Основные физико-механические свойства горных пород

Основные  физико-механические свойства горных пород

Ниже приведены  термины, определения и краткие  характеристики основных физико-механических свойств горных пород, оказывающих  наиболее сильное влияние на процесс (характер их разрушения) бурения скважин. 
К таким свойствам горных пород, в первую очередь, следует отнести их твердость и абразивность, упругость и пластичность, пористость и плотность, трещиноватость и устойчивость и др.

Твердость

Твердость характеризует способность горной породы сопротивляться внедрению в нее резца, пуансона или другого индентора (твердого тела). Твердость породы в целом (агрегатная твердость) отличается от твердости слагающих ее минералов.

Абразивность  горных пород

Абразивность - это особое свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Упругость горных пород

Способность породы восстанавливать первоначальную форму  и объем после прекращения действия внешних усилий.

Хрупкость горных пород

Способность горной породы разрушаться без заметной пластической деформации под воздействием внешних усилий.

Пластичность  горных пород

Способность породы необратимо изменять, без нарушения  сплошности, свою форму и размеры под действием внешних усилий; чаще всего проявляется в условиях всестороннего сжатия породы. 
Установлено, что горные породы, обладающие высокими упругопластичными свойствами, разбуриваются медленнее, чем упруго-хрупкие породы.

Приростость горных пород

Наличие в породе пустот (пор); оценивается коэффициентом  пористости, представляющим собой отношение  суммарного объема пор и пустот в  породе к объему породы.

Плотность горных пород

К основным физическим свойствам горных пород относятся плотность пород и плотность твердого компонента породы. Плотностью породы называется масса единицы объема породы с естественной влажностью и ненарушенным строением. 

Устойчивость  горных пород

Способность породы длительное время сохранять первоначальное положение при вскрытии ее в массиве (при бурении скважин, проходке шахт и других горных выработок); зависит от условий залегания, характера связи между частицами породы, трещиноватости и степени выветривания. При бурении в слабоустойчивых породах обрушаются стенки скважины, снижается выход керна, повышается износ буровых коронок и снижается скорость бурения за счет потери времени на борьбу с осложнениями.

Трещиноватость  горных пород

Совокупность  в породе трещин различного происхождения и разных размеров. Наличие трещиноватости уменьшает прочность породы, но увеличивает ее абразивность.

Влагоёмкость  горных пород

Способность породы удерживать то или иное количество влаги.

Водопроницаемость горных пород

Способность породы пропускать воду при наличии перепада давлений.

Водопоглощение  горных пород

Способность сухой  породы впитывать воду при выдерживании ее в воде при атмосферном давлении и комнатной температуре; определяется как отношение разности в массах свободнонасыщенного и сухого образца породы к массе сухого образца.

Зернистость горных пород

Совокупность  расположения частиц в породе, которые  могут различаться по своему внутреннему  строению, форме или размеру. Различаются породы мелко-, средне- и крупнозернистые.

Каверхность горных пород

Наличие в породе пустот (каверн).

Сланцеватость горных пород

Сложение горных пород, делящихся на тонкие плоские  параллельные слои, плоские плитки или пластинки.

Слоистость  горных пород

Повторяющаяся в разрезе неоднородность осадков: по составу, крупности зерна, окраске  и другим особенностям.

Предел  прочности при  сжатии

Максимальная  величина сжимающего напряжения, испытываемого  породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения (табл. 5.7). 
 
Таблица 5.7. Пределы прочности горных пород при сжатии, скалывании и растяжении

Предел  прочности при  растяжении

Максимальное  растягивающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца: определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения.

Предел  прочности при  скалывании

Максимальное  скалывающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к площади сдвига.

Предел  прочности при  изгибе

Максимальное  изгибающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение изгибающего  момента, разрушающего образец, к моменту сопротивления соответствующего сечения.

Разрушающее напряжение

Мера внутренних сил в деформируемой породе, вызывающих ее разрушение.

Удельная  контактная работа разрушения

Полная работа разрушения, отнесенная к площади  контакта резца (алмаза, шарошки и т.п.) с породой. 
 
Значительное влияние на разрушаемость горных пород при бурении оказывает такой показатель, как временное сопротивление сжатию. Приведенные в табл. 5.7 данные по определению временного сопротивления некоторых горных пород сжатию, растяжению и скалыванию показывают, что предел прочности пород при скалывании в 6-12 раз меньше прочности при сжатии. В свою очередь предел прочности при растяжении в 1,5-2 раза меньше сопротивления на скалывание. 
 

 

Горные выработки – пустоты, образованные в угле или породе в результате горных работ. Они предназначены для транспортирования полезного ископаемого, материалов и оборудования, для вентиляции и водоотлива, для передвижения людей, для установки машин и механизмов, для размещения складов, для добычи полезного ископаемого и пр.  
Начало горной выработки – называется устьем, а конец её – забоем.  
По своему положению в пространстве горные выработки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и наклонные. 

Наклонные горные выработки, их назначение

Наклонный ствол - выработка, имеющая выход на поверхность. Предназначен для подъема полезного ископаемого на поверхность, вентиляции, водоотлива, подвода электро и пневмоэнергии, доставки оборудования, передвижения людей. 
Бремсберг - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная по падению или по восстанию пласта и служит для транспортировки полезного ископаемого сверху вниз, вентиляции, подвода электроэнергии, воды, передвижения людей, доставки оборудования. 
Уклон - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная по падению или по восстанию пласта, служащий для транспортировки полезного ископаемого снизу вверх, вентиляции, подвода электроэнергии, воды, передвижения люде и доставки оборудования. 
Ходок - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная параллельно бремсбергу ( уклону) на расстоянии 20-40 м служит для передвижения людей, доставки материалов и оборудования, вентиляции и других целей. 
Скат - выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройдена по падению пласта, служит для спуска полезного ископаемого сверху вниз под действием собственного веса. Скат сооружают для движения угля или породы вниз самотеком ( 30 - 350 и более). 
Печь - выработка, не имеющая выхода на поверхность, проводимая по пласту, предназначена для монтажа очистного оборудования, проветривания, передвижения людей и грузов, подвода электро и пневмоэнергии. Печь, предназначенная для монтажа очистного оборудования, называется разрезной.

Элементы залегания  угольных пластов (мощность, угол падения, простирание 

Пласт-тело плитообразной формы, состоящее из сравнительно однообразной горной породы. 
 
Простирание – направление линии пересечения плоскости пласта с горизонтальной плоскостью. 
 
Падение- направление линии, лежащей в плоскости пласта и перпендикулярной линии простирания, а линия наз. линией падения. 
 
Угол, образованный плоскостью пласта с горизонтальной плоскостью, называют углом падения.

Классификация угольных пластов по углу падения

• пологие - 0 - 18 градусов;
• наклонные - 19 – 35 градусов;
• крутонаклонные - 36 – 55 градусов;
• крутые - 56 – 90 градусов.

 
Породы, в которых залегает угольный пласт – называют вмещающими или  боковыми породами.  
Породы, находящиеся над пластом называют кровлей, или висячим боком.  
Породы, находящиеся под пластом называют почвой или лежачим боком.  
Мощность пласта – расстояние по нормали между почвой и кровлей.

По мощности пласты делятся:

• весьма тонкие – до 0,7 м.;
• тонкие - 0,71 – 1,2м.;
• средней мощности – 1,21 – 3,5м.;
• мощные - свыше 3,5м.