Плотностные свойства горных пород.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Классификация свойств горных пород.

Число физических свойств горных пород, проявляющихся в их взаимодействии с другими объектами и явлениями материального мира, может быть сколь угодно велико. Однако для практики горного дела представляют интерес лишь те свойства, которые непосредственно связаны с процессами современной горной технологии. В геомеханике требуется знание, в первую очередь, механических и плотностных свойств, но вместе с тем могут представлять интерес и некоторые другие свойства, показатели которых достаточно чётко отражают состояние пород или отчетливо коррелируют с напряжениями в породном массиве и потому могут быть использованы для оценки напряженного состояния пород и массивов. Кроме того, некоторые физические характеристики пород могут быть достаточно тесно взаимосвязаны с механическими и плотностными показателями свойств горных пород, но при этом более просто определяются на образцах или в массиве.

В качестве основного признака классификации физических свойств пород наиболее целесообразно принять внешние поля или воздействия, во взаимодействии с которыми проявляются те или иные свойства. На основе этого признака можно выделить следующие классы физических свойств горных пород: плотностные, механические, горнотехнологические, тепловые, электромагнитные, радиационные.

В табл.3.1 приведена классификация свойств с выделением внутри классов групп.

Плотностные свойства горных пород.

Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их в свою очередь можно подразделить на две

 

Классификация физических свойств горных пород

Таблица 3.1

Класс Группа Наименование основных характеристик Обозначе-ние Наиболее часто при-менявшаяся единица Еди-ница в СИ Коэф перехода к СИ
Плот-ност-ные Гравита-ционные     Струк-турные   Удельный вес Объёмный вес Удельная масса Плотность Пористость общая, открытая Коэффициент пористости   g0 g r0 r П П0 КП гс/cм3 гс/cм3(тс/cм3) г/cм3 г/cм3 % %   - Н /м3 - - кг/м3 % %   - 0.981 104 - - 103  
Механические Прочностные     Предел прочности при одноосном сжатии Предел прочности при одноосном растяжении Сцепление Угол внутреннего трения   [sсж ] [sр ] [t0 ] j   кгс/cм2   кгс/cм2 кгс/cм2   градус   Па   Па Па   рад   0.981 105   0.981 105 0.981 105   p/180
  Деформационные Модуль упругости Коэф.поперечных деформаций Модуль сдвига Модуль всестороннего сжатия Модуль деформации Е n G K MДЕФ кгс/cм2   - кгс/cм2     кгс/cм2   кгс/cм2 Па     Па     Па   Па 0.981 105     0.981 105     0.981 105 0.981 105
  Акусти-ческие Скорости распро-странения волн в массиве продольной поперечной поверхностной Коэф. затухания VPм VSм VLм a   см/с см/с см/с см-1   м/с м/с м/с м-1   10-2 10-2 10-2
  Реологические Параметры ползучести Период релаксации   aП;d t0   ca -1   лет   ca -1 с     31.5 106
Горно- техноло-гические   Коэф.крепости Коэф. разрыхления Коэф. трения f   Kp fтр -   - - -   - -  
Тепло-вые Свойст-ва состоя-ния Теплопроводность Температуропро-водность Удельная теплоёмкость Температурный коэф. линейного расширения Температура фазовых превращений Удельная теплота плавления l а С     a Тф L ккал/(м ч 0С) м2/ч   ккал/(кг 0С)     1/ 0С     0С   ккал/кг Вт/(м К)   м2/с   Дж/(кг К)   1/ К     0К   Дж/кг 1.163   2.78 104   4.1868 103         273.15+0С   4.1868 103
Электро-магнит-ные Электрические Объёмное удель-ное электрическое сопротивление Диэлектрическая проницаемость Тангенс угла элек-трических потерь Электрическая прочность     rv   e   tgd   Eпр     Ом см   -   -   кВ/см     Ом м   -   -   В/м     10-2       105
  Магнит-ные Магнитная восприимчивость Магнитная проницаемость Остаточная намагниченность Коэрцитивная сила     c   m   Ir Hc   ед. СГС   -   ед. СГС   А/м   ед. СИ   -   А/м2   А/м   4p     10-3  
Радиа-ционные   Естественная радиоактивность Линейный коэф. поглощения гамма-излучения Эффективное се-чение поглощения нейтронов Эффективное се-чение рассеяния нейтронов А К SП SР   1/с     см-1     см2     см2   1/с     м-1     м2     м2       102     10-4     10-4

 

группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный g0 и объемный g вес пород, к структурным — их удельную массу r0, плотность (объемную массу) r, общую Пи открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп.

Удельный весэто вес единицы объема твердой фазы породы, т. е.

g0 = GT/VT(3.1)

где GT и VTвес и объем твердой фазы образца.

Значения удельного веса горных пород в зависимости от удельного веса породообразующих минералов колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3.

Объемным весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами:

g = G/V,(3.2)

где Gвес агрегатных фаз породы; Vобъем, занимаемый этими фазами.

Объемный вес — это наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.

Удельная массаэто отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы:

r0 = mT/VT,(3.3)

где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца.

Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.

r = m/V,(3.4)

где m—масса всех агрегатных фаз породы; Vобъем, занимаемый этими фазами.

Удельная масса и плотность породы могут быть выражены через ее удельный и объемный вес:

r0 = g0/g;(3.5)

r = g/g, (3.6)

где gускорение свободного падения.

В отличие от удельного и объемного весов плотностьявляется параметром вещества в строгом физическом смысле.

Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).

Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП.

Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм).

Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V:

П = (v / V)100%. (3.7)

Пористость горных пород изменяется в широких пределах — от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с пористостью низкой (менее 5%), пониженной (5—10%), средней (10—15%), повышенной (15—20%) и высокой (более 20 %).

 








Дата добавления: 2015-10-29; просмотров: 668;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.