- •1. Классификация свойств и параметров
- •1*4. Плотность пород
- •1.9. Основные правила изучения физико-технических параметров пород
- •2. Механические свойства горных пород
- •2.5. Прочность и разрушение пород
- •если
- •2.10. Упругие колебания в массивах горных пород
- •3.1. Распространение и накопление тепла
- •3.2. Теплоемкость
- •3.4. Тепловое расширение
- •3.5. Тепловые свойства массивов
- •3.6. Тепловые свойства рыхлых пород
- •4. Электромагнитные свойства горных пород
- •4.3. Особые случаи поляризации минералов и пород
- •4.4. Электропроводность
- •4.5. Диэлектрические потери
- •4.6. Магнитные свойства
- •4.8. Естественные электрические и магнитные поля
- •4.9. Радиоактивность пород. Воздействие излучений
- •5. Взаимная связь свойств, паспортизация пород.
- •Свойства пород Луны
- •СсЧк = 900*2? «Ю-5;
- •5.5. Паспортизация горных пород по физико-техническим параметрам
- •6. Воздействие внешних физических полей на горные породы
- •6.1. Влияние влаги
- •6.3. Термические напряжения в породах
- •6.7. Воздействие электрического и магнитного полей
- •7. Горнотехнологические характеристики пород
- •7.5. Классификация горнотехнологических параметров пород
- •7.6. Твердость, вязкость, дробимость и абразивность пород
- •8.6. Комбинированные методы разрушения
- •8.9. Дробление и измельчение цолезного ископаемого после извлечения
- •9. Управление состоянием массива горных пород
- •Обогащение и геотехнология
- •9.1. Осушение массивов
- •9.2. Процессы разупрочнения
- •9.5. Устойчивость бортов карьеров и отвалов
- •9.6. Тепловой режим шахт и рудников
- •9.8. Физико-химические (геотехнологические) методы
- •10; Методы контроля состояния массива горных пород
- •10.1. Свойства пород как источники информации
- •10.2. Исследование массивов методами полевой геофизики
- •10.3. Скважинные методы исследования
- •10.6. Методы контроля за составом полезных ископаемых
- •10.8. Методы контроля за отдельными технологическими процессами
4.8. Естественные электрические и магнитные поля
Известно, что Земля обладает собственным магнитным полем, способным намагничивать горные породы, индуцировать электри ческие токи в породах и вызывать другие различные электромаг нитные явления.
М а г н и т н о е п о л е З е м л и характеризуется векто ром полной напряженности Т (рис. 4.16). В естественных условиях
С
Рис. 4.10. Компоненты магнитного поля Земли
Z
вектор Т направлен приблизительно на Север и в глубь Земли. Проекции этого вектора на оси прямоугольной системы координат образуют компоненты геомагнитного поля: Z — вертикальную, X — северную; У — восточную. Северную и восточную компо ненты иногда объединяют в одну горизонтальную составляющую
и = V x * + |
У2. Угол между |
Н и географическим |
меридианом |
называется |
с к л о н е н и е м |
Z), а угол между Н и Т — накло- |
|
н е н и е м |
/ м. |
|
поверхности |
Распределение элементов геомагнитного поля на |
Земли показывает, что Земля приближенно может рассматриваться как однородно намагниченный шар с магнитным моментом, рав ным 6,77.1021 А- м2.
Напряженность магнитного поля Земли колеблется в пределах от 24 до 48 А/м.
Несмотря на незначительность напряженности магнитного поля Земли, оно способно, намагничивая горные породы, созда вать л о к а л ь н ы е м а г н и т н ы е п о л я . Изучая эти поля, можна получить информацию о состоянии и поведении горных массивов. Аномальные поля, созданные намагниченными рудными телами, могут значительно превосходить нормальное магнитное поле Земли. Так, в районе Курской магнитной анома лии, где находятся мощные залежи железистых кварцитов, ано малия вертикальной составляющей магнитного поля достигает 143,24 А/м, а угол склонения отличается от нормального более чем на 120°.
^Геомагнитное поле непостоянно во времени. Существуют су точные, годовые и вековые вариации магнитного поля, что приво дит к изменению величины и направления остаточной и индуктив ной намагниченности пород, а следовательно, и к изменению их магнитных свойств.
Кроме того, изменения геомагнитного поля создают в массивах
пород и электрические |
поля. |
|
Е с т е с т в е н н ы е |
э л е к т р и ч е с к и е |
п о л я в |
массивах пород бывают двух видов — теллурические и локаль ные.
Причинойтгт е^л л у р и ч е"с к и х [ ’п о л е й бывают изме нения электрического состояния ионосферы под воздействием солнечного излучения. Это излучение, проникая в ионосферу, вызывает ее неравномерную ионизацию. Высотные ветры переме щают эти электрические неоднородности и создают переменные электромагнитные поля в атмосфере, которые, со своей стороны, индуцируют переменные поля в земной коре. Поэтому теллуриче ские поля — переменпые, они могут быть одновременно охарак теризованы векторами напряженности как электрического, так и магнитного поля. Напряженность теллурического поля перио дически изменяется. $ В аномальных случаях напряженность теллурических полей
достигает (5—6)*10"3 В/м. Эти токи не влияют существенно на физические свойства пород. Однако они служат важным источни
ком информации о составе и |
строении массивов горных пород. |
|
Л о к а л ь н ы е |
п о л я , |
как правило, постоянны и обра |
зуются на контактах |
различных пород с разным' типом электро |
|
проводности. |
|
|
Причины их возникновения — окислительно-восстановитель ные, диффузионно-адсорбционные, фильтрационные, термоэлек трические и биологические явления в породах, а также взаимное трение отдельных массивов пород в процессе горообразования, сдвижений и т. д. Напряженности этих полей могут быть раз личны. Существуют гипотезы, согласно которым в результате тек тонических процессов в горных породах могут накапливаться электрические поля весьма большой напряженности, обладающие большой разрушительной силой.
Однако обычные локальные поля, приуроченные к месторожде ниям полезных ископаемых, имеют небольшую напряженность и могут служить лишь в качестве источника информации о масси вах пород.
Наибольшей интенсивностью обладают естественные поля элек трохимической природы, наблюдаемые в сульфидных, угольных и графитовых месторождениях и возникающие в результате о к и
с л и т е л ь н о |
в о с с т а н о в и т е л ь н ы х |
р е а к ц и й |
при активном участии подземных вод. |
|
|
Так, если верхняя часть сульфидной залежи (рис. 4.17) |
располагается |
в зоне циркуляции богатых кислородом атмосферных вод, то в этой части интенсивно происходит окисление сульфидов в сульфаты. Окислительное реакции сопровождаются высвобождением электронов в атомах окисля ющихся элементов. Поэтому верхняя часть залежи заряжается положи тельно. В нижней же части, располагающейся в зоне бедных кислородом вод, протекают восстановительные реакции, связанные с присоединение электронов, ввиду чего эта часть залежи заряжается отрицательно. Всл^д-
ствие этого в окружающей среде возникаем разность электрических потен
циалов. К верхней части залежи будут направляться отрицательные ионы, а к нижней — положительные. Залежь будет характеризоваться отрица тельной аномалией собственного естественного электрического потенциала.
JHa контактах разных пород с различной минерализацией под
земных вод |
возникают |
д и ф ф у з и о н н о - а б с о р б ц и о н |
||||||
н ы е |
явления. Из раствора |
с |
боль |
( / |
|
мВ |
||
шей |
минерализацией |
в |
раствор |
|
||||
|
|
|
||||||
с меньшей |
минерализацией проис |
У |
|
|
||||
120 Г-------------------- |
||||||||
ходит диффузия ионов. Но |
так |
как |
|
|
|
|||
в растворе имеются катионы и |
ани |
7 |
1 А _ |
|||||
110 |
|
|
||||||
оны, |
а их |
подвижность |
и |
скорость |
|
|
|
|
диффузии |
различны, в |
результате |
7 |
— |
\ ______ |
|||
100 |
|
|
||||||
диффузии -может произойти |
пере |
|
|
|
||||
распределение зарядов |
и |
возник |
7 |
- |
\ |
|||
|
|
|
||||||
нуть |
диффузионно-адсорбционные |
801 _____________ j |
||||||
потенциалы. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ьо |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 0 |
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
А Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.17. Формирование потенциала естествен ного электрического поля над сульфидной залежью
10
О
-10 V
-20
-3 0
Рис. 4.18. Зависимость диффузионно-адсорбци онных потенциалов от концентрации С рас твора КС1:
1 — глинистые сланцы; 2 — глины; 3 — изве
стняки; 4 — песчаники; 5 — антрациты; 6 — до ломиты
10
Так, в растворе КС1 отрицательный ион С1~ перемещается быстрее, чем положительный К +. Поэтому в растворе с большей концентрацией Сх появится избыток положительных зарядов, а в растворе с малой концентра-
цией С2 — избыток отрицательных зарядов. Возникает диффузионный потенциал Е% (рис. 4.18)
Ci
|
Яд = £ с ^ -£Г - > |
|
(4.88) |
где |
К с — коэффициент свободного |
диффузионного |
потенциала, например |
для |
КС1 К с 12 мВ. |
|
|
|
Чаще всего диффузионно-адсорбционные |
потенциалы возни |
|
кают на контакте глин и песков. |
|
||
|
Ф и л ь т р а ц и о н н ы е |
п о т е н ц и а л ы появляются в |
результате фильтрации жидкости по трещинам и порам породы, стенки которых способны адсорбировать ионы одного знака — чаще всего отрицательные. Положительные же заряды выносятся по направлению движения, в результате чего возникает разность потенциалов между началом и концом фильтрационного потока. Напряженность электрического поля фильтрации зависит от ми нерального состава, пористости пород и гидрогеологических факторов (например, напора).
Локальные электрические поля, таким образом, существуют на ограниченных площадках и обычно приурочены к месторожде ниям сульфидных, кобальтовых, никелевых руд, антрацитов, графита, торфяников, углистых и графитизированных сланцев.
Аномалии напряженности электрического поля, возникающие в результате локальных токов, достигают нескольких сотен мил ливольт. Наиболее благоприятны для возникновения интенсивных электрических полей руды с массивной текстурой и высокой элек тропроводностью. Вкрапленные руды с низкой электропроводно
стью создают |
слабые поля. |
В л и я н и е |
т р е щ и н о в а т о с т и и в л а ж н о с т и |
на удельную электропроводность массива по известной электро проводности минеральной фазы аэ.м7 дополнительной пористости Р 2 массива и электропроводности образцов в лаборатории сгэ л можно оценить по формулам, аналогичным выведенным ранее:
Яэ.мс — <7э.м |
v |
|
|
(4- |
|||
|
|
|
|
л и . М С |
|
|
|
|
|
|
|
1 - р |
|
|
|
Оэ. л — СТэ.м |
/г |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Л и . л |
|
|
|
Отношение |
удельных |
электропроводностей |
|
|
|||
& Э . М С |
_ |
Ки. л (1 --) |
|
|
(4-90) |
||
(Уэ. л |
~ |
К и. мс( 1 - Р ) |
’ |
|
|||
|
|
||||||
где ЛТИ. л |
и |
К и. м с |
— коэффициенты извилистости |
токопроводящих |
каналов |
||
соответственно в лабораторпом образце и в массиве. |
К и. мс^ |
||||||
Если |
К и. м ь^#и . л, то а э. мс/сгл всегда меньше |
единицы. Если |
|||||
К и л , |
то |
максимальное |
различие между оэ. мс |
и а э. л при Р 2, |
равном |
даже 0,9, составляет один порядок.
Влияние влажности w массива на его удельпую электропроводность бол^е существенно.