Суть i завдання геометризації родовищ корисних копалин

 

Форма, умови залягання й розміщення в надрах компонентів твердих корисних копалин мають досить різноманітну, часто дуже складну, але цілком визначену геометрію. Виявити й виразити цю геометрію з певним ступенем точності - одне з головних завдань геометрії надр.

Під геометризацією родовищ корисних копалин розуміють сукупність спостережень, вимірювань, обчислювальних i графічних робіт, що мають на меті отримати геометричне вираження форм і властивостей корисних копалин, умов їх залягання та процесів, що відбуваються або відбувалися в надрах.

Якщо на маркшейдерських планах i розрізах не будуть зображені форма
покладу,що розробляється, та умови
залягання, розміщення запасів корисних копалин, різновидів і компонентів цього покладу, то не можна правильно спроектувати виконати будівництво гірничого підприємства, вибирати систему розробки родовища, вести розвідувальні та гірничі роботи.

Нову наукову дисципліну, яка займається геометризацією родовищ, П.К. Соболевський на відміну від гірничої геометрії назвав геометрією надр.

Геометрія надр спирається на безпосередні геологічні спостереження i геодезично-маркшейдерські зйомки, що виконуються в оголенні гірських порід на земній поверхні, у різник гірничих виробках; на дані розвідувальних 6урових свердловин, геофізичні спостереження та лабораторні дослідження.

Практичне значення геометрії надр полягає в тому, що вона може зобразити і з потрібною точністю графічно виразити на кресленні все те, що було об’єктом розвідки і що потрібно для раціонального освоєння надр.

Математична обробка інформації, моделювання родовищ на ЕОМ i прогнозування розміщення показників на сусідні ділянки дали змогу оперативно знаходити оптимальні напрямки розв'язання завдань комплексного освоєння надр з урахуванням геологічних, технологічних та економічних факторів.

У ході виконання геологорозвідувальних робіт нагромаджується велика кількість даних, що характеризують форму та умови залягання корисних копалин, їх різноманітні якісні показники. Характер розподілу показників корисних копалин може бути виражений аналітично (у вигляді функціональної залежності), таблично або графічно.

Аналітичне або математичне моделювання не завжди можливе. Табличний спосіб зручний для подання даних, але не зручний для узагальненого виявлення закономірностей їх розміщення в просторі. За допомогою графічного способу вдається простими засобами й методами геометричного моделювання закономірності просторового розподілу показника, що досліджується, будуючи гірничогеометричні графіки або плани.

Основними завданнями геометризації родовищ на сучасному етапі є розробка методів складання геометричних моделей, що наочно відображають закономірності розміщення структурних i якісних показників родовища корисних копалин.

Гірничогеометричні графіки поділяють на структурні та якісні.

Структурними називаються гірничогеометричні графіки, які дають наочне просторове уявлення про форму, елементи й умови залягання порід, геологічні порушення та інші геометричні особливості покладу. Це гіпсометричні плани покрівлі i підошви покладу. Це гіпсометричні плани покрівлі і підошви покладу, ізолінії потужності, ізоглибини залягання, ізогіпси поверхні водотривкого горизонту, поверхні тектонічного порушення тощо.

Якісними називаються гірничогеометричні графіки, що дають наочне просторове уявлення про характер зміни якісних властивостей корисних копалин, вміст корисних або шкідливих компонентів у них, тріщинуватість, пористість, міцність того чи іншого шару гірських порід.

Креслення в разі геометризації форм, властивостей і процесів повинні бути побудовані з урахуванням усієї здобутої інформації, що є основою для розв’язання комплексу питань регіональної розвідки й розробки родовищ.

Залежно від етапу вивчення родовища, конкретних завдань і масштабів складання гірничогеометричних креслень розрізняють регіональну, детально-розвідувальну та експлуатаційну геометризацію родовищ. Регіональна геометризація виконується в дрібних масштабах (1:50000 – 1:500000) за даними пошукових робіт, космічної, аерофотографічної, геологічної і геодезичної зйомок. Вона дає змогу робити широкі узагальнення і загальні прогнози, визначати райони, перспективні для подальшої розвідки родовищ. Детально-розвідувальна геометризація виконується в масштабах від 1:5000 до 1:50000 на основі даних детальної розвідки. До експлуатаційної геометризації вдаються в масштабах 1:1000 – 1:5000. Її проводять на підставі матеріалів детальної розвідки і гірничогеологічної інформації, здобутої під час проведення підготовчих та очисних гірничих робіт.

Гірничогеометричні графіки при геометризації будують у проекції на горизонтальну, похилу та вертикальну площини. Вибір площини проекції визначається кутом падіння й призначенням графіка. Найчастіше їх будують у проекції на горизонтальну площину і називають планами.

 

Показники родовища

 

Вивчення будь-якого родовища корисних копалин починають з визначення його показників і якісних особливостей корисних копалин, в окремих точках.

Будь-яке родовище представляють у вигляді тіла певної (визначеної) форми, певного простягання, що займає якесь положення у просторі.

Ознаки, що характеризують форму покладу, його розміри і просторове положення, а також якісні особливості корисних копалин, будуть називатися показниками родовища та корисних копалин. Ці показники можна поділити на дві групи, одна з яких характеризує структурні особливості родовища, а інша – якісні особливості як самого родовища, так і корисних копалин.

До першої групи показників належать:

1) місцезнаходження покладу (координати Х, Y, Ζ будь-якої його точки);

2) кут падіння покладу в будь-якій точці;

3) кут простягання й азимут лінії падіння покладу;

4) потужність покладу;

5) глибина залягання покладу.

До другої групи входять такі показники:

1) вміст корисних, шкідливих або інертних компонентів;

2) об’ємна вага корисних копалин;

3) фізико-механічні, хімічні, електричні та інші властивості корисних копалин та покладу;

4) тріщинуватість масиву гірських порід та корисних копалин тощо;

Усі показники виражаються числом і належать до тієї точки простору чи його об’єму, де вони визначені.

Місцезнаходження покладу. Для побудови різного роду планів і розрізів необхідно знайти координати точок визначення показників. Їх знаходять різними методами, викладеними у курсах «Геодезія» та в главі 5.

Кут падіння δ – це вертикальний кут між лінією поверхні підошви або покрівлі покладу і горизонтальною площиною, проведеної перпендикулярно простяганню, з поверхнею підошви або покрівлі покладу.

Кут простягання - дирекційний кут, магнітний або астрономічний азимут напрямку лінії простягання. Завжди вимірюється за годинниковою стрілкою від північного напрямку лінії простягання (рис. 5.1).

Лінією простягання називають будь-яку горизонтальну лінію, що лежить на поверхні підошви або покрівлі покладу.

Азимут лінії падіння відрізняється від кута простягання на величину 90° (рис. 5.1), . Кути падіння та азимути простягання покладу визначають безпосереднім способом за допомогою різних приладів, графічно або аналітично. Для визначення , δ і частіше користуються гірничим компасом. Останнім часом з’явилися прилади для визначення і δ, що працюють за принципом гіроскопа (гіроскопічний тріщиномір ГТ-3).

 

Рис. 5.1. Визначення азимута падіння площини.

 

Ці прилади дозволяють визначити кути у тих місцях, де на магнітну стрілку впливають магнітні маси (рейки, труби, комбайни, скрепери і т.д.).

Графічний спосіб – визначення , і δ полягає у побудові на плані i профілі положення двох напрямків, за якими визначені азимути i кути падіння та послідуючою відбудовою площини, що проходить через ці напрямки. Визначення і δ виконується в такій послідовності

(рис. 5.2).

Будують за i напрямки АВ і АС.

Визначають за і на профілі величину закладення .

Відкладають на напрямках АВ i АС.

Проводять через отримані точки пряму. Ця пряма є лінією простягання площини. Вимірюють кут .

Проводять лінію падіння. Переносять її на розріз. Визначають кут δ через виміряне закладання.

Аналітичний спосіб заснований на визначенні і за формулами:

 

, (5.1)

 

(5.2),

 

де , , , – кути нахилу та азимути напрямків. Якщо відомо відмітки родовища у трьох точках, то будують площину звичайними методами і визначають на плані, а δ – на розрізі (рис. 5.2, г).

Потужність покладу l – це відстань між поверхнями підошви i покрівлі, що вимірюється у будь-якому напрямку. Залежно від спрямування виміру розрізняють потужності (рис. 5.3): нормальну , вертикальну , горизонтальну , по свердловині , середню , видиму (вертикальну, нормальну, горизонтальну).

Рис. 5.2. Визначення і δ графічним способом (метод перехрещених шнурів). а- перспектива; б - план; в - розріз; г- визначення i δ за трьома точками.

 

 

 

 

Між цими видами потужностей для простих форм залягання існують залежності:

 

(5.3)

 

*/ знак «+», коли падіння покладу і схилу в різні сторони.

- частка від ділення об’єму покладу на площу відповідної проекції контура покладу.

Потужність покладу визначають у природних оголеннях, при розвідувальному бурінні і в забоях гірничих виробок. Для безпосереднього визначення потужності використовують стальні або тасьмові рулетки. При бурінні потужність покладу визначають за керном (безпосередні заміри) або за електрокаротажними діаграмами. Точність вимірів залежить від потужності покладу: чим більша потужність, тим грубіше можна робити виміри.

Глибина покладу. Глибиною називають відстань по вертикалі від точки покрівлі покладу до земної поверхні. Глибина дає уявлення про розміщення покладу відносно земної поверхні. Глибину заміряють або 6езпосередньо, а6о шляхом графічних побудов (рис. 5.4), чи аналітичним способом:

 

(5.4)

 

Тут h визначається графічно з розрізу, — за планом (розрізом) у точці, що лежить над місцем входу свердловини у поклад (координати точки ).

Показники другої групи, в основному, визначаються шляхом лабораторних досліджень. Для проведення аналізу (дослідження) в покладі відбирається проба. Дані дослідження належать до тієї точки покладу, в якій від6иралася проба.

 

 

Рис. 5.4. Знаходження глибини за розрізом

 

 

 

Рис. 5.3. Види потужності родовища