Физико-механические свойства горных пород. Типы и классификация горных пород

Опубликованно 30.11.2018 06:30

Физико-механические свойства в совокупности характеризуют конкретный ответ рок для различных типов нагрузки, что важно при разработке скважин, в строительстве, горных и других работ, связанных с разрушением горных пород. Благодаря этой информации можно рассчитать параметры режима бурения, выбрать правильный инструмент и определить строительство колодца.

Физико-механические свойства горных пород в значительной степени зависят от их состав породообразующих минералов, а также характер процесса формирования. Реакция горных пород к различным механическим воздействиям определяется особенностью его структуры и химического состава. Что такое рок

Камень образуется путем минеральных агрегатов или фрагменты геологического массы, имеющие определенные текстуры, структуры и физико-механических свойств.

Под фактурой понимают характер взаимного расположения минеральных частиц, и структура описывает все особенности строения, которые включают в себя: характеристики минеральных зерен (форма, размер, характер поверхности); особенности соединения минеральных частиц; состав и структура связующего цемента.

Текстуры и структуры в совокупности образуют внутреннюю структуру породы. Эти параметры во многом определяются характером породы и геологический характер процессов формирования, которые могут возникнуть в недрах и на поверхности.

В упрощенном понимании, рок-это форма земной коре вещества, характеризуется определенным минеральным составом и дискретный набор физико-механических свойств. Общие характеристики горных пород

Камни могут быть сформированы полезные ископаемые в разных агрегатных состояниях, наиболее распространенными из которых являются твердые. Гораздо реже порода жидких полезных ископаемых (вода, нефть, ртуть) и газообразные (природный газ). Твердые блоки чаще всего имеют форму кристалла определенной геометрической формы.

3000 из известных в настоящее время минералов, только несколько десятков являются породообразующими. Среди последних шести сортов: глины; карбонатные; хлорида; оксида; купороса; силикат.

Среди полезных ископаемых, которые составляют определенный вид рока, 95 % являются породообразующими и около 5% аксессуар (он же вспомогательный), которые представляют собой типичные примеси.

Камни могут произойти в земной коре в твердом слоев или в виде отдельного тела — скалы и валуны. Последние представляют собой монолитные куски любого состава, за исключением металлов и песка. В отличие от камня, камень имеет гладкую поверхность и округлую форму, которая образовалась в результате орбитальной воды. Классификация

Классификация горных пород-это в первую очередь происхождения, на основе которых они делятся на 3 большие группы: изверженные (или магматические) — образуются в результате подъема из глубин вещество мантии, которое в результате изменения давления и температуры твердеет и kristallizuetsya; осадочные — образуются в результате накопления продуктов механического или биологического разрушения других горных пород (выветривание, дробление, перенос частиц, химическое разложение); метаморфические — это результат преобразования (например, перекристаллизацией) магматических или осадочных пород.

Происхождение отражает характер геологических процессов, которые сформировали рок, поэтому каждый тип формации соответствует определенный набор свойств. В свою очередь, классификации внутри групп учитывает особенности минерального состава, текстуры и структуры. Магматические горные породы

Характер структуры изверженных горных пород определяется скоростью охлаждения материала мантии, которая обратно пропорциональна глубине. Чем дальше от поверхности, магма медленно застывает, образуя плотную массу крупных минеральных кристаллов. Типичный представитель глубинные магматические породы-гранит.

Стремительный прорыв магмы на поверхность через трещины и разломы. В данном случае, мантийное вещество быстро застывает, образуя твердую плотную массу с мелкими кристаллами, часто неразличимы для глаза. Самый распространенный вид такого типа-это базальт вулканического происхождения.

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные образуются глубокие и эффузивные (ака послушать), который застыл на поверхности. Первые характеризуются более плотной структурой. Основными минералами магматических пород являются кварц и полевые шпаты.

Осадочные горные породы

По происхождению и составу выделяют 4 группы осадочных пород: обломочных (кластических) отложений накапливается из продуктов механического распада более древних породах; химическая — образуется в результате химических процессов седиментации; биогенный — образован из останков живого органического вещества; вулканогенно-осадочные — образуются в результате вулканической активности (туф, ClustalW и т. д.).

Это из осадочных пород добывают общераспространенные полезные ископаемые органического происхождения, с горючих свойств (нефть, асфальт, газ, каменный и бурый уголь, озокерит, антрацит и т. д.). Такие образования называют жидкотекучести. Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы возникают в результате преобразования более древних геологических масс различного происхождения. Такие изменения являются результатом тектонических процессов, которые приводят к погружения пород на глубине, в условиях с более высокими значениями давления и температуры.

Движение земной коры-это также сопровождается миграцией глубинных флюидов и газов, которые взаимодействуют с минералами, вызывая образование новых химических соединений. Все эти процессы приводят к изменению состава, структуры, текстуры и физико-механических свойств горных пород. В качестве примера такого метаморфизма может вызвать превращения песчаника в кварцит.

Общие характеристики физико-механических свойств и их практическое значение

Основные физико-механические свойства горных пород относятся: параметров, описывающих деформации под действием различной нагрузки (пластичность, плывучесть, эластичность); реакция на вмешательство твердых частиц (абразива, твердость); физические параметры горных пород (плотность, проницаемость, пористость и др.); реакция на механическое воздействие (хрупкость, прочность).

Все эти характеристики позволяют определить скорость разрушения горной породы, риск обвалов и экономической стоимости бурения.

Данные о физико-химические свойства играют огромную роль в осуществлении добычи полезных ископаемых. Особое значение имеет характер взаимодействия породы с помощью бурового инструмента, влияющих на эффективность работы и износ оборудования. Этот параметр характеризуется абразивностью.

В отличие от других твердых тел, горных пород физико-механические свойства характеризуются нерегулярным, т. е. различаться в зависимости от направления нагрузки. Эта функция называется анизотропией и определяется соответствующий коэффициент (Кан). Характеристики плотность

Эта категория свойств займет 4 параметров: плотность — масса в единице объема только твердой составляющей породы; объемный вес рассчитывается как плотность, но с учетом имеющихся пустот, включая поры и трещины; пористость характеризует количество пустот в структуре образования; перелом — показывает количество трещин.

Поскольку масса воздушных полостей по сравнению с твердой пустоты, пористые породы, плотность всегда больше объемной массы. Если в дополнение к той поры в породе есть трещины, эта разница увеличивается.

Из пористых горных пород, значение насыпная плотность всегда больше, чем плотность. Эта разница увеличивается при наличии трещин.

Количество пустот зависят от других физико-химических свойств горных пород. Пористость снижает прочность, что делает породы более подвержены разрушению. Тем не менее, таких много грубее и сильнее повреждения бурового инструмента. Пористость влияет на водопоглощение, водопроницаемость и влагоемкость.

Наиболее пористые породы осадочного происхождения. В метаморфических и магматических пород, общий объем трещин и пустот очень мала (менее 2 %). За исключением нескольких пород, классифицированных как потоковый. Они имеют пористость до 60 %. Примером таких пород являются трахиты, туфы и лавы. Проницаемость

Проницаемость описывает взаимодействие бурового раствора с породой в процессе бурения. Эта категория объектов включает в себя 4 функции: фильтрации; диффузии; передачи тепла; капиллярной пропитки.

Первое свойство этой группы очень важно, поскольку это влияет на степень поглощения бурового раствора и разрушения горных пород в зоне перфорации. Фильтрация вызывает набухание и выпучивание слоев глинистых пород после первоначального открытия. В этом случае расчет производится по добыче нефти и газа. Сила

Прочность характеризует способность горных пород противостоять разрушению под воздействием механических нагрузок. Математически это свойство выражается в качестве критического напряжения, при котором камень разрушается. Эта величина называется пределом прочности. По сути, он задает пороговое значение выдержки, до которой эта порода устойчива к определенному типу нагрузки.

Существует 4 вида прочности: изгиб, сдвиг, растяжение и сжатие, которые характеризуют устойчивость к соответствующим механическим нагрузкам. Эффект может быть однородным (односторонние) или mnohocetnym (происходит со всех сторон).

Сила-это комплексная величина, которая включает в себя все допустимые пределы сопротивления. На основе этих величин в системе координат построить специальный паспорт, который представляет огибающей кругов напряжений.

Самый простой вариант диаграмма учитывает только 2 значения, например, растяжении и сжатии, пределы которых откладываются на осях ординат и абсцесса. На основании экспериментальных данных, нарисуйте круги Мора, а затем прямо к ним. Точки внутри кругов на этом графике соответствует значение напряжения, при котором камень разрушается. Полные паспортные сила включает в себя все виды ограничений. Эластичность

Эластичность характеризует способность породы восстанавливать первоначальную форму после снятия деформирующей нагрузки. Это свойство характеризуется четырьмя параметрами: модуль упругости (так называемый молодой) - это численное выражение пропорциональности между напряжением и приводит к продольной деформации; модуль сдвига — мера пропорциональности между касательные напряжения и относительные деформации сдвига; модуль объемного сжатия вычисляется как отношение напряжения к относительной упругой деформации по объему (сжатие происходит равномерно со всех сторон); Коэффициент Пуассона — это показатель пропорциональности между значениями относительных деформаций, происходящих в разных направлениях (продольном и поперечном).

Модуль Юнга характеризует жесткость породы и ее способность к упругой сопротивление нагрузки. Реологические свойства

Эти свойства называются вязкими. Они отражают снижение прочности и стресс из-за длительного действия нагрузки и выражается в двух основных параметров: ползучести является постепенное увеличение деформации при постоянном напряжении; релаксации определяет время снижение напряжений в породе при постоянной деформации.

Явление ползучести наблюдается при величине механических напряжений в породе меньше, чем предел упругости. В этом случае нагрузка должна быть достаточно длинной. Методы определения физико-механических свойств горных пород

В определении этой группы свойств лежит с опытными расчета реакций на нагрузки. Например, ограничения на прочность образец горной породы сжимаются под давлением или растянуть, чтобы определить уровень риска, что приводит к разрушению. Параметров упругости определяются по соответствующим формулам. Все эти методы называются физические нагрузки ковенанты в лаборатории.

Некоторые физические и механические свойства могут быть определены на месте методом обрушения призм. Несмотря на сложность и высокую стоимость, этот метод является более реалистичным определяет природные геологические реакция массива на нагрузку. Автор: Sherstova Лидия 20 августа 2018

Категория: Культура