Лекція 8 Особливості документації гірничих виробок

Документація гірських виробок і природних відслонень включає геологічні зарисовки з натури площин відслонень (стінок гірських виробок, вибоїв, крівлі, ґрунту) і короткі, чіткі описи спостережуваного геологічного розрізу гірських порід і тіл корисної копалини, відбір і реєстрацію кам’яного матеріалу.

Зарисовки в гірських виробках, які проводяться в масштабах 1:50-1:100 в польовій книжці, є відтворення в деякому масштабі геологічних контурів порід і тіл корисної копалини, особливості їх будови і деякі відмінні риси спостережуваних геологічних явищ. Суміщена зарисовка різних площин гірських виробок називається розгорткою. Приклади розгорток, що вживаються в практиці, наведені при описі документації відповідних гірських виробок.

Перед початком роботи слід пам’ятати деякі загальні умови і практичні прийоми документування гірських виробок.

Устаткування, приладдя і інструменти, необхідні для виробництва геологічної документації: геологічний молоток, на ручці якого є насічки, відповідні одиницям вимірювання (дм, см); гірський компас з кришкою і дзеркалом для зручності фіксації елементів залягання порід і різних структурних елементів покрівлі; рулетка стрічкова 10-метрова; шнур-орієнтир, на якому певною системою вузлів або іншим способом нанесено одиниці вимірювання (один малий вузол – 1 м, крупний вузол – 5 м, два вузли – 10 м і т. д.); лупа 3-, 4- і 10-кратна; польова книжка або журнал, виготовлений з міліметрівки і перешарований калькою (для винесення надалі даних геохімічних, геофізичних і інших досліджень); олівці прості і кольорові; гумка олівцева; масштабна лінійка; перочинний ножик; шматок крейди для відмітки характерних контурів, меж розривних порушень, складок і т. д.; соляна кислота в спеціальній посудині; зубила і невелика кувалда для відколювання зразків міцних гірських порід; мішечки для зразків і геохімічних проб; етикетки для зразків; карбідна або акумуляторна лампа (при роботах підземних).

Необхідними умовами виробництва геологічної документації гірських виробок є дотримання правил техніки безпеки і належна підготовка робочого місця.

Перш за все необхідно убезпечити робоче місце – ліквідовувати заколи, козирки і відшаровування гірських порід. Потім слід очистити від бруду і пилу площини, що підлягають документації (якщо є можливість, за допомогою води і грубої щітки).

Обов’язковий елемент підготовки до документації – розбиття виробки на інтервали за допомогою шнура-орієнтиру і рулетки і прив’язка її до найближчих маркшейдерських знаків.

Виробництво геологічної документації починається з огляду виробки з метою визначення її загальних габаритів, зразкового геологічного розрізу і встановлення найцікавіших явищ і особливостей, на які необхідно звернути належну увагу. Контури, що цікавлять геолога, і межі при цьому відмічаються крейдою або кіптявою полум’я карбідної лампи.

Звичайне документування гірських виробок ведеться за допомогою шнура-орієнтиру, від якого по нормалі рулеткою визначаються відстані до геологічних меж і окремих об’єктів спостереження. Але часто в практиці, наприклад, при зарисовці високо розташованої покрівлі і в інших випадках, коли немає можливості провести точні виміри, користуються методом візуального провішування нормалей і приблизного визначення відстаней між пунктами і межами, що зображуються на зарисовці. Контури гірських виробок і положення геологічних меж в цих випадках уточнюються згодом при складанні чистових зарисовок на маркшейдерській основі.

Залежно від складності геологічного розрізу, що розкривається гірськими виробками, замальовується одна або дві стінки або робиться повна розгортка, що супроводжується докладним текстовим описом в польовій книжці. Але незалежно від кількості замальованих площин геологічні спостереження ведуться по всій гірській виробці, що обов’язково відображається в журналі. Найцікавіші спостереження замальовуються і описуються детальніше.

Прив’язка гірських виробок проводиться маркшейдерською службою. Вся геологічна документація – як чорнова (така, що складається у виробці) так і чистова (що виконується в камеральному приміщенні) повинна бути пов’язана з маркшейдерськими планами і розрізами.

Геологічна документація канав, розчисток і копуш. При геологічній документації канави рулетку або шнур-орієнтир прокладають по бровці її борта. У випадку, якщо канава пройдена уступами, що зазвичай буває на крутих схилах, то на межі уступів встановлюють репери (дерев’яний кілочок або частіше великий камінь), які дають можливість уявити загальні розміри канави і полегшують складання зарисовки і опису. Документацію канав, пройдених під кутом до горизонту, потрібно проводити з низу вверх, щоб уникнути ускладнень, пов’язаних з осипами. Зазвичай канави замальовуються по одній із стінок і дну за способом розгортки. Причому якщо канава має уступи або пройдена по схилу, то стінка замальовується з дотриманням кута нахилу до горизонту, а дно канави малюється окремо. Неглибокі канави, пройдені до корінних порід, розчистки і копуші, як правило, замальовуються по одній стінці або тільки по дну. Канави, пройдені в складних геологічних умовах, розкривають різноманітні гірські породи, документуються за способом повної розгортки, тобто замальовуються обидві стінки і дно (рис. 8.1). Масштаб документації зазвичай приймається 1:40-1:50. Геологічний опис канави ведеться пошарово – зверху вниз і поінтервально – по її довжині.

Документація шурфів і дудок. Зарисовка шурфів проводиться за способом розгортки (рис. 8.2). Особливості документації шурфів пов’язані з їх розмірами. Глибокі шурфи, які кріпляться, документуються поінтервально в перервах між їх проходкою. Мілкі шурфи документуються після їх повної проходки. При документації дудок (шурфів циліндрової форми) застосовуються чотири шнури-схили, що створюють умовні грані-стінки, які зарисовуються у вигляді площин за способом розгортки, аналогічно шурфам. Якщо дудка має невеликі розміри, заглиблюючись в корінні породи до 0,5-1 м, або розкриває простий геологічний розріз, то

Рисунок 8.1 – Документація канави по повній розгортці: а – північна стінка, б – дно, в – південна стінка. 1 – грунтово-рослинний шар, 2 – делювіальний шар, 3 – гнейси і кристалічні сланці, 4 – апатит, 5 – пегматит, 6 – руда (мусковіт)

Рисунок 8.2 – Документація шурфу.

1 – моренні відклади, 2 – біотитові гнейси, 3 – амфіболітові гнейси, 4 – дайка апатитів, 5 – пегматити гранітноїструктури, 6 – пегматити апографічної структури, 7 – кварц-мусковітові утворення, 8 – біотит, 9 – розривні порушення.

зарисовка складається у вигляді колонки – розрізу, орієнтованого вхрест простягання порід. Масштаби документації шурфів 1:20-1:50.

Документація врізу. Вріз є частково відкритою горизонтальною гірською виробкою трапецієвидного перетину, для розкриття виходів тіл корисних копалини в умовах сильно розчленованого рельєфу. Врізи як самостійні розвідувальні виробки проходяться в декількох пунктах уздовж виходів тіла корисної копалини з поглибленням на 1-2 м в корінні породи. Врізом починається проходка штольні і, будучи гирлом виробки на узгір’ї, він, як правило, повністю закріплюється.

Зарисовка стінок врізу і його вибою проводиться у вигляді розгортки на вертикальну площину (рис. 8.3). Залежно від конкретних умов іноді достатньо зарисовки однієї стінки і вибою або навіть одного вибою. Якщо вріз служить початком штольні, то при його документації важливо відзначити репер гирла штольні, від якого потім вестиметься вимірювання її довжини.

Рисунок 8.3 – Документація врізу:

а – розгортка, б – план. 1 – рихлі сучасні відклади, 2 – туфи основного складу, 3 – рудне тіло

Документація підземних гірських виробок ведеться зазвичай паралельно з їх проходкою, що обмежує за часом можливості спостережень, зарисовок і описів перервами в прохідницькому циклі. Тому підземна документація вимагає особливої уваги і ретельного виконання зарисовок і записів.

Широко вживаний в геологічній практиці метод розгортки при зарисовці горизонтальних гірських виробок має деякі особливості, пов’язані з неможливістю документування дна гірських виробок і з необхідністю в той же час мати первинні матеріали, зручні для складання підсумкової геологічної документації – розрізів, погоризонтних планів.

Існують три основні способи розгорток: прямий, дзеркальний і комбінований (рис. 8.4). При прямому способі, як показано на рис. 8.4, а, стінки виробки і покрівля як би поєднуються в одній площині, поверненій для зручності зарисовки на 180°. При цьому геологічні межі позначаються безперервним контуром. При дзеркальному способі (див. рис. 8.4, б) стінки виробки розгортаються в площини покрівлі і зображення геологічних елементів проектується зверху вниз. Зарисовка по суті справи є дзеркальним відображенням цього зображення в площині. На практиці частіше застосовують третій, комбінований спосіб розгортки, коли стінки виробки замальовуються як проекції на вертикальні площини, а покрівля малюється в дзеркальному віддзеркаленні.

У разі прямої розгортки при побудові погоризонтних планів дзеркальну проекцію покрівлі отримують шляхом копіювання зарисовки на кальку на світлостолі. Цього суттєвого недоліку прямої розгортки позбавлені другий і третій способи, при яких покрівля зарисовується в дзеркальному відображенні, – в проекції її на горизонтальну площину. Другий спосіб наочніший, оскільки дає можливість безперервного дослідження геологічних контурів. Але він не дуже зручний в техніці зарисовки і, крім того, поєднання в одній площині контурів стінки і покрівлі виробок практично неможливе, якщо виробка має повороти.

Неодмінною умовою документації підземних гірських виробок в межах однієї ділянки або родовища є застосування системи єдиної розгортки для зручності зіставлення даних по окремих виробках при складанні звідної геологічної графіки.

Повні розгортки застосовуються при документуванні гірських виробок, що розкривають рудні тіла складної форми із багатьма апофізами, коли випробовуються обидві стінки

Рисунок 8.4 – Розгортки при документації підземних гірських виробок:

а – пряма, б – дзеркальна, в – комбінована

виробки, а також у разі різкої відмінності геологічних розрізів стінок. При документуванні горизонтальних гірських виробок, що перетинають рудні тіла (квершлаги, орти), зазвичай замальовуються одна стінка і покрівля. У гірських виробках, що проходять по простяганню рудних тіл (штреки, штольні), основними об’єктами зарисовок і описів у разі крутого їх падіння є покрівля і вибій або, якщо рудне тіло падає полого – стінка і вибій. Залежно від будови рудного тіла вибій документується через певні інтервали або в найбільш цікавих, максимально мінливих перетинах, що з’ясовується при його огляді після кожної проходки.

При проведенні геологічних спостережень в підземних гірських виробках важливим питанням є їх точна прив’язка, яка зазвичай здійснюється маркшейдерською службою. При документуванні всі відліки відстаней слід вести від маркшейдерських реперів. При горизонтальному положенні виробки шнур-орієнтир протягують по середині стінки або по центру покрівлі. Геологічні границі визначаються по їх положенню щодо цього шнура. Якщо виробки пройдені не строго горизонтально і мають вигини, провішування шнурів-орієнтирів проводиться в межах прямолінійних ділянок виробок. У цих випадках на зарисовках суміжні ділянки мають незначне перекриття, що необхідно відзначити в описі.

При документуванні підземних вертикальних і похилих гірських виробок, що проходять по падінню тіл, залежно від будови тіла зарисовуються одна або дві стінки по методиці, викладеній вище при характеристиці документації шурфів і дудок. Зарисовки крутонахилених гірських виробок ведуться за допомогою шнурів-схилів. Коли виробка має значні відхилення від вертикалі, умовна осьова лінія намічається за допомогою шнура-орієнтира, що протягується по документованій стінці виробки. Кут нахилу шнура щодо горизонту заноситься в журнал. Геологічні межі наносяться в зарисовці по їх положенню щодо схилів і шнура-орієнтира.

Для самоконтролю правильності зарисовки документованої виробки слід перевіряти збіг ліній геологічних елементів (контактів, тектонічних швів і т. п.) на різних площинах розгортки.

Особливості геологічної документації вугільного пласта полягають в його зарисовці і описі, складених на основі ретельного вивчення змін будови і товщини вугільних пачок і прошарків порід з вказуванням їх складу. До опису повинні вноситися дані про міцність, щільність, структуру, злам, тріщинуватість, колір і блиск вугілля. Особлива увага звертається на характер контакту вугільного пласта з вміщаючими породами (нормальний стратиграфічний, фаціальне заміщення, розмивчастий і незгідний, тектонічний) і фізико-механічні властивості порід в зоні контакту – їх стійкість. Повна характеристика пласта включає дані про його водоносності (сухий, вологий, мокрий), газоносності, тектонічним порушенням і тріщинуватості. Найретельніше описуються породи покрівлі і дна пласта з виділенням порід хибної і основної покрівлі і порід, схильних до витискання.

В межах розвитку тектонічних порушень фіксуються елементи залягання пластів до і після порушення, наявність і положення підгортання шарів, характер порушення (складка, пережим, роздуви, зсуви), фіксуються сліди ковзання і напрям переміщення. При документації дрібної тріщинуватості і кліважу як у вугільних пластах, так і у вміщаючих породах визначається просторове положення тріщини по елементах залягання, її товщина, мінеральне виповнення.

У вугільних пластах, в яких можливі раптові викиди частинок вугілля під тиском газу, геологічні спостереження за будовою пласта, його фізико-механічними властивостями, тектонічними порушеннями проводяться з особливою ретельністю. Ці спостереження дозволяють виділити газонебезпечні ділянки.

Особливість геологічної документації вугільного пласта полягає в тому, що всі зміни будови пласта, його виклинювання або розщеплювання, що спостерігаються як в розвідувальних, так і в підготовчих виробках, наносяться на великомасштабні (1:50-1:100) маркшейдерські плани для спостереження при складанні підсумкових креслень.

Геологічна документація природних відслонень проводиться на всіх стадіях геологорозвідувальних робіт з детальністю, що забезпечує вирішення завдань, що стоять перед цими роботами. Документація природних і штучних відслонень, розташованих на поверхні землі, дає можливість визначити співвідношення порід, крупних і локальних розривних і складчастих структур, особливості їх будови, елементи залягання, ландшафтні умови. Це досягається як зарисовками, так і фотографуванням.

Основні вимоги до документації природних відслонень полягають в наступному: а) фотографії і зарисовки повинні бути однозначно прив’язані і зрозуміло орієнтовані; б) масштаб документації повинен відповідати прийнятому масштабу робіт, зайві деталі і подробиці утрудняють інтерпретацію первинного матеріалу; найцікавіші і найхарактерніші деталі можна документувати в крупнішому масштабі; в) при фотографуванні і зарисовці глибоко врізаних бортів долин необхідно чітко заміряти кути падіння порід щоб уникнути помилкового тлумачення елементів залягання за рахунок спотворення ліній виходів шарів на схилах долини.

Фотодокументація. У польовому щоденнику фотодокументації вказуються номери плівки, кадру, умови зйомки. Щоб краще дешифрувати фотознімок, іноді корисно зробити абрис фотографованого об’єкту.

Основні переваги геологічної фотодокументації полягають в можливості проведення цієї роботи в стислі терміни, у віддзеркаленні спостережуваних геологічних явищ з будь-яким ступенем детальності, в об’єктивності отримуваних первинних геологічних документів.

Документатор повинен володіти технікою фотографування в різних умовах і добре знати геологічну будову родовища та завдання документації, щоб правильно вибирати об’єкти фотографування і передбачати його результати.

Геологічна фотодокументація може проводитися різними вузько- і широкоформатними фотоапаратами з набором змінної оптики (об’єктивів і лінз насадок).

З обов’язкового спорядження потрібно мати фотоекспонометр, фотоштатив з універсальною головкою, набір кольорових і поляризаційних світлофільтрів і інше устаткування, що забезпечує фотографування в різних природних умовах. Крім того, необхідно мати спеціальний масштабний шнур і масштабні рейки, на яких добре видно одиниці вимірювання. Фотодокументація включає наступні основні види робіт: підготовчі, фотографування, фотолабораторні, фотомонтажні, дешифрування фотознімків. Підготовчі роботи полягають:

у вирівнюванні фотографованої поверхні і очищенні її від пилу і бруду;

у розмітці ділянки, для забезпечення необхідного перекриття сусідніх знімків (при нормальному фотографуванні до 10%, при стереозйомці до 60%) і визначенні точок розміщення апарату;

у розстановці масштабних рейок або шпурів, з таким розрахунком, щоб на кожен фотознімок доводилося не менше трьох масштабних міток (у центрі і по краях знімка);

маркуванні геологічних контурів і основних об’єктів спостереження крейдою або кіптявою.

Виготовлення фотографій вимагає дотримання наступних умов:

а) установка апарату повинна забезпечувати перпендикулярність оптичної осі об’єктиву до умовної площини фотографованої поверхні;

б) визначення масштабу негативу повинне проводитися за допомогою масштабного шнура і масштабних рейок. Якщо за умовами зйомки масштабні пристосування використовувати не можна, масштаб негативу Мн визначається по формулі:

де – f фокусна відстань об’єктиву; S – відстань від центру проекції до об’єкту зйомки;

в) відповідно до освітленості об’єкту зйомки підбираються діафрагма, світлофільтри і час експозиції.

У пікетажну книжку заносяться наступні дані: місце зйомки і його прив’язка до топографічної або маркшейдерської основи, умови зйомки, призначення і мета зйомки, короткі геологічні спостереження з вказівкою характерних особливостей об’єкту фотографування (елементів залягання порід, розривних порушень і т. п.). У разі складної будови ділянки проводиться схематична зарисовка фотографованого об’єкту або окремих його частин.

Обробка фотоплівок і фотопаперу проводиться по відомих методиках, висвітлених в спеціальній літературі. Особливістю позитивного процесу при геологічній документації є необхідність виготовлення відбитків в певному масштабі, для чого використовуються зображені на знімку масштабні пристосування. Якщо зйомки проводились без масштабних рейок, масштабування знімків проводиться по величині зображення на екрані збільшувача, для визначення якої користуються формулою

де D – розмір зображення на екрані збільшувача, мм; d – розмір зображення на негативі, мм; Мн – масштаб негативу; Мo – необхідний масштаб відбитку.

Фотомонтаж, тобто об’єднання всіх знімків в єдиний план, досягається їх поєднанням по орієнтованих напрямах, ідентичних контурах і характерних точках, що зручно проводити на світлостолі. Після обрізання зайвих ділянок знімки сполучають один з одним пластирем, клейкою стрічкою або наклеюють на креслярський папір.

Дешифрування фотознімків зводиться до визначення їх геологічного змісту. Основними критеріями для інтерпретації знімків є геологічні і фотографічні чинники.

До геологічних чинників відносяться контури, форма, структурні, текстури особливості геологічних утворень і умов їх залягання. По цих характерних ознаках геологічних утворень при дешифруванні можна оконтурити рудні тіла, провести контакти між літологічно різними породами, виділити ділянки гідротермальних або метасоматичних змін, прослідкувати окремі горизонти, тріщини і рудні тіла по простяганню і падінню, виявити певні елементи тектоніки (сланцюватість, тріщинуватість, зони дроблення і зминання, дрібну складчастість), які зазвичай добре видні на фотознімках. Так само чітко фіксуються елементи текстур порід, а на великомасштабних знімках рівномірно- і нерівномірнозернисті, порфірні і уламкові структури.

Велике значення для дешифрування фотознімків мають конкретні умови фотографування і сукупність ознак, що ними визначаються основним виразом яких є тон фотографічного зображення.

Гамма кольорів і яскравість природних об’єктів на фотознімках передаються різними відтінками сірого кольору. Тон зображення може змінюватися в широких межах, причому одні й ті ж геологічні об’єкти можуть мати різний тон, відповідно різні об’єкти можуть мати однаковий тон. Тон зображення залежить від яскравості і кольору гірських порід, від положення фотографованої поверхні щодо джерел освітлення, якості підготовки її до зйомки, відстані, якості фотозображення і інших чинників.

Для підвищення якості дешифрування знімків при фотографуванні рекомендується застосовувати кольорові і поляризаційні світлофільтри, які допомагають отримати контрастніші знімки з однаковими тонами зображення одних і тих же гірських порід або геологічних об’єктів. По можливості камеральне дешифрування потрібно уточнювати по документованих відслоненнях із застосуванням, якщо необхідно, ретуш.

Великі можливості для розвитку фотодокументації в розвідувальних виробках і по природних оголеннях відкриває застосування кольорового і інфрачервоного фотографування.

Результатом дешифрування фотомонтажних схем є фотоплани, фоторозрізи, фоторозгортки, які в сукупності з журналом опису гірських виробок є первинними геологічними фотодокументами.

Для зручності користування даними первинної геологічної фотодокументації при складанні зведених геологічних планів і розрізів виготовляються копії фотодокументів на кальці з використанням умовних позначень затвердженої геологічної легенди. Ця калька зберігається з первинним фотодокументом, на якому указуються найменування виробки, масштаб, дата виробництва робіт, номери плівки і кадрів, що увійшли до фотомонтажу, схема прив’язки до маркшейдерської мережі.

Зберігання геологічної фотодокументації проводиться в умовах, що забезпечують збереження якості фотовідбитків і негативного матеріалу. У спеціальному журналі, який також є документом первинної геологічної документації, указуються номер негативу, дата, умови зйомки і точна прив’язка документованої ділянки.

Питання для самоперевірки:

1 На основі чого складають опис тектонічних порушень?

2 За якою схемою описують гіпогенні і гіпергенні зміни?

3 У яких масштабах виконують зарисовки відслонень та гірничих виробок?

4 Що таке розгортка?

5 Перелічіть обладнання та інструменти необхідні для геологічної документації.

6 Дайте характеристику геологічної документації канав.

7 Схарактеризуйте особливості документації шурфів.

8 Розкрийте суть документації дудок.

9 Як документують врізи?

10 Які способи розгорток Ви знаєте?

11 Дайте характеристику дзеркального способу розгортки.

12 Дайте характеристику прямого способу розгортки.

13 Розкрийте суть комбінованого способу розгортки.

14 Як документують підземні горизонтальні гірничорозвідувальні виробки?

15 Як документують підземні похилі і вертикальні гірничорозвідувальні виробки?

16 Розкрийте суть основних вимог до документації відслонень.

17 Як виконують геологічну фотодокументацію?

18 Які правила зберігання геологічної документації та фотодокументації?