Способ определения показателей физико-механических свойств горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и геологоразведке.

Известен способ определения показателей физико-механических свойств, включающий лабораторные испытания и определение петрографических признаков по шлифам образцов горных пород /1 /.

Недостатком способа является низкая достоверность определения физико-механических свойств горных пород вследствие необходимости визуального (под микроскопом) определения количественных характеристик геологических признаков, что приводит к потере точности.

Кроме того, известный способ не позволяет определять свойства пород из месте залегания (в массиве).

Наиболее близким техническим решением является способ, включающий определение показателей физико-механических свойств горных пород с учетом литологиче- ской принадлежности, состава цемента и условий осадконакопления. выраженных через структурно-текстурные признаки, и установление парных корреляционных зависимостей между показателями физико- механических свойств и указанными геологическими факторами /2/.

х о о

о ю

Недостатком известного способа является невысокая достоверность определения показателей физико-механических свойств горных пород, т.к. не учитываются факторы: степень выветрелости породы, ее фациаль- ная принадлежность и цикл осадконэкопле- ния.

Целью изобретения является повышение достоверности определения показателей физико-механических свойств горных пород.

Данный способ при массовых испытаниях образцов горных пород позволяет уменьшить в 2 раза трудоемкость операций за счет сокращения количества испытываемых образцов, а также дзет возможность определять показатели свойств пород непосредственно в массиве без отбора образцов.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения показателей физико- механических свойств горных пород, включающем отбор образцов пород, определение литологического типа породы, состава цемента породы, определение условий осадконакопления, обработку получен- ныхданныхметодом

регрессионно-корреляционного анализа и определение показателей физико-механических свойств пород на основе корреляционного уравнения, определяют фацию породы, степень вывегрелости породы и цикл осадконакопления породы, вычисляют эмпирические коэффициенты степени влияния указанных геологических факторов на показатель физико-механических свойств пород, а корреляционное уравнение для определения показателя физико-механических свойств горных пород имеет вид: П ао+а1Л+а2Ф+азЦ+а4В+350+ абЛ2+а7Ф2+а8Ц2+аэР ,(1)

где П -- показатель физик еханических свойств пород;

асгаю эмпирические коэффициенты степени влияния геологических факторов на показатель физико-механических свойств пород;

Л - численное значение литологического типа породы (, 2, З...п);

Ф - численное значение фации породы (ф-1.2,3...п);

Ц - численное значение состава цемента (. 2,...п);

В - численное значение степени выветрелости (в-1, 2,...п);

О -- номер цикла осадконакопления (о-1,2...п).

Способ реализуют следующим образом.

На изучаемом месторождении производит отбор 100 образцов, по которым лабораторным способом определяют показатели физико-механических свойств. Дополнительно к этому поданным образцам опреде- ляют геологические факторы, формирующие горные породы, а именно: литологический тип, фацию, состав цемента, степень выветрелости и цикл осадконакопления. Каждому признаку геологических факторов присваивают численное значение. После этого методами регрессионного анализа находят эмпирические коэффициенты степени влияния геологических факторов на

5 показатели физико-механических свойств пород.

Для остальной части пород данного месторождения показатели физико-механических свойств рассчитывают по

0 геологическим факторам по формуле (1).

Пример. При исследовании физико- механических свойств Экибастузского каменноугольного бассейна было отобрано 100 образцов, по которым лабораторными

5 методами были известными способами (см. Барон Л.И. Определение свойств горных пород, 1962 г.) определены показатели физико-механических свойств пород: объемный вес, предел прочности при сжатии и при

0 растяжении, контактная прочность, зивность и скорость продольной волны. Дополнительно по этим же образцам были определены геологические факторы: литологический тип, фация, состав цемента, сте5 пень выветрелости и цикл осадконакопления. Каждому признаку геологического фактора было присвоено численное значение (табл. 1). Методами регрессионного анализа были найдены эм0 лирические коэффициенты степени влияния этих факторов на показатели физико-механических свойств пород (табл. 2). Для определения физико-механических свойств пород из любой части месторождения те5 перь достаточно определить геологические факторы породы и, используя данные таблиц 1, 2 и формулу 1, рассчитать значение показателя свойств породы.

Так, например, следует определить пре0 дел прочности при сжатии Осж песчаника () руслового (), с карбонатно-глини- стым цементом (), невыветренного (), отобранного из междупластия 8 цикла осадконакопления ().

5 огсж 79.7+48,7x1-0,59x7-110,4x2+45,6x3+

+1,92х8-23,5х 1 -0,90x49+85,4x4- 0,073x25+ +0,27x64 436,8 (МПа)

Аналогичным способом можно определить показатели физико-механических

свойств для любого осадочного месторождения.

Формула изобретения Способ определения показателей физико-механических свойств горных пород, включающий отбор образцов пород, определение литологического типа породы, состава цемента породы, определение условий осадконакопления. обработку полученных данных методом регрессионно- корреляционного анализа и определение показателей физико-механических свойств породы на основе корреляционного уравнения, отличающийся тем. что, с целью повышения достоверности определения физико-механических свойств, определяют фацию породы, степень выветрелости породы и цикл осадконакопления породы, вычисляют эмпирические коэффициенты степени влияния указанных геологических факторов на показатель физико-механических свойств породы, а корреляционное

уравнение для определе 1я показателя Физико-механических свойств горж л юрод имеет вид

П ао- -а 1Л-| а2Ф+азЦ+а asO +абЛ2+а7Ф2+а8Ц24-адВ2-1а1о07,

где П - показатель физико-механических свойств пород;

ао-аю - эмпирические коэффициенты степени влияния геологических факторов на 0 показатель физико-механических свойств пород;

Л - численное значение литслогическо- го типа породы (, 2...П);

Ф - численное значение фации породы 5 (Ф-1.2...П);

Ц - численное значение состава цемента (, 2....П);

В - численное значение степени выветрелости (. 2...П);

0 О - номер цикла осадконакопления (0-1. 2....П).

Т а б л и ц а 1

Использование: для определения физико-механических свойств горных пород в горнодобывающей и геологоразведочной отраслях. Сущность изобретения: отбирают часть образцов месторождения и проводят на них лабораторные определения физико- механических свойств, дополнительно для них определяют технологические факторы, формирующие горные породы: литологиче- ский тип, фацию, состав цемента, степень выветрелости, цикл осадконакопления, и рассчитывают эмпирические коэффициенты степени влияния геологических факторов на показатели физико-механических свойств и показатели физико-механических свойств остальных образцов из массива месторождения. 2 табл. сл с

Количественные значения геологических йэкторо, используемых при определении показателей физико-механических свойств горных пород

гикеский тип (л)

ьная обстановдконакопления

цемента (ц)

ь выветре(в)

садкомахоп- (о)

Песчаник Алевролит Аргиллит Аргиллит углистый

Торфяное болото

Озеро глубоководное

Озеро пойменное

Озеро проточное

Пойма

Прирусло

Русло

Глинистый

Ка рбона тно-глинистый

Карбонатный

Сильно аыветрелый Выветрелые Средне выоетрелые Сла(выветрелые Невыэетрелые

1 2

г k

5

6

7

8

9

10

П

12

13

1 t

Визуальный

Визуальный

lie вскипает с 10% КС Оскипает с НС1 в пор Бурно вскипает с НС1

Глубина залегания 40 - -«1055- -85- -100

Иесто залегания поро в стратиграфическом разрезе

Значения эмпирических коэффициентов степени влияния геологических факторов а показатели физико-механических свойств порол

ГЬкаэатели физико-I

механических свойств I - породI

Значения коэффициентов при геологических факторов

«о

:CIl n™ Zl I :LLJf.J-.:-..l-.f..J-.-.l.L

t 43 0 21 0,05 0.01 0,036 0,006 0,062 0,006 -0,028 0,00005 0.000082 06««ний ,ес, kgj . .,, t5i6 , 92 -23,5 -0,9085. -0.0730,27

Предел прочности при

сжатии, МПз0,13 Я,23 -5,51 35.М) 3.20 1,21( -5.8. 0,.97 -0,021 -0,0284

Предел прочности при

растяжнии, НПа7.37 -9.91 ,90 -В,8| 9,37 0,7 0,13 0,656,1-5 -0,0038 0.0926

Контактная прочность,

кг/им 30,56 -10,91 -8,92 -ЗЛ О,Я -0,41 1.48 1,440,70 -0,0088 0.075

Абраэивмость, мг2096,7 634,4 -1%,6 -464.1 144,4 -50.6 -169.2 22.3261,7 -1,082,19

Скорость продольной яолнн, к/сен

Т бяицв2