изводства. В итоге создалось положение, при котором в одних

ианализ в таких условиях оказывались невозможными. В связи

сэтим возникла необходимость выделить некоторую ограничен­ ную группу физико-технических параметров пород, являющуюся минимальной и достаточной для характеристики породы как физического и Геологического тела и объекта горной разработки

мых физических параметров, позволяющих вычислить максималь­ ное число других параметров пород.

Базовые физические параметры служат общим для изучения всех пород фундаментом, они используются для систематизации, исследования, сопоставления и классификации пород, а также для выбора, оценки и расчета основных горпотехнологических процессов. Поэтому определение и изучение базовых параметров пород является обязательным. Базовые физические параметры основных минералов приведены в приложении 2.

Наряду с базовыми физика горных пород изучает другие различные характеристики пород, необходимые для решения определенных частных задач горного производства и горной науки.

1.9. Основные правила изучения физико-технических параметров пород

Проблема измерения физических параметров пород нераз­ рывно связана с необходимостью получить данные, обладающие достаточной точностью, сопоставимостью и представительностью.

При измерении физических параметров чистых веществ точ­ ность получаемых результатов зависит в первую очередь от ка­ чества измерительной техники и методики проведения экспе­ римента. С высокой точностью измеренный параметр будет одно­

к тому, что даже очень точно определенный на каком-то одном образце параметр не будет представителен для всей данной по­ роды. Поэтому изучение свойств пород проводят на большом числе образцов, отобранных в разных местах таким образом, что они представляют все возможные в изучаемом массиве колебания минерального состава и строения породы.

В связи с этим для определения физических параметров по­ роды проводят анализ ее распределения на данном месторождении

и отмечают места отбора проб по определенной сетке — как по

и его доверительного интервала.

Если проведено п определений параметров (для^одного типа породы или минерала), то в случае нормального распределения

нее отклонение полученных результатов измерений от средне­ арифметического ,

Коэффициент tna учитывает отличие случайной выборки от ге­ неральной совокупности и зависит от числа образцов п и требуе­

зывает, что среднее значение параметра равно X, а отклонение его от среднего в 95% случаев пе превышает АХ. Из формулы (1.29) легко определить необходимое число испытаний для до­

Для более полной характеристики изменчивости параметров пород пользуются вариационными кривыми; их строят на основе большого числа измерений. По оси абсцисс откладывают числен­ ные значения изучаемого параметра, а по оси ординат — число образцов (в % от всего их числа или абсолютное), имеющих физический параметр, меньший или равный данному (рис. 1.9).

6

Рис. 1.0. Вариационные графики распределения объемной массы горных пород:

невелики, то последние, во-первых, далеко не всегда отражают реальную для данной породы картину строения и состава и, во-вторых, могут не представлять особенностей массива, сложен­ ного из этой породы.

Для того чтобы повысить представительность данных в этом плане, необходимо использовать образцы максимально допусти­ мы* по данной методике размеров.

Кроме того, в настоящее время широкое развитие получают методы измерений параметров пород непосредственно в массиве. Наряду с этим применяются и методы пересчета физических характеристик пород, определенных в образце, на условия мас­ сива.

Ввиду того, что породы часто анизотропны, определение тензорных параметров производят на образцах в двух или трех

новлена к о р р е л я ц и о н н а я зависимость, т. е. такая зави­ симость, в которой одному значению аргумента соответствует несколько значений функции (рис. 1.10).

Корреляционные зависимости не отличаются большой точ­ ностью, по позволяют с достаточной для нужд горного дела ве­ роятностью определять по одному показателю другой и поэтому

Можно предположить, что содержание в породе какого-либо минерала, обладающего, например, повышенными значениями изучаемой характеристики, в общем случае будет предопределять

место только для структурно-нечувствительных скалярных пара­

как арифметическое средневзвешенное показателей Х.: минералов, ее слагающих:

Для расчета физических параметров двухкомпонентных горных пород может быть использована соответствующая номограмма (рис. 1.11).

' Если порода сложена из минералов, параметры которых мало различаются, то разное их содержание практически не влияет на изменение ее свойств. Наоборот, если параметры одного из ми­ нералов существенно отличаются от параметров прочих минера­ лов, то его содержание в породе будет заметно влиять на

Рис. 1.11. Номограмма расчета скалярных физических параметров двухкомпонентных гор­ ных пород по их минеральному составу:

Xmin, Х т а х и Хср — соответственно минимальное, максимальное значения параметров

минералов, слагающих породу и искомое среднее значение параметра породы;

V х mjn—относительное объемное содержание в породе минерала с минимальным зна­ чением физического параметра

Рис. 1.12. Примерный график зависимости физического параметра X от пористости Р

В конечном счете можно привести минеральный состав полиминеральной породы к некоему условному минеральному составу, например представить породу как двухкомпонентную.

Одни и те же минералы могут иметь примерно одинаковые механические свойства, но могут резко отличаться по электриче­ ским или тепловым свойствам. Поэтому минерал, оказывающий влияние, например на электропроводность, не всегда определяет прочность породы.

Минеральный состав пород сам по себе не определяет величину тензорного параметра, поэтому его необходимо рассматривать совместно с показателями строения пород: размерами и формой минеральных зерен, слоистостью и пористостью.

Зависимость свойств пород от размеров зерен обусловлена тем, что с изменением размеров меняется площадь контактов между зернами на единицу объема породы. При этом контакты

практически всегда имеют свойства, отличные от свойств внутризеренного вещества.

Как уже указывалось, слоистость пород приводит к анизо­ тропии тензорных физических характеристик.

Сухая пористая порода состоит из минерального скелета и газов, заполняющих поры. Газы очень плохо передают механи­ ческие напряжения, тепло и электричество. Поэтому в породах

5

Kr.mln

Рис. 1.13. Зависимости тензорного физического параметра двухкомпонентной породы X от минерального состава:

а — параллельно (-Хц), перпендикулярно (Xj ) к слоистости и для статистической смеси

минералов (по логарифмической формуле х'Ср и обобщенная ЛГср); б —номограмма рас­ чета относительного физического параметра породы ^Гср/ЛТтах по известному соотношению параметров ^ т {ПД тах и относительному объемному содержанию минерала VJtm| (по логарифмической средневзвешенной)

энергия передается лишь через минеральный скелет. В то же время с увеличением пористости, особенно крупной и открытой, увеличивается число каналов, по которым может передаваться вещество, например жидкости и газы. В этом случае пористость является показателем строения породы. Если свойства связаны с накоплением энергии (например, теплоемкость), то поры, за­ полненные газами или жидкостями, становятся показателем

ного объема пор, но и от формы и характера их распределения, функциональная зависимость свойств пород только от их пори­ стости не может быть установлена.

Теоретически рассчитаны простейшие зависимости тензорных параметров от минерального состава пород. Так, в случае горных пород, сложенных из слоев с различными физическими харак­ теристиками X h относительное объемное содержание которых Vh вдоль слоистости параметр пород Хц рассчитывают по той же

По формулам (1.34)—(1.36) с большой достоверностью могут быть рассчитаны параметры упругости, характеристики теплопро­ водности, электропроводности и др.

Представление о том, насколько существенно меняются физи­ ческие параметры пород в зависимости от различных внутрен­ них факторов (состава и строения пород), дает приведенная на рис. 1.14. номограмма. На этой номограмме физическая харак­ теристика породы Х 0, определенная для эталонного строения (равномернаяиСтатистическая смесь минералов), принята за единицу. Характеристики в зависимости от строения и состава по сравне­ нию с эталонной либо уменьшаются (стрелкиТнаправлены вниз), либо возрастают (стрелки направлены вверх).

Изучение и аналитическое представление закономерностей изменения физических параметров пород от их состава и строения дают возможность избавиться в дальнейшем от необходимости определять параметры всех разновидностей пород.

стную) форму, а н и з о т р о п н ы . Строение их оценивается по размерам зерен и неоднородностей в их размерах, а также по размерам прожилков, каналов, слоев и по числу их, прихо­ дящемуся на единицу объема породы.

Если построить классификационное поле, на цотором по го­ ризонтали проставить перечисленные типы строения, а по верти­ кали возможные сочетания двух основных минералов, то любой участок этого поля станет вполне конкретизированным по ми­ нералам и типу строения, и следовательно, по физическим свой­ ствам (табл. 1.10).

При переходе от одной группы пород по признакам строения к другой происходит резкое изменение их состояния. Так, если непористые скальные породы — однофазные, то пористые — по крайней мере двухфазные, пористые связные и рыхлые — двух­ фазные с сильно ослабленными связями между частицами.

Каждая группа пород в данной классификации имеет свои формулы расчета физических параметров, позволяющие прогно­ зировать свойства пород.

К тому же каждый участок классификационного поля может быть записан в виде соответствующего набора цифр (кода), если каждому минералу и каждому типу строения присвоить свой номер.

Приняв определенный порядок записи — в начале код основ* ного минерала, далее код дополнительного минерала и код строе­ ния породы, получают численную характеристику породы, опре­ деляющую ее свойства. Так, например, участок, занимаемый в классификации гранитом, записывают следующим образом: 02—01—1.1, аркозовым песком, имеющим тот же состав, 02—01— 3.1. В результате таной записи наглядно выявляются, общие и отличительные признаки. Приведенные породы, например, от­ личаются только степенью связи частиц. Наоборот, запись ка­ менного угля (17—13—2.3) и углистого сланца (13—17—2.3) показывает, что они отличаются в первую очередь по преоблада­ ющему минералу.