Косвенные методы оценки свойств массива горных пород

 

Главная идея косвенных методов состоит в установлении и использо­вании взаимосвязей свойств горных пород. В общем случае между боль­шинством свойств пород не существует однозначных причинно-следственных (функциональных) связей. Однако общность минерального состава и строения пород определяет наличие статистической (корреляци­онной) взаимосвязи между их характеристиками. Действительно, при из­менении плотности упаковки минеральных зерен меняются пористость пород, их прочность и упругость. При одинаковом строении взаимосвязь свойств будет определяться различием в их минеральном составе.

Последовательность реализации косвенных методов может быть представлена следующим образом. На первом этапе в лабораторных усло­виях определяют взаимосвязь различных характеристик пород. При этом наиболее тесная зависимость между свойствами проявляется для горных пород, максимально однородных по минеральному составу при сущест­венном различии их строения. Поэтому все породы месторождения разде­ляют на несколько однородных групп. Для каждой группы отбирают мак­симально возможное число проб (не менее 30 - 50) с различными пара­метрами строения. Поскольку связь между свойствами пород чисто стати­стическая, чем больше изученных образцов, тем более точная и надежная связь может быть получена.

Второй этап состоит в выборе критерия косвенного определения свойств пород. В качестве критерия следует выбирать такой показатель, который обладает наибольшей информативностью, т.е. наиболее чувстви­телен к изменению строения и состояния горных пород. Другим требова­нием к критерию является простота и надежность его измерения в производственных условиях. Этими качествами обладают и широко использу­ются для косвенного определения свойств пород такие показатели, как скорость распространения упругих волн, электросопротивление, контакт­ная прочность. Непосредственная процедура косвенной оценки свойств массива горных пород заключается в измерении базового свойства (крите­рия) в забое выработки или на борту карьера и пересчете с помощью уста­новленных взаимосвязей других свойств массива.

Такая косвенная оценка по трудоемкости выгодно отличается от пря­мых натурных измерений, но обладает рядом существенных недостатков, главным из которых является низкая точность метода. Большие погрешно­сти оценок связаны с вероятностной природой установленных взаимосвя­зей свойств. Кроме того, такие взаимосвязи устанавливают, как правило, при исследовании образцов пород, а не самого массива. Поэтому не учи­тывается влияние физических полей, действующих в реальном массиве горных пород. Влияние же этих полей может иметь разнонаправленный характер. Например, наиболее широко используется косвенное определе­ние прочности пород по скорости распространения в них продольной уп­ругой волны. Но при увлажнении массива скорость распространения вол­ны в нем повышается, в то время как прочность падает. Также существен­ные погрешности связаны с изменением параметров теплового поля, гор­ного давления и др.

В этой связи косвенные методы используются преимущественно не для измерения конкретной величины свойств, а для оценки их относитель­ного изменения при изменении состояния массива. Например, в ходе про­цессов увлажнения, цементации или замораживания пород, стационарно установленные датчики позволяют производить непрерывное измерение скорости упругой волны, по изменению которой можно достаточно на­дежно судить об изменении состояния обрабатываемого массива. Разно­видностью косвенных методов является контроль технологических про­цессов. При этом устанавливается связь выбранного критерия с одним из показателей горного процесса, например, со скоростью бурения шпуров или скважин.

Таким образом, рассмотренные выше натурные и косвенные методы не могут быть основным средством получения информации о свойствах массива горных пород. Первые отличаются высокой трудоемкостью, вто­рые - низкой точностью. Поэтому оценка свойств массива осуществляет­ся, как правило, расчетным методом, который заключается в определении свойств пород на образцах в специально оборудованной лаборатории с по­следующим введением поправок на влияние физических полей, масштаб­ный эффект и реальное строение массива. Рассмотрим влияние указанных факторов на свойства горных пород.