Плотностные свойства горных пород

Физические свойства горных пород

В качестве основного признака классификации физических свойств пород принимаются внешние поля, во взаимодей­ствии с которыми проявляются те или иные свойства. На ос­нове этого признака можно выделить следующие классы физи­ческих свойств горных пород: плотностные, механические, тепловые, электромагнитные, радиационные.

Однако для практики горного дела представляют интерес лишь те свойства, которые непосредственно связаны с процессами со­временной горной технологии. В механике горных пород тре­буется знание в первую очередь механических и плотностных свойств, но вместе с тем могут представлять интерес и некото­рые другие свойства, показатели которых достаточно отчетливо коррелируются с напряжениями в породном массиве, более легко определяются на образцах или в массиве, и потому могут быть использованы для оценки действующих напряже­ний.

В таблице 1 приведена классификация свойств с указанием символов для их обозначения, единиц измерения интенсивности свойств и переходные коэффициенты к СИ.

Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. К плотностным свойствам отно­сят удельный (γ_o) и объемный (γ) вес пород, удельную массу (ρ_o), плотность (объемную массу, ρ), общую (П) и открытую пористость (П₀), коэффициент пористости (К_п).

Удельный вес — это вес единицы объема твердой фазы по­роды, т. е.

γ_o = G_Т / V_Т, (1)

где G_T и V_Т— вес и объем твердой фазы образца.

Значения удельного веса горных пород в зависимости от удельного веса породообразующих минералов колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см³.

Объемным весом называют вес единицы объема всей породы (твердой, жидкой и газообразной фаз):

γ=G/V, (2)

где G— вес агрегатных фаз породы; V— объем, занимаемый этими фазами.

Объемный вес — это наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их со­става и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.

Удельная масса — это отношение массы твердой фазы гор­ной породы к объему твердой фазы:

ρ_о = m _т /V_т ,(3)

где m_т и V_т — масса и объем твердой фазы образца.

Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообраз­ной фаз, входящих в состав породы), т. е.

Ρ = m/V, (4)

где m— масса агрегатных фаз породы; V— объем, занимае­мый этими фазами.

Удельная масса и плотность породы могут быть выражены через ее удельный и объемный вес:

ρ_о = γ_о /g; (5)

ρ = γ/g. (6)

где g — ускорение свободного падения.

В отличие от удельного и объемного весов плотность явля­ется параметром вещества в строгом физическом смысле.

Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).

Под пористостью горной породы понимают суммарный от­носительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммар­ный относительный объем открытых (сообщающихся) пор ха­рактеризует открытую пористость П_огорной породы. Сум­марный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью П_и. Порис­тость, которой определяется движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью П_э. Общая порис­тость Попределяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета назы­вают коэффициентом пористости К_п.

Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапилляр­ные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002—0,1 мм) и субкапил­лярные (менее 0,002 мм).

Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор υк полному объему породы V:

П = (υ/V) 100%. (7)

Пористость горных пород изменяется в широких пределах — от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с пористостью низкой (менее 5%), пониженной (5—10%), средней (10—15%), повышенной (15—20%) и высокой (бо­лее 20 %).

Таблица

перевода единиц измерения свойств пород

из старых систем в Международную (СИ)

	Единицы старых систем	Единицы СИ	Перевод
Давление (напряжение)	дин/см^2; бар, кбар, атм 1 бар = 10^6дин/см^2; 1 бар ≈ 1 атм.	Па (ньютон на м^2)	1 дин/см^2= 0.1 Па 1 бар = 0.1 МПа = = 10^5 Па
Прочность	кгс/см^2, кг/см^2	Па	1 кгс/см^2 = 0.981·10^5 Па 1кг/см^2 = 0.981·10^5 Па
Модуль упругости	кгс/см^2	Па	------/--------

Дата добавления: 2014-12-07