Геоменаническое обоснование устойчивости горных выработок в соляных и ледовых отложениях

Краткое описание

2 ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...4

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГОПЛАСТИЧНЫХ МАССИВОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ...12

1.1. КРАТКАЯ МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОЛЯНЫХ ПОРОД...12

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОЛЯНЫХ ПОРОД...17

1.3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЬДОВ...23

1.4. АНАЛИЗ РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УСТОЙЧИВОСТИ КОНТУРОВ ВЫРАБОТОК В РАЗЛИЧНЫХ ГОРНЫХ МАССИВАХ...30

1.5. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ...35

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ...36

2.1. ОБЩИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ...36

2.2. ВЫБОР СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УПРУГО-ПЛАСТИЧНЫХ ПОРОД...37

2.3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ СОЛЯНЫХ ПОРОД...42

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЬДА...50

2.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ...54

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СОЛЯНЫХ И ЛЕДОВЫХ МАССИВАХ...57

3.1. ВЫБОР МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ РЕОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА...57

3.2. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТОНКИХ СЛОЕВ КАЛИЙНОЙ СОЛИ...61

3

3.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЯДРА ПОЛЗУЧЕСТИ УПРУГОПЛАСТИЧНЫХ ПОРОД...68

3.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКРЫТЫХ СТВОЛОВ

СКВАЖИН В МОЩНЫХ ЛЕДОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ...71

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3...76

ГЛАВА 4. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ СОЛЯНЫХ И ЛЕДОВЫХ МАССИВОВ ВБЛИЗИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И СКВАЖИН...78

4.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ МАССИВОВ И ВЫРАБОТОК...78

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ И ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ЦЕЛИКОВ РАЗЛИЧНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФОРМ...79

4.3. УСТОЙЧИВОСТЬ УПРУГО-ПЛАСТИЧНОГО ГОРНОГО МАССИВА ВБЛИЗИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК...86

4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ СТОЛБА ЗАЛИВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ

БУРЕНИИ СКВАЖИН В ЛЕДОВЫХ МАССИВАХ...91

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4...97

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...100

ЛИТЕРАТУРА...103
Введение

4 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

Необходимость поддержания устойчивости горного массива и сохранения контуров существующих и вновь сооружаемых горных выработок, а также поддержание открытого ствола буровых скважин (особенно глубоких) в толще упругопластичных массивов (в солях и особенно мощных ледовых отложениях) является актуальной научно-технической задачей. Актуальность темы подчеркивается также тем, что отработанные горные выработки в соляных отложениях могут быть использованы, в частности, для захоронения и временного хранения отработанного ядерного топлива и других радионуклидных отходов. Разработка методов поддержания контуров выработок и скважин требует при этом оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) упругопластичного массива вблизи названных выработок и скважин, что является самостоятельной и актуальной научно-технической задачей.

В этой связи особую актуальность приобретают исследования процессов деформирования упруго-вязко-пластичных массивов, а также вопросы, связанные с разработкой достаточно простых и достоверных методик оценки устойчивости и напряженно-деформированного состояния (НДС). Данное направление имеет самостоятельное значение и ориентировано на регистрацию различных форм проявления горного давления. В тоже время оно является неотъемлемой частью параметрического обеспечения геомеханических расчетов и вызывается необходимостью предупреждения конвергенции (затекания) контуров горных выработок и скважин в толще упругопластичных массивов.

Как известно, все соляные породы, а также мощные ледовые отложения весьма склонны к ползучести, то есть к способности деформироваться при длительном действии постоянных во времени нагрузок. В связи с этим для

5

использования теоретических расчетов при решении различных горнотехнических задач весьма актуальным является знание и определение реологических свойств указанных выше пород и массивов. Исходя из этого, весьма целесообразным и особенно сложным является определение параметров пластической деформации, обусловленной ползучестью ледовых толщ и соляных пластов, в первую очередь, так называемого ядра ползучести (или ядра наследственности), без которого невозможно составить реологическое уравнение. Таким образом, наряду с аналитическими проработками, возможно и экспериментальное определение параметров ядра ползучести для конкретных соляных или ледовых массивов.

Особую актуальность приобретает проблема обеспечения безопасной и рациональной отработки калийных и каменно-соляных месторождений подземным способом, а именно: учет влияния фактора времени на напряженно-деформированное состояние пород вокруг горных выработок. Эта проблема имеет важное значение для оценки устойчивости капитальных и подготовительных выработок, камерных целиков, потолочин и других конструктивных элементов.

При этом большой вклад в развитие теории и практики оценки ползучести соляных пород внесли отечественные ученые и специалисты: Асанов В.А., Барях А.А., Булычев Н.С., Бесков М.И., Глушко В.Т., Ержанов Ж.С., Константинова С.А., Крайнев Б.А., Максимов А.П., Николайчук Н.Н., Пермяков Р.С., Проскуряков Н.М., Протосеня А.Г., Соколовский В.В., Ставрогин А.Н., Фотиева Н.Н., Черников А.К. и др.

Говоря о ледовых отложениях, следует отметить, что лед является одним из самых распространенных твердых тел на земной поверхности. Примерно 20 млн. км , или 1,7% всего объема воды на Земле, находится в виде льда; ледниками покрыто около 16 млн. км2, или 10,8% поверхности суши, что составляет 3,1 % всей площади Земли [93]. Многолетнемерзлая порода, содержащая лед, занимает более 14 млн. км2. Пространственное размещение

6

природных ледяных тел и их взаимодействие с окружающей средой связано с изменением внутренней энергии физических, химических, механических свойств льда и его динамикой. Законы движения природного льда в пространстве и внутренний массоперенос вещества в нем определяется механическими процессами и условиями окружающей среды, что обусловливает необходимость решения проблемы механики природных льдов. Помимо теоретических аспектов, многообразно практическое использование основ механики природных льдов. Мощные ледники (арктические и, особенно, антарктические) определяют климат если не всего земного шара, то достаточно обширных регионов, а также термический режим гидросферы и литосферы. Наличие больших массивов льда на суше и на громадных водных пространствах, их непрерывная динамика существенно отражаются на региональном неравномерном распределении тепловой энергии на всей площади Земли. В среднем за год покрывается снегом и льдом около 72 млн. км2 земной поверхности, и на всем этом огромном пространстве приход солнечной энергии втрое меньше нормального. Оледенение планеты оказывает определяющую роль в геолого-геофизических процессах, в эволюции животного и растительного мира. Поэтому изучение мощных ледников, в первую очередь, антарктических, является важной научной и практической задачей, которая определяет необходимость отбора проб льда для его изучения с больших глубин (до 3,5 км на ст. Восток в Антарктиде). А это в свою очередь можно осуществлять только бурением глубоких скважин с обеспечением устойчивости их стволов в ледовом массиве при его пластическом течении (ползучести), что определяет необходимость осуществления специфических мероприятий по реализации технологии такого бурения. Этот фактор и определяет актуальность изучения поведения льда как упруго-вязко-пластичного массива, в первую очередь, его напряженно-деформированного состояния (НДС).

7

В области изучения поведения льда под нагрузкой широко известны работы: Баркова Н.И., Быченкова Е.И., Васильева Н.И., Зотикова И.А., Короткевича Е.С., Кудрявцева В.А., Кудряшова Б.Б., Савельева Б.А., Слюсарева Н.И., Цытовича Н.А., Шумского П.А. и других.

Выбор соляных пород и мощных ледовых отложений в качестве объектов исследований по диссертационной работе определяется сходством их реологических свойств и относительно недостаточной изученностью. При этом реологическое сходство проявляется в широком диапазоне нагрузок и температур, при которых соляные породы и лед ведут себя как массивы, способные деформироваться во времени под действием постоянных нагрузок (собственно ползучесть) со снижением напряжений при постоянной деформации (релаксация) и изменении прочности в ходе длительного действия нагрузки.

Актуальность темы диссертации подчеркивается ее соответствием плану НИР СПГГИ (ТУ) по основным научным направлениям (х/д 5/2001 "Разработка научно обоснованных рекомендаций по ремонту и восстановлению горных выработок на нефтешахтах ОАО "Битран"; х/д 15/2003 "Разработка технических средств и технологии оперативного закрепления интервалов с неустойчивыми горными породами при бурении глубоких скважин").

Цель работы заключается в повышении устойчивости горных выработок в упруго-вязко-пластичных массивах на примере соляных и ледовых отложений.

Идея работы заключается в геомеханическом обосновании повышения устойчивости горных выработок и глубоких скважин, а также в оценке напряженно-деформированного состояния (НДС) соляных и ледовых массивов, которые могут базироваться на доказанной идентичности их реологических свойств.

Г

8 Задачи исследований:

1. Оценка физико-механических и реологических свойств соляных пород и ледовых толщ и обоснование идентичности их поведения в зонах влияния горных выработок и скважин.

2. Исследование реологического состояния и НДС соляных пород на примере тонких слоев калийной соли в соответствии с моделью течения вязкой жидкости.

3. Экспериментальное определение параметров ядра ползучести (наследственности) соляных пород как функций и времени и уровня нагружения.

4. Разработка рекомендаций по обеспечению сохранности контуров открытых стволов скважин в ледовых массивах.

5. Разработка научно-практических рекомендаций по геомеханическому обоснованию методов предупреждения конвергенции контуров горных выработок в соляных породах на примере подготовительных и очистных забоев.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Функция податливости, скорость деформации и пластическая вязкость соляного массива линейно зависят от времени и уровня нагружения, при этом поведение калийной соли в маломощных пластах может быть удовлетворительно аппроксимировано моделью течения вязкой жидкости.

2. Линейные деформации охранных сооружений при камерной отработке соляных месторождений оцениваются значениями коэффициентов объемной жесткости целиков, при этом возможные нагрузки на крепь подготовительных выработок могут быть определены радиусом предельной области влияния выработки на устойчивость горного массива.

3. Обеспечение устойчивости контура ствола скважины при бурении в мощных ледовых отложениях идентичных по реологическим свойствам соляным массивам, обеспечивается посредством заливки скважин

9

незамерзающей жидкостью, высота столба которой определяется мощностью самих ледовых отложений, параметрами заливочной жидкости, законом и скоростью течения льда и технологическими особенностями бурения.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций

определяется достаточным уровнем сходимости расчетных и г, экспериментальных данных, при доверительной вероятности 85-92 % и

подтверждается результатами исследований других авторов.

Научная новизна заключается в установлении закономерностей деформирования соляных и ледовых массивов вблизи горных выработок и скважин, как функций физико-механических и реологических свойств, закона течения и параметров ядра наследственности (ползучести) массивов в зависимости от времени и уровня нагружения.

Практическая ценность работы состоит в разработке:

*' - методики определения возможных эпюр конвергенции и нагрузок на

крепь горных выработок посредством уточнения параметров ядра ползучести и определения пластической вязкости соляного массива;

- методики оценки линейных деформаций охранных сооружений при разработке соляных месторождений по коэффициентам объемной жесткости целиков;

- методики расчета необходимой высоты столба заливочной жидкости при irj бурении глубоких скважин в ледовых массивах на основе определения закона и

скорости течения льда.

Реализация результатов исследования: при выполнении НИР по геомеханическому обоснованию устойчивости горных выработок и скважин различного назначения, а также в учебном процессе при подготовке горных инженеров-строителей.

Г

10

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, участие в их выполнении и обработке результатов, разработка практических рекомендаций по реализации результатов работы.

Публикации: основное содержание диссертационной работы опубликовано в 6 печатных работах.

Апробация работы: содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых и студентов в 2001-03гг. (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург); Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада России" (Санкт-Петербург, 2002); 13-ой Зимней школе по механике сплошных сред и Школе молодых ученых по механике сплошных сред (Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, 2003); Международной конференции "Проблемы геомеханики и механики подземных сооружений" (Тульский государственный университет, Тула, 2003).

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, изложенных на 112 страницах машинописного текста; содержит 11 таблиц, 14 рисунков, и списка литературы из 121 наименований, в числе которых 5 зарубежных.

Содержание работы:

Во введении приводится общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель, задачи и основные защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор и анализ напряженно-деформированного состояния упругопластичных массивов по литературным и фондовым источникам. Приведен анализ и сравнительная характеристика физико-

11

механических и реологических свойств соляных пород и льда. Обоснованы цель и задачи исследований.

Во второй главе обобщена методология исследований упругопластических сред, описаны аналитические и экспериментальные исследования, а также дана методика обработки результатов экспериментов.

Третья глава диссертации посвящена исследованию реологических процессов, имеющих место в соляных породах и мощных ледниках. Дано решение задачи об устойчивости горных выработок в соляных массивах и произведена оценка их НДС. Выбрана модель для оценки НДС массива калийных солей, позволяющая достаточно просто качественно и количественно описать их поведение. Приведено реологическое описание поведения вязкоупругих массивов, а также экспериментальное определение параметров ядра ползучести вышеуказанных пород. Обоснован метод заливки глубоких скважин во льду как способ предупреждения заплывания стволов скважин.

В четвертой главе работы приведены решения по обеспечению устойчивости подготовительных и очистных выработок в соляных породах, а также открытых стволов скважин в мощных ледовых отложениях. В частности предложены методики расчета возможных нагрузок на крепь подготовительных выработок и линейной деформации целиков очистных выработок на основе определения объемного коэффициента их жесткости, а также определена высота столба заливочной жидкости скважин при их проходке в толще мощных ледовых отложений в зависимости от мощности ледника, параметров ядра ползучести льда и технологических особенностей бурения.

В заключение приведены основные выводы и рекомендации по работе, отражающие результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами, решение которых обеспечило достижение поставленной в диссертационной работе цели.

12

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГОПЛАСТИЧНЫХ МАССИВОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. КРАТКАЯ МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

СОЛЯНЫХ ПОРОД

В настоящее время в мире известно около 37 бассейнов ископаемых калиймагнезиальных солей. Из них 20 находится в Европе, 5 - в Азии, 6 — в Северной Америке, 2 — в Южной Америке и 4 — в Африке. По комплексу калийных минералов и их пород 24 месторождения (65 % от общего числа всех бассейнов) относятся к хлоридному, 8 (21,6 %) - к сульфатно-хлоридному, 4 (10,8 %) - к хлоридно-сульфатному и лишь 1 (2,6 %) - к сульфатному типам.

По возрасту важнейшие месторождения солей распределяются следующим образом:

третичные отложения: миоцен (Прикарпатское месторождение); олигоцен (месторождения в долине р. Эбро, Испания, Эльзасские месторождения); юрские отложения (Гаурдакское и другие среднеазиатские месторождения);

пермские отложения: верхний отдел (месторождения Германии, Северной Америки); нижний отдел (Верхнекамское на Урале, Индерское месторождение); девонские отложения (Старобинское).

Пермские отложения характеризуются наиболее мощными накоплениями минеральных солей в различных частях земного шара, что свидетельствует о наиболее благоприятных условиях осадкообразования из морских рассолов, имевших место в этот период.

Минеральные соединения соляных месторождений можно подразделить на три группы (табл. 1.1).

13

ы.

Таблица 1.1

Минеральные соединения соляных месторождений1

Название минерала Химическая формула Главные элементы и их содержание в минерале, % Плотность, кг/м3-1О'3 Твердость по шкале Мооса

Хлориды

Галит (каменная соль) NaCl натрий: 39,4 2,2 2

Сильвин КС1 калий: 51,7 1,98 1,5-2

Карналлит NaClKClMgClr6H2O калий: 14,1; магний: 8,7 1,6 1

Сульфаты

Лангбейнит K2SO4MgSO4 калий: 18,8; магний: 9,8 2,8 3-4

Кизерит MgSO4H2O магний: 17,6 2,57 3,5

Полигалит 2CaSO4K2SO4 MgSO4-2H2O калий: 13; магний: 4,2; кальций: 13,3 2,7 2,5-3

Мирабилит (глауберова соль) Na2SO4-10H2O натрий: 14,3 2,7 3-4

Ангидрит CaSO4 кальций: 29,4 2,8-3,0 3-3,5

Гипс CaSO4-2H2O кальций: 23,3 2,3 1,5

Хлоридосульфаты

Каинит KClMgSO4-3H2O калий: 15,7; магний: 9,8 2,1 3

Соляные месторождения, в которых содержался бы только один минерал, встречаются редко [12, 98, 112]. Месторождения ископаемых солей представлены обычно смесью отдельных минералов с разным процентным отношением. Так, минералы галит и карналлит образуют вместе карналлитовую горную породу (карналлит), галит с сильвином - сильвинит, галит и сильвин с кизеритом - хартзальц и т.д. Однако некоторые минералы (галит, ангидрит, гипс) образуют самостоятельно, без участия других минералов, горные породы, являющиеся нередко вмещающими для ряда соляных месторождений.

Наиболее распространенными породами соляных толщ являются каменная соль, сильвиниты, карналлитовые и бишофитовые породы. Физико-механические свойства их зависят как от минерального состава, так и от текстурно-структурных особенностей. Геологическое описание соляных пород,

**•

1 Все бассейны условно отнесены к месторождениям, так как в них вероятно обнаружение промышленных залежей.

14

минералогия и петрография основаны на материалах, изложенных в работах [34, 34, 64, 66. 75, 84, 85], что позволяет дать обобщенную структурную характеристику этих пород, в частности, на примере Верхнекамского месторождения.

Это месторождение расположено в пределах Чердынского, Соликамского и Березниковского районов Пермской области и занимает площадь свыше 6,5 тыс. км2 [56, 57,71,72].

Геологическое строение Верхнекамского месторождения показано в табл. 1.2. Каменная соль на месторождении разделяет продуктивные пласты калийной залежи и слагает подстилающую каменную соль, а также зоны замещения продуктивных пластов. Она представляет собой почти мономинеральную породу, сложенную на 90 - 98 % галитом (NaCl). В качестве примесей в ней встречаются ангидрит (CaSC4), силикаты (в основном глинистые минералы), карбонаты (доломит - CaMg(CC3)2, кальцит - СаСОз) и др.

При петрографической характеристике пород соленосной толщи выделяют подстилающую каменную соль, залегающую в основании разреза соляной толщи (сложена слоями общей мощностью 300 - 350 м). Структура каменной соли обычно неоднородная. По структурным и текстурным особенностям выделены три разновидности каменной соли:

1) светло-серая и белая, преимущественно среднезернистая, с отчетливой зонально-зернистой структурой зерен галита;

2) серая и темно-серая, средне- и крупнозернистая, с хорошо сохранившейся зональной структурой в крупных зернах галита и рассеянными по прослою округлыми стяжениями ангидрита размерами от долей миллиметра до 2 - 5 мм;

3) желтовато-розовая микрозернистая с перекристаллизированными участками прозрачного крупнокристаллического галита.

15

Геологическое строение Верхнекамского месторождения

Таблица 1.2

Возраст Наименование отложений, зон и пород Мощность, м (от - до) Глубина распространения отложений в районе Соликамского рудника, м (от - до)

Послетретичный Наносы (пески, глины, галечники) 2-30 0-10

Пермская система, казанский ярус Известняково-песчаниковая толща и глинисто-песчаниковая толща (горизонт медистых песчаников) 0-250 В районе Соликамска эти отложения отсутствуют

Глинисто-мергелистая толща 40-100 10-80

Гипсоносная толща 10-70 90-100

Переходная толща 0-70 -

Покровная каменная соль 0-70 100-140

Карналлитовая зона 70-90 140-220

Сильвинитовая зона 25-30 220-250

Нижняя каменная соль 250-400 250 и выше

Подкунгурская толща, артинский ярус Глинисто-ангидритовые отложения До 380 -

Глинисто-известняковая толща 40-100 -

При изучении ископаемых солей часто используют классификацию, предложенную Я.Я. Яржемским [121].

Двухкомпонентные породы, состоящие, например, из сильвина и галита, образуют следующий ряд в зависимости от содержания в них сильвина [114]: 1. 0 - 5 % сильвина - галитовая порода (каменная соль) с примесью

сильвина;

- сильвин-галитовая порода (сильвинсодержащая каменная соль);

- сильвинит нормальный (галит-сильвиновая порода);

4. Свыше 50 % сильвина — сильвиновая порода (богатый сильвинит).

Аналогичный ряд образуют породы, состоящие соответственно из каинита в сочетании с галитом, лангбейнита, полигалита и карналлита с галитом, но если порода с содержанием КС1 от 15 до 50 % имеет

(остальное галит)

2. 5 - 15 % сильвина

3. 15— 50 % сильвина

16

специфическое название "сильвинит", то породы с соответствующим содержанием каинита, лангбейнита, полигалита и карналлита носят название галит-каинитовой, галит-лангбейнитовой, галит-полигалитовой или галит-карналлитовой. При содержании каинита, лангбейнита, полигалита или карналлита свыше 50 % породы, ими сложенные, называются каинитовой, лангбейнитовой, полигалитовой или карналлитовой.

В классификации и номенклатуре трехкомпонентных пород учитываются количественные соотношения минералов, которые располагаются в порядке возрастания их процентного содержания. Для основных породообразующих минералов граничными значениями являются: от 0 до 5; от 5 до 15; от 15 до 50 и свыше 50 %.

При изучении соленосных толщ сталкиваются с двумя типами месторождений: с месторождениями, сложенными исключительно хлоридными солями натрия, калия и магния при явно подчиненной роли сульфатного компонента, и с месторождениями, в которых сульфатные породы доминируют над хлоридными. Во-первых, основными породами являются гипсовые и ангидритовые, каменная соль, сильвиниты карналлитовые (и их переходные разности); во-вторых, кроме гипсовых и ангидритовых, основными породами служат полигалитовые, каинитовые, лангбейнитовые, кизеритовые и переходные между ними разности (смешаные породы). Естественно, что нередко в сульфатных месторождениях определенную роль играют хлоридные минералы или ими образованные породы. Часть минералов, входящих в состав галогенных пород, образует так называемый нерастворимый в воде остаток. К таким частично разлагающимся в воде породам относятся гипсовые, ангидритовые и полигалитовые [36, 83,114].

Главные породообразующие минералы месторождения (галит, сильвин, карналлит) обычно встречаются парами: галит - сильвин (сильвинитовая руда), галит - карналлит (карналлитовая руда) - и реже вместе (смешаные руды). Несоляная составляющая руд - минералы группы карбонатов (кальцит,

17

доломит, магнезит), сульфата кальция (гипс, ангидрит) и алюмосиликатов (слюда, полевые шпаты, хлорит и др.) содержатся в рудах в количестве от 2,0 до 10-15%.

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОЛЯНЫХ ПОРОД

Известно достаточно большое количество работ, посвященных исследованию физико-механических свойств соляных пород в лабораторных условиях. Значительное количество результатов механических испытаний, полученных до 1973 г., обобщены в монографии Н.М. Проскурякова, Р.С. Пермякова, А.К. Черникова [86], результаты более поздних исследований представлены в ряде справочников.

В силу того, что составляющие соляные породы минералы (галит, сильвинит, карналлит, ангидрит и глинистые породы) обладают различной прочностью, прочность образцов соляных пород будет зависеть от содержания отдельных минералов в них. Поэтому между прочностью кристаллов и прочностью встречающихся в натурных условиях соляных пород отмечается разница, так как в последних важную роль играет прочность составляющих их минералов.

Прочность соляных пород при одноосном сжатии является функцией сцепления между отдельными зернами. Зная структуру и состав соляных пород, можно найти качественные и количественные зависимости их прочности от содержания составляющих минералов.

Испытания физико-механических свойств имеют широкие цели и служат для выявления всех особенностей деформаций, сдвижений, напряженного состояния и разрушений в выработках и в окружающих породах.

Приведенный в работе [86] сравнительный анализ свойств соляных пород конкретных месторождений указывает на их значительный разброс для различных бассейнов. Кроме того, особенности строения соляных пород, их
Список литературы