Контрольные вопросы в главе 2
Перечислите механические свойства горных пород.
Какие свойства горных пород называются упругими, какими характеристиками описываются упругие свойства горных пород.
Дайте определения и запишите формулы: модуля упругости, модуля сдвига, модуля всестороннего сжатия, коэффициента Пуассона.
Объясните механизм развития пластических деформаций горных пород. Какими характеристиками описываются пластические свойства горных пород.
Что такое дилатансия
Какие свойства горных пород относятся к реологическим?
Что такое разрушение горных пород? Назовите уровни разрушения горных пород.
Что такое прочность горных пород? Назовите основные прочностные характеристики горных пород.
Что называют длительной прочностью горных пород?
На каких предположениях основана теория прочности Мора?
Паспорт прочности горных пород. Основные теории прочности горных пород.
Что такое сцепление и угол внутреннего трения?
Какие свойства горных пород относятся к горно-технологическим?
Дайте определения коэффициента крепости горных пород, твердости, вязкости, дробимости, абразивности.
Модуль 2. Глава 3. Физические явления в горных породах Лекция 7.
Общие понятия о физических явлениях в горных породах
Физико-технические свойства горных пород определяются внешними условиями, в которых находится порода, т.е. внешними полями. Каждое поле оценивается такими параметрами как напряженность, интенсивность, направленность.
Мы уже подробно рассмотрели механические явления в горных породах, оказывающее воздействие на деформационные, реологические и прочностные свойства горных пород.
Особым механическим полем, оказывающим воздействие на свойства горных пород, является акустическое поле – распространение в горных породах упругих волн, по существу тех же механических нагрузок, быстро меняющихся по направлению, во времени и характеризующихся интенсивностью, амплитудой и частотой колебаний.
Тепловое полеописывается температурой, градиентом температуры, тепловым потоком, направлением теплового потока, изменением его во времени, распределением температур и теплового потока в объеме породы.
Электрическое и магнитное поляоцениваются по напряжению и напряженности, по величине магнитной и электрической индукции и плотности потока.
Электромагнитное поле– распространение в породах электромагнитных волн характеризуется теми же параметрами, что электрическое и магнитное поля, дополнительно частотой колебаний.
Радиационное полеописывается интенсивностью, типом микрочастиц, обусловливающих поле, частотой колебаний.
Вещественное поле представлено водой или природными газами и оценивается по давлению, создаваемому полем (напором воды, например), градиенту давления, вязкости, химическому составу.
Физические поля в породах могут быть естественными и искусственными.
Естественные поля– это исходное горное давление, тепловое поле, водонасыщенность пород, радиационное поле.
Искусственные полявозникают при ведении горных работ или их создают преднамеренно в целях направленного воздействие на состояние породы и её свойства. К таким искусственным полям относятся блуждающие токи, повышение температуры в забое скважины при бурении, динамические нагрузки на массив при взрывании.
Физические процессы в горных породах– это явления взаимодействия физического поля с горной породой, в результате которого в породе возникают и протекают различные изменения её состава, строение, состояния.
Физические свойства и параметры пород, характеризующие эти процессы можно разделить на три большие группы.
В первую группувходят параметры, оценивающиеобратимые изменение количества энергии или вещества внутри породы. К ним относятся:
модуль объемного сжатия, характеризующий накопление потенциальной энергии в породе при всестороннем сжатии,
диэлектрическая проницаемость, определяющая электроемкость породы,
удельная теплоемкость, оценивающая способность породы накапливать тепло,
влагоемкость, характеризующая способность породы накапливать влагу и т.п.
это те параметры, при снятии которых позволяют породе принимать исходные параметры. Большинство этих параметров имеют статический, накопительный характер.
К параметрам второй группы,оценивающимнеобратимые превращенияданного вида энергии в породах в другой вид, относятся
коэффициент пластичности,
коэффициент диэлектрических потерь,
удельная теплота плавления,
коэффициенты поглощения упругих и электромагнитных волн,
пределы прочности пород при сжатии, растяжении,
коэффициент теплового расширения,
электрическая и магнитная проницаемость.
К параметрам третьей группы, описывающимпроцессы передачи энергии, а такжеперемещения жидкости и газов в породах, относится
коэффициент теплопроводности,
удельная теплопроводность, магнитная проводимость,
коэффициент преломления и отражения упругих волн,
коэффициенты проницаемости и фильтрации.
Все эти параметры зависят от направления измерения и приложения поля.
Рисунок 3. 1 . Обобщенная схема природы и взаимосвязей физических свойств горных пород
область проницаемости; 2. – область поглощения; 3 – область необратимых изменений и разрушения.
Воздействие внешних полей на свойства горных пород
Причины изменения свойств пород под воздействием внешних факторов можно разделить на три группы:
изменение состава породы: заполнение пор жидкостью и газом, переход воды в лед в порах при понижении температуры;
изменение степени уплотнения породы: обжатие за счет смятия пор, закрытия трещин при сжимающих механических нагрузках, нагревании или охлаждении; разрыхление, раскрытие трещин за счет растягивающих механических нагрузок нагревание или охлаждении; появление дополнительной пористости, пустотности за счет растворения минералов;
изменение сил связей между отдельными частицами породы: понижение при их нагреве за счет приближение состояния минералов к точке плавления; при насыщении пород водой за счет проникновения жидкости между частицами породы; повышение их при нагреве за счет спекания частиц, при охлаждении за счет смерзания.