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 0о
С устанавливаются в конце ноября – начале декабря; среднесуточная температура самого холодного месяца (января) -8,4о
С; абсолютная минимальная температура -41о
С, наибольшая глубина промерзания почвы 180см; снеготаяние начинается в мае. Среднемесячная температура самого жаркого месяца (июня) +41о
С. 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
№ |
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:
H
1
-
H
2
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
*
k
ф
=0,002*
5=0,01 м/сут
,
где k
ф
=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
H
1
-
H
2
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.
H
Г
=
hp
+
z
=8+20=28м.
Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой)
hv
.
u
2
3,62
(3.6/86400)2
hv
= = = =8.85.
10-6
м,
2
g
19,6 19,6
где u
– действительная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.
Тогда H
Г
=
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
mBk
ф
(
H
1
-
H
2
)
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:
mk
ф
(
H
1
-
H
2
)
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
=
q
6=21,6 .
6=129,6 м3
/сут.
Уравнение депрессионной кривой
x
175
Н=Н1
- (
H
1
-
H
2
)=172- (172-171)=171,5 м;
l
350
x
180
Н=Н1
- (
H
1
-
H
2
)=173- (173-172)=172,5 м;
l
360
x
260
Н=Н1
- (
H
1
-
H
2
)=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
Bk
ф
(
H
1
2
-
H
2
2
) 100 .
5(1762
-1752
)
Q
=
qB
= = =8775 м3
/сут.
2
l
.
2 .
350 .
0.02
Уравнение для единичного расхода потока через известный напор H
1
и неизвестный напор Н
в сечении на расстоянии х
от начала координат:
k
ф
(
H
1
2
-
H
2
2
) 5(1762
-1752
)
q
= = =87,75 м3
/сут.
2
l
.
2 .
350 .
0.02
Уравнение депрессионной кривой
x
175
Н=
H
1
2
- (
H
1
2
-
H
2
2
) = 1762
- (1762
-1752
) =175,5 м;
l
350
x
270
Н=
H
1
2
- (
H
1
2
-
H
2
2
) = 1772
- (1772
-1762
) =176,5 м;
l
540
x
160
Н=
H
1
2
- (
H
1
2
-
H
2
2
) = 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:
k
ф
=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,
k
ф
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
k
ф
.
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
k
ф
m S 2,73 .
12 .
6 .
23,5 4619,16
Q = = = = 1593
м
3
/
сут
.
lgR – lgr lg826 – lg 1
2,9
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
Q
y = H – 0,366
(lgR – lgx).
k
ф
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)=167,9
м
;
6 .
12
1593
y4
=173,5 – 0,366 (lg826 – lg247,8)=169,3
м
;
6 .
12
1593
y5
=173,5 – 0,366 (lg826 – lg413)=171,1
м
;
6 .
12
1593
y6
=173,5 – 0,366 (lg826 – lg660,8)=172,9
м
.
6 .
12
4.4.2 Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене
Данные для выполнения расчетов:
k
ф
=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,
k
ф
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
=
H
1
-166=176,5-166=10,5 м.
Радиус выработки r
=1 м;
Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости
k
ф
.
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 k
ф
(2H-S)S 1,37 .
5(2 .
176,5 –10,5)10,5
Q = = = 10264.3
м
2
/
сут
.
lgR
–
lgr
lg
269.2 –
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 lg26
9
,2 – lg 1
1,
73
= 2
7556
+3
596,25
= 17
3,5
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
–
lgr
lg
269,2 –
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 105о
С 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:
q
0
127,5
= = = 1,9 г/
см3
.
V
0
64
2. Плотность сухой породы
– масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему:
q
с
113,2
с
= = = 1,8 г/
см3
.
V
0
64
3. Плотность минеральных частиц
– масса минерального скелета породы в единице его объема,
численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему:
q
с
113,2
= = = 2,4 г/
см3
.
Vc
47
4. Пористость
– это отношение объема пор ко всему объему горной породы.
V
0
-
Vc
64– 47 -
g
с
2,4 – 1,8
n
=
= =
0,26
или n
= = = 0,26 (26%)
V
0
64 2,4
5. Коэффициент пористости
– это отношение объема пор в горной породе к объему ее твердой части.
V
0
-
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 q
в
,
заполняющей поры породы, к массе сухой породы q
с
:
q
в
q
0
-
qc
127,5 – 113,2
W
= = = = 0,12 доли единиц
или 12%
qc
qc
113,2
7. Объемная влажность
W
о
– отношение объема воды V
в
этой породы:
q
в
qo
-
qc
127,5 – 113,2
W
о
= :
Vo
= = = 0,216 доли единиц
или 21,6%
в в
Vo
1.
64
W
.
g
с
0,12.
1,8
W
о
= = = 0,216 доли единиц или 21,6%.
в
1
8. Коэффициент водонасыщения –
отношение объема воды V
в
в горной породе к объему пор Vn
:
q0
- qc
q0
- qc
127,5 – 113,2
G= :( V0
- Vc
)= = =0,84
в
в
(
V
0
-
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
q
1
.
100
Ф1
=
,
где q
1
– 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
=
d
60
/
d
10
, где d
60
и d
10
– 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
q1
г
= = =
17,06 г.
100+W 100+1,10
2.
Водим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:
q0
=q1
г
- 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:
d
60
0,0075
Кн
= = = 25,
d
10
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.