ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ГИДРОЛОГИЯ И ГЕОЭКОЛОГИЯ

ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ,
ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ГИДРОЛОГИЯ И ГЕОЭКОЛОГИЯ
И.И. ЧАЙКОВСКИЙ, О.С. КАБЛИНОВ
О ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЧИНАХ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЧНОСТЬ
ОБРАЗЦОВ СОЛЕЙ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Геологическая характеристика 341 образца с 13 подземных скважин, пробуренных в пределах шахтных полей ОАО «Сильвинит» состояла в структурнопетрографической характеристике, определении типа солей, измерении объемного содержания сильвинита, средневзвешенного размера зерен, угла падения слоистости, фиксации присутствия и характера распределения глинистого материала,
наличия техногенного расслоения (связанного с нарушением технологии бурения). После физико-механических испытаний проводились наблюдения за морфологией деформированного образца, пространственной и литологической локализацией зоны максимального разрушения, оценивалась степень влияния глинистых
прослоев и наклонного залегания. Анализ геологических данных и сопоставление
их с результатами физико-механических испытаний, проведенными в лаборатории ФПОГ УрО РАН, позволили установить, что на предел прочности на сжатие
влияют три группы причин:
Тектонические причины. Обусловлены положением в структуре Верхнекамского месторождения. Наибольшее количество ослабленных проб отмечается
в разрезах скважин 1-го и 2-го рудников, локализованных на поднятиях (Рудничном и Поповском). Учитывая их преимущественную приуроченность к границе
сильвинитовой и карналлитовой зон (рис. 1), можно предполагать, что это обусловлено деформациями, возникающими при перемещении (течении) этих толщ
относительно друг друга. Увеличение угла падения слоистости (рис. 2), обусловленное складчатостью, снижает истинное значение прочности испытанных образцов, но вероятно не сказывается в массиве и крупных монолитах. В целом (рис. 3)
наклонное залегание влияет на ориентировку формирующихся сколовых трещин.
Отмечено, что последние ориентируются перпендикулярно к слоистости и тем
самым «увеличивают» расчетную длину образца.
Рис. 1. Общее распределение
проб, с пониженными значениями предела прочности, по
разрезу соляной залежи
Литологические причины. Отмечено, что наиболее слабыми из пород являются бело-розовые сильвиниты пластов КрI и КрII (слой 1), пестрые сильвиниты пластов Б и В (слой 4) и галититы пластов КрII–КрI и КрI–А' с прослоями глины и шпатовым галитом. Отмечается также (рис. 4), что для пестрых сильвинитов
5
характерна обратная связь прочности и среднего размера зерен, а для красных
сильвинитов обратная связь с содержанием сильвинита в породе (рис. 5).
На локализацию в образце зоны максимального разрушения, наряду с
включениями глины влияют отдельные прослои, крупные кристаллы и контакты
слоев различной зернистости и минерального состава (рис. 6).
90
угол падения слоистости
угол падения слоистости
90
80
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
предел прочности
0
предел прочности
0
10
15
20
25
30
35
10
15
20
25
30
35
угол падения слоистости
90
80
70
60
50
40
30
20
10
предел прочности
0
10
15
20
25
30
35
Рис. 2. Графики зависимости предела
прочности и угла падения слоистости
Рис. 3. Влияние наклонного залегания
на морфологию разрушенного
образца
Средневзвешанный
размер зерен, мм
5
5
4,5
4,5
4
4
3,5
3,5
3
3
2,5
2,5
2
2
1,5
1,5
1
1
10
5
Средневзвешанный
размер зерен, мм
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
предел прочности
34
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
предел прочности
Средневзвешанный
размер зерен, мм
содержание сильвина, об%
100
4,5
КС
90
4
80
3,5
ПС
70
60
3
50
2,5
40
30
2
20
1,5
Г
10
1
0
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
предел прочности
10
15
20
25
30
предел прочности
Рис. 5. График зависимости предела
прочности солей от содержания в них
сильвинита (КС, ПС - красный и пестрый сильвинит, Г – галитит)
Рис. 4. Графики зависимости предела
прочности и среднего размера зерен
6
Рис. 6. Приуроченность зоны максимального разрушения к контактам солей
различной зернистости и состава
Показано (рис. 7), что в ряду: (1) глинистый материал отсутствует – (2)
дискретные выделения – (3) цепочечные выделения – (4) выдержанные прослойки
снижается прочность только каменной соли. Увеличение содержания глины в
сильвинитах приводит к их упрочнению. В процессе деформации зоны скалывания развиваются вдоль глинистых прослоев, вплоть до сквозных трещин, рассекающих весь монолит (рис. 8).
встречаемость типов,%
5
выдержанные прослои
4
4
3
27
2
40
1
28
Встречаемость, %
типы выделения глины 5
Характер выделения глины
выдержанные
прослои
11
4
42
цепочечные
выделения
дискретные 27
выделения 2
дискретные
выделения
цепочечные 3
выделения
отсутствует
отсутствует
20
1
0
0
6
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Встречаемость, %
4
3
2
1
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
предел прочности
предел прочности
5
8
34
Характер выделения глины
17
выдержанные
прослои
59
цепочечные
выделения
20
дискретные
выделения
отсутствует
3
0
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
предел прочности
Рис. 8. Локализация трещин скалывания вдоль наклонных глинистых
прослоев
Рис. 7. Графики зависимости предела
прочности от типа выделений глинистого материала
Техногенные причины. Использование степени удлинения сколовых пластин раздавленных образцов показало, что она искажается присутствием в керне поперечных трещин «техногенного расслоения», которые связываются нами с нарушением технологии бурения. Сама же степень удлинения, определяемая как среднее отношение длины и ширины,
варьирует в широком диапазоне (0,9-5,0) и зависит от типа солей (однородности и размера
зерен). Вероятно, она может давать интегральную оценку силы сцепления зерен в монолите.
7