Структурные неоднородности массива горных пород

Строение горных пород отражает условия их образования. В магматических породах крупность кристаллов, их форма, наличие или отсутствие стекловатой массы обусловлено давлением и скоростью затвердевания магмы. В осадочных породах условия накопления осадков и дальнейшие изменения определяют скорость, пористость пород, способ цементации обломочного материала и т.п. В метаморфических породах температура и состав горячих растворов, давление, его характер и длительность воздействия определяют степень метаморфизации пород, их перекристаллизацию и, следовательно, строение (сланцеватость, пористость, зернистость). В магматических породах практически отсутствует слоистость, в то время как в осадочных толщах слоистость является одним из основных признаков строения.

В строении горных пород различают структуру и текстуру.

Структура– это размеры, форма и взаимное расположение минералов в породе.

Текстура – это особенности, взаимное расположение и ориентировка более крупных составных частей породы (минеральных агрегатов). Текстура может быть упорядоченной и неупорядоченной.

С целью выявления количественных зависимостей свойств пород, состояния и физических процессов в породах необходимы знания о составе и строении пород. Любая порода состоит из минерального объема и порового объема. Минеральные объем породы описывается такими параметрами как размер и форма зерен; неоднородность зерен по размерам и форме; относительным содержанием составляющих зерен каждого размера и каждой формы; взаимной ориентацией и степенью связи между зернами. По размеру зерен породы делятся на крупнозернистые, средне- и мелкозернистые, скрыто кристаллические и стекловатые. По ориентации частиц породы и наличию пустотности породы разделяются на массивные, пористые и слоистые. Минеральный состав, строение горных пород и их многофазность обуславливает различное их поведение при воздействии на них различных механических сил, тепла, электрического и магнитного поля, обуславливает их физические свойства.

Под физическими свойствами горной породы понимают её поведение при воздействии на нее различных физических полей. Форма и взаимная ориентация минеральных зерен приводит к анизотропии горных пород. Анизотропия горных пород – это различие значений свойств деформационных, электрических, тепловых, магнитных, оптических и др. горных пород по разным направлениям. Анизотропия минералов и горных пород связана с микрослоистостью, упорядоченной ориентировкой зерен и кристаллов и микротрещиноватостью. Анизотропия массивов горных пород определяется упорядоченным залеганием больших структурных элементов, разделенных тектоническими разрывами, слоистостью или упорядоченной макротрещиноватостью. При ведении горных работ, выборе способов разрушения наибольшее значение имеет анизотропия деформационных свойств, определяемая как отношение пределов прочности (или модулей деформации) при сжатии и растяжении образцов перпендикулярно и параллельно напластованию. Например, отношение модулей деформации для угля 1,22, песчаника 1,28, алевролита 1,61.

Изотропность – тождественность физических свойств в любых направлениях. Некоторые изотропные вещества (стекла, гранаты) под воздействием определенных факторов (температуры, давления и др.) становятся оптически анизотропными.

Поровый объем оценивается относительным объемом всех пор (пустот), заключенных в породах между минеральными частицами. Относительный объем всех пор называется общей пористостью Р% и выражается формулой

ф.1. 1

где Vп – объем пор, м³; Vо - объем минерального скелета, м³

Отношение объема пор к объему минерального скелета породы называется коэффициентом пористости.

ф.1. 2

из формул (1.1) и (1.2) следует, что общая пористость горных пород равна

ф.1. 3

По происхождению поры делятся на первичные, сформированные при образовании пород, и вторичные, появившиеся в результате процессов метаморфизма, перекристаллизации т.п.

По величинам поры делятся на субкапиллярные (Ǿ < 0,2 мкм), капиллярные (Ǿ = 0,2 – 100 мкм), и сверхкапиллярные (Ǿ > 100 мкм).

Пористость горных пород изменяется в широких пределах: от практически непористых до таких пород, в которых пористость достигает 90%. В среднем пористость горных пород изменяется от 1,5% до 30%.высокой пористостью обладают осадочные породы. Например, средняя пористость сланцев равны 8%, песчаников – 15%, известняков - -5-10%. Магматические породы обладают малой пористостью, исключение составляют изверженные породы такие как туфы и туфолавы, пористость которых достигает 55-60%.Пористость зависит от размеров и формы зерен, слагающих породу, сцементированности и уплотненности. Если породы сложены частицами одинакового размера, то наименьшей пористостью обладают породы обладают породы с окатанными зернами, набольшей – с угловатыми.

Нарушенность горных пород проявляется в их трещиноватости.Трещиноватость – это совокупность трещин, имеющихся в массиве.

Трещиноватость - явление разделения горных пород земной коры трещинами различной протяжённости, формы и пространственной ориентировки. По происхождению трещиноватость разделяется на не тектоническую, тектоническую и планетарную. Нетектоническая трещиноватость - следствие растрескивания горных пород в процессе охлаждения (для магматических пород), уплотнения, дегидратации, развития экзогенных процессов (гравитационного оползания, резких колебаний температуры), ведения горных работ («технологическая» трещиноватость) и т.п.

Тектоническая трещиноватость развивается в связи с напряжениями, возникающими в горных породах под влиянием глубинных тектонических сил. Выделяются трещины отрыва и трещины скалывания, которые образуют системы, закономерно ориентированные по отношению к крупным тектоническим структурам; в связи с развитием последних происходит растрескивание горных пород. При планетарной трещиноватости. напряжения в земной коре возникают под действием планетарных явлений (например изменения частоты вращения и формы Земли, «твёрдых приливов» и т. п.).

Трещиноватость в зависимости от методов измерения характеризуется: размером отдельности горных пород; интенсивностью (суммарной шириной раскрытия трещин на единицу длины скважины, мм/м); удельным водопоглощением (поглощением воды массивом на единицу длины скважины и единицу гидростатического напора в единицу времени, л/с×м2); реометрической проницаемостью (падением давления воздуха при его растекании в скважине на единицу длины в единицу времени, Па/м×с) и др. параметрами.

Явление трещиноватости имеет как положительные, так и отрицательные практические следствия. Рассечение горных пород трещинами способствует проницаемости земной коры для глубинных растворов (флюидов), несущих рудные компоненты, которые, откладываясь в трещинах, формируют месторождения полезных ископаемых. Глубинные горизонты трещиноватых пород могут быть коллекторами пресной воды, нефти и газа. Трещиноватость обеспечивает хорошее дробление горных пород при отбойке, способствует применению экономичных систем разработки с самообрушением руды.

Трещиноватые породы лишены склонности к динамичным проявлениям горного давления. Отрицательное влияние трещиноватости состоит в понижении устойчивости массивов горных пород. Прочностные характеристики массива трещиноватых горных пород повышают цементацией, силикатизацией, битумизацией и смолоинъекционным упрочнением.

Для расчета технологических процессов необходимо иметь следующие данные:

- тип сети трещин (системная, непрерывная или прерывная, хаотическая, полигонная);

- углы падения и азимуты главных систем трещин;

- протяженность, раскрытие и расстояние между трещинами в системах;

- характер и степень заполнения трещин;

- общий объем (в %) пустот трещин;

- размер отдельностей (блоков) в массиве.

В зависимости от расстояния между трещинами различают породы

§ чрезвычайно трещиноватые (мелко блочные) - расстояние между трещинами до 10 см.

§ сильно трещиноватые (средне блочные) - расстояние между трещинами 10-50 см.

§ средне трещиноватые (крупно блочные) - расстояние между трещинами 50-100 см

§ мало-трещиноватые (весьма крупно блочные) - расстояние между трещинами 100-150

§ практически монолитные (исключительно крупно блочные) - расстояние между трещинами > 150 см

Интенсивность трещиноватости - это количество трещин, приходящихся на 1 погонный метр массива

,

где - среднее расстояние между трещинами всех систем, м.

Коэффициент структурного ослабления определили эмпирической формуле

где а - коэффициент, учитывающий прочность образца для скальных пород этот коэффициент равен и характер трещиноватости, Н - высота склона, м

Наличие пор, пустот и трещин в породах обуславливает их многофазность, так как все пустоты в естественных условиях заполнены жидкостью или газами, что обуславливает возникновение в породах множества физических эффектов, отличающих их поведение от классически твердых тел.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 720; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!