рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ЛЕКЦИЯ 1 Место физики горных пород и процессов среди других наук определяется объектами, методами и направленностью исследований

ЛЕКЦИЯ 1 Место физики горных пород и процессов среди других наук определяется объектами, методами и направленностью исследований - раздел Физика, Лекция 1 ...

ЛЕКЦИЯ 1

ВВЕДЕНИЕ

Физика горных пород — это учение о физико-технических свойствах и физических процессах в горных породах, закономерностях изменения свойств и принципах их использования при решении задач горного производства.

Физика горных пород, оформившаяся в самостоятельный раздел горной науки в 60-х годах, положила начало новому подходу к породе как геологическому телу, объекту физических исследований и горных разработок одновременно.

Место физики горных пород и процессов среди других наук определяется объектами, методами и направленностью исследований.

По объектам исследований физика горных пород близка к геологическим паукам, а именно кристаллографии, минералогии, петрографии. Без знания минерального состава и структурно-текстурных особенностей пород и условий их залегания невозможно изучение физических свойств пород, обоснованное объяснение физических явлений, происходящих в них. Поэтому данные о составе, строении, генезисе пород, их залегании физика горных пород заимствует у геологических наук и использует для своих исследований.

По методам исследований физика горных пород близка к физике твердого тела: явления и свойства объясняются и изучаются с позиций современной физики твердого тела, используются ее математический аппарат и экспериментальные методы.

Однако изучаемые физикой горных пород объекты значительно разнообразнее, более сложны и зависят от большего количества случайных факторов, чем в физике твердого тела. Законы возникновения и влияния всех этих факторов учесть одновременно практически невозможно. В связи с этим в физике горных пород широко применяется аппарат теории вероятностей и математической статистики, используются экспериментально установленные закономерности и корреляционные зависимости, а физические явления в породах описываются феноменологически ки.

Направленность исследований физики гонных пород и горной науки одна и та же. Физика горных пород решает вопросы совершенствования горного производства, изыскивает резервы повышения производительности труда через познание свойств горных пород.

Как известно, горное производство в общем виде представляет собой следующую технологическую цепочку: бурение, взрывание, выемка взорванной массы, транспортирование по-

род, складирование их, первичная обработка и измельчение полезного ископаемого и, наконец, его обогащение. Стадии процесса добывания полезного ископаемого неразрывно связаны с воздействиями на породу различных машин и механизмов. Наибольшая эффективность горных работ достигается при оптимальном соответствии параметров машин и механизмов физическим характеристикам пород.

Так как свойства пород меняются в широких пределах, эффективность работы механизмов будет высокой только при наличии соответствующих устройств, способных давать информацию о свойствах, составе и состоянии массивов пород. Следовательно, необходима разработка методов контроля состояния пород и физических процессов.

Физические параметры пород не являются константами, ими можно управлять. Например, свойства пород могут меняться при нагреве, охлаждении, насыщении их жидкостями, воздействии на них электрического тока и т. д. Поэтому возникает проблема исследования результатов таких воздействий на породу.

Из вышеизложенного вытекают следующие научные и практические задачи физики горных пород.

1. Исследование физических свойств горных пород, в том числе:

установление значений физико-технических параметров пород, необходимых для расчета режимов работы и производительности существующего горного оборудования, при проектировании горных предприятий и планировании их работы;

установление закономерностей изменения физических свойств горных пород в условиях внешнего воздействия, при непостоянном составе и строении пород.

2. Исследование физических процессов в горных породах, и том числе:

разработка новых методов воздействия на породы, выявление областей их применения, расчет их эффективности;

разработка принципиально новой технологии производства горных работ;

создание систем контроля состава, состояния и поведения Горных пород в процессах горного производства.

По признаку физических полей, взаимодействие которых с породами изучается, физику горных пород подразделяют на следующие разделы:

механику пород, изучающую механические свойства пород и явления (в том числе и горное давление), происходящие в породах при механическом воздействии на них в процессе разработки месторождений;

акустику пород, изучающую распространение и поглощение упругих колебаний в породах и все физические процессы, с ними связанные;

термодинамику пород, в область исследований которой входят тепловые свойства и тепловые процессы в горных породах, вызванные как естественными, так и искусственными факторами;

электродинамику и радиационную физику пород, исследующую электрические, магнитные, радиоволновые и ядерные свойства и явления в горных породах.

Анализ исторических сведений позволяет считать, что одними из первых физических параметров, изученных в естественных телах, были магнитные.

Простейшие магнитные свойства магнетита были известны еще в древней Греции, Египте и Китае. А в 1640 г. в Швеции впервые был использован компас для получения информации о массивах при поиске магнетитовых руд.

Изучение Галилеем (1590 г.) законов падения твердых тел под действием силы тяжести положило начало исследованиям плотностных свойств горных пород.

Фундаментом, на котором начали развиваться исследования механических свойств пород применительно к механике грунтов, явились работы французского ученого XVIII в. III. Кулона.

Более поздние попытки прогнозировать землетрясения привели к изучению законов распространения упругих волн в земной коре — возникновению сейсмологии (Малле, 1854 г.), а затем и сейсмического метода разведки (Шмидт, 1888 г.).

Со временем все более широкий спектр физических свойств горных пород вовлекался в сферу внимания ученых-геофизиков. На базе исследований свойств пород получила развитие прикладная геофизика, решающая задачи поиска полезных ископаемых.

В горном производстве практически до середины XX в. должного значения физическим свойствам пород не придавалось. Горняки пользовались лишь весьма ограниченным количеством физико-механических свойств, начало изучению которых было положено в России в XIX и. В. И. Курдюмовым и П. А. Миняевым. В это же время акад. В. М. Севергин впервые ввел в обиход термин «горные породы».

Развитие подземных горных работ потребовало изучения деформаций и напряжений в породах при проведении в них горных выработок. Проф. М. М. Протодьяконов (старший) впервые разработал теорию горного давления. С его именем связано также начало систематического изучения прочностных свойств пород. В 1926 г. он создал первую классификацию горных пород по крепости, широко применяемую в горном деле и в настоящее время.

Исследования механических свойств горных пород, их поведения в условиях горного давления продолжили советские профессора П. М. Цымбаревич, Г. Н. Кузнецов, Н. А. Цытович, Л. И. Барон, М. М. Протодьяконов (младший), И. А. Турчанинов. В настоящее время в этой области работают акад. АН КазССР Ж. С. Ержанов, профессора Ю. А. Векслср, II. В. Баклашов, С. В. Кузнецов и многие другие.

Проблемы разрушения горных пород машинами, инструментом и взрывом в различных условиях изучались акад. П. А. Ребиндером, профессорами К. В. Руппенейтом, Л. А. Шрейнером, II. Г. Домбровским. Их исследования продолжают сейчас профессора А. И. Берон, Б. Н. Кутузов, А. Н. Ханукаев и многие другие советские исследователи. Исходные данные по остальным свойствам пород для задач горного дела были взяты из геофизики.

Так, тепловые свойства горных пород исследовались вначале применительно к выявлению тепловых полей в земной коре, затем в связи с развитием термических методов разведочной геофизики и, наконец, с целью внедрения термических методов обработки и разрушения горных пород. В этой области сейчас работают профессора А. П. Дмитриев, Ю. Д. Дядькин, С. А. Гончаров и др.

Магнитные исследования пород Курской магнитной аномалии под руководством академиков П. П. Лазарева и И. М. Губкина были начаты в 1918 г.

Сейсмические исследования массивов горных пород и разработка новых методов сейсморазведки в СССР были осуществлены акад. Г. А. Гамбурцевым.

В области радиометрических исследований горных пород большой вклад внесли работы акад. В. И. Вернадского, А. И. Заборовского и др.

Весьма широкие систематические исследования по электрометрии горных пород были проведены А. А. Петровским в 1924 г. Теоретические работы в этом направлении выполнены А. И. Заборовским, А. Г. Тарховым, В. Н. Дахновым, М. П. Воларовичем и Э. И. Пархоменко.

Вопросам электрометрии, а также электрических методов воздействия на горные породы посвящены научные труды профессоров М. П. Тонконогова, Ю. И. Протасова и других ученых.

До 60-х годов исследования были недостаточно полными как по количеству изучаемых типов пород и полезных ископаемых, так и по числу определяемых физических параметров, в них отсутствовало обобщение данных по свойствам.

В 1962 г. вышла в свет монография В. Н. Кобрановой, в которой были обобщены физические свойства пород применительно к разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений (петрофизика).

В том же году В. В. Ржевским были впервые сформулированы основные принципы физики горных пород и процессов.

Большой вклад в развитие исследований по физике горных пород внес акад. Н. В. Мельников.

В настоящее время в области физики горных пород обширные исследования ведут проблемная лаборатория и физико-технический факультет Московского горного института, Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР, Горный институт Кольского филиала АН СССР, Институт горного дела СО АН СССР, ИГД им. А. А. Скочинского, ВНИМИ, Ленинградский горный институт, Карагандинский политехнический институт, Институт геотехнической механики АН УССР и другие организации.

Дальнейшее развитие физики горных пород вызвано возрастающими потребностями горного производства в изучении физических процессов, происходящих в массивах пород. Успешное удовлетворение этих потребностей возможно лишь при условии усвоения горными инженерами знаний о физических свойствах горных пород, методах прогноза свойств и управления ими, а также овладения принципами физического воздействия на горные породы с целью их эффективной разработки.


ЛЕКЦИЯ 2

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

Устойчивые агрегаты (парагенетические ассоциации) одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела, называются горными… Кристаллы минералов имеют свою пространственную решетку, соответствующую… Кристаллические агрегаты минералов имеют определенную макроструктуру, характеризующуюся размерами, формой кристаллов и…

ЛЕКЦИЯ 3

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ КАК ОБЪЕКТ РАЗРАБОТКИ. МАССИВ. ГОРНАЯ МАССА. ОБРАЗЕЦ

Для ведения горных работ в забое необходимо знать характеристики горных пород в их естественном состоянии. Для других целей (погрузки, перемещения,… Цели воздействия на породы различны, и они определяют пределы знаний тех или…

ЛЕКЦИЯ 4

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФИЗИКО ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОРОД И ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД. БАЗОВЫЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Минеральный состав и строение, а также многофазность горных пород предопределяют различное их поведение при воздействии нагрузок, тепла, электрического поля, т. е. различные их физические свойства.

Под физическим свойством породы понимают ее особое поведение (ответную реакцию) при воздействии на нее определенных физических; полей или сред.

Численно каждое физическое свойство породы оценивается одним -или несколькими параметрами (показателями характеристиками), являющимися количественной мерой свойства.

Свойства пород и соответствующие им параметры, характеризующие ответную реакцию пород на воздействие определенных инструментов (например, буровых), механизмов или технологических процессов (например, взрыва), называют горнотехнологическими.

Всю совокупность физических и горно-технологических параметров пород, описывающих их поведение в процессах разработки, принято называть физико-техническими параметрами.

Факторы, обусловливающие численное значение тех или иных физико-технических параметров горных пород и минералов и их изменчивость, подразделяют на две группы. Это внутренние факторы, своей сущностью связанные с породой (минералом) и определяющие ее название (минеральный состав и строение для пород, химический состав и кристаллическая решетка для минералов), и внешние (различные физические поля, внешнее воздействие, окружающие и проникающие в породу среды), обобщенно называемые внешним полем.

В физике горных пород под понятием «внешнее поле» подразумевают тот вид энергии или вещества, под воздействием которого в данный момент находится порода.

Физико-технические параметры подразделяют по виду соответствующих внешних полей, вызывающих ответную реакцию породы.

Исходя из этого выделяют механическое поле (давление) и соответствующие ему механические свойства пород, тепловое поле (температура, тепловой поток) и тепловые свойства, электрическое, магнитное и радиационное поля и такие же свойства пород. Кроме того, существует еще вещественное поле (флюиды) и соответствующие ему гидравлические и газодинамические свойства. Воздействие знакопеременных нагрузок на горные породы описывается акустическими свойствами, воздействие электромагнитных волн — электромагнитными свойствами.

Как те, так и другие связаны с волновыми процессами и поэтому могут быть объединены в общую группу волновых свойств.

Как следует из определения, горно-технологические параметры соответствуют конкретным условиям и средствам воздействия на породы.

Горно-технологические параметры пород подразделяются на несколько групп по принципу принадлежности к определенным процессам технологического воздействия:

1) характеризующие общую разрушаемость пород механическим способом, например твердость, крепость, вязкость и дробимость;

2) характеризующие разрушаемость пород определенными механизмами, например буримость, сопротивляемость резанию, экскавируемость, зарубаемость, взрываемость, удельные усилия внедрения и т. д.;

3) оценивающие воздействие породы на инструмент, например абразивность;

4) оценивающие качество полезных ископаемых, например коксуемость для углей, морозостойкость и термостойкость для строительного камня;

5) устанавливающие производительность или эффективность иных процессов воздействия на горные породы (кроме разрушения), например обогатимость, флотируемость, устойчивость в отвалах и т. д.

6) определяющие особое поведение пород при разработке месторождений полезных ископаемых, например выбросоопасность, метаноносность, самовозгораемость и др.;

7) оценивающие эффективность воздействия на горные породы различными немеханическими методами с целью их разрушения, упрочнения, плавления и т. д.; например термобуримость, критерий эффективности нагрева токами высокой частоты, электротермомеханическая разрушаемость и др.

Физико-технические параметры, описывающие объемный, накопительный процесс, являются скалярными и не зависят от направления действия внешнего поля (например, плотность, теплоемкость).

Остальные параметры зависят от направления поля действия и степени ориентации минеральных частиц и поэтому в общем виде описываются векторами и тензорами. Они называются тензорными.

Классификация наиболее часто применяемых физико-технических свойств и параметров пород приведена в табл. 2.1. Определения параметров даны при рассмотрении соответствующих свойств горных пород в образце.

Известно более ста физико-технических параметров пород, измерить такое количество их для всех видов и разновидностей пород не представляется возможным.

С целью сопоставления разных пород, совместного их рассмотрения, анализа и классификации выделяют некоторую ограниченную группу физико-технических параметров, являющуюся минимально необходимой и достаточной для характеристики породы как физического и геологического тела и объекта горной разработки одновременно. Такие параметры горных пород носят название базовых (табл. 2.2).

К базовым отнесено 12 элементарных, исходных и независимых физических параметров, позволяющих вычислять максимальное количество других параметров пород.

Базовые физические параметры служат общим фундаментом для изучения всех пород. Поэтому их определение является обязательным

Таблица 2.1.

Классификация наиболее часто применяемых физико-технических параметров пород

Группа свойств Подгруппа свойств Физические параметры Обозначение
Плотностные   Плотность, объемная масса Удельный вес Пористость (общая, эффективная) Коэффициент пористости ρо Р γo Р Рэф   kп
Механические Упругие Модуль Юнга Коэффициент Пуассона Модуль сдвига Модуль всестороннего сжатия Модуль одностороннего сжатия Предел упругости Е μ M σЕ
  Пластические Коэффициент пластичности Модуль деформации  
  Прочностные Предел прочности при сжатии Предел прочности при растяжении Предел прочности при сдвиге Сцепление Угол внутреннего трения σсж σр   с φ
  Реологические Параметры ползучести Период релаксации Длительная прочность Предел длительной прочности  
Тепловые Проводимость Коэффициент теплопроводности Температуропроводность  
  Поглощение Удельная теплоемкость  
  Воздействие Температура и теплота плавления Коэффициенты теплового расширения Температура фазовых превращений  
Электрические Проводимость Удельное электрическое сопротивление Удельная электрическая проводимость  
  Поглощение Относительная диэлектрическая проницаемость Тангенс угла диэлектрических потерь tg
  Воздействие Пробивная напряженность (электрическая прочность) Еэ. п

Продолжение табл. 2.1

 

Группа свойств Подгруппа свойств Физические параметры Обозначение
Магнитные Поглощение Остаточная намагниченность Магнитная проницаемость Магнитная восприимчивость  
  Воздействие Температура Кюри Коэрцитивная сила  
Волновые Акустические Скорости распространения волн Коэффициент поглощения Удельное волновое сопротивление Коэффициент отражения Коэффициент преломления Критический угол полного внутреннего отражения  
  Электромагнитные Скорости распространения волн Коэффициент поглощения Коэффициенты отражения Коэффициенты преломления Волновое сопротивление  
Радиационные Естественные Естественная радиоактивность  
  Поглощение Коэффициенты поглощения Эффективные сечения рассеяния и поглощения  
  Проводимость Длина замедления нейтронов Время замедления нейтронов  
Гидрогазодинамические Поглощение Влагоемкость Коэффициент водонасыщенности Коэффициент водоотдачи  
  [Проводимость Коэффициент проницаемости Коэффициент фильтрации  
  Воздействие Растворимость Коэффициент набухания Коэффициент водопрочности  
Горно-технологические Общие Показатель трудности разрушения Коэффициент крепости Твердость Коэффициент абразивности Дробимость Коэффициент трения  
  Частные Взрываемость Удельное усилие резания Показатель трудности бурения Экскавируемость  

 

 

Таблица 2.2.

Базовые физико-технические параметры горных пород

 

Свойства Основные параметры Обозначение Единицы измерения Определение Пределы изменения
Плотност-ные Объемная масса Р кг/м3 Масса единицы объема сухой горной породы с естественной ненарушенной структурой (с порами, трещинами и т. д.) 1500—3000
  Пористость Р % Относительный объем всех пор, заключенных в единице объема породы 1,5-30
Механические Предел прочности при сжатии 0"сж Па Критическое значение одноосного сжимающего напряжения, при котором происходит разрушение породы  
  Предел прочности при растяжении   Па Критическое значение одноосного растягивающего напряжения, при котором происходит разрушение породы  
  Модуль продольной упругости (модуль Юнга) Е Па Коэффициент пропорциональности между действующим нормальным напряжением и соответствующей ему продольной упругой деформацией  
  Коэффициент Пуассона V Коэффициент пропорциональности между упругими продольными и поперечными деформациями при одноосной нормальной нагрузке 0,1—0,45
        (отношение относительных поперечных деформаций к продольным)    
Тепловые Коэффициент теплопроводности 1 Вт/(м-К) Количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу сечения в направлении, перпендикулярном к сечению при перепаде температур, равном 1 К, на единицу расстояния 0,2—12  
  Удельная теплоемкость с Дж/(кг- К) Количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 К (0,5—1,5) 103  
  Коэффициент линейного теплового расширения а к-1 Относительное удлинение тела при нагреве его на 1 К    
Электромагнитные Удельное электрическое сопротивление Рэ Ом-м Величина, обратная силе тока, проходящего через 1 м2 площади образца при напряженности электрического поля в образце, равной 1 В/м    
  Относительная диэлектрическая проницаемость   - Коэффициент, показывающий, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля при внесении в него породы 2—30  
  Относительная магнитная проницаемость   Коэффициент, показывающий, во сколько раз магнитная индукция поля изменяется при помещении в пего образца по сравнению с полем в вакууме 0,9998 6,5  
                 

 

ческих нагрузок или соответствующих суммарных термических напряжений при нагреве или охлаждении пород; появление дополнительной пористости, пустотности за счет эффекта растворения минералов или их выгорания.

3. Изменение сил связей между отдельными частицами породы: понижение их при нагреве за счет приближения состояния минералов к точке плавления; при насыщении связных пород водой за счет проникновения жидкости между частицами породы; повышение их при нагреве за счет спекания частиц, при охлаждении за счет смерзания и т. д.

Преобладание тех или иных причин изменения свойств обусловлено исходным минеральным составом, строением пород и их физическими свойствами. Существенную роль играют также параметры внешнего воздействующего поля — его интенсивность, характер изменения во времени, длительность, направление действия.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Любой технологический процесс горного производства, в котором участвует горная порода, в той или иной степени зависит от комплекса физических свойств породы.

Поэтому проектирование таких процессов, выбор технологической схемы, конструирование и выбор соответствующего оборудования, наконец, эффективная эксплуатация этого оборудования, повышение производительности труда, снижение себестоимости и энергоемкости горных работ связаны со знанием физических свойств горных пород и физических процессов, происходящих в них.

Процессы, в которых при ведении горных работ вступают во взаимодействие с горной породой инструмент, механизм или агрегат, изучаются физикой горных пород и носят обобщенное название физических процессов горного производства, которые по технологическим признакам подразделяют на:

подготовку массива пород к выемке (осушение, оттаивание);

разрушение, дробление, измельчение горных пород;

упрочнение горных пород и поддержание горных выработок;

борьбу с неблагоприятными и опасными явлениями в массивах горных пород;

перемещение и складирование горной массы;

переработку и обогащение полезных ископаемых;

контроль за свойствами, качеством, составом пород и полезных ископаемых, строением, состоянием и поведением массивов пород, технологическими процессами;

комплексное использование минеральных ресурсов.

Исследование технологических процессов позволяет установить количественные соотношения между параметрами процесса и физическими свойствами пород. Это, в свою очередь, дает возможность решить следующие вопросы:

в области проектирования — выбор оптимальных систем и способов разработки месторождений; выбор оптимальных средств и механизмов для ведения горных работ;

в области конструирования горных машин и оборудования— совершенствование параметров известных механизмов с учетом конкретных горных пород; создание принципиально новых механизмов воздействия, основанных на изученном физическом эффекте;

в области горного производства — оптимальное использование механизмов, планирование и прогноз их производительности; нормирование труда рабочих: оперативный контроль за процессами в породах.

Так, при проектировании вскрытия месторождения, системы разработки, места расположения подземных выработок, порядка отработки необходимо знать прочностные, упругие, реологические свойства пород и их распределение в массиве, строение разрабатываемого массива, степень его увлажненности и фильтрационные характеристики.

Выбор механических способов разрушения пород обусловлен их механическими характеристиками, а немеханических способов — еще и тепловыми, и электрическими параметрами пород. Конструктивные параметры, например оптимальное количество штырей на шарошках бурового станка, расстояние между штырями, скорость вращения, осевые усилия, также связаны с прочностными и упругими свойствами пород.


ЛЕКЦИЯ 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОРОД

В настоящее время разработано большое количество различных методов определения физико-технических параметров пород. Они делятся на лабораторные и… Лабораторными методами определяют физико-технические параметры пород на… Лабораторный образец — это полностью подготовленный в соответствии с требованиями методики к испытаниям полированный…

МЕТОДИКА ОПРОБОВАНИЯ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Опробование пород на физико-механические свойства производится по разведочным скважинам и горным выработкам, предусмотренным проектом работ.… а) сложностью геологического строения месторождения, в том числе изменчивостью… б) глубиной залегания полезного ископаемого;

ЛЕКЦИЯ 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОРОД ЛАБОРАТОРНЫМИ МЕТОДАМИ

Общие понятия о физико-механических свойствах

Горных пород

Различают физические, водные и механические свойства, их выражают и оценивают с помощью измеряемых или расчетных показателей-характеристик. Физические свойства характеризуют физическое состояние горных пород, т.е.… Водные свойства горных пород проявляются в их способности изменять состояние, прочность и устойчивость при…

Инженерно-геологическая классификация горных пород

Естественным геологическим признаком для подразделения различных горных пород. Слагающих земную кору, является их происхождение. В соответствии с этим выделяют изверженные, метаморфические и осадочные горные породы. Каждый из этих генетических типов обладает рядом только ему присущих характерных признаков и свойств. Важнейшие из них - минеральный состав, структура, текстура, условия залегания. Физико-механические свойства - являются прямым следствием условий образования горных пород и последующего преобразования в земной коре. По этим генетическим признакам представляется возможность выделить большое число петрографических типов горных пород.

Различные генетические и петрографические типы пород могут быть объединены в определенные группы по физико-механическим свойствам.

Таких групп выделяется пять:

1. Породы твердые - скальные.

11. Породы относительно твердые - полускальные.

111. Породы рыхлые несвязные.

1У. Породы мягкие связные.

У. Породы особого состава, состояния и свойств.

Скальные породы характеризуются высокой прочностью

(Rc=500-4000·105 Па, Rp=20 - 150·105 Па) и устойчивостью, малой деформируемостью и слабой водопроницаемостью.

Полускальные породы отличаются от скальных меньшей прочностью

(Rc до 500·105 Па, Rр до 20-30·105 Па) и устойчивостью, большей деформируемостью, значительной и высокой водопроницаемостью.

Породы рыхлые несвязные и мягкие связные характеризуются значительно меньшей прочностью и устойчивостью и большей деформируемостью. Некоторые из них сильно водопроницаемы. Породы особого состава, состояния и свойств являются, как правило, слабыми (пески-плывуны, песчаные и глинистые илы, торфы, почвы, гипсы).

КОМПЛЕКС ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД

Исследования физико-механических свойств пород включают производство анализов по сокращенному комплексу определений, по полному комплексу и… Виды анализов, входящих в сокращенный, полный и специальный комплексы… Физико-механические свойства каменных углей и антрацитов, а также пород, вмещающих эти пласты, должны определяться по…

Физические свойства горных пород

Плотность горных пород служит показателем разной степени их уплотненности и поэтому используется при расчленении разновозрастных толщ, комплексов и… Важной характеристикой физических свойств и состояния горных пород вообще,… Физическое состояние и свойства горных пород в значительной степени зависят от их влажности. У скальных пород из-за…

Методы определения пористости

Пористостью горных пород называют общий объем пор в единице объема породы. Поры могут быть взаимосвязанными - открытыми (поры сообщаются друг с… Общая пористость породы равна суммарному объему открытых и закрытых пор. Общую… n = rm -rck / rm = 1- rck/ rm$

Определение влажности горных пород

Влажность породы W в % вычисляют по формуле: W = (m1 - mo /mo-m)· 100, где m - масса бюксы с крышкой, г;

ЛЕКЦИЯ 8

Исследование механических свойств горных пород

Природа прочности горных пород отличается значительной сложностью. В зависимости от влияния тех или иных факторов их прочность может изменяться в… От различной прочности горных пород зависит их деформируемости. Деформации,… Для скальных пород характеры упругие свойства, а полускальные являются только частично упругими. Для оценки упругих…

ЛЕКЦИЯ 9

  Метод определения коэффициента крепости по Протодьяконову Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной…

Метод определения твердости пород по штампу

Твердость по штампу пород определяют на образцах любой формы с двумя плоскопараллельными поверхностями, площадь которых не менее чем в 350 раз… Расстояние между соседними осями вдавливания пуансона должно быть таким, чтобы… По диаграмме деформаций определяют твердость по штампу и вычисляют по формуле:

ЛЕКЦИЯ 10

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПОРОД

Сущность метода заключается в измерении скорости прохождения продольных и поверхностных ультразвуковых волн по образцу горной породы и определении… Для возбуждения колебания в образце и индикации их прохождения используют… Образцы для испытаний - круглые цилиндрические с плоскими шлифованными основаниями диаметром от 36 до 110 мм и длиной…

ЛЕКЦИЯ 11

ОБОБЩЕННЫЕ ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОРОД

КРЕПОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

К первой категории относятся породы, имеющие наивысшую степень крепости (/ = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (f = 0,3). Пределы… Так как f связан с прочностью пород, его можно рассчитать по σсж в… (4.1)

ХРУПКОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ ПОРОД

Так, в качестве технологического показателя пластичности принимают параметр, определяющий, во сколько раз удельная работа разрушения образца… Удельную работу разрушения рассчитывают по площади диаграммы напряжение —… (4.4)

ТВЕРДОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

В зависимости от того, вдавливается ли инструмент в породу при постепенно увеличивающейся нагрузке или ударе, различают статическую Нст и… Для большинства горных пород применяется метод определения статической… Если во время опыта фиксируется деформация, то попутно может быть определен модуль упругости породы.

ЛЕКЦИЯ 12

Наиболее трудно поддаются разрушению породы, имеющие высокую прочность и большую зону пластической деформации. Такие породы являются вязкими. Технологический показатель вязкости горных пород при разрушении пропорционален… (4.11)

ЛЕКЦИЯ 13

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

СОДЕРЖАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ В ПОРОДАХ

Наличие пор и трещин в породах предопределяет возможность их заполнения различными жидкостями и газами.

Наиболее часто горные породы бывают насыщены водой, которая может содержаться в породах в разном виде. Различают химически связанную, физически связанную и свободную воду.

Химически связанная вода наряду с другими молекулами и ионами входит в состав кристаллической решетки минералов, например гипса CaS04-2H20 или каолинита Al2(OH)4" Si205- Удаление такой воды приводит к разрушению минерала, превращению его в другое — безводное соединение.

Наличие в породе химически связанной воды проявляется только при ее нагревании. Она обусловливает изменение свойств породы при высоких температурах. Из-за нарушения кристаллической решетки минералов при выделении из них химически связанной воды происходят ослабление и разрушение пород, а в ряде случаев их упрочнение (например, глин).

Физически связанная вода тесно соединена молекулярными силами притяжения с твердыми частицами породы, обволакивая их в виде пленки. Ее количество зависит от смачиваемости пород.

Смачиваемость — это способность горной породы покрываться пленкой жидкости. Величина смачивания твердой поверхности жидкостью характеризуется краевым углом θ между плоскостью твердого тела и касательной к поверхности капли, проведенной из точки касания капли с телом.

Смачиваемость пород обусловлена, адсорбционной способностью, т. е. способностью концентрировать на своей поверхности молекулы жидкости за счет электростатического притяжения. Большинство пород относится к хорошо смачиваемым водой (гидрофильным). Частично или полностью Несмачиваемы (гидрофобны) сера, угли, битуминозные песчаники и некоторые другие породы.

Адсорбционная способность пород возрастает при наличии них растворимых солей, глинистых минералов (особенно с раздвижной кристаллической решеткой — монтмориллонитов), а также с увеличением удельной поверхности твердой фазы. Поэтому наблюдается увеличение адсорбционной способности с уменьшением размеров частиц рыхлой породы и увеличением их угловатости.

Физически (прочно) связанная вода не перемещается в породах, имеет высокую плотность (до 1,74• 103 кг/м3), низкую температуру замерзания (—78°С), малые значения теплоемкости, диэлектрической проницаемости, электрической проводимости, не является растворителем. Она удаляется из породы только нагреванием свыше 105—110°С.

Максимальное количество связанной воды, которое способны адсорбировать породы, оценивается показателями максимальной гигроскопичности и максимальной молекулярной и вгоемкости.

Максимальная гигроскопичность wr — наибольшее количество влаги, которое способна адсорбировать на своей поверхности горная порода из воздуха с относительной влажностью 94 %.

Молекулярная, или пленочная, влагоемкость количество воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности частиц породы:

(5.1)

где тм — масса влажного образца породы; тс — масса образца породы, высушенного при температуре 105—110 °С. wM>wr за счет наличия в породе слабо связанной пленочной воды, отличием которой от физически (прочно) связанной воды является способность передвигаться под действием молекулярных сил. Молекулярная влагоемкость зависит от размеров зерен, слагающих породу. Так, для кварцевых частиц размером 0,1 — 1,05 мм wx составляет 0,02%, размером менее 0,001 мм — 1,86%. Однако основную роль играет минеральный состав пород, при размере частиц меньше 1 мкм wM альбита равна 8,1%, лимонита — 23 %, а биотита — 48 %.

В связи с этим кварцевые пески, например, содержат наименьшее количество связанной воды — 0,24 %, в то время как лёссы — 5,2 %, глины— 10—30 %. Влажные породы обладают способностью избирательно адсорбировать наряду с водой ионы из насыщающего породу

раствора, т. е. обладают ионосорбционной способностью. Это явление важно при изучении электрохимических реакций в породах, электрической проводимости и электрических полей в массивах.

Свободная вода в породах может находиться в виде капиллярной воды, удерживаемой в мелких порах силами капиллярного поднятия, и в виде гравитационной воды, заполняющей крупные поры и передвигающейся в породах под действием сил тяжести или давления.

Количество капиллярной воды оценивается параметром капиллярной влагоемкости.

В зависимости от минерального, гранулометрического состава пород и формы частиц соотношение количества различных видов воды в породах может быть разным. Так, пески содержат в основном гравитационную воду, а глины, лёсс и суглинки — молекулярную и капиллярную.

Максимальное количество связанной, капиллярной и гравитационной воды, которое способна вместить порода, характеризуется ее полной влагоемкостью (массовой и объемной).

Массовая полная влагоемкость

(5.2)

Объемная полная влагоемкость

(5.3)

где тп — масса породы, максимально насыщенной водой; Vm — объем воды, заполняющей породу [Vm=(mnтс)/рж]; V — объем породы; рж — плотность воды; р — объемная масса породы соответственно.

По величине объемная полная влагоемкость примерно равна открытой пористости породы. Если поры в породах не имеют свободного сообщения друг с другом, в них может остаться некоторое количество защемленных газов или воздуха даже при полном насыщении пород водой. Тогда w п. об<Р.

Иногда вода способна проникнуть между пакетами кристаллических решеток некоторых минералов (монтмориллонит, вермикулит, галлуазит). Тогда наблюдается w п. об >Р.

Для оценки породы в естественном состоянии пользуются параметром естественной влажности wе, равным относительному количеству воды, содержащейся в породах в природных условиях, и коэффициентом водонасыщенности kn, указывающим на степень насыщения породы водой.

(5.4)

где Vb и Vn — объемы воды и пор в породе соответственно.

Влагоемкости — это физические параметры породы; естественная влажность we и wвн — характеристики состояния породы.

Извлечь всю воду из увлажненной породы механическими средствами невозможно. При любом механическом воздействии в породе остается физически связанная вода. Весьма трудно отдают воду лёссы, очень мелкие пески (плывуны), так как именно в них имеется большой процент физически связанной воды. Способность породы отдавать воду при механическом воздействии характеризуется водоотдачей ξ :

(5.5)

 

Величина водоотдачи зависит от размеров частиц, образующих породу, величины и взаимного расположения пор. Слабая водоотдача пород обычно снижает производительность механической и гидравлической разработки пород, затрудняет осушение месторождения, транспортирование и дробление полезного ископаемого.

В породах кроме воды встречаются также нефть и газы.

Характер распределения в порах воды, нефти и газа предопределяет многие физические свойства этих пород, в частности очень сильно сказывается на их электросопротивлении.

В общем случае сумма объемов нефти Vн, газа Vr и водыVb в нефтегазоводонасыщенных породах равна объему порового пространства пород Vп и, следовательно,

(5.6)

Отношения VB/Vп, VгIVп, Vв/Vп называются относительными коэффициентами соответственно нефтенасыщенности kн, и газонасыщенности kг и водонасыщенности kBH.


ЛЕКЦИЯ 14

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ В ПОРОДАХ

Проницаемость бывает физическая (абсолютная) и фазовая (эффективная). Физическая проницаемость — это проницаемость в случае фильтрации через породу… (5.7)

ЛЕКЦИЯ 15

МЕРЗЛЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Формирование мерзлых пород происходит в результате длительного действия отрицательных температур воздуха на поверхность массива. Мерзлые горные породы по времени существования разделяют на сезонно-мерзлые и… При замерзании влажной дисперсной породы не вся ее влага переходит в лед сразу после 0 °С. Значительная часть ее…

– Конец работы –

Используемые теги: Лекция, место, физики, горных, пород, процессов, среди, других, наук, определяется, объектами, методами, направленностью, исследований0.2

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ЛЕКЦИЯ 1 Место физики горных пород и процессов среди других наук определяется объектами, методами и направленностью исследований

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Лекция первая. ИСТОРИЯ СОЦИОЛОГИИ КАК ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ Лекция вторая. ИЗ КАКИХ ИДЕЙ РОДИЛАСЬ СОЦИОЛОГИЯ: ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИСТОКИ НОВОЙ НАУКИ Лекция третья. СОЦИОЛОГИЯ ОГЮСТА КОНТА ЛЕКЦИИ
Оглавление... ОТ АВТОРА... Лекция первая ИСТОРИЯ СОЦИОЛОГИИ КАК ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ Лекция вторая ИЗ КАКИХ ИДЕЙ РОДИЛАСЬ СОЦИОЛОГИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИСТОКИ НОВОЙ НАУКИ...

Учебная программа курса. 4. Лекция 1. История психологии как наука. 5. Лекция 2. Античная философия и психология. 6. Лекция 3. Развитие психологии в Средневековый период. 19. Лекция 16. Тревога и защита
Введение... Учебная программа курса... Рабочая программа курса Лекция История психологии как наука...

Лекция 1. Криминология как наука, ее предмет, методология и место в системе других наук
Предмет криминологии... Цели задачи функции науки... Система методов криминологии...

ЛЕКЦИЯ № 1. Факторы выживания в природной среде ЛЕКЦИЯ № 2. Обеспечение водой ЛЕКЦИЯ № 3. Обеспечение питанием ЛЕКЦИИ по ОБЖ
КЛАСС Содержание Стр I четверть ЛЕКЦИЯ Факторы выживания в природной среде ЛЕКЦИЯ... ЛЕКЦИЯ Факторы выживания в природной... ЛЕКЦИЯ Обеспечение питанием...

Предмет физики. Теория и эксперимент в физике Физика – наука о наиболее простых и общих формах движения материи
Физика наука о наиболее простых и общих формах движения материи... Основным методом исследования в физике является опыт В результате обобщения... Экспериме нт также опыт в научном методе метод исследования некоторого явления в управляемых условиях...

Лекции 1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КАТЕГОРИЯ ИНФОРМАТИКИ. 2 ЛЕКЦИИ 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ. 12 ЛЕКЦИЯ 3. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ. 20 ЛЕКЦИЯ 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ.. 49 Широко распространён также англоязычный вар
gl ОГЛАВЛЕНИЕ... Лекции ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КАТЕГОРИЯ ИНФОРМАТИКИ... ЛЕКЦИИ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ...

Билет: Тема: Предмет, объект и задачи экономической географии. Место в системе других наук. Методы исследования
Билет Тема Понятие о регионалистике Экономическое районирование России Основателем был... Билет Тема особенности... Билет Природные условия ДФО Природные условия на ДВ резко...

План лекции №1: Часть 1: предмет горного права, метод горного права, основные источники горного права. Часть 2: Этапы развития Российского законодательства о недрах
Часть предмет горного права метод горного права основные источники горного права... Часть Этапы развития Российского законодательства о недрах... формирование и развитие горного права Российской Империи начала го века...

ЛЕКЦИИ Лекция первая.ИСТОРИЯ СОЦИОЛОГИИ КАК ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ Лекция вторая. ИЗ КАКИХ ИДЕЙ РОДИЛАСЬ СОЦИОЛОГИЯ: ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИСТОКИ НОВОЙ НАУКИ Библиотека
Библиотека... Учебной и научной литературы...

Курс офтальмологии КУРС ЛЕКЦИЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ 1. Введение. Офтальмология и ее место среди других медицинских дисциплин. История офтальмологии. Анатомо-физиологические особенности органа зрения. 2. Зрительные функции и методы их исследования
Курс офтальмологии... КОРОЕВ О А...

0.063
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам