1.5. Блочность породных массивов

Свойства пород в образце и массиве существенно различны, что связано с дискретностью и трещиноватостью массива. Трещиноватость скальных массивов подчинена определенным закономерностям их формирования, развития и тесно связана с внутренним строением пород, характером тектонических структур и последующими наложенными процессами разгрузки и выветривания. Расчлененность скальных пород трещинами отдельности и другого генезиса на элементарные породные блоки позволяет рассматривать скальное основание как дискретную среду. Выделяют 4 вида структуры тел, ограниченных трещинами, различающихся типами связи:

1. блоки полностью отделены друг от друга системой ортогональных трещин («агрегатная»);

2. блоки полностью отделены друг от друга и уложены в виде кирпичной кладки («кирпичная кладка»);

3. блоки не полностью отделены друг от друга из-за наличия «трещинных мостиков» при укладке блоков по «агрегатному» типу связи («вразбежку»);

В природном скальном массиве чаще всего наблюдается сочетание двух и более типов связи. В магматических породах чаще встречается сочетание 1 «агрегатной» и 3 «вразбежку» структуры. В осадочных скальных породах преимущественно связь 2 «кирпичная кладка», в зонах интенсивной трещиноватости - сочетание 1«агрегатной» и 2«вразбежку».

На основе информации о трещиноватости и блочности массивов горных пород судят об особенностях строения, состояния и оценивают влияние структуры (горной геометрии) массива на прочностные деформационные и фильтрационные характеристики, а также на анизотропию массива по этим показателям свойств.

Контрольные вопросы к главе 1

1. Дайте определение, что называется минералом и горной породой?

2. Перечислите основные группы, на которые делятся минералы по химическому составу.

3. Что понимают под физико-техническими свойствами горных пород?

4. В чем отличие свойств образцов горных пород от свойств горных пород в массиве?

5. Дайте определения структуры и текстуры горных пород.

6. Дайте определение анизотропии горных пород.

7. Назовите основные виды нарушенности горных пород.

8. Дайте определения пористости и трещиноватости горных пород.

9. Как различаются породы по трещиноватости?

10. Дайте определения плотностных свойств горных пород.

11. В чем различие удельного веса горных и объемного веса горных пород?

12. Назовите породообразующие минералы.

13. Перечислите типы пород по связям между частицами

14. Как группируются горные породы по признакам строения

Глава 2.. Свойства горных пород Лекция 2.

2.1. Плотностные свойства горных пород

Основными физическими явлениями, протекающими в горных породах, являются явления тепло- и газопереноса, распространение электромагнитных и акустических волн, естественная влажность и увлажнение пород. эти явления обусловлены в первую очередь физическими свойствами горных пород и в первую очередь плотностными. К плотностным свойствам относятся удельный вес, объемные вес, плотность насыпной вес, пористость, коэффициент пористости, коэффициент разрыхления. В целом, плотностные свойства горных пород можно обозначить как вес единицы объема горной породы.

Одной из наиболее информативных плотностных свойств горных пород является удельный вес.

Удельный вес – это вес единицы объемы твердой фазы горной породы

(2-1)

удельный вес горной породы, состоящий из нескольких минералов, определяется удельным весом этих минералов, и формула 2.1 примет вид

(2-2)

где n– число минералов, слагающих породу;V– доля объема, занимаемого каждым минералом.

Для определения удельного веса пород применяют пикнометрический метод. Пикнометр – это мерная колба известного объема обычно 50-100см³.удельный вес определяется следующим образом. Взвешивается пустой (G) и наполненный дистиллированной водой до метки (G₁) пикнометр и вычисляется водное число пикнометра

(2-4)

где w- водное число пикнометра, γ_в– удельный вес воды при температуре.

Измельченная горная пород, удельный вес которой определяется, помещается в сухой пикнометр и пикнометр с породой взвешивается, определяем вес G₂.Затем этот пикнометр заполняется водой до той же отметки, до которой мы заполняли его дистиллированной водой. Пикнометр вместе с породой начинаем доводить до кипения в результате чего из породы удаляется воздух. После охлаждения до температуры 20⁰С м снова взвешиваем, получаем новый вес G₃и наконец по формуле

Пикнометр

(2-5)

Масса единицы объема твердой фазы называется плотностью горной породы

, (2-6)

удельный вес породы и её плотность связаны соотношением , где g – ускорение свободного падения.

Объемный вес горной породы

Вес единицы объема горной породы в её естественном состоянии называется объемным весом, т.е.

(2-7)

Объемный вес зависит от состава и структуры горной породы. В отличие от определения удельного веса, объемный вес породы определить не сложно. Для этого необходимо знать вес образца горной породы и его объем. Вес образца определяется путем прямого взвешивания, а объем для образца правильной формы путем измерения его высоты и диаметра, если образец цилиндрической формы, или стороны, если образец имеет форму параллелепипеда. Если образец имеет неправильную форму его размеры определяют по объемы вытесненной воды при гидростатическом взвешивании.

Насыпной вес

Вес единицы объема разрыхленной породы называется насыпным весом. Величина насыпного веса зависит от удельного веса породы, крупности её частиц, степени влажности. Величиной насыпного веса пользуются для определения объема транспортных средств при транспортировке и складировании разрыхленных пород. Для того чтобы определить насыпной вес, нужно взвесить определенный объем разрыхленной породы.

(2.8)

Подставка к техническим весам для взвешивания образцов неправильной формы с емкостью для взвешивания в воде.

Весы для гидростатического взвешивания образцов горной породы неправильной формы в воде

Разрыхляемость горных пород

Под разрыхляемостью горных пород понимают увеличение её объема в результате рыхления, например дробления, отбойки по сравнению с объемом занимаемом породой в массиве, до рыхления. Разрыхляемость горных пород оценивается безразмерной величиной, называемой коэффициентом разрыхления. Коэффициент разрыхления – это отношение объема породы после рыхления к объему породы после рыхления.

(2-9)

Коэффициент разрыхления зависит от размеров куска или степени дробления, влажности и времени нахождения породы в разрыхленном состоянии.

Гранулометрический состав горных пород.Гранулометрическим составом разрыхленной горной породы называется относительное содержание в ней по весу частиц различной крупности. Гранулометрический состав определяется поочередным просеиванием рыхлой породы через сита с определенным размером ячеек и взвешиванием полученной фракции.

Гранулометрический состав пород определяют прямыми и косвенными методами. К прямым методам относятся ситовый, заключающийся в просеивании разрыхленной породы через сита с разным диаметром отверстий, Сабанина – отмачиванием в воде. Косвенные методы – это визуальный и ареометрический.

Набор сит с разным диаметром ячеек для определения гранулометрического состава горных пород

Классификации горных пород по его свойства

Прежде чем перейти к классификации горных пород по его свойства дадим определение, что такое классификация.

Классификация– это система соподчиненных объектов в какой-либо области знаний или деятельности человека.

Обобщенная классификация горных пород по всему комплексу физико-технических параметров должна базироваться на таких классификационных признаках, которые оказывают определяющее влияние на свойства пород.

Свойства горных пород определяются свойствами минералов, которые входят в состав порода.

Основные минералы, обусловливающие физические свойства горных пород приведены в таблице 3-1.

Таблица2- 1. Основные породообразующие минералы

Минералы	Код	Минералы	Код	Минералы	Код
Кварц	01	Серпентин	08	Сера	15
Полевые шпаты	02	Кальцит	09	Хлорит, тальк	16
Оливин	03	Нефелин	10	Углеродистые	17
Пироксены	04	Гипс	11	Магнетит	18
Доломит	05	Галоиды	12	Другие железорудные	19
Роговая обманка	06	Глинистые	13	Другие рудные	20
Апатит	07	Слюда	14

Горные породы классифицируются по строению. Для наглядности такая классификация приведена в таблице 2-2.

Статический тип строения пород количественно оценивается по размерам и неоднородности в размерах зерен и пор. Эти породы изотропны.

Породы матричного строения, у которых включения или пустоты изометричны, также практически изотропны.

Породы матричного строения, у которых включения, пустоты или зоны ослабления имеют вытянутую (линейную или плоскостную) форму, анизотропны. Строение их оценивается по размерам зерен и неоднородностей в их размерах, а также по размерам прожилков, каналов, слоев и по их числу, приходящемуся на единицу объема породы.

Таблица 2-2-Группирование пород по признакам строения

Тип пород по связям между частицами	Степень пористости	Степень изотропности	Взаимное расположение частиц (тип строения)
Скальные	Непористые	Изотропные Анизотропные	Статическое Матричное Слоистое Прожилковатое
	Пористые	Изотропные Анизотропные	Статическое Матричное Слоистое Прожилковатое
Связные и рыхлые	Пористые	Изотропные Анизотропные	Статическое Матричное Слоистое Прожилковатое

Классификацию пород можно построить по плотностным свойствам и присвоить свой класс раздели породы на очень плотные, плотные и мало плотные.

Таблица 2.3-Классификация плотностных свойств горных пород и их основные единицы

Группа	Наименование основных характеристик	Обозна-чение	Единица		Коэффициент перехода к СИ
			СИ	Наиболее часто применяемая
Гравита-ционные	Удельный вес	γо	Н/м3	гс/см3	9,81·104
	Объемный вес	γ	Н/м3	гс/см3(тс/см3)
Структурные	Пористость общая	П	%	%	1
	Пористость открытая	По	%	%	1
	Коэффициент пористости	Кп

Пример решения задач.

Промышленные запасы полезного ископаемого мощностью N= 40м, длиной по простираниюL= 1200м и по падениюS- 700м (угол падения α= 30⁰) составляютP= 4,2 10⁷тонн. При добыче полезного ископаемого коэффициент разрыхления составил К_р= 1,04. Определить объемный вес породы (γ), насыпной вес (γ_н) и количество транспортных средств с объемом кузова 220м³для транспортировки полезного ископаемого на обогатительную фабрику.

Решение

I. Определим объем полезного ископаемого

(I)

вертикальная мощность применяемая в расчетах

; (2)

α-угол падения залежи

подставляя (2) в (I) определим объем полезного ископаемого

V= 212 10⁶м³

2. Определим объемный вес полезного ископаемого

(3)

Известно, что вес полезного ископаемого P= 420 тонн, а объем 212 10⁶м³, подставляя эти значения в (3) получим

3. Определим насыпной вес по формуле

(4)

Подставляя в (4) значения PиV_nполучим:

4. Определим объем полезного ископаемого в разрыхленном состоянии

(5).

Подставляя в (5) значения коэффициента разрыхление k= 1,04 и объем полезного ископаемогоV= 212 10⁶, определим объем горной породы в разрыхленном состоянии:

5. Зная общий объем полезного ископаемого, и объем кузова транспортного средства определим количество транспортных средств