Вопрос №6 (Влияние минерального состава и структурно-текстурных элементов строения горных пород на их прочностные свойства)

Из породообразующих минералов наибольшей прочностью обладает кварц. По данным исследователей, предел прочности при сжатии кварца превышает 500 МПа, полевых шпатов, пироксенов, авгита, роговой обманки, оливина и других железистомагнезиальных минералов — 200—500 МПа. Кальцит имеет σсж около 20 МПа. Поэтому большей прочностью обладают кварцсодержащие породы. Прочностные характеристики пород очень чувствительных их структуре. Прочность сцементированных пород в первую очередь определяется прочностью и качеством цемента (матрицы), а не заполнителя.

Основное влияние на прочность пород оказывают их пористость и трещиноватость. В результате породы даже совершенно различного состава могут иметь одну и ту же прочность, и наоборот.

Существенное влияние на прочность пород оказывает также слоистость. При растяжении поперек слоев порода будет разрушаться по слабому прослойку. При растяжении вдоль слоев прочные слои воспринимают на себя часть нагрузки и увеличивают общую сопротивляемость породы. Пределы прочности пород при сжатии поперек слоистости в подавляющем большинстве случаев больше, чем вдоль слоистости. Если сжимающие усилия направлены перпендикулярно к слоям, то слабые тонкие прослойки удерживаются от раскалывания более прочными слоями и в целом σсж образца превышает σсж наиболее слабого прослойка. При сдавливании образца вдоль слоистости прочность породы определяется главным образом прочностью наиболее слабых прослойков, по которым и происходит раскол породы. Поэтому коэффициент анизотропии в этом случае.

Порфировидная структура повышает прочность пород в случае, если включения малы, а основная масса тонкокристаллическая и сплошная. Мостовая структура (взаимное прорастание зерен) также увеличивает, а стекловидные массы уменьшают прочность пород. С увеличением размеров зерен прочность равномернозернистых горных пород (при прочих равных условиях) падает (рис. 3.23). Акад. П. А. Ребиндером установлено, что чем меньше частицы, слагающие твердое вещество, тем меньше микротрещиноватость и другие нарушения, которые, как известно, являются основной причиной разрушения твердого тела. Изменение размеров зерен от 1 до 100 мкм снижает прочность пород почти в 2 раза. При дальнейшем же росте размеров зерен изменение прочности крайне незначительно.

Вопрос №7 (Влияние строения и плотности горных пород на их теплопроводность и температуропроводность)

Минералы и горные породы, как правило, являются плохими проводниками тепла, они занимают в ряду твердых тел сравнительно узкую полосу с малыми значениями теплопроводности — 0,1—7 Вт/(м • К).

Теплопроводность пород определяется способностью минералов, слагающих породу, проводить тепло, и для пород, представляющих собой статистические смеси минералов с хорошими контактными условиями, пригодна для расчета их теплопроводности формула логарифмического средневзвешенного.

Передача тепловой энергии в пористых породах может происходить как путем теплопроводности, так и путем конвекции заполнителя порового пространства (теплоотдачи)

Исключительно большую роль играет форма пор в породе. Если поры в породе удлиненные (типа трещин) , то теплопроводность значительно уменьшается при расположении пор перпендикулярно тепловому потоку.

Как правило, происходит уменьшение теплопроводности пород с уменьшением размеров зерен . Однако это влияние наиболее существенно только при небольших их размерах.

С увеличением плотности температуропроводность пород незначительно уменьшается. Температуропроводность пород, как и теплопроводность, зависит от их строения. Вдоль слоистости α ІІ всегда больше, чем перпендикулярно ей α ±. Пористость пород приводит к снижению их температуропроводности.