9.3 Воздействие жидкости на горные породы

Воздействие жидкости на горную породу может быть динамическим и статическим. Динамическоевоздействие приводит к механическому разрушению и перемещению горных пород,статическое –к набуханию, размягчению и растворению пород.

Набухание –это способность породы увеличить свой объем при насыщении водой. Оно характеризуетсякоэффициентом набухания k_н,равным отношению объема набухшей породыV_н к ее первоначальному объемуV_н

(9.15)

Набухание происходит в результате проникновения воды между пакетами кристаллических решеток минералов. Набухание горных пород отрицательно сказывается как в подземных, так и в открытых горных выработках: оно ведет к их деформации, разрушению крепи и т. п.

Увлажнение пород снижает их прочность. Значительно снижается прочность горных пород при растворении в содержащейся в них воде адсорбирующихся поверхностно-активных веществ, так называемых понизителей твердости.Подвижность воды в этом случае возрастает, она проникает в самые мелкие трещины, возникающие при механическом воздействии на породу, вследствие чего трещины не могут полностью закрываться. В результате количество раскрытых трещин сильно увеличивается, а прочность породы – понижается.

Уменьшение прочности при водонасыщении характеризуется коэффициентом размокаемости , выражающим отношение предела прочности на сжатиеводонасыщенной породы к пределу прочности еедо насыщения водой

. (9.16)

Коэффициент размокаемости слабоустойчивых пород составляет 0,75 и меньше. Наиболее подвержены размоканию осадочные породы.

Коэффициент размокаемости известняков находится в пределах 0,15-0,50, глинистых песчаников – до 0,45.

Наиболее сильно размокают угли и горные породы в движущемся потоке жидкости, поскольку он интенсивно вымывает и выносит мелкие частички породы. Слабо размокают мелкопористые кварцевые песчаники и почти не размокают изверженные породы.

Вода может растворять некоторые горные породы, хотя обычно они мало растворимы или нерастворимы. Наибольшей растворимостью обладают лишь некоторые виды ангидрида и гипса. К малорастворимым породам относятся известняки и доломиты.

Магматические и метаморфические породы можно считать практически нерастворимыми. Как и размокаемость, растворимость горных пород протекает наиболее интенсивно в движущемся потоке жидкости, особенно в водных растворах различных кислот, поскольку при этом наряду с химическим происходит и физическое растворение путем вымывания частичек и обнажения новых поверхностей, контактирующих с раствором.

Гидравлические свойства горных пород также зависят от внешних факторов. Повышение температуры снижает вязкость жидкостей, а проницаемость пород при этом соответственно возрастает.

Степень набухания глинистых горных пород с повышением давления увеличивается, а с повышением температуры – понижается. С повышением температуры вода переходит в парообразное состояние, а с понижением – в твердое. Соответственно этому изменяются все физические свойства горной породы.

9.4 Определение гидравлических параметров горных пород

Исследование гидравлических свойств горных пород основано на сравнении масс образцов с различными степенями увлажнения. Водо - и газопроницаемость образцов горных пород определяют так. Через образец под давлением пропускают воду или газ. Измеряют расход воды (газа) и перепад давлений, а затем по формуле Дарси вычисляют проницаемость образца.

Растворимостьгорной породы определяют по потере массы образца, подвергнутого длительному воздействию воды или раствора. В природных условиях коэффициент фильтрации горных пород определяют по количеству воды, откачанной из скважин или горных выработок. Это позволяет установить водоприток в единицу времени. Зная площадь скважины, через которую поступает вода, и перепад давлений, определяют коэффициент фильтрации горной породы.

Влажность образца горной породы определяют по разности первоначальной массы образца и после высушивания его при температуре 100-110 °С. Влагоемкость горной породы определяют так: образец помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 100-110 °С, после чего взвешивают. Затем в автоклаве под вакуумом его насыщают водой и опять взвешивают. По разности масс сухого и насыщенного водой образца определяют влагоемкость горной породы.