Воздействие теплового поля

Повышение температуры пород также приводит к изменению тепловых и электромагнитных свойств пород. Причиной их изменения являются все те же факторы, которые были отмечены выше (термонапряжения, термоэффекты). Однако даже при отсутствии перечисленных факторов повышение температуры сказывается на тепловых и электромагнитных свойствах пород из-за роста кинетической энергии колеблющихся частиц в породах.

Тепловые свойства. Повышение температуры приводит

к более интенсивному и хаотичному колебанию ионов в кристаллической решетке и соответственно к их большему взаимодействию. Это обстоятельство приводит к увеличению рассеяния одного фонона другим за счет их сталкивания, что, в свою очередь, снижает величину пути свободного пробега фононов. Поэтому при повышении температуры снижается теплопроводность многих кристаллических минералов и пород.

При этом наблюдается соответствие известной из фононной теории теплопроводности зависимости:

λT =А, (9.7)

где А— некоторая постоянная, равная для плотных изверженных и метаморфических пород (кварцитов, гранитов, пегматитов) 1100—1900 Вт/м. Такая закономерность изменения λ с температурой наблюдается только в области до 400 °С. При более высоких температурах теплопроводность λ стремится к постоянному значению, а для некоторых пород отмечено даже возрастание λ.

Наиболее значительное снижение величины λ с повышением температуры характерно для пород, обладающих большими исходными его значениями.

Теплопроводность пород, имеющих высокую пористость (известняки и др.), с повышением температуры изменяется немного, что связано в основном с наличием радиационной составляющей теплопроводности в пористых породах.

Теплопроводность аморфных и скрытокристаллических минералов и пород (обсидиан, аморфные разновидности Si0 2 и др.) с повышением температуры возрастает. Некоторый рост

теплопроводности с повышением температуры наблюдается также у анортозитов, глин и углей.

Электрические и магнитные свойства.

Изменение удельного электрического сопротивления горных пород с повышением температуры подчиняется законам зонной теории электрической проводимости.

Подвижность ионов в диэлектриках с повышением температуры увеличивается, растет их кинетическая энергия и облегчается их вырывание из решетки. Поэтому электрическая проводимость диэлектрика возрастает.

В полупроводниках повышение температуры приводит к увеличению концентрации электронов в зоне проводимости и соответственно к росту их электрической проводимости.

При повышении температуры до 600 °С электрическое сопротивление пород уменьшается от 20 до раз. В породах и минералах при низких температурах, когда основные ионы решетки еще мало диссоциированы, значительное участие в переносе зарядов принимают примесные ионы.Поэтому при низких температурах наблюдаются изменения сопротивления в широких пределах, при более высоких температурах— значительно меньшие изменения.

Диэлектрическая проницаемость εr большинства пород с повышением температуры также возрастает.

Влияние температуры на магнитные свойства пород наиболее выражено в группе ферромагнетиков. С повышением температуры растет подвижность атомов, составляющих домены. При определенной температуре, называемой точкой Кюри, домены полностью лишаются магнитных моментов. Выше этой температуры ферромагнетик переходит в парамагнетик.

Влияние низких температур на изменение электрических и тепловых свойств пород сказывается, в первую очередь, из-за замерзания влаги при переходе в область отрицательных температур. В связи с этим в области 0°С наблюдается характерный для фазовых переходов перелом кривой зависимости показателей свойств от температуры. В области абсолютных температур 5—30 К наблюдается максимум λтвердых тел. Ниже этой температуры количество фононов сильно уменьшается, а их свободному пробегу начинают препятствовать границы зерен и кристаллов. Поэтому при стремлении Т к нулю λ стремится также к нулю.

Вопрос №4 (Влияние внутренних и внешних факторов на контактную прочность горных пород)

Контактную прочность горных пород используют в качестве критерия разрушаемости пород резцовым и шарошечным инструментами. Она влияет на производительность машин и определяет необходимость армирования породоразрушающих инструментов твёрдыми сплавами. Поэтому её необходимо учитывать при проектировании и применении буровых, горнопроходческих и выемочных машин и механизмов.

Контактную прочность горных пород Рк определяют путем статического вдавливания цилиндрического пуансона (штампа) с плоским основанием в необработанную поверхность образца породы. Такой метод определения контактной прочности разработали и исследовали в Институте горного дела им. А. А. Скочинского профессор Л. И. Барон и др.

Показатель контактной прочности Рк, кгс/мм2, представляет собой отношение предельной нагрузки F в момент хрупкого разрушения (образования лунки выкола) породы к площади основания пуансона S, и может быть определён по формуле Рк = F/S,

где F – предельная нагрузка на породу через пуансон, кгс;

S – площадь основания пуансона, мм2.

Контактную прочность определяют для всех горных пород, кроме высокопластичных и очень пористых, т. к. они не разрушаются хрупко при внедрении пуансона. Так как контактная прочность горных пород Рк более соответствует прочности пород при всестороннем сжатии, она всегда выше предела их прочности при одноосном сжатии σсж, В общем виде можно написать, что

Рк = К·σсж

где К – коэффициент пропорциональности между контактной прочностью Рк и пределом прочности при одноосном сжатии σсж породы.

Понятие контактной прочности горных пород аналогично понятию их твёрдости Рш и методы их определения сходны. Отличие заключается в том, что при определении показателя контактной прочности породы поверхность образца, в которую вдавливают пуансон, предварительно не обрабатывают, а при определении твёрдости породы – её шлифуют.

Вопрос №5 (Влияние минерального состава и строения пород на их физические свойства)

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 минералов существенно отличаются от параметров прочих минералов, то его содержание в породе будет заметно влиять на свойства породы в целом. Это позволяет сгруппировать минералы по близким параметрам и рассматривать зависимость свойств не от каждого из этих минералов, а от совокупности близких по свойствам минералов. В конечном счете можно привести минеральный состав полиминеральной породы к некоему условному минеральному составу, например, представить практически любую породу как двухкомпонентную. Величина тензорных физико-технических параметров пород однозначно минеральным составом не определяется. В этом случае существенное значение имеют показатели строения пород— размеры, форма, взаимная ориентация минеральных зерен и пор. Зависимость свойств пород от размеров зерен обусловлена тем, что с изменением размеров меняется площадь контактов между зернами на единицу объема породы. В то же время свойства контактов отличаются от свойств внутризеренного вещества. Форма и взаимная ориентация минеральных зерен, как указывалось, приводит к анизотропии горных пород и, следовательно, зависимости свойств пород от направления приложения поля. На тензорные параметры пород наиболее существенное влияние оказывают основной минерал (либо преобладающий количественно, либо слагающий каркас — матрицу 'породы) и минерал, имеющий свойства, резко отличающиеся от основного, и выступающий в качестве включения в матрицу породы. Как и в случае скалярных параметров, матрицей или включением может считаться не один, а группа однотипных минералов. Величина большинства тензорных параметров породы, за исключением гидравлических и г Изучение и аналитическое представление закономерностей изменения физических параметров пород от их состава и строения дают возможность предрассчитать основные свойства различных пород без их экспериментального определения.

Вопрос №6 (Влияние минерального состава и структурно-текстурных элементов строения горных пород на их прочностные свойства)

Из породообразующих минералов наибольшей прочностью обладает кварц. По данным исследователей, предел прочности при сжатии кварца превышает 500 МПа, полевых шпатов, пироксенов, авгита, роговой обманки, оливина и других железистомагнезиальных минералов — 200—500 МПа. Кальцит имеет σсж около 20 МПа. Поэтому большей прочностью обладают кварцсодержащие породы. Прочностные характеристики пород очень чувствительных их структуре. Прочность сцементированных пород в первую очередь определяется прочностью и качеством цемента (матрицы), а не заполнителя.

Основное влияние на прочность пород оказывают их пористость и трещиноватость. В результате породы даже совершенно различного состава могут иметь одну и ту же прочность, и наоборот.

Существенное влияние на прочность пород оказывает также слоистость. При растяжении поперек слоев порода будет разрушаться по слабому прослойку. При растяжении вдоль слоев прочные слои воспринимают на себя часть нагрузки и увеличивают общую сопротивляемость породы. Пределы прочности пород при сжатии поперек слоистости в подавляющем большинстве случаев больше, чем вдоль слоистости. Если сжимающие усилия направлены перпендикулярно к слоям, то слабые тонкие прослойки удерживаются от раскалывания более прочными слоями и в целом σсж образца превышает σсж наиболее слабого прослойка. При сдавливании образца вдоль слоистости прочность породы определяется главным образом прочностью наиболее слабых прослойков, по которым и происходит раскол породы. Поэтому коэффициент анизотропии в этом случае.

Порфировидная структура повышает прочность пород в случае, если включения малы, а основная масса тонкокристаллическая и сплошная. Мостовая структура (взаимное прорастание зерен) также увеличивает, а стекловидные массы уменьшают прочность пород. С увеличением размеров зерен прочность равномернозернистых горных пород (при прочих равных условиях) падает (рис. 3.23). Акад. П. А. Ребиндером установлено, что чем меньше частицы, слагающие твердое вещество, тем меньше микротрещиноватость и другие нарушения, которые, как известно, являются основной причиной разрушения твердого тела. Изменение размеров зерен от 1 до 100 мкм снижает прочность пород почти в 2 раза. При дальнейшем же росте размеров зерен изменение прочности крайне незначительно.

Вопрос №7 (Влияние строения и плотности горных пород на их теплопроводность и температуропроводность)

Минералы и горные породы, как правило, являются плохими проводниками тепла, они занимают в ряду твердых тел сравнительно узкую полосу с малыми значениями теплопроводности — 0,1—7 Вт/(м • К).

Теплопроводность пород определяется способностью минералов, слагающих породу, проводить тепло, и для пород, представляющих собой статистические смеси минералов с хорошими контактными условиями, пригодна для расчета их теплопроводности формула логарифмического средневзвешенного.

Передача тепловой энергии в пористых породах может происходить как путем теплопроводности, так и путем конвекции заполнителя порового пространства (теплоотдачи)

Исключительно большую роль играет форма пор в породе. Если поры в породе удлиненные (типа трещин), то теплопроводность значительно уменьшается при расположении пор перпендикулярно тепловому потоку.

Как правило, происходит уменьшение теплопроводности пород с уменьшением размеров зерен. Однако это влияние наиболее существенно только при небольших их размерах.

С увеличением плотности температуропроводность пород незначительно уменьшается. Температуропроводность пород, как и теплопроводность, зависит от их строения. Вдоль слоистости α ІІ всегда больше, чем перпендикулярно ей α ±. Пористость пород приводит к снижению их температуропроводности.

Вопрос №8 (Воздействие внешних физических полей на механические свойства пород)

Влияние влажности: с увлажнением уменьшается статический модуль Юнга ГП и возрастает коэффициент Пуассона, также при размокании пород наблюдается снижение скоростей распространения упругих колебаний (в скальных не размокаемых породах при увлажнении скорость увеличивается). Увеличение влажности ГП приводит к снижению всех их прочностных параметров и увеличению пластичности и деформируемости пород. Увлажнение приводит также к уменьшению горно-технических параметров пород – крепости, твердости, абразивности, хрупкости.

Влияние давления: Основной причиной изменения свойств пород под влиянием давления является нарушение первоначального строения пород. В зависимости от характера давления это либо уплотнение породы, смятие пор и увеличение площади контакта зерен, либо образование системы трещин, уменьшение связей между отдельными ее участками. Наибольшее уплотняющее действие на породы оказывает гидростатическое давление, в результате которого в ГП возникают остаточные деформации, приводящие к снижению пористости. При увеличении давления возрастают параметры упругости, одновременно наблюдается и увеличение скоростей распространения упругих волн, увеличение пластических и реологических параметров пород. Существенное влияние на механические свойства пород оказывает характер приложения механических нагрузок к породам – статический или динамический. При динамических нагрузках наблюдается более высокие значения параметров упругости, прочности, крепости, твердости, вязкости пород, пониженные значения пластичности.

Вопрос №9 (Воздействие теплового поля)

Выделяют два вида воздействия теплового поля. Первый вид связан с возникающими в породах термическими напряжениями из-за неравномерности теплового расширения минералов, второй обусловлен различными физическими и термомеханическими превращениями минералов породы при нагреве. Термохим. и физ. превращения в ГП: высушивание пород, плавление, отвердевание, испарение, возгонка, полиморфные превращения (изменение кристаллической решетки), дегидратация (удаление хим. связанной воды из минералов и ГП), диссоциация (разрушение минерала с выделением газообразной фазы), окислительно-восстановительные процессы. Все параметры пород, характеризующие их пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений, с повышением температуры увеличиваются. Вязкость пород уменьшается с нагревом. Влияние отрицательных температур имеет противоположный нагреву характер. Понижение температуры вызывает в большинстве случаев повышение прочности ГП, модулей упругости, твердости, крепости, понижение пластичности и реологических характеристик. Эффект разупрочнения ГП после нагрева или глубокого охлаждения усиливается при быстром динамическом воздействии, связано с большей неоднородностью теплового поля в породе, приводящей к повышению в ней термонапряжений.

Вопрос №10 (Воздействие упругих колебаний)

Упругие колебания низкой частоты достаточной мощности чаще приводят к тем же последствиям, что и механические напряжения. При этом происходит усталостное разрушение ГП. Возможен эффект уплотнения и сортировки рыхлых ГП. При прохождении ультразвука через жидкость возникает кавитация ( когда в некоторых участках жидкости, оказавшихся в фазе деформации растяжения, внутренне давление становится ниже статического, происходит разрыв жидкости, жидкость испаряется и образуются кавитационные пузырьки). Кавитация является причиной возникновения диспергацию (разрушение) твердых тел, расположенных в зоне распространения упругих колебаний. Кавитация вызывает также дегазацию жидкостей и расплавов.

Вопрос №11 (Горные породы, понятие и потенциальная зона их залегания)

ГП – устойчивые агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела. Объектами горных разработок являются все виды горных пород: коренные, залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и покрывающие их наносы – породы измельченные, переотложенные или перенесенные.

Вопрос №12 (Графический метод построения паспорта прочности ГП по теории Мора)

В теории Мора постулируется, что ответственными за разрушение являются касательные напряжения, а само разрушение носит характер сдвига по площадкам, на которых достигается предельное состояние, причем величина предельного касательного напряжения является функцией нормального напряжения, действующего на площадке скольжения:

Для характеристики напряженного состояния связь между σ и τ может быть представлена графически с помощью так называемых кругов напряжений, которые строят следующим образом. По оси абсцисс откладывают максимальное σ1 и минимальное σ3 значения главных напряжений, действующих на образец. На разности отрезков, как на диаметре, строится круг (рис. 4.6).

Этот способ изображения напряженного состояния характеризуется не только величиной главных напряжений σ1 и σ3, но и напряжениями σα и τα, действующими по произвольным площадкам, проходящим через рассматриваемую точку. Графически значения касательного и нормального напряжений в любой точке образца могут быть найдены, если задан угол α плоскости, в которой определяются напряжения. Под этим углом из точки пересечения окружности с абсциссой проводят прямую до ее пересечения с окружностью. Ордината точки пересечения окружности с прямой численно равна значению касательных напряжений τα, абсцисса — значению нормальных напряжений σα, действующих в плоскости

На рис. 4.7 изображена огибающая, построенная к трем характерным кругам Мора: для одноосного растяжения, для одноосного сжатия и для неравномерного всестороннего сжатия. Предельный круг одноосного растяжения (1), соответствующий напряженному состоянию (σ1=σр; σ2—σ3=0), разместится слева от начала координат. Он пересечет ось σ в точках σр и 0. Предельный круг одноосного сжатия (II) таким же образом пересечет ось σ в точках 0 и σсж справа от начала координат. Предельный круг объемного сжатия (III) пересечет ось σ в точках σ1>0 и σ3>0.

Можно построить сколько угодно предельных кругов, соответствующих условиям объемного напряженного состояния. Огибающая к предельным кругам характеризует напряженное состояние породы в момент ее разрушения и носит название паспорта прочности.

Вопрос №13 (Группа параметров физических процессов в горных породах, оценивающая обратимые изменения количества энергии или вещества внутри породы.)

Параметры, оценивающие обратимые изменения количества энергии или вещества внутри породы (ее повышение или понижение под воздействием внешних полей). К ним относятся, например: модуль объемного сжатия К, характеризующий накопление потенциальной упругой энергии в породе при всестороннем ее сжатии; диэлектрическая проницаемость гг, определяющая электроемкость пород; удельная теплоемкость с, оценивающая способность породы накапливать тепло; влагоемкость w, характеризующая способность породы накапливать воду, и т. д. Большинство этих параметров имеют статически, накопительный характер и поэтому являются скалярными.

Вопрос №14 (Группы горно-технологических параметров пород, выделяемые по принципу принадлежности к определенным процессам технологического воздействия)

Горно-технологические параметры пород подразделяются на несколько групп по принципу принадлежности к определенным процессам технологического воздействия:

1) характеризующие общую разрушаемость пород механическим способом, например твердость, крепость, вязкость и дробимость;

2) характеризующие разрушаемость пород определенными механизмами, например буримость, сопротивляемость резанию, экскавируемость, зарубаемость, взрываемость, удельные усилия внедрения и т. д.;

3) оценивающие воздействие породы на инструмент, например абразивность;

4) оценивающие качество полезных ископаемых, например коксуемость для углей, морозостойкость и термостойкость для строительного камня;

5) устанавливающие производительность или эффективность иных процессов воздействия на горные породы (кроме разру-шения), например обогатимость, флотируемость, устойчивость в отвалах и т. д.;

6) определяющие особое поведение пород при разработке месторождений полезных ископаемых, например выбросоопасность, метаноносность, самовозгораемость и др.;

7) оценивающие эффективность воздействия на горные по-роды различными немеханическими методами с целью их разрушения, упрочнения, плавления и т. д.; например термобуримость, критерий эффективности нагрева токами высокой частоты, электротермомеханическая разрушаемость и др.

Вопрос №15 (Использование физических свойств пород для контроля качества ископаемых углей)

Под качеством подразумевают либо в отдельности, либо в том или ином наборе или во всей совокупности такие понятия, как крупность, гранулометрический состав, прочность отдельных кусков горной массы, способность не разрушаться и не образовывать пыли в условиях высоких температур, определенное процентное содержание (не ниже) полезного компонента, определенное процентное содержание (не выше) для данного вида сырья вредных компонентов, определенная допустимая влажность и т. д.

Параметры качества ископаемых углей. Качество углей как объекта технологического использования оценивается следующими параметрами:

теплота сгорания — количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 кг угля; характеризует угли как энергетическое топливо;

зольность Ас — относительное массовое содержание несгорающего остатка, образующегося из минеральных примесей в угле при полном его сгорании. В каменных и бурых углях зольность может достигать 45 %, в горючих сланцах — 50— 80 %. Зола уменьшает теплоту сгорания, загрязняет поверхность нагрева и вследствие этого снижает интенсивность теплообмена, вызывает износ нагревательных устройств, загрязняет атмосферу; термохимическая стойкость — свойство углей сопротивляться химическому разложению при нагревании; термохимическая стойкость возрастает с увеличением степени углефикации углей;

спекаемость — свойство углей размягчаться при нагревании без допуска воздуха, переходить в пластическое состояние в интервале температур 350—450 °С и образовывать твердый спекшийся кусок. Спекаемость углей определяют при коксовании их в тигле в виде навески тонкоизмельченного порошка. Толщина образовавшегося пластического слоя у (мм) служит показателем спекаемости. Дополнительно к этому полученный спекшийся образец подвергают раздавливанию. Величина требуемого для раздавливания усилия также характеризует степень спекаемости угля;

коксуемость — свойство углей образовывать при нагревании кокс. Коксуемость определяют методом лабораторного коксования углей в специальной установке с одновременной фиксацией различных происходящих при этом эффектов — изменения объема угля, разности температур размягчения и затвердевания углей, изменения температуры по высоте загрузки и др.; выход летучих веществ Vr — количество выделяющихся газов при нагреве углей без доступа воздуха, выраженное объемом газов на единицу массы угля или относительным массовым количеством летучих веществ в процентах. За основные показатели при промышленной классификации углей и антрацитов принимают: для каменных углей — выход летучих веществ V и спекаемость, выраженную толщиной пластического слоя у или характеристикой нелетучего остатка; для бурых углей — содержание влаги в рабочем топлиие для антрацитов — выход летучих веществ и теплоту сгорания Qr6.

Контроль зольности каменных углей. Обычный метод контроля зольности — это сжигание в стандартных условиях (при температуре печи 815 °С) навески угля и взвешивание минерального остатка. Процесс этот длится 3 ч (ГОСТ 11022—75). Исследованиями установлено, что от зольности углей зависят практически все их физические свойства. Так, известно, что с увеличением зольности углей возрастает скорость распространения в них ультразвука, с увеличением степени метаморфизации углей повышается их диэлектрическая проницаемость и величина диэлектрических потерь, определенным образом меняется их отражательная способность (рис. 20.7). Для некоторых угольных бассейнов (например, Подмосков-ного) вычислены корреляционные зависимости, по которым можно судить о зольности углей по величине их объемной массы. Существует связь между зольностью углей и содержанием в них тория (%), которая может быть представлена так: Th = (0,13Лс + 6,66) Ю-4. (20.19) Поэтому общая интенсивность I естественного гамма-излучения (имп./мин) зависит от зольности углей и описывается следующим уравнением: / = 11,42 Лс—39,4. (20.20) В конструкциях датчиков зольности углей используют наиболее четкие для конкретного месторождения зависимости свойств от зольности.

Вопрос №16 (Использование физических свойств пород для обеспечения контроля за режимом работы проходческих и добычных комбайнов)

Контроль за режимом работы добычных комбайнов. Установлено, что минимальным удельным энергозатратам при добыче угля соответствует работа комбайна при постоянном отношении скорости его подачи ип к скорости резания ирз: vjv р3 = const. (20.33) Таким образом, при работе добычного комбайна необходимо поддерживать постоянное отношение vn/vрз. Скорость резания зависит от физических свойств углей, конструкции исполнительного органа и мощности электродвигателя комбайна. С изменением свойств углей происходит изменение и момента сил резания исполнительным органом. Так, при встрече зубков комбайна с породным прослойком момент сил Мп возрастает по следующему закону: Мп = Му [(1 -пп1п0) + Ш Ц у П у) }, (20.34) где Му — момент сил резания по углю; «п, па и пу — число линий резания соответственно по породному прослойку, общее и по углю; fг, и fy — коэффициенты крепости соответственно породного прослойка и угля. В настоящее время в качестве параметра, пропорционального прочности породы, принимают усилия, возникающие в исполнительном органе, которые можно определять, например, тензодатчиками. При добыче угля необходимо осуществлять автоматизацию направления движения комбайна. Чтобы устранить внедрение комбайна в почву или кровлю пласта и обеспечить оставление предохранительной пачки угля заданной толщины, применяют датчики, реагирующие на границу раздела двух сред — угля и породы. В качестве таких датчиков можно применять устройства, фиксирующие различия в электрической проводимости, скорости распространения упругих волн, скорости распространения электромагнитных колебаний, поглощения у-лучей в углях и вмещающих породах. По принципу отражения ультразвуковой волны работают, например, ультразвуковые датчики, которые по времени прохождения прямого и отраженного лучей от плоскости раздела уголь — порода позволяют определить расстояние от комбайна до границы между углем и вмещающей породой. Примерно так же решается эта задача и с помощью гамма-излучения, и радиоволновыми методами.

Вопрос №17 (Использование физических свойств пород для обеспечения контроля за упрочнением горных пород)

Контроль упрочнения горных пород необходим для своевременного прекращения этого процесса, а также обнаружения зон, в которых по тем или иным причинам упрочнение не происходит. Для этих целей используют физические характеристики, легко фиксируемые в натуре и в то же время различающиеся у исходного и упрочненного массивов. Так, для контроля за толщиной ледопородного цилиндра используют различие в скоростях распространения упругих волн в мерзлой и незамерзшей породах. С увеличением толщины промерзшего слоя пород скорость распространения упругих волн возрастает. Для этих же целей применяют термокаротаж, так как коэффициент теплопроводности пород возрастает с увеличением степени их промерзания. Оценить качество цементации, битумизации или силикатизации массивов пород можно посредством проведения контрольных измерений их электрической проводимости. Упрочнение пород указанными методами приводит к росту их электрического сопротивления, причем и приводит к росту их электрического сопротивления, причем величина его прямопропорциональна толщине упрочненнго слоя.

Вопрос №18 (Использование физических свойств пород для обеспечения контроля за напряженным состоянием в массива горных пород)

В результате наблюдений за напряженным состоянием пород устанавливают: величину напряжений в породах, окружающих выработку, в целиках и крепи; изменения напряжений во времени и пространстве; ве степень нарушенное™ несущих конструкций и массивов и ее изменения во времени. Эти данные позволяют прогнозировать опасное состояние на отдельных участках шахты или карьера и, следовательно, заблаговременно принять меры по предотвращению или локализации обрушений. личину деформации выработок, целиков и крепи;

Наблюдения за откосами и бортами карьеров и отвалов осуществляют преимущественно маркшейдерской съемкой — методом реперов. Для этого по наиболее опасным направлениям в массиве пород забивают реперы, относительное сдвижение которых в плане и по высоте регулярно контролируют при помощи теодолита и нивелира. На основании измерений получают информацию о скорости и направлении смещения отдельных участков массива и устанавливают необходимые профилактические мероприятия. Метод реперов применим лишь при условии начавшейся деформации массива. Часто же необходимо заранее определить степень его устойчивости, для чего используют различные физические методы. Весьма существенным фактором, обусловливающим у с т о й ч и в о с т ь г о р н ы х м а с с и в о в, является степень их трещиноватости и нарушенности. Для количественной оценки этого параметра можно воспользоваться скоростью прохождения упругих волн v, так как она зависит от трещиноватости пород. Как известно, отношение скоростей распространения упругих колебаний в нарушенном массиве и монолите может служить характеристикой нарушенности массива Ai. Оценить н а р у ш е н н о с т ь м а с с и в а можно также по отношению скоростей распространения продольных и поперечных волн vp/vs• Как известно, большие значения vP/vs соответствуют более нарушенным породам. Непосредственно с нарушенностью пород связан также коэффициент поглощения упругих колебаний 8, характеризующий состояние массива. Степень нарушенности массива и его напряженное состояние определяют также по измерениям его э л е к т р и ч е с к о й п р о в о д и м о с т и. Последняя, так же как и скорость распространения упругих волн, зависит от напряженного состояния пород. Поэтому, заранее установив подобную закономерность для пород определенного месторождения и введя поправки на влажность и возможную нарушенность массива, можно непосредственно по величинам v или оэ определить величину напряжений в бортах карьера.

Вопрос №19 (Использование физических свойств пород для обнаружения неоднородных включений и опасных зон в массиве горных пород)

Нарушение режима работы горного предприятия может произойти не только в связи с проявлением горного давления, но и при встрече добычных машин с неожиданными препятствиями— крупными включениями крепких пород, карстами, заполненными водой, сильно разрушенными зонами, плывунами и т. д. В связи с этим необходимо осуществлять непрерывный контроль за строением и составом разрабатываемого массива пород перед забоем на расстояние 5—20 м.

Так как две породы могут иметь одинаковые значения одних параметров и различные значения других, выбор того или иного способа интроскопии в конкретном случае зависит от возможности обнаружить границу контакта разных тел данным способом.

А к у с т и ч е с к и м и м е т о д а м и можно обнаруживать контакты двух пород, если их удельные волновые сопротивления различны. Так, изменение скорости распространения упругих колебаний при замерзании влажных пород используется для определения мощности мерзлых слоев. Акустическим методом можно выявлять трещиноватые зоны в скальных породах, заполненные льдом.

М е т о д э л е к т р о м е т р и и может быть использован для прогноза водоносных зон па угольных шахтах, так как удельное электрическое сопротивление увлажненной зоны значительно меньше сопротивления вмещающей среды. Этот метод используется на шахтах Подмосковного угольного бассейна.

Для выделения пористых и трещинно-кавернозных участков в однородном по химическому составу разрезе карбонатных пород можно применить м е т о д в ы з в а н н о й п о л я р и з а ц и и. Коэффициенты поляризуемости трещиноватого блока зависят от степени раскрытия заполненных водой трещин и их электрического сопротивления.

Изменения м а г н и т н о й п р о н и ц а е м о с т и руд с изменением температуры используются в методах обнаружения участков массива с повышенной температурой.

С целью выявления тепловых аномалий проводят также г е о т е р м и ч е с к и е наблюдения через опережающие шпуры. Интерпретация этих аномалий позволяет судить о том, что может встретиться на пути проведения выработки: подземные воды, скопление газов, рудные включения и т. д.

Вопрос №20 (Классификация горных пород по магнитным свойствам)

Если магнитные моменты всех электронов атома компенсируют друг друга, то при Я = 0 атом не намагничен. Такие породы называются д и а м а г н и т н ы м и. В диамагнетиках электронные оболочки атомов симметричны и замкнуты. При внесении такого атома в магнитное поле его электронные оболочки получают дополнительную скорость и каждый атом породы приобретает магнитный момент, имеющий направление, противоположное направлению поля. Поэтому магнитная проницаемость диамагнетиков меньше единицы. Величина диамагнетизма определяется радиусами атомных орбит.

Горные породы, атомы которых обладают магнитным моментом при отсутствии внешнего поля, называются п а р а м а г н и т н ы м и. Однако в целом образец парамагнетика при отсутствии поля не намагничен. Лишь при внесении парамагнетика в магнитное поле его диполи ориентируются сообразно с направлением поля и образец намагничивается. Магнитная проницаемость парамагнетиков несколько больше единицы.

Горные породы, у которых целые объемы (домены) обладают магнитными моментами при отсутствии внешнего поля, называются ф е р р о м а г н и т н ы м и. Благодаря доменам магнитная проницаемость ферромагнитных пород значительно больше, чем у парамагнитных. Намагниченность ферромагнетиков достигается воздействием не только внешнего поля, но и намагничивающим действием дополнительного внутреннего молекулярного поля (табл. 7.3)

Вопрос №21 (Классификация минералов по физическому состоянию)

По физическому состоянию минералы и п.и. делят на:

-твёрдые (угли ископаемые, горючие сланцы, торф, рудные и нерудные)

-жидкие (нефть, минеральные воды)

-газообразные (газы природные горючие и инертные)

Вопрос №22 (Классификация упругих волн по частоте колебания)

Упругие волны по частоте колебаний подразделяются на и н ф р а з в у к о в ы е — частотой до 20 Гц, звуковые — частотой 20—20ООО Гц, ультразвуковые — частотой более 20 кГц, гиперзвуковые — частотой более 1000 МГц.

В зависимости от вида упругих деформаций выделяют волны: продольные — распространение деформаций попеременного объемного сжатия и растяжения в веществе; поперечные — распространение упругих деформаций сдвига. Продольные волны распространяются в любой среде — газах, жидкостях и твердых телах, так как все вещества обладают упругим сопротивлением объемному сжатию. Поперечные волны присущи только твердым телам, ибо в жидкостях и газах сопротивление сдвигу практически отсутствует.

Эти два вида волн распространяются по всему объему породы и поэтому называются объемными.

Частицы на поверхности горной породы находятся в особом состоянии, так как встречают меньшее сопротивление своим перемещениям в сторону свободной поверхности. В результате на ней возникают плоские поверхностные волны, которые характеризуются движением частиц по эллипсоидальной траектории. Поверхностные волны присущи только твердым телам.

Вопрос №23 (Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову (старшему))

Крепость горных пород — характеристика сопротивляемости пород их добыванию — технологическому разрушению. Это понятие крепости введено проф. М. М. Протодьяконовым (старшим), который для количественной ее оценки предложил коэффициент крепости f, в первом приближении пропорциональный пределу прочности породы при сжатии. Им была разработана шкала горных пород по крепости, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий.

К первой категории относятся породы, имеющие наивысшую степень крепости (f = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (f — 0,3). Пределы изменения коэффициента крепости от 0,3 до 20. Так как f связан с прочностью пород, его можно рассчитать по в простейшем случае по формуле Более ТОЧНО СВЯЗЬ и f в области больших значений может быть выражена эмпирической формулой

Вопрос №24 (Коэффициент линейного теплового расширения)

Коэффициенты линейного и объемного теплового расширения пород являются важнейшими теплофизическими характеристиками, обусловливающими способность пород трансформировать тепловую энергию в механическую, т. е. во внешнюю работу.

Коэффициент линейного теплового расширения α минералов уменьшается с увеличением энергии кристаллической решетки и соответственно плотности минералов. Вели-чина α минералов изменяется в пределах от 10^-6 до 10^-4 К^-1 пород коэффициент линейного теплового расширения находится в более узком диапазоне: 10^-6-10^-4 К^-1

Линейное тепловое расширение тела характеризуется коэффициентом линейного теплового расширения α, объемное тепловое расширение – коэффициентом объемного теплового расширения β в заданном интервале температур.Если L0 – начальная длина тела, а ΔL – удлинение этого тела при нагревании его на ΔT градусов, то коэффициент линейного теплового расширения в этом интервале температур определяют по формуле Для определения коэффициента линейного теплового расширения используются образцы правильной формы в виде прямых параллелепипедов с хорошо обработанными торцами. Чем тоньше и длиннее образец, тем равномернее он нагревается и тем точнее будут результаты измерения линейного теплового расширения. Чаще всего испытывают образцы размером 10х10х50 мм.

Вопрос №25 (Коэффициент теплопроводности)

Вопрос №26 (Масштабный эффект при исследовании отличия физических свойств образца от гп в массиве)

Трещины, группируясь в системы, разбивают породу на блоки (отдельности горных пород), форма и величина которых зависят от числа систем трещин, направления и частоты трещин в системе.

Система трещин может оказать влияние на физические параметры пород, если исследуемый объем породы таков, что эти трещины в нем присутствуют.

В лабораторных экспериментах большинство трещин, характеризующих горную породу в массиве, не может быть учтено.

В связи с этим наблюдается отличие свойств образца от горной породы в массиве. Это различие называется масштабным эффектом.

Вопрос №27 (Методика определения магнитных св-тв образцов гп, принципиальная схема измерения прибора ИМВ-2)

Прибор ИМВ-2 имеет пять пределов измерений. Шкала прибора имеет 100 делений и градуирована в значениях Н'. Прибор состоит из основного корпуса с измерительной панелью и датчика, которые соединены между собой экранированным кабелем. На лицевой панели корпуса имеются ручки управления и микроамперметр на 100 м А.

Датчик (мост и приемная катушка) помещен в пластмассовом разъемном корпусе, куда вмонтированы два построечных винта для точной балансировки магнитометра специальным торцевым ключом. Датчик находится в корпусе прибора. Прибор питается от трех круглых элементов типа «Сатурн» или «Марс».

Измерение магнитной восприимчивости прибором ИМВ-2 производят по принципу замыкания кольцевого сердечника магнитной катушки 1 образцом 2 горной породы (см. рис. 10.2). Однако при этом измеряется не истинная магнитная восприимчивость образца Н, а кажущаяся Н¢.

При работе с прибором ИМВ-2 не следует иметь при себе металлические предметы, вносящие погрешность в показания прибора при измерении (часы, ключи, монеты и др.).

1 – кольцевой сердечник магнитной катушки;
2 – образец горной породы

Рис. 10.2 – Схема действия прибора ИМВ-2

(1.Описать 4–5 испытуемых образцов различных горных пород (по лабораторной работе № 1).

2.Вынуть датчик из корпуса прибора и установить его на подставке прибора так, чтобы он находился на расстоянии не менее 0,5 м от металлических предметов.

3.Включить прибор и ручкой «УСТАН. 0» подвести стрелку прибора на нуль шкалы. Переключатель диапазонов при этом должен стоять на «0».

4.Перевести переключатель диапазонов в положение «1». При этом стрелка прибора не должна отклоняться от «0» шкалы.

5.Приложить поочередно торцевые поверхности образца к датчику и измерить магнитную восприимчивость Н' в трех местах каждой торцевой поверхности образца)

Вопрос №28 (Методы исследования физических св-тв гп в массиве)

Натурные методы по характеру проведения испытаний разделяются на имитирующие лабораторный эксперимент (как правило, с изменением масштаба); пенетрационные; геофизические; расчетные.

Применение методов, имитирующих лабораторный эксперимент, требует предварительной подготовки блока

пород, частичного его отделения от окружающего массива. Этими методами проводят определение прочностных параметров пород, частично гидравлических и тепловых свойств массивов. Методы дают информацию о свойствах горных пород в массиве достаточно больших объемов, однако они трудоемки и не позволяют получить требуемого количества данных.

С помощью пенетрационных методов, основанных на внедрении в горные породы различного рода инденторов, можно получить информацию о прочностных, упругих, пластических свойствах и горно-технологических параметрах пород. Основное их достоинство — быстрота и простота определений. Однако исследуемый объем породы при каждом испытании очень мал.

Все пенетрационные методы — косвенные. Для оценки тех или иных физических характеристик пород они должны быть предварительно протарированы в лабораторных условиях (при одновременном определении изучаемого параметра каким-либо лабораторным методом).

К группе геофизических методов относятся все имеющиеся модификации этих методов исследования массивов пород (см. разд. 11.5). Однако непосредственное использование геофизических методов разведки для оценки свойств пород невозможно, так как последние применяются при определении строения и состава массивов горных пород и для интерпретации получаемых данных уже требуется знание физических свойств пород. Таким образом, необходимо решение обратной-, задачи — по известным характеристикам строения массива и данным геофизики оценить его физические свойства.

Использование в этих методах мобильных физических полей, проникающих достаточно глубоко в массивы пород, позволяет давать действительно интегральную характеристику значительных объемов массива. Расчетные методы включают в себя группу методов расчета физических свойств пород в массиве по свойствам образцов, определенным в лаборатории, а также методы расчета одних физических параметров пород по другим, определенным в натуре. В последнем случае широкое применение находят взаимосвязи свойств пород. Так определяют прочностные параметры по скорости распространения упругих волн, плотность пород — по поглощению у-лучей, проницаемость пород — по результатам электрокаротажа скважин и т. д.

Расчетными методами при известных закономерностях изменения свойств пород от структурных факторов массива можно произвести корректировку значений, полученных в лабораторных условиях, на массив.

Вопрос №29 (Методы определения крепости горных пород)

Крепость горной породы называется сопротивляемость породы любым видам разрушения. Мерой крепости горных пород является коэффициент крепости f- величина безразмерная.

Так как f связана с пределом прочности при одноосном сжатии Q_cж, его можно рассчитать по формуле: f=Q_cж *10^-7

Более точно связь между этими значениями в области больших значении Q_cж может быть выражена эмпирической формулой: f=0,33*10^-7 Q_cж +0,58*10^-3 √ Q_cж

Коэффициент крепости можно определить также эксперементально, например методом толчения по М.М. Протодьяконову.

Сущность метода заключается в следующем.Берут пять кусков породы массой приблизительно по 40-60 г. Каждый кусок дробят в стакане гирей массой 2,4 кг, сбрасываемой с высоты 0,6м. После 5-15 кратного сбрасывания гири получающуюся мелочь просеивают через сито с отверстием 0,5 мм. Фракцию размером менее 0,5 мм собирают с пяти образцов и насыпают в стакан обьемомера диаметром 23 мм. Определяют высоту столбика пыли L в обьемомере. Коэффициент крепости, который часто называют динамическим f_д , вычисляют по формуле:

f_д =20n/L, где n-число сбрасываний гири при испытании одного образца, 20-эмпирический коэффициент, учитывающий затраченную на дробление породы работу.

Этот метод основан на предположении, что работа разрушения пропорциональна объему получившихся в результате разрушения мельчайших частиц.

Так как коэффициент крепости в наибольшей степени показывает только разрушение от сжимающих нагрузок,то в реальных условия часто используют растягивающие и скалывающие усилия.

Вопрос №30 (Методы определения твердости горных пород)

Твердость горных пород определяет сопротивляемость пород внедрению в них острого инструмента, то есть разрушению при точечном (контактном) разрушении.

В зависимости от того, вдавливается ли инструмент в породу при постепенно увеличивающейся нагрузке или ударе, различают статическую Н_ст или динамическую Н_д твердость, причем они не равны.

Для большинства горных пород применяется метод определения статической твердости р_ш ,основанный на хрупком выколе лунки в шлифованной поверхности породы под действием приложенной к специальному штампу нагрузки(метод Л.А. Шрейнера)

Так называемый метод контактной прочности, разработанный Л.И. Бароном и Л.Б. Глатманом,является более простым вариантом метода Л.А.Шрейнера. По этому методу производится вдавливанием цилиндрического штампа с плоским основанием и диаметром 2-3 мм в нешлифованную поверхность образца. Контактная прочность образца определяется по величине нагрузки в момент хрупкого разрушения(выкола лунки под штампом),отнесенной к площади штампа.

Связь между р_к и р_ш приблизительно равна: р_ш =(2,5-3,0) р_к

Статическая твердость может быть определена методом Шора. Его сущность заключается в том, что на поверхность испытуемой породы с определенной высоты сбрасывается боёк со сферическим алмазным наконечником. За показатель твердости принимается высота откоса бойка.

Вопрос №31 (Механическое разрушение,дробление и перемещение горных пород)

Вопрос №32 (Модуль продольной упругости(модуль Юнга) породы,понятие, количественная оценка)

Модуль продольной упругости соответствует основным видам напряжений и деформаций, и поэтому считаются основными характеристиками упругости пород,они связаны с коэффициентом Пуассона следующей зависимостью:

G=E/2(1+ ), где G – модуль сдвига, Е-модуль Юнга, -коэф Пуассона.

В случае равномерного трехосного сжатия, порода в пределах зоны упругости наблюдается прямая зависимость между давлением (Р_б ) и относительным изменением объема породы:

Р_б =к*дельтаV/V, где V- исходный объем образца, дельта V-изменение объема пород под нагрузкой, к-коэф пропорциональности(модуль объемного сжатия):

к=Е/3(1-2 )

Модули упругости сдвига и объемного сжатия выражаются в Паскалях.

Наиболее вероятное значение модуля Юнга(10³ -10⁵ МПА) -величина безразмерная,значение которой находится в пределах(0-0,5),для гп(0,2-0,4)

В слоистых породах наблюдаются различные значения модулей упругости параллельным и перпендикулярным слоям. При сдавливании образца силой F перпендикулярно слоям общая его деформация складывается из полной деформации всех слоев, при сдавливании образцов вдоль слоев –деформация всех слоев одинакова, а напряжение суммируется по всей площади. Таким образом величина модуля Юнга не нарушенных слоистых пород вдоль слоев больше чем перпендикулярных к ним.

Модуль Юнга Е₀ минеральног скелета одной и той же породы одинаков при любой ее пористости: Е₀ =F/(S₀ )

Средний модуль Юнга пористой породы: Е=F/[(S₀+S_п) ], где F- сила действующая на образец; S₀ и S_п –соответственно площади минеральной фазы и порового пространства в излучаемой плоскости.

Вопрос №33 (Нормальные и касательные напряжения в породах, графический метод определения их количественной оценки по теории Мора)

Применительно к гп наибольшее значение получила теория Мора, основанная на зависимости между касательными и нормальными напряжениями в каждой точке тела, находящегося в сложнонапряженном состоянии.

Согласно теории Мора разрушение наступает тогда,когда либо касательные напряжения превысят определенное предельное значение, величина которого тем больше, чем больше нормальные напряжения, действующие на образец, либо при касательном напряжении равном нулю, нормальные растягивающие напряжения превысят определенный предел.

Связь между нормальными и касательными напряжениями может быть представлена графически с помощью кругов напряжений, которые строятся следующим образом. По оси абсцисс откладывают максимальное и минимальное значения нормальных напряжений, действующих на образец; на разности отрезков, как на диаметре, строят круг.

Значения касательного и нормального напряжений в любой точке образца могут быть найдены, если задан угол плоскости,в которой определяются напряжения. Под этим углом из точки пересечения окружности с абсциссой проводят прямую до ее пересечения с окружностью. Ордината точки пересечения окружности с прямой численно равна значению отыскиваемых касательных напряжений, абсцисса – значению нормальных напряжений.

Каждому частному значению напряженного состояния соответствует свой круг напряжений.

Если горная порода подвергается одноосному(Q₃ =0) сжатию вплоть до момента разрушения, то для данного случая также можно построить круг напряжении, отложив на оси абсцисс значения (Q₁ =Q_сж )

Поскольку этот круг для данного напряженного состояния является максимальным, его называют предельным. На этом графике можно таким же образом построить предельные круги напряжений для Q_р и _сдв(касательных напряжений сдвига)_,а также для пределов прочности Q_сж штир и Q_сж 2 штриха, определенных в сложнонапряженном состоянии (приQ₃ 0). В результате получают семейство кругов напряжений. Очевидно, что любое напряженное состояние породы, характеризуемое точкой на графике, лежащей вне этого семейства, является разрушающим для данной породы и наоборот. Поэтому, проведя огибающую этих кругов напряжений, получают кривую, характеризующую определенное напряженное состояние тела в момент его разрушения.

Огибающую предельных кругов напряжений называют паспортом прочтности гп. Теория Мора наиболее полно согласуется с экспериментальными данными о прочности образцов горных пород.

Паспорт прочности может быть представлен аналитически в виде параболы:

или (на некотором участке вблизи оси ординат)в виде прямой линии: , где С-предел прочности породы при срезе в условиях отсутствия нормальных напряжений,называемый сцепление породы;, - угол внутреннего трения; -коэф внутреннего трения,коэф пропорциональности между приращениями нормальных и касательных разрушающих напряжений.

Вопрос №34 (Обобщенные горно-технологические параметры пород: крепость, хрупкость и пластичнось, твердость, вязкость, дробимость, абразивность, взрываемость)

Крепость горной породы называется сопротивляемость породы любым видам разрушения. Мерой крепости горных пород является коэффициент крепости f- величина

безразмерная.

Так как f связана с пределом прочности при одноосном сжатии Q_cж, его можно рассчитать по формуле: f=Q_cж *10^-7

Более точно связь между этими значениями в области больших значении Q_cж может быть выражена эмпирической формулой: f=0,33*10^-7 Q_cж +0,58*10^-3 √ Q_cж

Так как пластические и обратные им – хрупкие свойства пород существенно сказываются на процессах их разрушения, в практике горного производства используют различные горно-технологические показатели пластичности и хрупкости.

Так в качестве технологического показателя пластичности принимают параметр, определяющий, во сколько раз удельная работа разрушения образца реальной породы Ар при одноосном сжатии выше удельной работы разрушения идеально упругой породы А_у с тем же пределом прочности при сжатии.

Удельную работу разрушения рассчитывают по площади диаграммы напряжение – деформация(рис 4.1). Коэф пластичности: к_пл = пл. ОСД/пл. ОАВ=2Е/Е_деф -1

Для оценки хрупки х свойств Л.И.Бароном предложен коэф хрупкости к_хр представляющий собой отношение работы, затраченной на деформирование образца в чисто упругой области, к полой работе, затраченной на разрушение образца:

к_хр=А_у/А_п=пл.OFG/пл.OCD

Твердость горных пород определяет сопротивляемость пород внедрению в них острого инструмента, то есть разрушению при точечном (контактном) разрушении.

В зависимости от того, вдавливается ли инструмент в породу при постепенно увеличивающейся нагрузке или ударе, различают статическую Н_ст или динамическую Н_д твердость, причем они не равны.

Твердость пород всегда выше предела прочности при одноосном сжатии, так как она соответствует прочности породы при сложном всестороннем сжатии, причем характер объемного сжатия в значительной степени зависит от упругих и пластических свойств породы.

Вязкие породы – это породы имеющие высокую прочность и большую зону пластической деформации. Технологический показатель вязкости горных пород при разрушении пропорционален сопротивлению породы силам, стремящимся разъединить частицы. Он определяется отношением пределов прочности при растяжении и сжатии, а также значением предела прочности при сдвиге. Вязкость прямо пропорциональна произведению пластичности породы на ее прочность: В=Е Е_деф.

Вязкость гп при разрушении не равноценна вязкости деформирования - коэф внутреннего трения является коэф пропорциональности между приложенными касательными напряжениями и скорость деформирования:

Дробимость выражает энергоемкость процесса дробления породы приложением к ней динамической нагрузки. Дробимость Д-параметр, обратный вязкости, поэтому для его оценки по механическим свойствам можно воспользоваться уравнением: Д=Е_деф/(Е

Абразивность характеризует способность пород изнашивать при трении инструмент. Абразивность оценивают по износу материала, контактирующего с гп. Коэф абразивности определяют по формуле: к_аб= ,где - износ материала кольца, приходящегося на 1м пути его движения по породе; F-сила, с которой кольцо прижимается к породе.

Вопрос №35 (Одноосное, плоское и объемное напряженное состояние горных пород, условия возникновения, схема и аналитическое выражение)

Если внешние силы действуют на породу только в направлении одной оси, то они вызывают в ней одноосное напряженное состояние, а действующие в направлении двух осей –плоское напряженное состояние. Действие сил по трем осям приводит к объемному напряженному состоянию породы, которое в случае равенства всех сил называется гидростатическим.

Вопрос №36 (Основные виды пределов прочности ГП, условия и схемы их проявления, методы определения)

Прочность породы определяется величиной критических напряжений, при которых происходит ее разрушение. Эти напряжения различны для разных пород и для разных видов приложенных нагрузок. Они носят название пределов прочности. Различают пределы прочности на сжатие, растяжение, сдвиг, изигб и т.д.

Прочность является одним из основных физических свойств горных пород. Она характеризует их способность сопротивляться внешним усилиям вплоть до полного разрушения и определяется при критических нагрузках, действующих на породу в момент ее разрушения. Горные породы обладают наибольшей прочностью при сжатии, наименьшей при растяжении. Прочность горных пород при изгибе находится в интервале между их прочностью при сжатии растяжении.

Вопрос №37 (Основные параметры, характеризующие структуру горных пород)

Структура горных пород определяется размерами, формой, взаимным расположением минеральных составляющих (Минеральных зерен, агрегатов минералов, включений) и способами связей между ними.

Основными структурами горных пород являются следующие:

Кристаллическая, которую в свою очередь подразделяют на:

А) грубо- и крупнозернистую с размером зерен от 0,5 да 5,0 мм;

Б) среднезернистую – от 0,25 до 0,5 мм

В) мелкозернистую – от 0,10 до 0,25 мм

Г) афонитовую, зерна менее 0,10 мм

2. Скрытокристаллическая

3.Стекловатая – сплошная стекловатая масса

4.Порфировая, в общую кристаллическую или стекловатую массу вкрапленны крупные зерна

5. обломочная, породы сцементрированны из обломков

Зерна в породе могут быть соеденны между собой либо непосредственно гранями, либо с помощью цементирующего вещества, т.е. тонкообломочного материала. По химическому составу цемент может быть кремнистыми, известковыми (карбонатым), глинистым, железистым гипсовым, мергелистым, кальцитовым, фосфатным и др. Наибольшей прочностью обладают породы с кремнистым цементом, наибольшей – с глинистым.

По соотношению цементирующего материала и обломков выделяют следующие типы цементов:

- базальный – обломки заключены в цементирующем материале и не соприкасаются друг с другом;

- Поровый – зерна соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет промежутки между зернами;

- Контактовый – цемент присутствует только на контакте зерен, а промежутки между зернами не заполненны;

- Пленочный – цемент покрывает тонким слоем все обломки, связывая из между собой, часть пор между зернами остается незаполненной.

Из описанных типов цементов наибольшую прочность обеспечивает базальный цемент, наименьшую – контактовый.

Размер минеральных зерен оценивают по среднему их диаметру d_ср . Форма минеральных зерен и пор характеризуется коэффициентом k_фр , являющимся отношением их максимальных размеров l к взаимно перпендикулярным минимальным d.

Неоднородность зерен по размерам определяют по вариционным графикам, на которых по оси ординат откладывают относительное содержание частиц соответствующего диаметра, а по абсцис – значение их диаметров (рис под буквой а)