Оценка гидрогеологических и инженерно-геологических условий Стойленского месторождения

Оценка гидрогеологических и инженерно-геологических условий Стойленского месторождения

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный горный университет

Кафедра геологии

Курсовая работа

по гидрогеологии и инженерной геологии

по теме «Оценка гидрогеологических и инженерно-геологических условий Стойленского месторождения»

Выполнил: ст. гр. ТО-3-08

Романов В. В.

Проверил: д.т.н. проф. Гальперин А.М.

к.т.н. Щекина М. В.

Москва, 2009 г.

Оглавление:

1. Введение

2. Характеристика Стойленского железорудного месторождения

3. Графическая часть:

План поверхности участка месторождения, гидроизогипс безнапорного водоносного горизонта и гипсометрии кровли водоупора.

План поверхности участка месторождения, гидроизопьез напорного водоносного горизонта и гипсометрии почвы верхнего водоупора. Гидрогеологический разрез по линии II-II

Сводная инженерно-геологическая и гидрогеологическая колонка

4. Расчетная часть

4.1 Определение гидрогеологических параметров

4.2 Определение скоростной высоты

4.3 Движение подземных вод

4.3.1 Движение подземных вод в напорном пласте. Определение расхода подземного потока в напорном пласте.

4.3.2 Движение подземных вод в безнапорном пласте. Определение расхода подземного потока в безнапорном пласте

4.4 Движение подземных вод к искусственным дренам

4.4.1 Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене. Определение величины притока воды к дрене

4.4.2 Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене. Определение величины притока воды к дрене

4.5 Определение инженерно-геологических условий месторождения

4.5.1 Определение показателей состояния горных пород

4.5.2 Гранулярный состав горных пород. Обработка результатов комбинирования гранулометрического анализа песчано-глинистых пород

5. Заключение

6. Список литературы

1. Введение

Теоретической основой при выполнении курсовой работы являются знания, при изучении цикла геологических дисциплин - «Основы геологии», «Месторождения полезных ископаемых», «Гидрогеология и инженерная геология».

Полученные в результате анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчетов показатели позволяют оценить характер и режимы водоносных горизонтов и принять действенные меры по дренированию горных выработок. Умение построить, читать и анализировать гидрогеологические планы, разрезы и другую документацию является неотъемлемой частью подготовки горных инженеров. Выполненное задание является исходным материалом для написания геологической части дипломных проектов и проектирования дренажных работ.

2. Характеристика Стойленского месторождения

Общие сведения о районе месторождения

Территория занимает часть Среднерусской возвышенности и в морфологическом отношении представляет невысокое плато, изрезанное оврагами и балками. Наиболее крупные реки - Сейм, Оскол, характеризующиеся равнинным режимом с высоким весенним половодьем и низкой летней меженью, средняя величина модуля стока составляет 4 л/с с 1 км2.

Климат территории умеренно-континентальный с продолжительным летом и холодной зимой. Среднесуточные температуры воздуха ниже 0оС устанавливаются в конце ноября - начале декабря; среднесуточная температура самого холодного месяца (января) -8,4оС; абсолютная минимальная температура -41оС, наибольшая глубина промерзания почвы 180см; снеготаяние начинается в мае. Среднемесячная температура самого жаркого месяца (июня) +41оС. По количеству выпавших осадков территория относится к умеренно-влажной зоне. В году 130-170 дней с осадками. Средняя многолетняя сумма годовых остатков 400-600 мм; максимум осадков приходится на летние месяцы - в июле при ливнях выпадает 100 мм осадков и более. Однако вследствие ливневого характера и высокого испарения почвы (до 75% общей суммы осадков) дождевые воды почти не пополняют запасы подземных вод.

Значительная инфильтрация происходит осенью при длительных моросящих дождях и весной при снеготаянии. Зимой преобладают ветры юго-западного направления, весной - восточного и юго-восточного направлений, летом - западного и северо-западного.

Скорость ветра на территории изменяется от 2-2,8 м/с летом и до 4-6 м/с зимой.

Месторождение приурочено к исконам Воронежского докембрийского кристаллического массива асимметричного строения. Северный склон довольно пологий, южный - крутой. Рельеф докембрийского массива отличается большой сложностью. Сбросы, возникшие в процессе образования Днепровско-Донецкой впадины, обуславливают наличие в ней системы уступов, а денудация и выветривание привели к образованию обширной густой сети глубоких впадин (древняя эрозионная сеть). Кристаллический массив сложен сланцами, гнейсами, кварцитами, известняками протерозойского возраста, отличающимся высокой степенью метаморфизма. В результате тектонических движений породы протерозойского комплекса собраны в сложную систему складок. Верхняя зона этих пород под воздействием процессов сильно изменена, в результате окисления железистых кварцитов образовались мартитовые, мартитово-магнетитовые и мартито-железнослюдковые кварциты. К коре выветривания железистых кварцитов приурочены залежи богатых железных руд.

Кристаллические породы перекрыты комплексом палеозойских и кайнозойских осадочных пород, преимущественно морского происхождения. Наличие сравнительно мощных пластов выдержанных по площади водонепроницаемых пород предопределяет общие потоки подземных вод на территории КМА, которая является областью распространения Днепровско-Донецкого (северо-восточное крыло) и Московского (южное крыло) артезианских бассейнов.

Геологическое строение месторождения

Стойленское месторождение железных руд и железистых кварцитов расположено в центральной части северо-восточной полосы КМА. В геологическом строении месторождении участвуют сильно дислоцированные метаморфические породы докембрия, в которых выделяются железорудная свита Курской серии протерозоя. Их трансгрессивно перекрывают осадочные породы палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов мощностью от 50 до 200 м. Осадочные породы сверху вниз представлены суглинками, песками, песчаниками, рудными и безрудными брекчиями.

Кора выветривания железистых кварцитов, имеющая мощность от 5 до 80 м, представлена богатыми рудами, переходящими с глубиной в окисленные и полуокисленные железистые кварциты.

Литолого-стратиграфическое подразделение и характерные особенности в геологическом разрезе месторождения отражены в стратиграфической колонке (табл. 1).

Месторождение приурочено к юго-восточной части Тим-Ястребовской синклинали. Породы смяты в сложные, глубокие и узкие синклинальные и антиклинальные складки, преимущественно северо-западного простирания с крутым (60о-90о), нередко опрокинутым падением крыльев. В северной части месторождения развиты интрузии диоритов и габбро-диоритов, в юго-восточной части - интрузии конгломератов.

Широкое развитие имеют межпластовые и секущие дайки, а также жилы ультраосновных пород - диорит-порфиритов и гранитов мощностью от 10 см до 20 см. Железорудная свита сложена железистыми кварцитами и сланцами. Мощность ее изменяется от 400 м на северо-востоке до 800 м на юго-западе. В составе ее выделяют две подсвиты кварцитов и две подсвиты сланцев. Интенсивная складчатость докембрийских образований обусловила крутое, нередко почти вертикальное залегание рудных пластов. Площадь залежи железистых кварцитов по кровле составляет 4,1 км2, детальная разведка выполнена до глубины 460 м (отметка - 250 м ), отдельными скважинами до 700 м. Граница рудных тел с осадочной толщей резкая, неровная.

Характеристика полезного ископаемого

Граница между богатыми рудами и кварцитами чаще всего четкая. По степени окисления и технологическим свойствам железистые кварциты разделяют на неокисленные Feраст/Feмаг > 0,6, полуокисленные Feраст/Feмаг =0,6-0,3, окисленные Feраст/Feмаг < 0,3. Неокиленные кварциты слагают 93,7% запасов месторождения.

Залежь неокисленных кварцитов имеет сложное строение, характеризуется частым переслаиванием различных минералогических разновидностей железистых кварцитов и наличием прослоев сланцев, на ряде участков она пересекается большим количеством даек диорит-порфиритов. Мощность пластов и пачек отдельных типов кварцитов от 1-2 до 10-20 м , изредка достигает 50 м; мощность даек изменяется от 10 до 20 м . Полуокисленные кварциты (0,7% запасов) образуют подзону неполного окисления железистых кварцитов. На месторождении выделяют восемь разобщенных линзообразных залежей полуокисленных кварцитов площадью от 16 до 550 тыс. м2 и общей площадью 1,5 км2, мощность их достигает 27,2 м, в среднем составляет 4,5 м. Почва и кровля залежей неровные, с уступами и впадинами. Рудоносность полуокисленных кварцитов на всех участках почти одинакова.

Окисленные кварциты представляют собой подзону полного окисления железистых кварцитов, которая сплошной покровной залежью перекрывает окисленные и полуокисленные кварциты. Мощность их колеблется от 0,2 до 56 м. На долю окисленных кварцитов приходится 5,6% запасов. Основные породообразующие минералы железистых кварцитов - кварц, магнетит, рудная слюда; в разных залежах присутствуют магнезиально-железистые алюмосиликаты. В зависимости от минерального состава и количественного соотношения минералов, железистые кварциты подразделяются на 4 типа: магнетитовые (47,5% общих запасов), силикатно-магнетитовые (37,2%), железнослюдково-магнетитовые (14,6%), а также слаборудные кварциты (0,7%).

Кварциты месторождения тонкозернистые, размеры зерен в среднем равны 0,05-0,08 мм, размеры агрегатов магнетита 0,1-0,5 мм. В зависимости от минералогического состава материнских пород на месторождении выделяются следующие разновидности богатых руд: магнетито-мартитовые - 50%, лимонито-мартитовые и лимонитовые - 25% и железнослюдково-мартитовые - 10% общих запасов. Главные рудообразующие минералы - мартит, магнетит, лимонит, железная слюда и кварц; второстепенные - сидерит, кальцит, хлорит, пирит. Содержание железа в рудах колеблется от 25 до 68%. По морфологии и особенностям залежи железистых кварцитов в пределах месторождений выделяются западный, центральный, северо-восточный и юго-восточный участки.

Западная часть залежи характеризуется относительно простым строением и равномерной рудоносностью; содержание Feобщ колеблется в блоках от 32,25 до 36,92%; Fe связанного с магнетитом - от 28,54 до 29,77%.

Центральная часть залежи имеет сложное внутреннее строение по сравнению с другими частями и характеризуется наименьшей рудоносностью, что обусловлено большим количеством даек диорит-порфиритов, наличием зон дробления и повышенным количеством сланцев в рудной зоне. При среднем объемном количестве даек в контуре, равном 3,3%, в центральной части количество их составляет 6,3-12,7% общего объема. Содержание Feобщ в блоках колеблется от 32,7 до 34,06%, связанного с магнетитом от 26,36 до 28,3%. На участке замыкания центральной антиклинали, на границе со сланцами, наблюдается обеднение железистых кварцитов - содержание Feраст снижается до 22-25%, связанного с магнетитом до 16,2-18,2%.

Северо-восточная часть залежи характеризуется сложным строением и относительно высокой рудоносностью. Содержание Feобщ составляет 34,52-36,10%, связанного с магнетитом - 27,6-29,38%. Наиболее высокое содержание Feобщ (38,27-39,39%) и связанного с магнетитом (33,10-33,77%) наблюдается в северо-восточной части месторождения. Юго-восточная часть залежи характеризуется относительно простым строением. Но в пределах ее развито наибольшее количество даек диорит-порфиритов.

Общая рудоносность по строению структуры юго-восточной части выдержана. Содержание Feобщ в блоках составляет от 33,4 до 34,84%, а связанного с магнетитом от 27,3 до 28,55%. Здесь так же, как и в центрально части залежи, наблюдается обеднение железистых кварцитов.

Гидрогеологические условия месторождения

Гидрогеологические условия месторождения обусловлены геоморфологическими и структурными особенностями его расположения на водораздельном плато, расчлененным глубоко врезанной овражной сетью, и ограничением с севера, юга и востока долинами рек Осколька, Чуфички, Оскола, а также двухъярусным строением массива.

На месторождении имеет сплошное распространение сеноман-альбский каньон - туронский и рудно-кристаллический водоносные горизонты (табл.2). В целом для них характерна гидравлическая взаимность и связь с поверхностными водами, невыдержанность мощности и состава вмещающих пород, однородность состава и незначительная минерализация вод, общность источников питания и дренирования.

Приуроченные к сеноман-альбской толще, водоносный горизонт характеризуется безнапорным или слабо напорным режимом. Расходы горизонта компенсируются инфильтрующей частью дождевых и талых вод в местах выхода трещиноватых меловых пород на поверхность. Юрские и неокомские песчано-глинистые отложения вследствие их частичного размыва являются лишь относительным водоупором.

Рудно-кристаллический напорный горизонт приурочен к выветренной зоне докембрийского комплекса пород. Водообильность горизонта определяется характером трещиноватости пород. Питание осуществляется за счет вышележащего водоносного горизонта на участках выветривания или в местах малой мощности юрских и неокомских песчано-глинистых отложений. Среднее значение коэффициента фильтрации для выветривания кварцитов 2-2,5 м/сут, невыветрелых 0,02-0,07 м/сут. В связи со сложными гидрогеологическими условиями разработка месторождения производится при предварительном осушении, осуществляемом комбинированным способом - глубинным водоотливом.

Таблица 2

Инженерно-геологические условия

Геологический разрез месторождения характеризуется многоярусным строением; инженерно-геологические ярусы составляют два структурных этажа - верхний и нижний.

Верхний этаж представлен породами осадочного комплекса. Лессовидные суглинки по физико-механическим свойствам близки к аналогичным породам Михайловского месторождения. Наиболее слабыми являются аллювиальные глины. Мергельно-меловые породы представлены трещиноватым мелом, переходящим на отдельных участках в трещиноватый мергель. Прочность этих пород определяется трещиноватостью массива. Высыхание мелов в приповерхностных зонах и процессы выветривания приводят к их осыпанию. Под воздействием динамических нагрузок происходят тектонические изменения. Сеноман-альбские пески представлены средне- и мелкозернистыми разностями, слабо сцементированными окислами железа. Пески обладают хорошей водоотдачей, коэффициент неоднородности Кн=3-5, на участке высачивания отмечается оплывание, в сцементированных разностях - фильтрационный вынос вдоль трещин.

Неокомские и юрские глинистые пески и песчаные гидрослюдистые глины достаточно однородны по механическим свойствам. Небольшим набуханием обладают юрские глины при нормальных нагрузках до 2 кг/см2 (0,2 МПа) (в песчаных глинах неокома около 0,5 кг/см2 (0,05 МПа)). Ощутимое разупрочнение пород (сцепление падает до 50% исходного) отмечается в местах удаленных от поверхности обнажения на 4-5 м; с увеличением глубины прочность пород не уменьшается. Девонские отложения имеют ограниченное распространение и состоят из нерудных брекчий, песчаников, пестро-цветных плотных глин, характеризуются относительно высоким показателем прочности. Нижний этаж представлен скальными и полускальными разностями, при этом наименее прочными являются межрудные сланцы, породы даек и рыхлых руд. На участках распространения рыхлых разновидностей руд в ходе разработки отмечаются осыпи; обводненность пород рудной толщи не влияет на их устойчивость.

4. Расчетная часть

4.1 Определение гидрогеологических параметров

I. Расчет для безнапорного водоносного горизонта

1. Гидравлический градиент - это потеря напора на единицу длины пути фильтрации:

H1-H2 177-176

i = = = 0.002

l 540

2. Приведенная скорость фильтрации - скорость, принимаемая из условий проницаемости минерального скелета породы- определяется по формуле Дарси:

v=i* kф=0,002*5=0,01 м/сут,

где kф =5 м/сут - коэффициент фильтрации (для БВГ).

3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды в породах с учетом их физического состояния(трещина, поры и т.п.)

V 0.01

U= = =0.5м/сут,

µ 0.02

где µ - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи.

4. Глубина залегания зеркала воды определяется разностью абсолютных отметок поверхности земли и зеркала воды, взятых для одной и той же точки.

т.1 187-177=10м

т.2 188-176=12м

5. Мощность водоносного горизонта определяется разностью абсолютной отметки зеркала воды и кровли водоупора, на котором сформировался водоносный горизонт.

т.1 177-154=23м

т.2 176-153,5=22,5м

II. Расчетная часть для напорного водоносного горизонта

1. Определяем гидравлический градиент

H1-H2 173-172

i = = = 0,003

l 350

2. Приведенная скорость фильтрации

v=i k =0,003*12=0,036 м/сут,

где k=12 м/сут - коэффициент фильтрации для НБГ

3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды.

V 0.036

U= = =3,6 м/сут,

µ 0.01

где µ - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи.

4. Глубина залегания ПУНВГ (установившегося пьезометрического уровня) равна разности отметок поверхности земли и отметок ПУНВГ.

т.1 188-173=15м

т.2 187-172=15м

5. Мощность НВГ равна мощности вмещающих его трещиноватых известняков перхуровского возраста и составляет 15м

6. Определяем напорность НВГ, которая равна разности отметок ПУНВГ и кровли водоносного пласта (почвы верхнего водоупора)

т.1 173-147,5=25,5м

т.2 172-151,5=20,5м.

4.2 Определение скоростной высоты

Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил и на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.

P= *h*g=1*8*9,8=78,4 т/м2=0,78кПа,

где - плотность воды,

h=8м - высота столба метра,

g=9,8м-с2- ускорение свободного падения.

На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р=100КПа=0,1МПа.

Энергетическим показателем воды, которая находится в порах горных пород, является гидростатический напор Нг, представляющий совокупность пьезометрической hp и геометрической z высот. Для безнапорного водоносного горизонта в центральной скважине применительно к выбранной т.А.

HГ=hp+ z=8+20=28м.

Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) hv.

u2 3,62 (3.6/86400)2

hv= = = =8.85.10-6м,

2g 19,6 19,6

где u - действительная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.

Тогда HГ=hp+ z+ hv=28+8,85.10-6 м,

где h - высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки, z- это геометрическая высота от дна выработки до горизонтальной плоскости сравнения напоров.

Т. к. скоростная высота слишком мала и стремиться к нулю, то ею можно пренебречь.

4.3 Движение подземных вод

4.3.1 Движение подземных вод в напорном пласте

Рассчитаем приток воды НВГ в подземную выработку шириной В=100м, находящуюся между скважинами и и вскрывающую водоносный пласт трещиноватых известняков на всю его мощность т.

Определяем расход потока с учетом действительной скорости движения вод

mBkф(H1-H2)

Q= =m.B.u=6*100*3,6=2160 м3/сут.

l .???????????????????????????????????

Расход потока на его ширине, равной единице, называется единичным расходом и обозначается q. Для нашей выработки определяем q на 1 погонный метр:

mkф(H1-H2) B

q= = m u=6*3,6=21,6 м3/сут.

l .???????????????????100

Единичный расход позволяет оперативно определить приток воды в выработку при проходке и вовремя вводить в действие откачивающее оборудование. Например. Если за смену пройдено 6 м штрека, то дополнительный расход составит

Q=q6=21,6 . 6=129,6 м3/сут.

Уравнение депрессионной кривой

x 175

Н=Н1- (H1-H2)=172- (172-171)=171,5 м;

l 350

x 180

Н=Н1- (H1-H2)=173- (173-172)=172,5 м;

l 360

x 260

Н=Н1- (H1-H2)=174- (174-173)=173,5 м.

l 520

Таким образом, депрессионная кривая подземных вод для данного примера является прямой линией, что свидетельствует об установившемся режиме движения подземных вод.

4.3.2 Движение подземных вод в безнапорном пласте

Определяем приток воды в траншею длиной 100 м, пройденную перпендикулярно направлению фильтрации между скважинами и до плотных глин московского возраста.

Расход потока при его ширине В равен с учетом фактической (действительной) скорости движения воды в БВГ

Bkф(H12-H22) 100 . 5(1762-1752)

Q=qB= = =8775 м3/сут.

2l . ????????????????????? 2 . 350 . 0.02

Уравнение для единичного расхода потока через известный напор H1 и неизвестный напор Н в сечении на расстоянии х от начала координат:

kф(H12-H22) 5(1762-1752)

q= = =87,75 м3/сут.

2l . ? 2 . 350 . 0.02

Уравнение депрессионной кривой

x 175

Н= H12 - (H12-H22) = 1762- (1762-1752) =175,5 м;

l 350

x 270

Н= H12 - (H12-H22) = 1772- (1772-1762) =176,5 м;

l 540

x 160

Н= H12 - (H12-H22) = 1792 - (1792-1782) =178,5 м.

l 320

Задаваясь любыми значениями х в пределах х<l и получая соответствующие им значения Н, можно по точкам построить депрессионную кривую между скважинами. Эта кривая является параболой.

4.4 Движение подземных вод к искусственным дренам

Горные выработки, из которых производится откачка воды, являются искусственными дренами водоносного пласта. Они подразделяются на горизонтальные (канавы, траншеи, галереи, штреки и т.п.) и вертикальные (скважины, стволы, колодцы, шурфы и т.п.). как вертикальные, так и горизонтальные горные выработки по степени вскрытия водоносного пласта делятся на совершенные (вскрывающие пласт на всю мощность и по всей его мощности имеющие водопроницаемые стенки) и несовершенные (вскрывают только часть пласта или имеют водопроницаемые стенки не по всей мощности).

Линия пересечения депрессионной воронки, образующейся вокруг выработки, из которой производится откачка воды, с вертикальной плоскостью, проходящей через ось выработки, называется депрессионной кривой, которая имеет максимальный наклон у стены выработки, а по мере удаления от нее постепенно выполаживается и практически сопрягается с линией первоначального напора Н. Расстояние от оси колодца до точки сопряжения депрессионной кривой с линией первоначального напора называется радиусом влияния выработки R.

Сниженный в результате продолжительной откачки уровень воды в вертикальной выработке (например, скважине), соответствующий напору ho в ней, называется динамическим уровнем, в отличие от статического уровня, который соответствует первоначальному напору Н в пласте. Величина S, на которую понижается уровень воды в скважине, называется понижением. Следовательно, понижение S=H - h. Уровень воды в дренажной скважине ниже уровня воды h за стенкой ее на величину h=h - ho, называемой гидравлическим скачком или высотой высачивания.

4.4.1 Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене

Данные для выполнения расчетов:

kф=12 м/сут - коэффициент фильтрации;

m=6 м - мощность водоносного пласта;

S - понижение

r=1 м - радиус выработки;

R=1,73 at - радиус влияния дрены, м,

kф H

a= - коэффициент уровнепроводности, м2/сут;

?

t=1год=365суток, время для которого определяется радиус влияния.

Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из т.1. принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта - отметка 150м. Следовательно, водопонижение составит S=H -150=173,5-150=23,5 м.

Радиус выработки r=1 м;

Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости

kф . i . H 12 . 0,003 . 173,5

движения воды, a= = =624,6 м2/сут;

? 0,01

Время, для которого определяется радиус влияния t=365 суток.

Определяем радиус влияния дрены:

R=1,73 at =1,73 624,6 . 365=826 м.

Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение

2,73 kф m S 2,73 . 12 . 6 . 23,5 4619,16

Q = = = = 1593 м3/сут.

lgR - lgr lg826 - lg 1 2,9

Уравнение депрессионной кривой имеет вид:

Q

y = H - 0,366 (lgR - lgx).

kф m

Для построения кривой принять:

х1=0,1R=0,1 . 826=82,6м;

x2=0,15R=0,15 . 826=123,9м;

х3=0,2R=0,2 . 826=165,2м;

x4=0,3R=0,3 . 826=247,8м;

x5=0,5R=0,5 . 826=413м;

x6=0,8R=0,8 . 826=660,8м.

Тогда:

1593

y1=173,5 - 0,366 (lg826 - lg82,6)=165,4;

6 . 12

1593

y2=173,5 - 0,366 (lg826 - lg123,9)=166,9;

6 . 12

1593

у3=173,5 - 0,366 (lg826 - lg165,2)=167,9м;

6 . 12

1593

y4=173,5 - 0,366 (lg826 - lg247,8)=169,3м;

6 . 12

1593

y5=173,5 - 0,366 (lg826 - lg413)=171,1м;

6 . 12

1593

y6=173,5 - 0,366 (lg826 - lg660,8)=172,9м.

6 . 12

4.4.2 Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене

Данные для выполнения расчетов:

kф=5 м/сут - коэффициент фильтрации;

m=6 м - мощность водоносного пласта;

S - понижение

r=1 м - радиус выработки;

R=1,5 at - радиус влияния дрены, м,

kф H

a= - коэффициент уровнепроводности, м2/сут;

?

t=1год=365суток,время для которого определяется радиус влияния.

Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из т.1. принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта - отметка 170м. Следовательно, водопонижение составит S=H1-166=176,5-166=10,5 м.

Радиус выработки r=1 м;

Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости

kф . i . H 5 . 0,002 . 176,5

движения воды, a= = =88,25 м2/сут;

? 0,02

Время, для которого определяется радиус влияния t=365 суток.

Определяем радиус влияния дрены:

R=1,5 at =1,5 88,25 . 365=269,2 м.

Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение

1,37 kф (2H-S)S 1,37 . 5(2 . 176,5 -10,5)10,5

Q = = = 10264.3 м2/сут.

lgR - lgr lg269.2 - lg 1

Уравнение депрессионной кривой имеет вид:

(lgx - lgr)

y = h2 +S(2H-S)

(lgR - lgr)

Для построения кривой принять:

х1=0,1R=0,1 . 269,2 =26,92м;

x2=0,15R=0,15 . 269,2 =40,38м;

х3=0,2R=0,2 . 269,2=53,84м;

x4=0,3R=0,3 . 269,2=80,76м;

x5=0,5R=0,5 . 269,2=134,6м;

x6=0,8R=0,8 . 269,2=215,36м.

Тогда:

lgx - lgr lg26,92 - lg1

y1= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 .176,5 -10,5)

lgR - lgr lg269,2 - lg 1

1,43

= 27556+3596,25 = 172,3

2,41

lgx - lgr lg40,38 - lg1

y2= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 .176,5 - 10,5) = lgR - lgr lg269,2 - lg 1

1,6

= 27556+3596,25 = 173,04

2,41

lgx - lgr lg53,84 - lg1

y3= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 .176,5 -10,5)

lgR - lgr lg269,2 - lg 1

1,73

= 27556+3596,25 = 173,5

2,41

lgx - lgr lg80,76 - lg1

y4= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 . 17 6,5-10,5)

lgR - lgr lg269,2 - lg 1

1,9

= 27556+3596,25 = 174,3

2,41

lgx - lgr lg134,6 - lg1

y5= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 . 176,5-10,5)

lgR - lgr lg269,2 - lg 1

2,12

= 27556 +3596,25 = 175,2

2,41

lgx - lgr lg215,36 - lg1

y6= h2 + S(2H - S) = 1662+10,5(2 . 17 6,5-10,5)

lgR - lgr lg269,2 - lg 1

2,23

= 27556+ 3596,25 = 176,1.

2,42

4.5 Определение инженерно-геологических условий месторождения

4.5.1 Определение показателей состояния горной породы

Образец породы V0=64 см3 и массой q0=127,5 г после высушивания при температуре 105оС занимает объем Vс=47 см3 и весит qс=113,2 г.

1. Плотность - масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношения массы породы к ее объему:

??? q0 127,5

? = = = 1,9 г/ см3.

V0 64

2. Плотность сухой породы - масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему:

??? qс 113,2

?с = = = 1,8 г/ см3.

V0 64

3. Плотность минеральных частиц - масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему:

??? qс 113,2

= = = 2,4 г/ см3.

Vc 47

4. Пористость - это отношение объема пор ко всему объему горной породы.

V0 - Vc 64- 47 - gс 2,4 - 1,8

n= = = 0,26 или n= = = 0,26 (26%)

V0 64 2,4

5. Коэффициент пористости - это отношение объема пор в горной породе к объему ее твердой части.

????

--------

V0 - Vc 64 - 47 n 0,26

e--=--------------------------------------=------------------------------------=--0,36 или e = = = 0,36

Vc 47 1 - n 1 - 0,26

6. Весовая влажность W - это отношение массы воды qв, заполняющей поры породы, к массе сухой породы qс :

qв q0 - qc 127,5 - 113,2

W = = = = 0,12 доли единиц или 12%

qc qc 113,2

7. Объемная влажность Wо - отношение объема воды Vв этой породы:

qв qo - qc 127,5 - 113,2

Wо= :Vo = = = 0,216 доли единиц или 21,6%

в в Vo 1 . 64

 W . gс 0,12 . 1,8

Wо= = = 0,216 доли единиц или 21,6%.

в 1

8. Коэффициент водонасыщения - отношение объема воды Vв в горной породе к объему пор Vn:

q0 - qc q0 - qc 127,5 - 113,2

G= :( V0 - Vc)= = =0,84

в в ( V0 - Vc) 1(64 -47)

W 0,12. 2,4

G= = =0,84

в e 1 . 0,36

Вывод: по величине G=0 : 10 выделяют породы: маловлажные (0 : 0,5); влажные (0,5 : 0,8); водонасыщенные (>0,8), следовательно рассматриваемая порода является водонасыщенная.

4.5.2 Гранулярный состав горных пород

Состояние и свойства горных пород находятся в зависимости от степени заполнения объема горных пород минеральным веществом, структура минерального скелета и парового пространства, физической природы связи между минеральными частицами, фазового состояния породы. Это факториальные характеристики. На основании этого все породы, независимо от их происхождения, можно разделить на 3 основные группы: твердые; связные (глинистые); раздельно-зернистые.

Состояние и свойства связных и раздельно-зернистых горных пород определяет гранулярный (зерновой) состав, т. е. весовое содержание в породе частиц различной крупности в процентах от общей массы породы в абсолютно сухом состоянии.

Размеры частиц - от нескольких метров (крупные глыбы в крупнообломочных породах) до тысячных и миллионных долей миллиметров (коллоидные и глинистые частицы) в глинистых породах.

Гранулярный состав определяет такие показатели, как влажность, пористость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницаемость, набухание и т. п. Для определения гранулярного состава проводят гранулометрический анализ, который бывает прямой (непосредственное изменение диаметра частиц) и косвенный (через скорость осаждения частиц в воде ли воздухе).

Разберем комбинированный метод, основанный на комбинации ситового метода (прямого) и метода пипетки (косвенного).

Ситовой - определение гранулярного состава раздельно-зернистых и песчано-глинистых пород. Набор из 9 сит с размерами отверстий: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Процентное содержание фракции составляет

q1 . 100

Ф1= , где q1 - масса фракций, q - масса образца.

q

Метод пипетки - оценка гранулярного состава песчано-глинистых пород через скорость осаждения частиц в приготовленной суспензии. Отбор проб суспензии через определенный интервал времени пипеткой с различной глубины с последующим высушиванием и взвешиванием.

Основной способ изображения гранулярного состава песчано-глинистых пород - кривая в полулогарифмическом масштабе.

Породы делятся по размерам частиц: валуны (камни) - более 200мм, галька (щебень) - 10-20мм; гравий (дресва) - 2-10мм; пески - 0,05-2мм; пыль - 0,005-0,05мм; глины - <0,005мм.

Количественный показатель гранулярной кривой - коэффициент неоднородности Кн = d60 / d10, где d60 и d10 - контролирующий и эффективный диаметры, определяемые с кривой грансостава. Для однородных пород Кн 1, равномерным распределением фракций - Кн = 25 - 100 (песок считается однородным при Кн <3.

Классификация глинистых пород по грансоставу

Исходные данные:

q1 - масса образца (г); Wг - гигроскопическая влажность; qв.с. - масса водорастворимых солей; Vc - объем суспензии; Vп- объем пипетки.

q1 = 17,25 г; Wг = 1,10 %; qв.с. = 0,41 г; В = 10= Ф2,0-0,5

Vc =1000 см3; Vп = 25 см3; А0,5-0,25=0,52 г ; А0,25-0,1=0,74г;

А <0,05=0,29г; А <0,01=0,25г; А <0,005=0,21г; А <0,001=0,16г.

Необходимо:

- рассчитать процентное содержание фракций 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; <0,001 мм;

- построить суммарную кривую гранулярного состава;

- определить процентное содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц;

- установить наименование породы.

1. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание гигроскопической влажности:

100 . q 100 . 17,45

q1г = = = 17,06 г.

100+W 100+1,10

2. Водим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:

q0 =q1г - qв.с. = 17,25-0,41=16,84г.

3. Определяем в образце содержание фракций, выделенных ситовым методом:

а) Ф2-0,5= В = 10%;

А(100-В) 0,52(100-10)

б) Ф0,5-0,25= = = 2,77%

q0 16,84

в) А(100-В') 0,74(100-12,77)

Ф0,25-0,1 = = = 3,93%

q0 16,84

В'=В+ Ф0,5-0,25 = 10+2,77=12,77%

4. Определяем совокупное содержание в образце фракций, выделенных пипеточным способом:

А Vc (100-В”) 0,29 . 1000(100-16,7)

а) Ф<0.05 = = = 57,38%

q0 Vп 16,84. 25

В”= В'+ Ф0,25-0,1 = 12,77+3,93 = 16,7 %

А Vc (100-В”) 0,25 . 1000(100-16,7)

б) Ф<0.01 = = = 57,38%

q0 Vп 16,84. 25

А Vc (100-В”) 0,21 . 1000(100-16,7)

в) Ф<0.005 = = = 41,55%

q0 Vп 16,84. 25

А Vc (100-В”) 0,16 . 1000(100-16,7)

г) Ф<0.001 = = = 31,65%

q0 Vп 16,84. 25

5. Определяем интервальное содержание фракций, выделенных пипеточным способом:

а) Ф0,1-0,05 = 100- В”- Ф<0.05 =100 - 16,7 - 57,38= 25,92%

б) Ф0,05-0,01 = Ф<0.05 - Ф<0.01 = 57,38- 49,46= 7,92%

в) Ф0,01-0,005 = Ф<0.01 - Ф<0.005 = 49,46- 41,55= 7,91%

г) Ф0,005-0,001 = Ф<0.005 - Ф<0.001 = 41,55- 31,65= 9,9%

6. ?Ф = В + Ф0,5-0,25 + Ф0,25-0,1 + Ф0,1-0,5 + Ф0,05-0,01 + Ф0,01-0,005 + Ф0,005-0,001 + +Ф<0.001 = 10 + 2,77+ 3,93+ 25,92+ 7,92+ 7,91+ 9,9+ 31,65= 100%

7. Результаты расчетов:

8. Необходимо по данным таблицы построить кривую гранулярного состава. Так как по оси абсцисс данные откладываются в полулогарифмическом масштабе, то необходимо выбрать масштаб, позволяющий разместить график на листе формата А4. Кратными значениями для десятичного логарифма будут следующие размеры частиц: 0,0001 - 0,001 - 0,01 - 0,1 - 1,0 - 10,0 мм. При размерах листа 30 см наиболее целесообразно выбрать масштаб 5 см, тогда 5 диапазонов умножить на 5 см равно 25 см. Начало координат 0,0001 мм через 5 см - 0,001, еще через 5 - 0,01 и т. д. Так как lg 1,0 = 0, то все значения менее 1,0 будут отсчитываться влево от этой величины, а более - вправо. Например, чтобы найти положение оси абсцисс значение диаметра 0,5 мм, необходимо:

- определить lg 0,5 = -0,301

- масштаб построения 5 см, поэтому: - 0,3 х 5 см = - 1,5 см

- откладываем 1,5 см влево от значения 1,0 мм (lg 1,0 = 0). Остальные значения определяются аналогично.

9. По кривой гранулярного состава определяем коэффициент неоднородности:

d60 0,0075

Кн= = = 25,

d10 0,00025

если Кн= 1, то порода однородная по составу, Кн= 25-1000 порода с равномерным распределением, следовательно в нашем случае порода с равномерным распределением фракций.

10. Определяем по процентному содержанию частиц d < 0,005 мм название породы по классификации.

Процентное содержание глинистых частиц - 58,31%, пылеватых частиц - 13,33 %, песчаных частиц - 17,9 %

Т. к. песчаных частиц больше пылеватых, а глинистых частиц d < 0,005 мм в исследуемой породе равно 58,31 %, следовательно, наша порода - глина.

Список используемой литературы:

1. Геологический словарь. - М.: Недра, 1978, Т.1; Т.2.

2. месторождении полезных ископаемых. // Под ред. Ермолова В. А. - М.: МГГУ, 2001, 570с.

3. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Инженерная геология и гидрогеология. - М.:1989, 383с.

4. Горное дело. Терминологический словарь. // Л. И. Барон, Г. П. Деминюк, Г. Д. Лидин и др. - М.: Недра, 1981Ю 479с.

5. Справочник по инженерной геологии. // Под ред. М. В. Чурининокова. - М.: Недра, 1981,325с.

6. Горная энциклопедия в 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия, 1986.

7. Условные обозначения для горной графической документации. - М.: Недра, 1981, 304с.

8. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Энциклопедия. - М.: Недра, 1973.

9. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. В трех томах. - М.: Недра, 1969

10. Краткий курс месторождений полезных ископаемых. /Под ред. Вахромеева С. А. - М.: Высшая школа, 1967

11. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Кириченко Ю. В. Практикум по инженерной геологии. - М.: МГГУ, 2001, 101с

12. Курс рудных месторождений // Под ред. В. И. Смирнова. - М.: Недра, 1986

13. Леоненко И. Н., Русинович И. А., Чайкин С. И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т. З. Железные руды. - М.: «Недра», 1969, 319с.

Заключение

Полученные в результате анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчетов показатели позволяют оценить характер и режимы водоносных горизонтов и принять действенные меры по дренированию горных выработок. В ходе выполнения курсовой я научилась строить, читать и анализировать гидрогеологические планы, разрезы и другую документацию. Научилась определять гидрогеологические параметры, скоростную высоту; определять расход подземного потока в напорном и безнапорном пластах. А так же определять величины притока к дренам, определять инженерно-геологические условия месторождений, показатели состояния горных пород; научилась обрабатывать результаты комбинирования гранулометрического анализа песчано-глинистых пород.