессивность по водородному показателю (общекислотная агрессивность) оценивается по величине pH. В пластах с высокой водопроницаемостью она агрессивна при pH=6,7 – 7,0, а в слабопроницаемых – при pH<5.

Агрессивность по содержанию свободной углекислоты - CO₂ (углекислая агрессивность) устанавливается по содержанию диоксида углерода. Различают свободную, связанную и агрессивную углекислоту. Агрессивная углекислота определяется экспериментально и расчетом. Вода считается агрессивной при содержании углекислоты >15 ммоль/л в хорошо проницаемых грунтах и >55 ммоль/л для слабопроницаемых грунтов.

Агрессивность по содержанию магнезиальных солей определяется по содержанию иона Mg²⁺. В слабофильтрующих грунтах воды агрессивны при содержании магния >200 мг/л, а в остальных грунтах >1000 мг/л.

Агрессивность по содержанию едких щелочей оценивается по количеству ионов K⁺ и Na⁺. Воды агрессивны к бетону при содержании этих ионов более 80 г/л в хорошо водопроницаемых и более 50 г/л в слабопроницаемых грунтах.

Сульфатная агрессивность. Этот тип агрессивности определяется по содержанию ионов SO^2-₄. В высокопроницаемых грунтах она зависит от содержания иона Cl^-. При содержании сульфат – ионов менее 250-300 мг/л во всех грунтах вода не агрессивна, во всех остальных случаях – агрессивна, даже к специальным цементам.

Химический состав Н₂О очень часто изображают в виде формулы, которая предложена М. Г. Курловым. Это псевдо дробь, в числителе которой в убывающем порядке расположены анионы с индексом, равным содержанию данного иона в процент-эквивалентах, а в знаменателе в таком же порядке катионы. При этом ионы с содержанием менее 10 эквивалент-процента в формулу не включают. Слева перед дробью указывают минерализацию воды – М (в г/л с точностью до первого десятичного знака). Справа после дроби записывают температуру воды, реакцию воды рН, дебит скважины или расход источника (м³/ сут.). Вода, состав которой изображён ниже, называется хлоридно-натриевой, пресной (так как М 1 г/л).

Пример:

Для написания формулы Курлова необходимо перерасчитать анализ воды из весовой формы в эквивалентную, а затем в процент-эквивалентную, что позволяет определить химический тип воды. Перерасчет ионной формы анализа производится по таблице 12.3.

Таблица 12.3

Таблица для перерасчёта весовой формы в мг-эквивалентную

Катионы	Эквивалентный вес катионов	Множитель для перерасчета мг/л катионов на мг/ эквиваленты	Анионы	Эквивалентный вес анионов	Множитель для перерасчета мг/л анионов на мг/ эквиваленты
Mg+2	12,16	0,0822	Cl-	35,457	0,0282
K+	39,096	0,0256	SO-24	28,03	0,0208
Na+	22,997	0,0435	HCO-23	61,018	0,0164
Ca+2	20,04	0,0499	CO3-2	30,005	0,3330

Таблица 12.4

Исходные данные

Варианты	Сухой остаток, мг/л	pH	Содержание основных ионов, мг/л
			HCO3-	SO2-4	Cl-	Na+	Ca2+	Mg2+
1	259	7,6	522	1605	537	720	203	185
2	557	7,0	260	18	12	14	14	71
3	356	6,8	178	110	119	183	1	60
4	471	8,16	314	120,9	36	32,4	47,8	66,8
5	330	5,7	267	1860	136	815	109	50
6	69	7,0	322	185	60	131	24	55
7	723	5,7	261	52,6	28	18	36	49
8	5688	4,9	12	3602	18262	11600	255	1283
9	354	7,2	513	61	59	18	47	153
10	896	4,97	286	21,2	2,3	17,5	21,8	52,9
11	1120	6,6	161	633	15	27	57	208
12	571	7,3	342	48	35	71	23	52
13	1464	7,2	79	922	29	34	136	109
14	193	7,6	200	10	90	3	21	38
15	960	7,3	930	76	24	93	194	45
16	340	7,6	233	11	9	49	37	5
17	1409	8,4	338	340	288	480	-21	4
18	1956	7,9	72	319	822	468	21	112
19	4413	7,0	3904	6	387	1526	104	41
20	17374	6,6	31	65	9771	3400	2306	202
21	9179	3,1	-	6310	14	212	1112	852
22	2680	6,2	123	1394	257	266	165	306
23	350	7,5	223	10	90	3	21	40
24	360	7,2	220	7	91	5	24	50
25	965	8,4	930	76	25	95	197	47