Физические свойства, качественная характеристика гравийно-песчаной смеси Кочебахтинского месторождения

Кочебахтинское месторождение песчаногравийной смеси расположено в 16 км северо-западнее г. Кунгура (Пермский край). Оно представляет собой небольшую линзообразную залежь, выклинивающуюся в южном и восточном направлениях. Полезная толща представлена элювиально-делювиальными песчано-гравийными отложениями четвертичного возраста.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки качества полезного ископаемого для его дальнейшего использования в строительстве. Песчано-гравийная смесь является важным сырьем для производства бетона, асфальтобетона и других строительных материалов. Однако для обеспечения соответствия стандартам требуется комплексное изучение гранулометрического состава, физико-механических свойств и экологической безопасности полезного ископаемого.

Объект и территория исследований: гравийно-песчаная смесь Кочебахтинского месторождения Кунгурского муниципального района Пермского края.

Целью работ является изучение геологического строения и оценка качества полезного ископаемого Кочебахтинского месторождения.

Основные задачи исследования:

• -    изучение геологического строения месторождения;

• -    определение гранулометрического состава песчано-гравийной смеси;

• -    сопоставление полученных данных с требованиями ГОСТ;

• -    оценка экологической безопасности полезного ископаемого.

Работа лицензирована в соответствии с CC BY 4.0. Чтобы просмотреть копию

этой лицензии, посетите

Методика исследований

В основу работы положены результаты изучения песчано-гравийной смеси Кочебах-тинского месторождения, полученные в результате лабораторных испытаний 11 рядовых проб (в контуре подсчета запасов), проведенных в 2021 г. лабораторией ООО «Пермгеолнеруд», а также по 1 пробе лабораторией ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае».

При анализе и обобщении полученного материала использован комплекс стандартных программных продуктов Microsoft Office (Word, Excel) для систематизации данных и расчетов. Расчет средневзвешенного гранулометрического состава и физико-механических свойств песчано-гравийной смеси выполнен с использованием методик, изложенных в ГОСТ.

Результаты исследования качества песчано-гравийной смеси сравнивались с нормативными требованиями ГОСТ 23735-2014, ГОСТ 8736-2014, ГОСТ 25607-2009 для строительных материалов. Оценка экологической безопасности полезного ископаемого выполнена с учетом требований СанПиН 2.6.1.2523-09 и СанПиН 2.6.1.2800-10.

Тектонические условия

Район работ расположен в пределах восточной окраины Восточно-Европейской платформы (ВЕП). Основным структурным элементом ВЕП является Волго-Уральская антеклиза. Эта структура I порядка совпадает с одноименным мегаблоком фундамента, называемым иногда Волго-Камским щитом. В пределах Волго-Уральской антеклизы выделяется отрицательная структура II порядка – Бымско-Кунгурская впадина. Впадина представляет собой участок, слабо наклоненный на юго-восток, не имеющий явных структурных границ. В пределах Бымско-Кунгурской впадины выделяется Кунгурская моноклиналь. Месторождение приурочено к структуре более мелкого порядка – Уфимскому валу. Уфимский вал вытянут почти меридионально и погружается на север, угол погружения Уфимского вала составляет 10–15°.

Гидрогеологические условия

Согласно схеме гидрогеологического районирования Пермского края, по условиям водоснабжения площадь работ расположена в пределах Камской гидрогеологической области. Здесь по долинам рек Сылвы, Ирени, Бабки и др. широко развиты подземные воды четвертичных отложений. К коренным отложениям приурочен соликамский водоносный комплекс.

Водоносный горизонт в аллювиальных отложениях приурочен к долинам больших и малых рек. Водосодержащими в аллювиальных образованиях являются пески и галечники. Коэффициент фильтрации достигает 8 м/сут и более. Водообильность характеризуется дебитами скважин 0,2–2,8 л/сек. По химическому составу это гидрокарбонатно-кальциевые, слабоминерализованные (до 0,3 г/л), умеренно жесткие воды. Питание аллювиального горизонта происходит за счет атмосферных осадков и частично за счет инфильтрации речных вод.

Подземные воды в делювиальных и элювиально-делювиальных отложениях имеют ограниченное распространение, что обусловлено литологическими особенностями и высоким гипсометрическим положением их относительно местного базиса дренирования. Коллекторами грунтовых вод служат пески, супеси и щебенка местных коренных пород. Глубина залегания вод от 0,5 до 7 и более метров. Коэффициенты фильтрации – от сотен до десятых долей м/сут. Водообильность также незначительная. Дебиты родников 0,1– 0,3 л/сек. По химическому составу преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,2–0,5 г/л.

Соликамский водоносный комплекс соликамских отложений развит на правом берегу р. Сылвы.

Основными водовмещающими породами являются плитчатые глинистые известняки, мергели, песчаники. Плитняки содержат трещинно-грунтовые воды в верхней части разреза и трещинно-пластовые воды ниже современного базиса эрозии. Водоупорами являются нетрещиноватые разности аргиллитов и ангидритов иренского яруса.

Несмотря на частое переслаивание различных пород, вся толща выше базисов дре- нирования довольно хорошо проницаема для атмосферных осадков, вследствие этого трещинно-грунтовые воды накапливаются преимущественно на уровне современных базисов эрозии. Глубина их залегания обусловлена геоморфологическим строением и колеблется в пределах 0–70 м.

Различная степень трещиноватости по площади обуславливает весьма неравномерную водообильность соликамских отложений. Наиболее распространены источники с дебитами 0,1–3,0 л/сек. Химический состав вод разнообразен: есть гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные с минерализацией от 0,1 до 5 г/л.

Питание водоносного комплекса осуществляется за счет атмосферных осадков.

Геологические условия

Кочебахтинского месторождения

Кочебахтинское месторождение выявлено в результате поисковых работ Нерудной геологической партией Пермской КГРЭ в 1976– 1978 гг.

Месторождение расположено в 0,6 км северо-западнее д. Кочебахтино и в 16 км северо-западнее г. Кунгура (рис. 1).

Месторождение представляет собой четырехугольник длиной от 150 м в юговосточной части до 197 м в северо-западной части, шириной до 95 м.

Геолого-литологический разрез месторождения по линии 1 приведен на рис. 2.

Геоморфологически месторождение приурочено к водоразделу рек Сылвы и Бабки. Рельеф в районе месторождения сильно пересеченный, с многочисленными логами. Абсолютные отметки рельефа на месторождении от 172,0 в южной части до 176,0 м в северной части.

В строении Кочебахтинского месторождения принимают участие отложения четвертичной системы.

Полезная толща месторождения представлена элювиально-делювиальными песчано-гравийными отложениями коричневого цвета. Мощность полезной толщи колеблется в диапазоне от 7,0 до 18,5 м, в среднем составляя 13,3 м. В полезной толще содержится в среднем 34,9 % гравия. Содержание пылеватых, илистых и глинистых частиц в сме- си составляет в среднем 11,4 %.

Вскрышные породы представлены почвенно-растительным слоем и глинами буровато-коричневыми с редкой галькой кремния и щебнем известняка. Мощность изменяется в пределах от 1,3 до 4,6 м, в среднем по месторождению составляя 3,0 м. Месторождение не обводнено.

Кочебахтинское месторождение по сложности геологического строения отнесено ко 2-й подгруппе 2-ой группы как небольшое линзообразной формы месторождение с невыдержанным строением и изменчивой мощностью полезной толщи.

Качественная характеристика полезного ископаемого

Полезная толща Кочебахтинского месторождения представлена элювиальноделювиальными песчано-гравийными отложениями четвертичного возраста. Мощность полезной толщи составляет от 7,0 до 18,5 м, в среднем по месторождению – 13,3 м.

Качественная характеристика полезного ископаемого дается по результатам лабораторных испытаний 11 рядовых проб (в контуре подсчета запасов), проведенных в 2021 г. лабораторией ООО «Пермгеолне-руд», а также по 1 пробе лабораторией ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае».

Песчано-гравийная смесь месторождения изучалась как сырье, применяемое в строительных работах и для устройства дорожных покрытий.

Качество полезного ископаемого оценивалось в соответствии с требованиями ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ»; ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ»; ГОСТ 25607-2009 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов»; ГОСТ 23735-2014 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ».

В программу исследования рядовых проб входили следующие виды анализов: песчаная часть – определение гранулометрического состава, содержание глинистых и органических примесей, модуля крупности, объемной массы, плотности; потенциальная реак- ционная способность, угол естественного откоса, коэффициент фильтрации, оптимальная влажность, максимальная плотность; гравийная часть: определение гранулометрического состава, глинистых частиц, содержания зерен слабых пород, содержания обломков пластинчатой и игловатой формы, определения плотности, водопоглощения и определения органических примесей, дроби-мость, истираемость, морозостойкость, содержание растворимого кремнезема.

Поскольку из каждой скважины отбиралось по 3–4 пробы, качественная характеристика полезного ископаемого рассчитывалась как средневзвешенное значение по скважинам и в итоге средневзвешенное по месторождению.

Анализ песчано-гравийной смеси

Характеристика качества песчаногравийной смеси в контуре подсчета запасов приводится по результатам испытаний 11 проб, отобранных из 3 скважин.

Содержание гравия по отдельным пробам составляет от 4,6 до 56,5 %, в среднем – 34,9 %; содержание песка в песчаногравийной смеси – от 34,5 до 85,1 %, в среднем – 53,7 %; содержание глинистых примесей – от 7,7 до 14,9 %, в среднем – 11,4 %.

Согласно «Методическим рекомендациям по применению Классификации запасов…», если количество обломков, превышающих по размерам песчаные частицы (5,0 мм), в общей массе породы составляет более 15 %, она называется гравийнопесчаной смесью, если более 30 % – песчано-гравийной смесью. Согласно ГОСТ, полезная толща классифицируется как песчано-гравийная смесь.

Пересчет среднего гранулометрического состава песка и гравия в исходную песчаногравийную смесь приведен в прил. 9.

Сопоставление качества природной песчано-гравийной смеси с требованиями ГОСТ 23735-2014, ГОСТ 25607-2009, ГОСТ 87362014 приведено в табл. 1.

Рис. 1. Обзорная карта района работ (Цифровая модель ПГГСП «Геокарта». Масштаб 1:500000, 2005 г.)

176,01

0,2

11,5

Абсолютная отметка устья, м

Мощность ПРС, м

2,5

6/1     48,0 12,2

6/2     50,9 10,6

Мощность вскрышных пород, м

Проба, её номер содержание глины, % содержание гравия, %

Контур подсчёта прогнозных ресурсов

по категории Р 1 номер блока, категория ^{Бл. 3-Р1}       прогнозных ресурсов

6/3     52,7 12,6

9,5

Глубина скважины, м

Рис. 2. Геолого-литологический разрез

Таким образом, качество песчаногравийной смеси в природном виде частично отвечает требованиям ГОСТ 25607-2009, поэтому ее использование в качестве материала при приготовлении смеси для покрытий № 2 возможно после дополнительного внесения фракции +0,05 мм, а также после отсева фракции +40 мм. Согласно ГОСТ 237352014, сырье может быть пригодно для строительных работ после удаления глинистой со- ставляющей. Требованиям ГОСТ 8736-2014 сырье не отвечает по высокому содержанию глинистых примесей и фракции +0,63 мм.

Анализ песка из песчано-гравийной смеси

По гранулометрическому составу, модулю крупности и полному остатку на сите 0,63 мм песок из песчано-гравийной смеси, в соответствии с ГОСТ 8736-2014, относится к

Таблица 1. Сопоставление качества природной песчано-гравийной смеси с требованиями ГОСТ

Номер смеси Наибольший размер зерен Полный остаток на ситах с размерами отверстий в мм Содержание глины, % 40    20 10 5 2,5 0,63 0,16 0,05 ГОСТ 8 736-2014 30– 45 15 10 ГОСТ 23735-2014 0–15 >10 % <20 % <5 % ГОСТ 25607-2009 «Смеси для покрытий» С2 20 0 0–10 10– 35 25– 50 35– 65 55– 80 65– 90 75– 92 8–25 Кочебахтинское месторождение Бл.1-С1 1,7 8,7 20,8 34,8 40,5 56,3 76,1 23,9 11,4 группе средних песков второго класса, поскольку модуль крупности песков изменяется в диапазоне от 1,9 до 2,1, в среднем составляя 2,0. Среднее содержание полного остатка зерен на сите 0,63 мм – 40,1 %. Остаток после прохода через сито 0,16 мм составляет 23,1 %.

Основная масса песка сложена зернами фракции +0,315 мм, частные остатки которой составляют в среднем по месторождению 21,4 %. Остальные фракции имеют меньшее распространение.

Содержание пылеватых и глинистых частиц в песчаной части песчано-гравийной смеси – от 14,8 до 23,84 %, в среднем оставляя 17,2 %.

Объемная масса песка изменяется в пределах от 1622 до 1650 кг/м3.

Истинная плотность песка составляет 2,65 г/см3.

Содержание органических примесей в песке в пределах нормы.

Коэффициент фильтрации песков из ПГС в рыхлом состоянии – 13,4 м/сут, в уплотненном – 0,001611 м/сут.

Угол естественного откоса песков из ПГС в сухом состоянии – 34048I, в водонасыщенном состоянии – 25045I.

Реакционная способность песка из песчано-гравийной смеси определена химическим методом по одной объединенной пробе. Содержание растворимого SiO 2 составляет 120 ммоль/л, что не соответствует требованиям ГОСТ 8736-2014, песок является реакционноспособным.

По минералогическому составу песок из песчано-гравийной смеси полимиктовый, в основном кварцево-кремнистый.

Расчет средневзвешенного гранулометрического состава и средних значений физикомеханических свойств песчаной части песчано-гравийной смеси приведен в табл. 2.

Сопоставление гранулометрического состава песчаной части песчано-гравийной смеси по месторождению с требованиями ГОСТ 8736-2014 представлено в табл. 2.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что песок из песчаногравийной смеси по содержанию пылеватых и глинистых частиц, по проходу через сито фракции менее 0,16 мм, а также по содержанию растворимого SiO 2 не отвечает требованиям ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ».

Анализ гравия из песчано-гравийной смеси

Гравий представлен фракциями от +5 до +70 мм, преобладают фракции +10 и +5 мм, полный остаток которых в среднем по месторождению составляет 59,8 и 40,2 % соответственно.

Содержание глинистых примесей в пробах гравия изменяется в пределах от 0,5 до 2,5 % при среднем 1,7 %.

Содержание зерен слабых пород колеблется в пределах от 0,5 до 1,3 %, среднее составляет 1,0 %.

Таблица 2. Сопоставление средневзвешенного гранулометрического состава песчаной части песчаногравийной смеси с требованиями ГОСТ 8736-2014

Гранулометрический состав песка, %							Модуль крупности
Полные остатки на ситах с размерами отверстий в мм
2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	проход   через   сито 0,16 мм
					всего	в т.ч., глина
ГОСТ 8736-2014
группа песка: средний
		30–45			15	10	2,0–2,5
Кочебахтинское месторождение Бл.1-С 1
6,4–15,5 10,6	13,5–29,2 23,5	28,6–47,7 40,1	55,9–67,5 61,5	70,7– 78,5 76,9	21,5–29,3 23,1	14,8–23,2 17,2	1,9–2,1 2,0

Содержание в гравии игловатых и пластинчатых зерен изменяется в пределах от 1,8 до 4,1 % при среднем 2,9 %. Водопогло-щение колеблется от 0,7 до 1,0 % при среднем 0,8 %. Объемная масса гравия изменяется от 1452 до 1553 кг/м3, а в среднем по месторождению составляет 1491 кг/м3. Органические примеси в гравии отсутствуют.

Расчет средневзвешенного гранулометрического состава и средних значений физических свойств гравийной части песчаногравийной смеси приведен в табл. 3.

Петрографический состав гравия – кварц, кварцит, доломит, известняк. Форма зерен овальная, лепешковидная, неправильная, с гладкой и шероховатой поверхностями. Гравий различной окатанности.

Реакционная способность гравия из песчано-гравийной смеси определена химическим методом по одной объединенной пробе. Содержание растворимого кремнезема составило 153–272,5 ммоль/л, т.е. гравий обладает повышенной реакционной способностью. По дробимости гравий соответствует маркам «600» и «400»: во фракции 5–10 мм – «600»; во фракциях 10–20 и 20–40 мм – «400». По истираемости гравий соответствует маркам «И-1» и «И-2»: во фракции 5–10 мм – «И-1»; во фракциях 10–20 и 20– 40 мм – «И-2». По морозостойкости гравий соответствует марке «F-50.

Сопоставление качества гравийной части песчано-гравийной смеси с требованиями ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ приведено в табл. 3.

Согласно ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ», гравий из песчаногравийной смеси может использоваться для строительных работ.

Радиационно-гигиеническая оценка

Радиационно-гигиеническая оценка пород на месторождении проводилась с целью оценки пригодности сырья для строительных работ. Лабораторные испытания и оценка проведены в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае».

Результаты испытаний показали, что песчано-гравийная смесь соответствует требованиям СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)», СанПиН 2.6.1.2800-10 «Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения» и может применяться для автодорожного строительства без ограничений. Радиоактивность пород «Кочебах-тинского» месторождения относится к 1 классу строительных материалов, которые могут применяться в строительстве без ограничений.

Таблица 3. Сопоставление средневзвешенного гранулометрического состава гравийной части песчано-гравийной смеси с требованиями ГОСТ 8267-93

Зерновой состав гравия				И ^р Я 5 4» Н S и я	« 5	И О4 и О" у л 5 §	5 © © © ©	1 О	Марка гравия
Полные остатки в % на ситах с размерами отверстий в мм									я	© я © я	© © я
40	20	10	5
ГОСТ 8267-93
до 10	30–60			не >2	е >15	не >35			«1000»– «400»	«И-1»- «И-IV»	«F-15»– «F-50»
Кочебахтинское месторождение Бл.1-С 1
0,3–8,4 4,8	20,3–28,1 25,1	58,3–66,7 59,8	33,3–41,7 40,2	0,5– 2,5 1,7	0,5–1,3 1,0	1,8–4,1 2,9	0,7–1,0 0,8	1452–1553 1491	«600»– «400»	«И-1» «И-2»	«F-50»

Заключение

В ходе изучения качества полезного ископаемого Кочебахтинского месторождения песчано-гравийной смеси установлено, что данное месторождение представляет собой перспективный источник сырья для строительных работ.

• 1.    Качество песчано-гравийной смеси в природном виде частично отвечает требованиям ГОСТ 25607-2009, поэтому ее использование в качестве материала при приготовлении смеси для покрытий № 2 возможно после внесения дополнительно фракции +0,05 мм, а также после отсева фракции +40 мм. Согласно ГОСТ 237352014, сырье может быть пригодно для строительных работ после удаления глинистой составляющей. Требованиям ГОСТ 8736-2014 сырье не отвечает по высокому содержанию глинистых примесей и фракции +0,63 мм.

• 2.    Песок из песчано-гравийной смеси по содержанию пылеватых и глинистых частиц, по проходу через сито фракции менее 0,16 мм, а также по содержанию растворимого SiO 2 не отвечает требованиям ГОСТ 87362014 «Песок для строительных работ».

• 3.    Гравий из песчано-гравийной смеси, согласно ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ», может использоваться для строительных работ.

• 4.    Песчано-гравийная смесь соответствует требованиям СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)», СанПиН 2.6.1.2800-10 «Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения» и может применяться для автодорожного строительства без ограничений.