Состав, основные свойства и область применения

Некоторых горных пород

Порода	Внешний вид и основные свойства	Область применения
А. Магматические горные породы 1. Интрузивные
1. Гранит (20-40% кварца, 40-70% полевого шпата, 5-20% слюды)	Цвет от светло-серого до темно красного. Структура полнокристаллическая. gо=2,6-2,7 т/м3; Rсж.=100-250 МПа; Мрз=200 и более. Гранит хорошо полируется, устойчив против выветривания	Получение щебня для высокопрочного и морозостойкого бетона, балласта, бутового камня. Изготовление плит для облицовки зданий и сооружений, бортового камня, архитектурных изделий
2. Сиенит (полевой шпат, роговая обманка, биотит и авгит) SiO2 - min или 0	Цвет светлый, светло-серый, розовый, красный. Структура - полнокристаллическая. По основным свойствам близок к граниту. Сиенит поддается обработке легче. чем гранит; gо=2,4-2,9 т/м3; Rсж.=150-200 МПа	То же. что и гранит. но с меньшими требованиями по прочности и стойкости против выветривания
3. Диорит (полевой шпат, плагиоплаз - 75%, роговая обманка, биотит, кварц)	Цвет от серого до темно-зеленого. Структура - полнокристаллическая. gо=2,8-3,0 т/м3; Rсж.=150-280 МПа; стоек против выветривания	То же, что и гранит, но чаще для элементов дорожного покрытия и реже для облицовки и изготовления архитектурных деталей
4. Габбро (полевой шпат, плагиоплаз - 50%, авгит, оливин)	Цвет от серого до черного. Структура - крупнозернистая. gо=2,9-3,6 т/м3; Rсж.=200-350 МПа; трудно обрабатывается, стоек против выветривания, дает долговечную полировку	То же, что и вышеописанные, но чаще для элементов дорожного покрытия, облицовки конструктивных элементов, работающих на ударную нагрузку, для гидротехнических сооружений
5. Лабрадорит - разновидность габбро (лабрадор, плагиоплаз, авгит)	Отличается яркими переливами цветов: синего, голубого, зеленого и др. Остальные свойства, как габбро	Используется как ценный облицовочный материал
2. Эффузивные
1. Кварцевый порфир (аналог гранита)	Структура - стекловатая с вкраплением крупных зерен кварца gо=2,5-2,6 т/м3; Rсж.=150-200 МПа	Получение бутового камня, щебня и балласта в дорожном строительстве, редко для облицовки
2. Бескварцевый порфир (аналог сиенита) SiO2 от 0 до min	В структуре имеются зерна полевого шпата gо=2,5 т/м3; Rсж.=80-100 МПа	То же
3. Трахит (аналог сиенита) SiO2 от 0 до min	Структура пористая, светлоокрашенная, шероховатая на ощупь. gо=2,6 т/м3; Rсж.=50-90 МПа; кислотостоек	Получение щебня для кислотостойких бетонов из пористых разновидностей стеновых материалов и заполнителей для легких бетонов
4. Андезит (аналог диорита, плагиоплаз до 75%)	Цвет черный, структура пористая. gо=2,2-2,7 т/м3; Rсж.=60-250 МПа; кислотостоек	То же, но более плотных разновидностей кислотоупорных бетонов и специальных облицовок
5. Диабаз (аналог габбро, плагиоплаз 50%)	Структура порфировая, цвет от темно зеленого до черного, химически стоек gо=2,8-3,0 т/м3; Rсж.=200-300 МПа; tрасплава=1200-13500С, хорошо колируется	Получение щебня, штучных камней, плит, брусчатка, минеральной ваты, каменного литья
6. Базальт (аналог габбро), (плагиоплаз-50%, полевой шпат, авгит, оливии)	Структура - скрытно-кристаллическая с некоторым количеством вулканического стекла, gо=2,7-3,3 т/м3; Rсж.=100-500 МПа; tрасплава=12000С	Получение материалов для дорожных покрытий и каменного литья (изоляторы, химаппаратура и т.п.), минеральной ваты
3. Обломочные горные породы
1. Вулканический пепел	Порошкообразные частицы вулканической лавы, цвет от серого до черного, образуют вулканический туф	Получение легких растворов и бетона, теплоизоляционного материала. Активная минеральная добавка к вяжущим веществам
2. Пемза	Стекловидная пористая порода, цвет серый, черный, иногда белый gо=0,4-1,4 т/м3; Rсж.=0,4-2,0 МПа; пористость до 80%	Получение стеновых материалов, звуко- тепло-изоляционных материалов, щебня для легких бетонов. Активная минеральная добавка к извести и цементу
3. Вулканический туф	Стекловидная пористая структура, цвет, розово-фиолетовый, серый до темного и др. оттенки, gо=0,43-1,3 т/м3; пористость до 60%	Получение песка, щебня для легких бетонов и растворов, крупных стеновых блоков. Активная минеральная добавка к воздушной извести и цементу. Облицовочный материал, благодаря своим высоким декоративным качествам и морозостойкости
В. Осадочные горные породы 1. Хемогенные
1. Гипс (CaSO4×2H2O) Ангидрит CaSO4	Структура пластинчатая, волокнистая или зернистая; цвет белый, но может быть окрашен в разные цвета; gо=2,3 т/м3	Применяется для получения воздушного вяжущего - строительного гипса, а также в качестве облицовочного материла внутренних частей здания в виде искусственного мрамора, как добавка при производстве портландцемента
2. Магнезит (MgCO3), доломит (MgCO3×СаСО3)	Мономинеральные горные породы, цвет белый, серый, розовый, черный; gо=2,9-3,1 т/м3, tрасплава=14000С	Применяется в производстве магнезиальных вяжущих, огнеупорных материалов, получение щебня, облицовочных плит
3. Известковый туф (СаCO3)	Структура пористая, Rсж.=0,15-0,8 МПа; цвет светло-розовый и белый с различными оттенками; хорошо колируется	Применяется в виде штучных камней при кладке стен, в качестве щебня для легких бетонов, для производства извести и облицовки стен
2. Органогенные (биохемогенные)
1. Известняк (СаCO3)	Цвет бурый, серый, желтый. Чистый известняк (известковый шпат) при содержании СаCO3 98% и более, если СаCO3<90%, то известняк называется мергелистым; gо=2,5-2,7 т/м3, Rсж.=80-200 МПа. При нагревании до 900-10000С декарбонизируется по схеме СаCO3®СаО+СаО2	Получение щебня для бетона, стеновых и облицовочных материалов, для производства воздушной извести, глинистые известняки для получения гидравлических вяжущих
2. Мергель состоит из известняка и глины	Тонкая смесь из известняка и глины, gо=1,9-2,5 т/м3, Rсж.=20-60 МПа	Применяется в основном для получения портландцемента
3. Известняк-ракушечник (СаCO3)	Структура пористая, легко поддается распиловке на штучные камни; цвет светло-розовый, светло-серый и белый; gо=0,6-1,65 т/м3, Rсж.=0,4-5,0 МПа	Применяется в качестве стеновых, теплоизоляционных материалов, в производстве извести и цемента
4. Мел (СаCO3)	Состоит из частиц скелетов простейших организмов, имеет малую прочность	Применяется в производстве извести и цемента
5. Трепел, диатомит, опока, кремнистые сланцы и кремнистые туфы	Органогенные кремнистые осадочные породы, образованные кремнеземом в различных его разновидностях; структура пористая; цвет светло-серый, желтоватый и белый; gо=0,35-0,95 т/м3	Применяется в качестве сырья в керамической промышленности при изготовлении теплоизоляционного и облегченного кирпича, при производстве растворимого стекла, в цементах - в качестве активных минеральных добавок
С. Метаморфические горные породы
1. Гнейсы состоят из кварца, полевого шпата, слюды, роговой обманки, авгита	Структура - полнокристаллическая, сланцевой текстуры. По своим свойствам близки к гранитам и сиенитам, из которых они образовались	Получение камня для кладки фундаментов, для мощения площадей и тротуаров
2. Мрамор (СаСО3) состоит в основном из зерен кальцита; образовался из плотных известняков и доломитов	Структура - равномерно зернистая, кристаллическая, цвет от белого до красного с разными оттенками, прожилками и узорами. Rсж=120-300 МПа	Изготовление декоративных и облицовочных материалов, архитектурных деталей и других изделий
3. Кварциты состоят в основном из зерен кварца	Структура - мелко- и среднезернистая; цвет от белого до темно-вишневого. Rсж=400 МПа	Изготовление наружной облицовки стен, ступеней и деталей лестниц, щебня для бетона и балласта. Применяется для производ-ства огнеупорных изделий
4. Глинистые сланцы, образованные из глин	Структура - сланцевая; цвет темно-серый. Легко раскалывается на тонкие ровные пластинки. g=2,6-2,8 т/м3. Rсж. = 20-60 МПа	Получение кровельного материала. В производстве цемента, минеральной ваты и огнеупоров

 

 

Месторождения природных строительных материалов

 

Скопление в земной коре определенных горных пород (или минералов), разработка которых представляет практический интерес, в частности для строительства, называется месторождением.

Промышленное значение месторождения полезных ископаемых определяется качественной и количественной характеристикой ископаемого, его запасами, географическим положением, условиями залегания, экономичностью эксплуатации и т.д.

В состав месторождений входят горные породы, которые являются естественными строительным материалом, либо сырьем для их производства. Все эти породы составляют так называемые нерудные ископаемые.

К естественным строительным материалам относят различные горные породы (граниты, известняки, галечники и др.), которые можно использовать в строительной практике в естественном виде. Так получают строительный камень, песок, глину, щебень и др.

Во многих случаях горные породы являются лишь сырьем для изготовления искусственных строительных материалов. Так, мергели служат для получения цемента, глины и суглинки – для кирпича и т.д.

Нерудные полезные ископаемые в большинстве случаев добывают открытым способом из горных выработок. Совокупность горных выработок называют карьером.

Поиски разведка месторождений нерудных полезных ископаемых входят в задачу инженерно-геологических исследований территории. Поиски дают возможность найти месторождение необходимых материалов. Выявленное месторождение подвергают геологической разведке. При этом устанавливается качество, количество и условия (особенности) залегания материалов.

Эта работа проводится на выбранной территории по предварительно разработанному плану, который составляется на основании изучения материалов предыдущих исследований (геологические карты, отчеты). Поиски должны решить следующие задачи:

- обнаружить и оконтурить на территории необходимое полезное ископаемое;

- отобрать пробы для предварительной оценки материала;

- приближенно определить запасы месторождения;

- оценить целесообразность проведения дальнейших разведочных работ.

Разведка месторождений состоит из подготовительного (камерального) и полевого периодов. В подготовительный период изучают литературу, геологические отчеты предыдущих исследований намеченной территории. На основании этого материала для данной территории составляется представление о месторождениях тех или иных нерудных полезных ископаемых. После этого в полевых условиях организуется осмотр намеченных месторождений, изучаются естественные обнажения и при необходимости закладывается небольшое количество разведочных выработок (расчистки, закопушки, шурфы, буровые скважины).

В результате поисковых (рекогносцировочных) работ составляют карту-схему с указанием выявленных месторождений полезных ископаемых, пояснительную записку с краткой характеристикой их, качественной и количественной оценкой материала, изложением соображений по дальнейшим работам.

Разведка месторождений. Различают разведку предварительную и детальную.

При предварительной разведке необходимо:

- установить геологические условия залегания полезного ископаемого (глубина залегания, мощность вскрыши, т.е. пород, покрывающих полезное ископаемое, мощность и форму залегания полезной толщи, уровень и характер грунтовых вод и т.д.);

- определить (оконтурить) границы распространения полезного ископаемого и выявить участки, наиболее пригодные для эксплуатации;

- подсчитать запасы (количество, объем) полезного материала месторождения;

- изучить качество материла полезного ископаемого;

- уточнить условия эксплуатации месторождения и возможность транспортировки строительного материала.

Целесообразность разработки месторождения устанавливается на основе технико-экономического анализа и во многом определяется соотношением между мощностью вскрышных пород /Н/ и мощностью слоя полезного ископаемого /h/.Отношение Н/h носит название геологического коэффициента. Ценность месторождения повышается с уменьшением значения этого коэффициента. Экономически допустимо соотношение 2:1, для месторождений линзовидной формы допускают соотношение 1:1, но только в случае, если полезный слой залегает на глубине не более 3-5 м от дневной поверхности.

Границы распространения месторождения устанавливают с помощью горных выработок (шурфы, буровые скважины), которые располагают на пересечении линий правильной сетки. Расстояние между выработками чаще всего назначают 50-100м в зависимости от местных условий и масштаба съемки. При разведке скальных пород ограничиваются изучением имеющихся обнажений и заложений неглубоких /2-5м/ шурфов для определения слоя вскрыши. При разведке осадочных пород горные выработки закладывают на глубину проходки всей толщи полезного ископаемого либо на глубину той части толщи, которая намечается к эксплуатации.

Разведочные горные выработки позволяют составить геологические разрезы, по которым можно судить о форме залегания полезного ископаемого, мощностях вскрыши и полезной толщи, решить вопрос о режиме грунтовых вод.

 

Для изучения качества полезного ископаемого с помощью разведочных выработок отбирают характерные пробы. Для производства лабораторных испытаний необходимо отобрать: песка – 2-3 кг; гравий 10-15 кг; камень 15-20 кг.

Для детальной разведки выбирают один или несколько участков, которые наиболее полно отвечают требованиям технического задания на разведку. Основными задачами этой разведки являются: уточнение запасов, сбор дополнительных геологических и гидрогеологических данных и тщательное опробование полезного ископаемого.

В процессе проведения детальной разведки выявляются технические условия разработки месторождения, устанавливаются способ разведки, определяется техника для ведения горных работ, намечается технологическая схема разработки полезного ископаемого и т.д.

Классификация запасов месторождения и подсчет количества строительного материала. Под запасом понимают комплекс данных, характеризующих геологическое тело по объему, форме, свойствам, условиям залегания и ведению горно-эксплуатационных работ. В России запасы полезных ископаемых классифицируют по категориям А, В и С, которую, в свою очередь, подразделяют на С₁ и С₂. В каждое подразделение (категорию) вкладывается следующее содержание: А – запасы полностью изучены и оконтурены разведочными выработками, изучено качество, разработана технология добычи; В – запасы разведаны и оконтурены выработками; С₁ – запасы определены на основании разреженной сетки разведочных скважин; С₂ – запасы, предполагаемые по общегеологическим данным, подтвержденными отдельными разведочными выработками.

Подсчет количества строительного материала в месторождении производят обычно среднеарифметическим методом или способом параллельных сечений. В первом случае вначале устанавливают среднюю мощность полезного ископаемого

h_ср= (h₁+ h₂+….+h_n)/n,

где h₁..h_n - мощность слоя полезного ископаемого в данном сечении; n – число сечений. Далее, зная площадь полезного ископаемого S, устанавливают его объем, куб.м:

V=Sh_ср

Способ параллельных сечений (вертикальных разрезов) применяют при удлиненной форме месторождения и параллельном расположении разведочных линий. Геологический разрез составляют по каждой разведочной линии и с помощью планиметра определяют площадь полезного ископаемого. Объем запасов в блоке между двумя параллельными сечениями будет равен произведению полусуммы площадей этих сечений на расстояние между ними.

Для точных расчетов применяют другие, более сложные методы. Аналогичным путем определяют объем вскрышных пород. Подлежащих удалению перед разработкой толщи полезного ископаемого.

Выявленные запасы полезного ископаемого утверждаются Всероссийской комиссией по заказам – сокращенно ВКЗ или Территориальной комиссией по заказам (ТКЗ).

По окончании всего комплекса геологоразведочных работ составляется геологический отчет, состоящий из текстового и графической части и содержащий все данные камерального, полевого и лабораторного исследования по данному месторождению, а также геологический паспорт на это месторождение, представляющий собой по существу текстовую часть отчета в сжатом изложении.

Оформление месторождения под разработку. Все полезные ископаемые, находящиеся на поверхности и в недрах земли, составляют собственность российского государства. Чтобы начать эксплуатацию месторождения, необходимо получить письменное разрешение с отводом земных недр, предоставляемых под разработку. Такое разрешение называется «горным отводом». Горный отвод устанавливает право заинтересованного предприятия на разработку полезного ископаемого в определенных границах с учетом площадей, предназначенных под застройку зданиями, и сооружениями и оформляются, горноотводным актом и разрешительным и свидетельством на эксплуатацию месторождения.

С получением горноотводного акта и разрешительного свидетельства заинтересованная организация составляет проектное задание и привлекает соответствующие учреждения к составлению комплексного технического проекта и генеральной сметы на разработку месторождения, после утверждения, которых приступает к эксплуатации месторождения.

Работы, связанные с добычей полезных ископаемых называют горными работами. Разработка месторождений осуществляется открытым, подземным и комбинированным способами.