Реферат: 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.
--PAGE_BREAK--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
№
Водоносный горизонт
Режим
Преобладающая
Мощность, м
Абсолютная отметка
статического уровня,
м
Качественная характеристика водоносного горизонта
Коэффициент фильтрации, м/сут
Водоотдача, %
питание
разгрузка
I
Мергельно-
меловой подгоризонт
-
15-20
-
-
-
2,5
1-5
II
Песчаный подгоризонт
-
28-35
137-142
-
-
12-25
25-40
III
Песчано-меловой горизонт
-
40-50
137-142
Инфильт-рационное
Долина р.Осколец
10-20
15-34
IV
Рудно-кристаллический горизонт
70-80
20-40
137-142
За счет перетекания из вышележащих водоносных горизонтов
Движение потока в сторону Днепровско-Донецкой впадины
0,1-0,5
0,5-2
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
продолжение--PAGE_BREAK--
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=ik=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 hpи геометрической zвысот. 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+8,85.10-6м,
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 qна 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
продолжение--PAGE_BREAK--
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 H1и 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 выработкиR.
/>Сниженный в результате продолжительной откачки уровень воды в вертикальной выработке (например, скважине), соответствующий напору hoв 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 hза 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. H12. 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
2,73kфm S 2,73. 12 . 6 . 23,5 4619,16
продолжение--PAGE_BREAK--
/>/>/>Q = = = = 1593 м3/сут.
lgR – lgr lg826 – lg 1 2,9
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
Q
/>y = H – 0,366 (lgR – lgx).
kфm
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. H5. 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– lgrlg269.2 – lg1
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
продолжение--PAGE_BREAK--
/>/>
/>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 . 176,5–10,5)
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 . 176,5–10,5)
lgR– lgrlg269,2 – lg1
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.
Vc47
4. Пористость – это отношение объема пор ко всему объему горной породы.
/>V— Vc64– 47 — с 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.
V— Vc64 – 47 n0,26
/>/>/>/>0,36 или = = = 0,36
Vc47 1 – n1 – 0,26
6. Весовая влажность W– это отношение массы воды qв, заполняющей поры породы, к массе сухой породы qс :
qв q0 — qc127,5 – 113,2
/>/>/>W= = = = 0,12 доли единиц или 12%
продолжение--PAGE_BREAK--
qcqc113,2
7. Объемная влажность Wо– отношение объема воды Vв этой породы:
qв qo— qc127,5 – 113,2
/>/>/>Wо= :Vo= = = 0,216 доли единиц или 21,6%
/>/>в в Vo1.64
W.с 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= :( V— Vc)= = =0,84
/>/>в в ( V— Vc) 1(64 –47)
/>W0,12. 2,4
/>/>G= = =0,84
/>в 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%
q016,84
в) А(100-В’) 0,74(100-12,77)
/>/>Ф0,25-0,1 = = = 3,93%
q016,84
продолжение--PAGE_BREAK--
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%
q0Vп 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%
q0Vп 16,84. 25
А Vc(100-В”) 0,21. 1000(100-16,7)
/>/>в) Ф<0.005 = = = 41,55%
q0Vп 16,84. 25
А Vc(100-В”) 0,16. 1000(100-16,7)
/>/>г) Ф<0.001 = = = 31,65%
q0Vп 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:
Геологический словарь. – М.: Недра, 1978, Т.1; Т.2.
месторождении полезных ископаемых. // Под ред. Ермолова В. А. – М.: МГГУ, 2001, 570с.
Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Инженерная геология и гидрогеология. – М.:1989, 383с.
Горное дело. Терминологический словарь. // Л. И. Барон, Г. П. Деминюк, Г. Д. Лидин и др. – М.: Недра, 1981Ю 479с.
Справочник по инженерной геологии. // Под ред. М. В. Чурининокова. – М.: Недра, 1981,325с.
Горная энциклопедия в 5-ти томах. – М.: Советская энциклопедия, 1986.
Условные обозначения для горной графической документации. – М.: Недра, 1981, 304с.
Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Энциклопедия. – М.: Недра, 1973.
Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. В трех томах. – М.: Недра, 1969
Краткий курс месторождений полезных ископаемых. /Под ред. Вахромеева С. А. – М.: Высшая школа, 1967
Гальперин А. М., Зайцев В. С., Кириченко Ю. В. Практикум по инженерной геологии. – М.: МГГУ, 2001, 101с
Курс рудных месторождений // Под ред. В. И. Смирнова. – М.: Недра, 1986
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.