Физические свойства горных пород
Прирожденная трещиноватость возникает в процессе превращения осадка в породу вследствие сокращения объема вещества. При этом образуется целая система трещин — основных и торцовых, расположенных поперек основных. Трещины нередко заполнены минеральным веществом. Трещиноватость — это также одно из характерных свойств массива горных пород. Различают следующие типы трещин: тектонические, трещины… Читать ещё >
Физические свойства горных пород (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Физические свойства горных пород характеризуют их физическое состояние. К ним относятся: степень связности, пористость, плотность, структура, текстура, зернистость, гранулометрический состав и др.
Структура характеризует внутреннее строение, т. е. форму, размер и взаимное расположение минералов в породе, состав цемента в осадочных породах, а также вид связей между зернами.
Структура горных пород приведена в табл. 1.
Мелкозернистые породы при одинаковом минеральном составе, как правило, обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые или породы неравномерно-зернистого строения.
Структура. | Характеристика пород. |
Кристаллическая. | Порода целиком состоит из кристаллических. |
крупнозернистая. | зерен размером 1…5 мм. |
Среднезернистая. | Размер зерен до 1 мм. |
Мелкозернистая. | Размер зерен менее 1 мм. |
Афанитовая. | Зерна различимы лишь в лупу. |
Скрытокристаллическая. | Кристаллы не видны даже при увеличении. |
Стекловатая. | Сплошная стекловидная масса. |
Порфировая. | В общую стекловатую или скрытокристаллическую массу вкраплены кристаллические зерна. |
Обломочная. | Порода сцементирована из обломков. |
Прочность и устойчивость осадочных горных пород зависят главным образом от состава цементирующего вещества, а также типа цементации. По составу цементирующие вещества в осадочных породах могут быть кремнистыми, известковыми, глинистыми, а также сложными, например карбонатно-глинистыми и слюдистыми. Наиболее прочными являются кремнистые и карбонатные цементы, наименее прочными — глинистые.
Текстура горных пород характеризует закономерности в распределении и расположении структурных элементов.
Важнейшие типы текстуры горных пород приведены в табл. 2.
Таблица 2.
Текстура. | Характеристика пород. |
Массивная. | Частицы горной породы не ориентированы, плотно прилегают друг к другу. |
Пористая. | В горной породе имеется множество микропустот. |
Слоистая. | Частицы породы чередуются с другими час-тицами, образуя слои и напластования. |
Для многих литологических разновидностей осадочных пород характерна слоистая текстура. На плоскостях раздела может наблюдаться повышенное содержание слюдистых минералов и остатков обуглившейся растительности, что приводит к ослаблению сцепления слоев. Слоистые породы в подземных выработках имеют более слабую сопротивляемость деформационным и разрушающим нагрузкам, чем монолитные.
Элементы строения массива (структура и текстура) во многом определяют его прочностные свойства (рис. 7).
Рис. 7. Виды пустот в различных породах: а — скальная порода с проницаемостью по отдельным трещинам; б — кавернозная порода с крупными пустотами, подвергающимися растворению и выщелачиванию; в — рыхлая песчаная порода с высокой пористостью; г — рыхчая порода с небольшой пористостью вследствие плохой отсортированности зерен; д — песчаная порода с небольшой пористостью вследствие образования в порах цемента; е — глинистая порода.
Под плотностью горных пород и породообразующих минералов следует понимать массу единицы объема со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами р0.
Она может быть определена по формуле.
где т — масса образца породы, т; V — объем минеральных (твердых) частиц образца породы, м Плотность некоторых горных пород и минералов приведена в табл. 3, а пористость — в табл. 4.
Слоистость является одной из форм текстуры и обусловливается чередованием в накоплении осадков по крупности зерен, составу, окраске и пр. Слоистость оценивается обычно визуально: по признакам масштаба — макрослоистость, микрослоистость; по геометрии — параллельная, косая, прерывная; по резкости проявления — неясная, отчетливая. Со слоистостью связана способность горных пород разделяться на отдельные слои или расслаиваться. Эго явление уменьшает устойчивость обнажений горных выработок. Породы могут легко распадаться на слои на границах перерывов в осадконакоплениях.
В некоторых горных породах имеется система мелких субпараллельных плоскостей тектонического происхождения (на тонкие пластинки, мелкие призмочки, линзы и т. д.). Это явление называется кливажем. Необходимо помнить, что по трещинам кливажа значительные массы угля и пород неожиданно могут отслаиваться и обрушаться, что может привести к травмированию людей, разрушению крепи, коммуникаций и пр. Поэтому при проведении горно-разведочных выработок в таких породах необходимо тщательно выполнять закладку пустот за крепью, соблюдать особую осторожность при выполнении проходческих процессов.
Трещиноватость — это также одно из характерных свойств массива горных пород. Различают следующие типы трещин: тектонические, трещины отдельности, выветривания, откоса, отслаивания, напластования и смещения.
Трещины по происхождению делятся на прирожденные и тектонические.
Прирожденная трещиноватость возникает в процессе превращения осадка в породу вследствие сокращения объема вещества. При этом образуется целая система трещин — основных и торцовых, расположенных поперек основных. Трещины нередко заполнены минеральным веществом.
Таблица 3.
Горные породы и минералы. | Плотность, т/м3 | Г орные породы и минералы. | Плотность, т/м3 |
Интрузивные и эффузивные породы | Опока. | 1,3. | |
Базальт. | 3,3. | Песок. | 1,65. |
Габбро. | 2,95. | Лесс. | 2,64. |
Гранит. | 2,7. | Торф. | 1,05. |
Диорит. | 2,95. | Породообразующие и рудные минералы | |
Порфир | 2,75. | Ангидрит. | 2,69. |
Диабаз. | 2,85. | Апатит. | 3,21. |
Андезит. | 2,49. | Барит. | 4,5. |
Пироксенит. | 3,19. | Вольфрамит. | 7,3. |
Перидотит. | 3,19. | Галит. | 2,17. |
Осадочные породы | Графит. | 2,2. | |
Песчаник. | 2,67. | Каолинит. | 2,59. |
Алевролит. | 2,69. | Касситерит. | 7,03. |
Глина. | 1,6. | Нефелин. | 2,62. |
Аргиллит. | 2,3. | Опал. | |
Мергель. | 2,1. | Биотит. | 3,06. |
Известняк. | 2,65. | Мусковит. | 2,93. |
Мел. | 2,69. | Тальк. | 2,78. |
Брекчия. | 2,3. | Кварц. | 2,57. |
Ангидрит. | 2,55. | Полевой шпат. | 2,65. |
Порода. | Пористость, % |
Гранит. | 1,2. |
Кристаллический сланец, гнейс, габбро и диабаз. | 0,2…1,8. |
Кварцит. | 0,8. |
Базальт. | 0,63…1,3. |
Порфирит. | 2,0. |
Сиенит. | 0,5…0,6. |
Известняк, мрамор, доломит. | 0,53…13,4. |
Глинистый сланец. | |
Песчаник. | 4,8−28,3. |
Мел. | |
Однородные пески. | 26…47. |
Смешанные. | 35…40. |
Гравий. | 35…40. |
Суглинок. | 52−55. |
Глина. | 44…47. |
Лесс. | |
Торфяной грунт. |
Таблица 5.
Категория трещиноватости. | Степень трещиноватости (блочности) массива. | Среднее расстояние между естественными трещинами всех систем, м. |
Чрезвычайно трещиноватый (мелкоблочный). | 0,1. | |
II. | Сильнотрещиноватый (среднеблочный). | 0,1…0,5. |
III. | Среднетрещиноватый (крупноблочный). | 0,5."1,0. |
IV. | Мелкотрещиноватый (весьма крупноблочный) Практически-монолитный. | 1,0…1,5. |
V. | Практически-монолигный (исключительно крупноблочный). | >1,5. |
Под влиянием тектонических сил в породах возникают новые трещины — тектонические, которые направлены под разными углами к напластованию. На поверхности этих трещин часто имеются бороздки и зеркала скольжения. Совокупность прирожденных и тектонических трещин приводит к значительному снижению прочностных свойств пород в массиве. В результате этого возникают прихваты бурового инструмента в процессе бурения, обрушение кровли, стенок выработок и пр.
Трещиноватость горных пород определяется по числу трещин или расстоянию между ними.
Классификация массивов скальных пород по степени трещиноватости приведена в табл. 5.