Плотностные свойства скальных и связных пород

Основные параметры плотностных свойств скальных и связных горных пород следующие: удельная масса (плотность твердой фазы), , кг/м³; удельный вес, , Н/м³; объемная масса (плотность), , кг/м³; объемный вес, , Н/м³; пористость (общая), , % или ед.; коэффициент пористости, , ед.

Важнейшими признаками строения пород, влияющего на величину параметров их плотностных свойств, являются их структура, текстура, пористость и трещиноватость.

Структура – степень кристаллизации (полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые, порфировые, обломочные), размеры, форма минеральных частиц и характер связей между ними.

Текстура (сложение) – взаимное расположение структурно однотипных частей породы в занимаемом ими пространстве (массивная, пористая, слоистая).

Пористость – совокупность всех пустот в горных породах, заключенных между минеральными частицами или их агрегатами.

Поры классифицируют: по происхождению (первичные, вторичные); по форме (межзеренные, пузырчатые, каналовидные, щелевидные, ветвистые и т.д.); по размерам (субкапилярные < 0,2 мкм, капиллярные 0,2 – 100 мкм, сверхкапиллярные > 100 мкм); и по контакту с окружающей средой (открытые и закрытые).

Параметры пористости следующие.

Общая пористость – объем пор в единице объема породы

или , (3.1)

где V_п – объем пор в данной массе породы;

V – объем породы данной массы.

Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему твердой фазы горной породы

(3.2)

Эффективная пористость – отношение объема открытых пор к объему породы

% (3.3)

Трещиноватость – совокупность трещин в горной породе.

Трещина – плоский разрыв сплошности среды, величина которого на порядок и более превосходит межатомные расстояния в кристаллической решетке минералов (~ 10^{-10 м).}

По происхождению различают трещины: первичные (эндогенные), которые образовались в период формирования породы; вторичные (тектонические, экзогенные); трещины выветривания и трещины, вызванные горным давлением и ведением горных работ.

Пределы изменения параметров трещиноватости: протяженность трещин (10 ^–9 – 10⁵ м); раскрытие трещин (10^-9 – 1 м); расстояние между трещинами (10^-9 – 1 м).

Кроме этого, в горной практике трещиноватость часто оценивают по отношению количества (длины или раскрытия) трещин к единице площади (длины или объема) горной породы.

Например, одним из геомеханических критериев состояния непосредственной кровли в призабойном пространстве лавы является удельная трещиноватость кровли

, шт./м, (3.4)

где l_тi – длина отдельной трещины на данном участке лавы, м;

S₀ – площадь участка лавы, на котором наблюдается состояние кровли, м².

Важен также угол распространения трещин в пространстве и расстояние между трещинами.

Геологи, изучая извлеченные керны породы, оценивают трещиноватость горного массива параметром, который называется трещинная пористость.

, м³/м³ (3.5)

где b_ср – среднее раскрытие трещин, м;

Σl – суммарная длина трещин, измеренная по поверхности керна, м;

r и h – соответственно радиус и высота керна, м.

Удельная масса породы – масса единицы объема твердой фазы (минерального скелета) породы

(3.6)

Удельный вес – вес единицы объема твердой фазы (минерального скелета) породы

(3.7)

Объемная масса – масса единицы объема породы в ее естественном состоянии.

В общем случае горная порода состоит из твердой, жидкой и газообразной фазы, тогда объемная масса

или просто (3.8)

Объемный вес – вес единицы объема породы в ее естественном состоянии.

или просто (3.9)

Пределы изменения плотностных параметров скальных и связных пород следующие:

– зависит от плотности слагающих минералов и изменяется от 2000 до 5100 кг/м³;

– зависит от пористости и изменяется от 1000 до 4500 кг/м³ (для угольных месторождений, например, бурый уголь – 1060 ¸ 1410 кг/м³; каменный уголь – 1220 ¸ 1580 кг/м³; антрацит – 1420 ¸ 1880 кг/м³; вмещающие породы – 2400 ¸ 2890 кг/м³);

– зависит от строения и изменяется от 0,01 до 90 % (для углей – Р=6¸12%, для вмещающих пород – Р=4¸30%); от 0,0001 до 9.

Плотностные параметры взаимосвязаны между собой следующими зависимостями

(3.10)

Плотностные параметры скальных и связных пород определяют в лабораторных условиях. Обычно определяют плотность, используя метод гидростатического взвешивания образцов неправильной формы, и удельную массу (пикнометрическим методом), а остальные параметры вычисляют, используя вышеприведенные формулы.

Поиск по сайту: