6. Основні показники гп

7. Джерела тепла Землі та їх вплив на технологічні процеси

8. Термічні напруження та їх використання в гірничій справі

Напруги в породах можуть виникати під впливом не тільки зовнішніх сил, але і різних фізичних полів. Напруги бувають термічні, усадочні, обумовлені нерівномірним охолодженням обсягу, залишкові, що виникають в результаті нерівномірного розподілу напружень через місцеву текучості матеріалу, та ін

Термічні напруги в гірських породах виникають за рахунок неоднорідного нагріву або відмінності в значеннях коефіцієнта теплового розширення і пружних властивостей складають породу мінералів і агрегатів.

В загальному випадку температура промивальної рідини, що заповнює свердловину, відрізняється від температури гірських порід, розкритих нею. Охолодження чи нагрівання стінок свердловини спричиняють виникненню термічних напружень в гірських породах .

Рівняння для розрахунку термопружних напружень для випадку   мають такий вигляд:

 (8.4)

 (8.5)

 (8.6)

де a – коефіцієнт теплового лінійного розширення;

Е – модуль Юнга;

m – коефіцієнт Пуассона;

Т_С – температура на стінці свердловини;

Т₀ – температура породи до розкриття її свердловиною;

r_c − радіус свердловини;

r_c – радіус теплового впливу свердловини, який визначається так:

 (8.7)

де a – коефіцієнт температуропроводності;

t – час з початку нагрівання чи охолодження.

Байдюк Б.В. та Яремійчук Р.С. вказують, що при перепаді температури більш ніж 10°С термічні напруження мають той же порядок, що і напруження, зумовлені різницею між боковим тиском і гідростатичним тиском у свердловині. При охолодженні величина усіх компонентів напружень зменшується, змінюється і співвідношення між компонентами.

У зв'язку з тим, що термічні напруги залежать від модуля лінійної (або об'ємної) деформації і лінійного (або об'ємного) коефіцієнта теплового розширення, їх залежність від внутрішніх чинників обумовлена ​​залежність модулів пружності від цих чинників. Наприклад, зі збільшенням пористості порід термічні напруги зменшуються. Якщо весь зразок породи нагріти рівномірно, то в ньому можливі внутрішні, межзеренное термонапруженого, зумовлені відмінністю в пружних властивостях і коефіцієнтах теплового розширення окремих мінеральних зерен.

9. Електромагнітні властивості гірських порід

К электромагнитным свойствам горных пород относятся удельное электрическое сопротивление ρ, электрохимическая активность α, поляризуемость η, диэлектрическая ε и магнитная μ проницаемости, а также пьезоэлектрические модули d.

Удельное электрическое сопротивление.Удельное электрическое сопро­тив­ление (УЭС), измеряемое в омметрах (Ом*м), характеризует способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока и является наиболее универсальным электромагнитным свойством. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10^-3до 10¹⁵Ом*м.

УЄС минералов зависит от их вну­три­кристаллических связей. Рудные минералы (самородные, некоторые окислы) отличаются электронной проводимостью и очень хорошо проводят ток (ρ< 1 Ом*м). Первые две груп­пы минералов составляют "жесткий" скелет большинства горных пород. Гли­ни­с­тые минералы создают "пластичный" скелет, способный адсорбировать связанную воду, а породы с "жесткими" минералами могут насыщаться лишь растворами и свободной водой, т.е. той, которая может быть выкачана из породы.

Электрохимическая активность. Под электрохимической активностью понимается свойство пород создавать естественные постоянные электричес­кие поля. За электрохимическую активность (α) условно принимается коэффициент пропорциональности между потенциалом (U) или напряжен­ностью естественного электрического поля (E = ΔU/MN, где ΔU - разность потенциалов в двух точках измерения М и N) и основными потенциал-обра­зующими факторами, которыми они обусловлены. Такими факторами явля­ются:

1. концентрация кислорода, который выражается в показателеEh;

2. водородный показатель кислотности подземных вод (pH);

3. отношение концентрации подземных вод, давления и др.

Коэффициент α измеряется в милливольтах и меняется от -(10-15) мВ у чистых песков, близко к нулю у скальных пород, возрастает до +(20-40 мВ) у глин и до сотен милливольт для руд с электронопроводящими минералами (сульфиды, графит, антрацит).

Потенциал естественной активности горных пород является составной величиной от трех компонент:

1. окислительно-восстановительный потенциал (пример – окисление подзем­ными водами сульфидных руд), величина этого потенциала достигает единиц вольт;

2. диффузионно-адсорбционный потенциал, обусловленный разностью кон­цен­трацией на границе раздела сред (пример – проникновение фильтрата бурового раствора в горные породы – метод ПС в скважинах), десятки милливольт;

3. фильтрационный потенциал – при движении жидкости с ионной проводи­мостью возникает электрический ток, который на поверхности создает поля порядка до десяти милливольт.

Поляризуемость горных пород. Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отклю­чения этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости η. Величина η = ΔUвп*100%/ΔU (проценты отношения напряжения, которое остается в измерительной линии МN по истечении определенного времени (обычно 0,5-1 с) после размывания токовой цепи (ΔUвп) к напряжению в той же линии при пропускании тока (ΔU).

Поляризация - это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного перемен­но­го (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью (η = 10 – 40 %) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, некоторые самородные мета­л­лы, отдельные окислы, графит, антрацит). Природа этих потенциалов ВП связана с так называемой концентрационной и электродной поляризацией рудных минералов. Коэффициенты поляризуемости до 2-6% наблюдаются над обводненными рыхлыми осадочными породами, в которых имеются глинистые частицы. Поляризуемость их обусловлена деформациями внешних обкладок двойных электрических слоев, возникающих на контакте твердой и жидкой фазы. Большинство изверженных, метаморфических и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются (η <2%).

Диэлектрическая и магнитная проницаемости. Диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости играют значительную роль лишь при электро­разведке на высоких частотах. Величина ε меняется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит, в основном, от процент­но­го содержания воды и от минералогического состава породы. У изверженных пород ε меняется от 5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью насыщенной водой породы).

Магнитная проницаемость громадного большинства пород равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может возрастать до 10 единиц

.Пьезоэлектрические модули. Пьезоэлектрическими модулями определяется свойство минералов и горных пород создавать электрическую поляризацию, т.е. определенную ориентацию зарядов, при механическом воздействии на них. Пьезоэлектрическими свойствами обладают лишь кристаллы, лишенные центра симметрии. У таких кристаллов при механической деформации происходит взаимное смещение центров электрических диполей и на соответствующих гранях кристаллов появляются электрические заряды. Интенсивность и знак зарядов q зависят от вида деформации (растяжение — сжатие или сдвиг), величины и направления действующей механической силы F и пьезоэлектрического модуля кристалла d, соответствующего данному виду деформации и направлению поляризации.