Вплив глибини на зміну властивостей гірських порід

Рудні корисні копалини розвідувальними та експлуатаційними свердловинами виявлені на значних глибинах; залізні руди на глибині до 1,0 - 2,5 км, кольорові метали - 1,0 - 1,5 км, благородні метали 2,0 - 3,0 км. Практика розробки родовищ показує, що до глибини близько 1000 м міцність тієї чи іншої породи змінюється дуже мало. Більш інтенсивні зміни властивостей порід (зниження пористості, підвищення щільності, міцності, пружних властивостей) відбуваються при подальшому збільшенні глибини робіт. Незважаючи на підвищення щільності, з глибиною більш помітно починають проявлятися повзучість порід, зниження стійкості оголень, схильність до динамічних проявів гірського тиску. Зростання гравітаційного тиску зі збільшенням глибини є причиною підвищення вертикального і горизонтальних напружень. У породах, схильних до всебічному стиску на великих глибинах, зменшується обсяг пір і пустот, підвищуються їх щільність і міцність, особливо в осадових і метаморфизованних породах.

Багато дослідників вважають, що на глибинах понад 1000 м вертикальні і горизонтальні напруги вирівнюються і досягають таких величин, що породи починають набувати пластичні властивості. Доказом цьому служать зближення і руйнування стінок свердловин і боків гірничих виробок, пройдених навіть в досить міцних породах.

За даними досліджень на вугільних шахтах Донбасу при збільшенні глибини з 450 до 1450 м пористість порід зменшується в два три рази, а їх міцність зростає на 20 - 80%. Пористість пісковика на Прокопьевско-Кисілевської родовищі зі збільшенням глибини від 300 до 1200 м знижується в 2 рази, а межа міцності на стиск зростає приблизно на 50% на кожному інтервалі в 1000 м.

На рудних родовищах Норильського району залежність міцності зразків порід на стиск в інтервалі глибин від 200 до 1500 м характеризується наступними кореляційними залежностями: для габро-діабазів. МПа; пікрітових габро-діабазів; суцільних сульфідних руд.

Однак, як показало надглибоке буріння в кристалічних породах, закономірне збільшення щільності підтверджується не завжди. При бурінні Кольської надглибокої свердловини виявлено, що різке підвищення тиску відзначається на глибині до 3 км, а потім на позначці 8 км воно помітно падає. Відзначається зменшення щільності зі збільшенням гранитизации порід і зростання її з підвищенням вмісту рудних мінералів. На глибинах 4 - 8 км спостерігається разуплотнение порід, викликане збільшенням тріщинуватості. Це властиво як метаморфическим, так і осадових порід. На всій довжині свердловини по зонам тектонічних порушень спостерігалися виділення газів (гелію, водню, азоту, метану) і притоки сильно мінералізованих вод, насичених бромом, йодом, важкими металами. Це показує, що на великих глибинах є сприятливі умови для утворення корисних копалин. На глибині 9,5 км в Кольської свердловині виявлено ознаки мінералізації (виявлені сульфіди, магнетит, мусковіт, флогопит).

До проведення виробки масив гірських порід знаходиться в стані об'ємного стиснення.

Напруга в незайманому масиві з якої-небудь осі - # 948; = # 948; м + # 948; # 964;

де: # 948; м - напруги, викликані де йствіямі сили тяжіння верхніх порід.

# 948; # 964; - напруги, викликані додатковими силами тектонічного походження в тектонічних районах.

Дотичні напруження в незайманому масиві виявляються нижче максимальних нормальних напружень в 2,5 ÷ 5 разів.

Схожі статті