ДОНБАССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

Кафедрастроительнойгеотехнологииигорныхсооружений

В.А.Касьянов

Kонспектлекцийподисциплине

«Физикагорныхпород»

(основныепонятияитермины

длястудентовгорныхспециальностей6.0900300)

Алчевск-2007

УДК622.02(075.8)

КасьяновВ.А.Kонспектлекцийподисциплине«Физикагорныхпород»(основныепонятияитерминыдлястудентовгорныхспециальностей)

СОДЕРЖАНИЕ

Модуль1(ЗМ1л).Основныепонятияофизических

свойствахгорных пород 4

Тема1.Рольфизикигорныхпородвразвитии

технологийгорногопроизводства 4

Тема2.Горныепороды 6

Тема3.Классификацияфизическихсвойствгорных

пород 10

Модуль2(ЗМ2л).Механическиесвойствагорных

пород 13

Тема4.Деформационныепараметрыгорныхпород 13

Тема5.Пластические и реологические 25

Тема6.Прочность горныхпород 25

Модуль3(ЗМ3л).Горно-технологическиепара-

метрыгорных пород 30

Тема7.Горно-технологическиепараметрыгорныхпо-

род 30

Тема8.Гидравлическиесвойствагорныхпород 30

Тема9.Тепловыесвойства горныхпород 32

Модуль4(ЗМ4л).Волновыеирадиационныесвой-

ствагорных пород 35

Тема10.Акустическиесвойствагорныхпород 35

Тема11.Электромагнитныесвойствагорныхпород 37

Тема12.Радиационныесвойствагорныхпород 43

Модуль1(зм1л) Основныепонятияофизическихсвойствахгорныхпород

Тема1.Рольфизикигорныхпородвразвитиитехнологийгорногопроизводства

Физикагорныхпород—этоучениеофизических,технологическихсвойст-вах,ифизическихпроцессахвгорныхпородах.

Основныезадачи,которыеставитирешаетфизикагорныхпородсводитсякследующему:

• Определениефизико-техническихпараметровсвойствгорныхпород,необходимыхдлярасчетаразличныхконструкцийирежимовработыоборудованияиспользуемыхвгорнойпромышленности.

• Исследованиепринципиальноновыхфизическихметодоввоздействиянагорныепороды,выявлениеихобластиприменения,эффективностиисоздание,наэтойоснове,новыхтехнологийгорногопроизводства.

• Разработкановыхметодовконтроля,прогнозаиуправлениясвойствамиисостояниеммассивагорныхпород.

(АРПУ,крепь"Монолит",контрольтрещиноватостиэлектроемкостнымметодом–разработкикафедрыСГиГС).

Примерразработкиновыхтехнологийгорногопроизводства.

1-датчиксЭП;2-досылочное устройство;3-кабель;4-блокизмерения;5-горнаявыработка;6-измерительныешпуры.

Тема2.Горныепороды

Подминераломпонимаютлюбоехимическоесоединение,образованноеес-тественнымпутемивходящеевсоставземнойкоры.

Горнаяпорода-этоагрегатыминераловболее илименеепостоянногосо-става,образующиесамостоятельныегеологическиетела.

Рыхлыепороды-этомеханическаясмесьразличногоминералогическогосостава,несвязанногомеждусобой(песок,гравий,галечник).

Связные(глинистые)породысводно-коллоиднымисвязями частичекмеж-дусобой,Кэтойгруппеотносятсяпродуктыхимическоговыветривания-гли-ны,бокситы,суглинки.Принасыщенииводойэтипородыстановятсявысоко-пластичными.

Твердые(скальные)горныепородысжесткойупругойсвязьюмеждучас-тицамиминералов(песчаники,граниты).

Структура-эторазмеры,формаивзаимноерасположениеминераловвпо-роде.Структурыбывают:

• кристаллическая(крупно-,средне-,мелкозернистая,афанитовая);

• скрытокристаллическая;

• стекловатая;

• порфировая;

• обломочная.

Текстура-этовзаимноерасположениеиориентировкаболеекрупныхсо-ставныхчастейпороды(минеральныхагрегатовилиструктурно-однотипныхчастицгорнойпороды).

Текстурыбывают:

Массивная-частицыгорнойпородыплотноприлегаютдругкдру-гу,неориентированы,

Пористая-частицыгорнойпородынеплотноприлегаютдругкдругу,образуямножествопустот.

Слоистая-частицыпородычередуются,образуяслоиинапласто-вания.

Попроисхождениюгорныепородыделятсянатрибольшиегруппы:

Магматическиепороды-образуютсяпутемзастываниямагмы.Этипоро-дыявляютсяпервичными(гранит,дунит,базальт,диорит,габбро,сиенит).

ПосодержаниюкремнеземаSiO_{2магматические}породыусловноподразде-ляютсяна:

• кислые(SiO_2>65%)-гранит,липарит,кварцевыйпорфир;

• средние(SiO₂₌65%...52%)-диорит,андезит,сиенит,тра-хит;

• основные(SiO₂₌52%...40%)-габбро,базальт;

• ультраосновные(SiO_2<40%)-перидотит,пироксенит,дунит.

Осадочныепороды-возникаютпутемотложения(механического,химиче-ского,органического)изводыиливоздуха,продуктовразрушениямагматиче-скихиметаморфических пород.Косадочнымпородамотносятсяизвестняки,песчаники,ископаемыеуглиит.д.

Метаморфическиепороды-возниклизасчетглубинногопреобразованияосадочныхпородподвоздействиемвысокихдавлений,температуригорячихгазо-водныхрастворов,это-кварцитгнейсы,мрамор,сланцы.

Плотностьпородыэтомассаединицыобъемаабсолютносухойпородыбезучетапоритрещин.Плотностьпородыможноопределитьпоформуле:

m

_0 ,

V

гдеρ_0-плотностьпороды,кг/м³;

m-массапороды,кг;

V-объем породы,м³.

Объемнаямассагорнойпородыэтомассаединицыобъемапородысучетомпор,трещиниихзаполнителей.Ееможнорассчитатьпоформуле:

  ^m

V_ТV_Ж

,

V_Г

гдеρ

• объемнаямасапороды,кг/м^3;

V_Т-объемтвердойфазывединицеобъемапороды,м³;

V_Ж-объемжидкостивединицеобъемапороды,м³

V_Г-объемгазавединицеобъемапороды,м³.

Объемнаямассазависитотминеральногосостава,строенияпородыизаполнителяпоровогопространства.

Плотностьпородывсегдабольшеееобъемноймассы.

Объемнуюмассуиспользуютврасчетах:

• запасовполезногоископаемого(вгеологоразведке);

• горногодавления;

• производительностигорныхпредприятийиоборудования;

• расходавзрывчатыхвеществприбуровзрывныхработах;

• привыборекрепи,транспортныхсредств;

• приобогащенииполезногоископаемогоидругихпроцессахгорногопроизводства.

Впрактикегорногоделачастопользуютсяпоказателямиудельногоиобъемноговесов.

Удельнымвесомназываетсявесединицыобъемаабсолютносухойпородыбезучета поритрещин.

Пористостьэтосовокупностьвсехпустотвгорных породах,заключенныхмеждуминеральнымичастицамиилиихагрегатамивединицеобъемапороды.

Объемзакрытыхпустот называютзакрытойилиизолированной пористо-стью.

Общаяпористостьопределяется суммойзакрытыхиоткрытыхпор.

Фотографииугляпластаm_3ш.им.Румянцева(районвнезапноговыброса)ипластаg^н_2ш."Коммунист".

ФотографиисделаныэлектронныммикроскопомвДонГТУ1975

г.(увеличение25000^х).

Трещинойназываютразрывсплошности среды,величинакоторогонапорядокиболеепревосходитмежатомныерасстояниякристалличе-скойрешетки.

Трещиноватость-этосовокупностьтрещин,имеющихсявпородноммас-сиве.

Фотографиитрещинвобразцахуглясделанныеоптическиммикро-скопомсувеличением300^х.

Фотографиитрещин(раскрытие0,5и1,0мм)вмассивегор-ныхпородсделанныевидеокамеройдля интроскопииструктурыгорныхпородокружающихскважину.

Объемразрыхленнойпородывсегдабольшеееобъемавнеразрушенномсостоянии.Отношениеэтихобъемовназываетсякоэффициентомразрыхле-нияпород:

V

_K p

_{p V}

лее.

Онзависитотмногих факторовименяетсявпределахот1,05до2,0ибо-