CC BY
10
Известил
ТОМСКОЮ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 287 1977
НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД ВСКРЫШНОЙ ТОЛЩИ БЕРЕЗОВСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Н. С. РОГОВА, В. Н. ПУЛ Я ЕВ
(ПРЕДСТАВЛЕНА НАУЧНЫМ СЕМИНАРОМ КАФЕДРЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ)
Изучение закономерностей изменения показателей физико-меха-нических свойств пород часто необходимо в познании условий формирования прочности пород, в прогнозе их устойчивости и деформируемости в основаниях сооружений, в выборе более экономичных методов исследований и т. д. Все эти вопросы требуют своего решения при инженерно-геологических исследованиях месторождений твердых полезных ископаемых, подготавливаемых к разработке открытым способом. В частности, на площади Канско-Ач-инекого буроугольного бассейна намечено строительство целого ряда крупных углеразрезов и дальнейшая подготовка участков и месторождений к разработке карьерами. Многие месторождения аналогичны, расположены в брахисин-клинальных структурах, выполненных юрскими и нижнемеловыми полускальными породами и перекрытых четвертичными отложениями. Породами вскрыши служат чаще всего алевролиты, песчаники и аргиллиты. В , этой связи представляется полезным рассмотреть некоторые закономерности изменения физико-механических свойств пород наиболее крупных месторождений. К их числу, прежде всего, следует отнести Березовское с запасами бурого угля более 32 млрд. тонн.
Детальные исследования физико-механических свойств пород позволили выявить ряд закономерностей изменения этих свойств. Для оценки влияния отдельных факторов и степени изменчивости физико-механических свойств пород нами использован метод корреляционного анализа. Основными задачами корреляционного анализа применительно к вопросам изменчивости физико-механических свойств и зависимости между ними являются определение тесноты связи между переменными и формы зависимости, т. е. выяснение функции у=!(х).
Для установления тесноты связи между переменными использовались коэффициент корреляции и корреляционное отношение. Все расчеты, связанные с определением последних, были запрограммированы и выполнялись с помощью электронно-вычислительной машины Минск-1. Обработка имеющегося фактического материала с использованием корреляционного анализа позволила установить качественную и количественную зависимость между некоторыми показателями.
В породах Березовского и других месторождений бассейна цементом многих полускальных пород являются глинистые, карбонатные, реже железистые вещества, что подчеркивается химическими, электронно-микроскопическими, термическими и рентгено-структурными исследованиями этих пород. Замечено, что увеличение прочности связано с повышением карбонатное™ пород. В результате исследований для по-
4'Э
род Березовского месторождения получена линейная зависимость между временным сопротивлением пород раздавливанию и карбонатностью. Ее математическое выражение сгсж = 125/С, где асж—временное сопротивление раздавливанию в т[м2, К — карбонатность.
Влияние гравитационного уплотнения на свойства пород часто оценивают по изменению плотности, реже прочности, с глубиной. В нашем случае при исследованиях зависимости плотности (объемного веса скелета) от глубины их залегания были получены очень низкие значения коэффициента корреляции. Так, у песчаников он равен 0,17, у алевролитов и аргиллитов соответственно — 0,14 и 0,06 (табл. 1), т. е. в пределах исследованных глубин современное гравитационное уплотнение естественно не оказывает существенного влияния на плотность пород месторождения.
Таблица
Корреляционная таблица для пород Березовского месторождения
Типы пород Зависимости N г \1У Чу/х Характер связи
«я ~ 114 —0,49 0,57 0,50 линейная
5 3 6=КН) 119 +0,17 0,43 0,31 нелинейная
о к С я 92 —0,30 0,41 0,46 линейная
С = !:(Л) 93 0,072 0,18 0,37 нелинейная
123 —0,64 0,71 0,67 линейная
• 3 рз с с=ин) 73 0,10 0,5,9 0,36 нелинейная
ч § 68 0,30 0,48 0,41 линейная
< о 70 —0,21 0,48 0,24 линейная
о* 6=НН) 22 0,14 0,26 0,25 нелинейная
с=Т(Ю 67 0,042 0,50 0,53 нелинейная
• ч я с=т 65 0,37 0,44 0,47 линейная
к н Е 66 —0,26 0,39 0,42 линейная
101 —0,77 0,78 0,82 линейная
&=[(Н) 105 0,06 0,32 0,51 нелинейная
Примечание. N — количество точек наблюдений;
б — объемный вес скелета пород;
С — сцепление;
№ — влажность;
г — коэффициент корреляции;
# — глубина залегания породы;
Л*/у, Лу/х — корреляционное отношение
Для Березовского месторождения наблюдается четкая закономерность, с повышением плотности пород влажность уменьшается. Причем, как и следовало ожидать, наибольшая теснота связи между этими показателями наблюдается у глинистых пород. Полученные зависимости для каждого типа пород имеют следующее математическое выражение: для песчаников 6=1,95—0,01^ при г = — 0,49; для алевролитов б = 1,99—0,01 V? при г = —0,64; для аргиллитов 6 = 2,19—0,0251^ при г = — 0,77, где 6 — плотность пород, т/ж2, V? — влажность, %. Большое влияние на прочность пород месторождения оказывает их влажность. С увеличением влажности понижается их прочность.
Между сцеплением пород и влажностью также наблюдается прямолинейная связь. Математическое выражение этих зависимостей имеет вид:
для песчаников С=-9,52—0,31 № при г = — 0,30; для алевролитов С=8,40—0,201^ при г=—0,21; для аргиллитов С= 11,66—0,34№ при г = —0,26,
где С--сцепление в т/ж2, № — влажность. С уменьшением влажности сцепление у пород увеличивается.
4 Заказ 7663
49
Одновременно выявлена закономерность в изменении сцепления от плотности глинистых пород. С повышением плотности пород сцепление увеличивается. Математическое выражение зависимости имеет вид: для алевролитов С = 0,96—1,0 при г = 0,30; для аргиллитов С = 12,56—16,1 при г = 0,37, где С — сцепление, т/м2, г —коэффициент корреляции. Для песчаников линейной зависимости между этими переменными не наблюдается, однако не исключено, что она имеет криволинейный характер.
При определении временного сопротивления пород раздавливанию установлено, что для пород с высокими значениями асж характерны, как правило, низкие значения влажности. Зависимость между этими переменными имеет криволинейный характер, для песчаников она вы-
3668 1со 6226 ОГ1/1 .
ражается 0СЖ =- •—168, для алевролитов осж =--204,4, для
vy vc^
5500 . -А
аргиллитов а сж =- +50, где асж— временное сопротивление пород
W
раздавливанию в т/м2, W — влажность, %.
Таким образом, используя корреляционный анализ, мы получили представление о характере связи между показателями отдельных физико-механических свойств. Установленные зависимости представляют практический интерес, так как позволяют с достаточной точностью и при небольших затратах труда прогнозировать физико-механические свойства расчетным путем.
