Министерствообразованияинауки
 Скачать 7.25 Mb.
|
|
М инистерство образования и науки Российской Ф едерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тихоокеанский государственный университет» А. П. ПИЧКУНОВ ГОРНАЯ ГЕОЛОГИЯ Утверждено издательско-библиотечным советом университета в качестве учебного пособия Хабаровск Издательство ТОГУ 2018 УДК 550.8:622.2(075.8) ББК И11я7 ПР е цензе н ты директор ООО Азимут кандидат технических наук В. В. Лопашук; проректор по научной работе, профессор кафедры Мосты, тоннели и подземные сооружения С. А. Кудрявцев (ДВГУПС). Н ау ч н ы й редактор заведующий кафедрой Автомобильные дороги доктор технических наук, профессор А. И. Ярмолинский Пичкунов, А. П. П363 Горная геология : учебное пособие / А. П. Пичкунов ; науч. ред. АИ. Ярмолинский]. -Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. унта, 2 0 1 8 .- 178 с. ISBN В учебном пособии, написанном к курсам Геология и Разработка угольных и рудных месторождений, кратко изложены основные сведения о горных породах и их физико механических свойствах, методы полевого определения и горнотехнические особенности разработки месторождений, основы гидрогеологии, включая свойства подземных води методы расчёта водопритока к открытым выработкам. Рассмотрены методы и методика поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и способы подсчёта их запасов. Описаны основные виды опасных геологических процессов и методы их стабилизации, локализации, предупреждения и прогнозирования. Приведены краткие сведения об инженерно геологических изысканиях для горного строительства и инженерных сооружений и коммуникаций, входящих в состав горных предприятий. Составлен словарь геологических игорных терминов. Учебное пособие предназначено для обучающихся в университете специальности 21.05.04 Горное дело, специализация Открытые горные работы». УДК 550.8:622.2(075.8) ББК И11я7 О Пичкунов А.П., 2018 ISBN 978-5-7389-2696-9 © Тихоокеанский государственный университет, 2018 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................... Глава 1. СКАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ 1.1. Общие сведения о горных породах. 7 1.2. Физические свойства скальных пород. Визуальное определение скальных пород. Описание основных видов скальных пород. 16 1.5. Геотехнические свойства скальных пород 1.6. Первичные формы залегания породи дислокации. 28 1.7. Горнотехнические особенности разных генетических групп скальных горных пород. 29 1.8. Трещиноватость скальных пород...................................................30 Глава 2. НЕСКАЛЪНЫЕ ГРУНТЫ. 32 2.1. Общие сведения и классификация 2.2. Физические свойства нескальных грунтов 2.3. Визуальное определение нескальных грунтов.............................35 Глава 3. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ. 41 3.1. Общие сведения о подземных водах и их классификация . . . . 41 3.2. Свойства подземных вод. Движение подземных вод. Водоприток к горными строительным выработкам 3.5. Агрессивность подземных вод. Глава 4. ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 4.1. Землетрясения. 50 4.2. Общее сейсмическое районирование 4.3. Сейсмическая ответственность зданий и сооружений 4.4. Сейсмическое микрорайонирование...........................................56 4.5. Цунами Глава 5. ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 5.1. Выветривание. 59 5.2. Деятельность поверхностных вод. Деятельность подземных вод. Гравитационные (склоновые) процессы .....................................68 5.5. Крутизна откосов в сыпучих грунтах. Сезонное промерзание и оттаивание грунтов. Криогенные процессы. Глава 6. ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ................................................................................... 78 6.1. Методы геологоразведочных работ 6.2. Разведочные выработки. 78 6.3. Опробование. 81 6.4. Поиски месторождений полезных ископаемых 6.5. Разведка месторождений полезных ископаемых 6.6. Кондиции на минеральное сырь. Запасы полезных ископаемых и их категории 6.8. Методы подсчёта запасов. 90 6.9. Утверждение запасов. Глава 7. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 7.1. Основные положения. 93 7.2. Инженерно-метеорологические изыскания 7.3. Инженерно-гедезические изыскания. Инженерно-геологические изыскания. Инженерно-гидрологические изыскания. Инженерные изыскания для технико-экономического обоснования проекта горного предприятия 7.7. Инженерные изыскания для обоснования проекта горного предприятия. 100 7.8. Инженерные изыскания для обоснования рабочей документации горного предприятия....................................................................102 Глава 8. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ....................................................................................... 104 8.1. Общие сведения о прогнозировании 8.2. Типы, цели и задачи геологического прогнозирования. 105 8.3. Методы инженерно-геологического прогнозирования. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. СЛОВАРЬ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИГОРНЫХ ТЕРМИНОВ. 111 4 Учебная литература по геологии, предназначенная для горных инженеров, в настоящее время почти недоступна, последние учебники П. Н. Панюкова и др, изданные в 1968-1978 гг., стали библиографической редкостью. Учебники по инженерной геологии, предназначенные для студентов строительных и дорожных специальностей, достаточно полно освещают вопросы минералогии, петрографии, общей, структурной иди намической геологии, что соответствует лишь части программы обучения студентов специальности 21.05.04 Горное дело, специализация Открытые горные работы. Горные аспекты геологии - поиски и разведка месторождений минерального сырья, подсчёт их запасов, опасные геологические процессы при эксплуатации добывающих (добычных) предприятий, инже нерно-геологическое прогнозирование и др. - в этих учебниках совершенно не рассматриваются. Нормативно-методические документы, справочные руководства, энциклопедии и словари по горному делу малопригодны для использования студентами из-за слишком большого общего объёма и высокопрофессионального уровня изложения материала. С учетом этих обстоятельств нами поставлена задача - создать пособие, которое способствовало бы пониманию места и важности геологиче- ВВЕДЕНИЕ 5 ской информации в горном деле и вооружило будущих горных инженеров знаниями, необходимыми для понимания геологической документации и грамотного ведения добычных работ. В пособии освещены вопросы проведения геологоразведочных работ, методов подсчёта запасов полезных ископаемых и прогнозирования опасных геологических процессов и явлений. Таким образом, мы рассматриваем, в основном, только вопросы, связанные с горными работами при разработке месторождений полезных ископаемых. Инженерно-геологические аспекты проектирования и строительства инженерных сооружений и инженерных коммуникаций, входящих в состав горных предприятий, в пособии затрагиваются в минимальном объёме. Необходимый и используемый в практической деятельности расчёт но-аналитический аппарат в учебном пособии также приведен в минимальном объеме. Эксплуатация карьеров в особых условиях (вечная мерзлота, закарсто- ванные территории и т. див районах развития специфических грунтов просадочные, засолённые, заторфованные и т. п) также почти не рас сматриваются. В конце пособия дан словарь геологических игорных терминов, а также терминов из смежных естественных и технических наук, которые, на наш взгляд, необходимо знать горному инженеру. Сюда включены и некоторые термины, не упоминаемые в тексте учебного пособия. В основном тексте пособия термины, содержащиеся в словаре, выделены курсивом без сноски см Глава 1. СКАЛЬНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. Общие сведения о горных породах Твёрдые вещества, слагающие земную кору, в горно-геологических дисциплинах именуются горными породами, а в строительстве - называют грунтами. В зависимости от характера связей между частицами (зёрнами) выделяются два класса горных пород - скальные (связи жёсткие - кристаллизационные или цементационные) и нескальные (связи нежёсткие - водно коллоидные или механические за счёт трения и сцепления. Скальные породы имеют вид камня, они обладают высокой прочностью и практически не деформируются под действием внешних нагрузок их разработка обычно ведётся взрывным способом, реже - с применением мощной рыхли- тельной техники. Нескальные породы, наоборот, легко деформируются, растираются или сминаются руками, их разработка ведётся бульдозерами, экскаваторами или гидромеханическими способами. В дальнейшем в тексте пособия термины горная порода или скальный грунт употребляются нами только по отношению к скальным горным породам, нескальные же всегда именуются грунтами. Зёрна горных пород сложены минералами. Минералы - это природные химические соединения, более или менее однородные по физическим свойствам (внешним признаками обладающие, как правило, кристаллическим внутренним строением. В чистом виде минералы в природе встречаются редко. Основы минералогии - науки о минералах - достаточно освещены в рекомендованных учебниках и ниже не описываются. В зависимости от генезиса (происхождения выделяются следующие группы горных пород - магматические, осадочные, метаморфические и искусственные Магматические горные породы образовались при застывании и кристаллизации расплавленной каменной массы (магмы, для них характерны жесткие кристаллизационные связи, поэтому они всегда скальные. В зависимости от условий и глубины формирования, выделяются две генетические подгруппы магматических пород- интрузивные или глубинные, окончательно сформировавшиеся на глубинах более 10-15 км- эффузивные или излившиеся, сформировавшиеся, как правило, на поверхности или на глубинах не более 0,5-1,5 км. Тектонические движения блоков земной коры приводят к тому, что в настоящее время интрузивные породы могут оказаться близ поверхности и даже слагать вершины гора эффузивные - могут залегать на значительной глубине. Осадочные породы образовались близ земной поверхности за счет накопления продуктов разрушения (выветривания) исходных породили путём оседания частиц, материалов выветривания или жизнедеятельности из воды или воздуха. В момент образования осадочные породы являются нескальными, в результате исторической жизни и последующих процессов за счет формирования жестких цементационных связей они нередко превращаются в скальные горные породы. В зависимости от способа образования частиц, выделяются четыре генетических подгруппы осадочных пород- механические или обломочные, состоящие из обломков разной величины (от тысячных долей миллиметра до первых метров) и формы- химические, образовавшиеся путём кристаллизации солей из насыщенных водных растворов- биохимические или органические - скопления окаменевших или разложившихся останков растений и животных - смешанные - образовавшиеся в результате совместного действия нескольких факторов из перечисленных способов образования. В настоящее время большая часть земной поверхности материков до глубины от первых метров до нескольких километров сложена осадочными породами, как скальными, таки нескальными. Метаморфические горные породы первоначально образовались как магматические или осадочные горные породы, а впоследствии были изменены действием высоких температур и давлений с участием горячих растворов и газов. Метаморфические породы всегда скальные. В зависимости от основных факторов метаморфизма выделяются три генетических подгруппы метаморфических пород- регионально-метаморфизованные - исходные (материнские) породы подверглись одновременному воздействию умеренно высоких температур и давления- контактово-метаморфизованные - воздействовала главным образом высокая температура, произошёл обжиг материнской породы, но её расплавления не было- динамометаморфизованные - воздействовало, в основном, высокое боковое давление (стресс) при участии горячих растворов и/или газов. Метаморфические породы встречаются на всех глубинах земной коры от поверхности до мантии. Из всех скальных горных пород наиболее распространены регионально-метаморфизованные - до 70-80 % от общего объёма метаморфических пород. Искусственные (техногенные) породы образовались в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека - это насыпи, отвалы, свалки и грунты, целенаправленно преобразованные с целью улучшения их свойств. Искусственные породы чаще всего являются нескальными и, реже, скальными с приобретенными цементационными связями 1.2. Физические свойства скальных пород Основными физическими свойствами (или внешними признаками) скальных горных пород, по которым производится их визуальное определение, являются структура, текстура и минералогический состав. Отдельные, на глаз отличающиеся друг от друга частицы, из которых сложена горная порода, называются зёрнами. Структура породы определяется формой и размером этих зёрен. По форме зёрна чаще всего являются кристаллами или обломками, реже встречаются окаменевшие органические остатки. По соотношению размеров крупных и мелких зёрен породы бывают равномернозернистыми (зёр на различаются по размерам не более чем в 2-3 раза) и неравномернозер нистыми (крупные зёрна больше мелких в 5-10 и более раз). Если преобладающий размер зёрен меньше 0,05-0,1 мм, различить не вооружённым глазом их форму (кристаллы это, обломки или раковины, а иногда и увидеть сами зёрна практически невозможно. Излом таких пород гладкий или слегка шероховатый, похожий на излом фарфора или прессованного сахара. Такие структуры называются незернистыми._ Кристаллы в горных породах распознаются поболее или менее правильной форме, хотя их огранка, как правило, нечёткая. Грани кристаллов или поверхности их излома обычно блестящие. Размеры кристаллов чаще всего составляют 0,1-5 мм, иногда - больше. Если зёрна породы имеют облик кристаллов и их размеры примерно одинаковы (те. порода равно мернозернистая), то такая структура называется полнокристаллической. Если порода неравномернозернистая ив ней ясно различаются отдельные относительно крупные (как правило, 2-5 мм) кристаллы (не обломки) одного или двух минералов, а основная масса незернистая, то такая структура называется порфировой Обломки в составе горных пород могут быть окатанными (округлыми, без острых рёбер и вершин) или угловатыми. Размеры обломков обычно составляют 0,1—20 мм, но бывают и гораздо больше. Соседние обломки заметно отличаются друг от друга по форме и размерам, поверхность их шероховатая, чаще всего неблестящая (матовая). Материал, заполняющий пространство между обломками и скрепляющий их между собой, называется цементом. Структура цемента обычно не зернистая или песчаная. Если обломки с размерами свыше 2 мм слагают больше половины породы, то такая структура называется крупнообломочной а при преобладающем размере обломков 0,1-2 мм - мелкообломочной ш и песчаной Крупнообломочные породы обычно неравномернозернистые, а мелкообломоч ные — чаще наоборот. Органические остатки могут быть раковинами моллюсков, кораллами или сплошными коллоидными массами, реже встречаются части растений и их отпечатки. Размер органических остатков колеблется от тысячных долей миллиметра до 10-15 мм, иногда больше. При наличии органических остатков структура породы называется биогенной ш и органогенной. Реже встречаются структуры: чешуйчатая - зёрна имеют форму плоских чешуек диаметром 1-5 и толщиной 0,1-2 мм; волокнистая - порода состоит из волокон (нитей) длиной 2-20 и толщиной порядка 0,1 мм; Текстура - совокупность признаков сложения горной породы, обусловленная относительным расположением, ориентировкой и распределением её составных частей (агрегатов. Наиболее распространённые текстуры скальных горных пород: пористая — в породе ясно видны пустоты, часто округлой формы; И микропористая - поры невидны, но порода лёгкая, впитывает капли воды или кислоты, прилипает к языку; слоистая - порода состоит из чередующихся примерно параллельных слоёв различного облика и окраски толщиной от 1-2 мм до нескольких метров, зёрна обычно являются обломками. При мощности слоёв более 5-10 см они видны только в обнажениях, а в образцах не различаются; полосчатая - в образце породы ясно видны разноцветные примерно параллельные полосы различной окраски, сложенные кристаллами узорчатая - видны узоры из разноцветных полос, слови пятен сланцеватая - порода разбивается на плоскопараллельные или слегка изогнутые плитки (пластинки, такие породы называются сланцами; массивная или однородная - зёрна распределены в пространстве породы равномерно, какие-либо особенности (поры, полосы, узоры, слоистость, сланцеватость и т. п) отсутствуют. Зёрна горных пород чаще всего сложены следующими основными минералами, называемыми породообразующими минералами. Перечисление породообразующих минералов даётся от твёрдых (царапают стекло) к мягким (царапаются ногтем). Кварц - зёрна неправильной формы бесцветного, белого или дымчатого цвета со стеклянным, матовым, реже с жирным блеском, часто полупрозрачные, царапают стекло с резким треском. Полевые шпаты — прямоугольники или параллелограммы белого, серого, жёлтого, розового или красного (редко почти чёрного) цвета со стеклянным блеском, царапают стекло с трудом, ножом не царапаются. Тёмноцветные минералы (пироксены и амфиболы) - тёмно-зелёные, зеленовато-чёрные, коричневатые или чисто чёрныё вытянутые призматические кристаллы со стеклянным блеском, царапают стекло с трудом, ножом не царапаются Железистые минералы (лимонит, гематит, гётит) - незернистые, ржавого, красного, бурого или чёрного цвета с матовым, землистым или металловидным блеском, часто напоминают ржавчину. Карбонаты - бесцветные, белые, желтоватые или голубоватые, реже чёрные зёрна с перламутровым или стеклянным блеском, легко царапаются ножом. Характерна реакция с соляной кислотой или с крепким уксусом, сопровождающаяся выделением углекислого газа (шипят, реакция может идти в куске (кальцит) или только в порошке (доломит). Слюды - листочки или чешуйки разного цвета с сильным блеском, царапаются стеклом или ножом, легко расщепляются ножом, иглой, а то и ногтем на тоненькие иногда полупрозрачные пластинки. Хлорит, серпентин, тальк - незернистые массы с жирным блеском, жирные на ощупь, царапаются ножом, зеленоватые, цвет порошка белый. Углеродистые минералы - лёгкие незернистые массы коричневого, тёмно-бурого или чёрного цвета с землистым, восковым или стеклянным блеском, иногда пачкают руки, в пламени горят, дымят или плавятся с запахом органики. Кремнистые минералы (опал, халцедон) - незернистые светлые массы, обычно хрупкие (ломаются руками или растираются пальцами, лёгкие и микропористые (впитывают воду или кислоту, прилипают к языку). Глинистые минералы - незернистые массы жёлто-бурого, зеленоватого, ржаво-бурого или палевого цвета, реже белые, иногда жирные на ощупь, царапаются ногтем, их порошок в смеси с водой даёт пластичное тесто. Графит - незернистая или чешуйчатая масса стально-серого или чёр ного цвета с металлическим блеском, жирный на ощупь, пачкает руки, пишет на бумаге |