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.