Дайте определение прочности горной породы чем она характеризуется

ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Песчаники и известняки

Полезное

Смотреть что такое «ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД» в других словарях:

Упрочнение горных пород — (a. rock consolidation; н. Gesteinsverfestigung; ф. consolidation de terrains; и. fortalecimiento de rocas) направленное воздействие на горн. массив, в результате к рого улучшаются его прочностные и др. характеристики. Oсуществляется… … Геологическая энциклопедия

Смерзание горных пород — (a. congelation of rocks; н. Zusammenfrieren der Gesteine; ф. congelation des roches; и. congelacion de rocas) процесс перехода минеральной массы из сыпучего (кусковатого) состояния в монолит, связанный c образованием льдоцемента из… … Геологическая энциклопедия

Твердость горных пород — ► rock hardness Свойство горных пород оказывать сопротивление внедрению в них других тел при сосредоточенном контактном силовом воздействии. Твердость горных пород – характеристика горных пород, отражающая их прочность. В зависимости от… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

Стреляние горных пород — (a. rock bump, rock burst, scaling; н. Gebirgsschusse. Abplatzen der Gesteinsstucke aus dem Stoβ, Spannungsschlage; ф. ecaillage des roches; и. desprendimiento de rocas) отскакивание линзообразных пластин пород, угля, руд от массива,… … Геологическая энциклопедия

Разрушение горных пород — (a. rock breaking; н. Gesteinszerstorung; ф. destruction des roches, rupture des roches; и. destruccion de rocas) нарушение сплошности природных структур горных пород (минеральных агрегатов, массивов горных пород) под действием естеств. и … Геологическая энциклопедия

СИЛИКАТИЗАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД — способ закрепления слабых и. путем нагнетания в них силиката натрия и хлористого кальция. В результате хим. реакции частицы п. связываются в монолитную массу, прочность на сжатие которой увеличивается, а водопроницаемость уменьшается.… … Геологическая энциклопедия

КАВЕРНОЗНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД — наличие в горные породах мелких пустот (каверн). К. г. п. может быть первичная и вторичная. Первичная К. г. п. наблюдается в некоторых излившихся магматических породах (обусловлена особенностями застывания лавы), а также в органогенных… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

ГОСТ 8267-93: Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия — Терминология ГОСТ 8267 93: Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия оригинал документа: 3.2 Гравий из горных пород: неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, получаемый… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Прочность — горных пород (a. rock strength, tenacity; н. Gesteinsfestigkeit; ф. resistance des roches, durete des roches; и. dureza de rocas, fuerza de rocas) свойство горн. пород в определённых условиях, не разрушаясь, воспринимать воздействия… … Геологическая энциклопедия

Источник

Основные сведения о физических, механических и горно-технологических свойствах горных пород

При ведении буровзрывных работ (БВР) на горных предприятиях, выбор их основных параметров и методов управления взрывом, в значительной степени, зависит от свойств горных пород, трещиноватости массива и структурных особенностей его залегания. При составлении расчетов используются физические, механические, горно-технологические свойства горных пород.

Физические свойства горных пород. Физические свойства характеризуются плотностью, пористостью и пластичностью горных пород.

Плотность пород – физическая величина, равная отношению массы породы к их объему определяется по формуле:

(г/см 3 )

где m – масса породы, г;

V – объем породы, см 3 ;

Пористость породы – физическая величина, равная отношению всех пустот к общему объему породы в сухом состоянии определяется по формуле:

где V_п – объем всех пустот;

Пористость породы характеризуется коэффициентом пористости.

Коэффициенты пористости некоторых типов горных пород:

Гранит, габбро, кварцит 0,8-1,2

Известняк, мрамор, доломит 0,5-13,4

Песчаник, глинистый сланец, 4-28,3

Глина, суглинок, почва 44-65

Влажность горных пород характеризует содержание воды в породе. Коэффициент влажности (относительная влажность) определяется по формуле:

Механические свойства горных пород. К механическим свойствам горных пород, относятся предел прочности горных пород одноосному сжатию, растяжению, модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона.

Предел прочности горных пород одноосному сжатию – отношение максимальной разрушающей силы при одноосном раздавливании на начальную площадь поперечного сечения образца и определяется по формуле:

Предел прочности горных пород одноосному растяжению – отношение максимальной разрушающей силы при одноосном растяжении на начальную площадь поперечного сечения образца определяется по формуле:

Модуль сдвига – называется коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и деформацией, который определяется по формуле:

Коэффициент Пуассона – называют коэффициентом пропорциональности относительных продольных и поперечных деформаций.

К горно-технологическим характеристикам и классификациям горных пород относятся: крепость, твердость, абразивность, буримость, взрываемость и трещиноватость.

Крепость горных пород – оценивается по шкале проф.М.М.Протодьяконова, которая равна отношению временного сопротивления горных пород одноосного сжатия на 100 и определяется по формуле:

Твердость горных пород – это способность породы оказывать сопротивление проникновению в него твердого тела. Степень твердости для сопротивления породы при бурении определяют по методу Л.А.Шрейнера.

Абразивность горных пород – это способность породы изнашивать контактирующий с ней поверхность горных машин или горного оборудования в процессе их работы. Характеристикой абразивности горных пород оценивается по шкале Л.И.Барона и А.В.Кузнецова.

Буримость горных пород – это способность породы сопротивляться проникновению в нее бурового инструмента. Буримость породы характеризуется скоростью бурения – м/час.

Взрываемость горных пород – это сопротивляемость горной породы разрушению действием взрыва. Взрываемость характеризуется классификацией пород по взрываемости.

Трещиноватость горных пород и массивов – это совокупность трещин определенных размеров, частоты их расположения и ориентации в массиве горных пород.

Трещиноватость определяется по классификации массивов горных пород по степени их трещиноватости, которые определяются планиметрическим, фотопланиметрическим, керневым, сейсмическим и экспресс методами.

Резюме

В общем технологическом комплексе по добыче и переработке полезных ископаемых БВР, предопределяют эффективность погрузочно-транспортных работ на карьерах, а также качества дробления измельчения руд на обогатительных фабриках. Поэтому от качества буровзрывных работ зависит качество добываемой продукции.

При ведении БВР на горных предприятиях, выбор их основных параметров и методов управления взрывом, в значительной степени, зависит от физических, механических и горно-технологических свойств горного массива, а также структурных особенностей его залегания.

Источник

Физико-механические свойства пород и их буримость. Основные физико-механические свойства горных пород

Горные породы состоят из минеральных частиц, связанных между собой силами молекулярного взаимодействия или цементирующим материалом.

По происхождению все горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образовались из магмы и являются продуктом ее охлаждения и затвердевания. В зависимости от условий охлаждения магматические породы делятся на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные).

Глубинные породы обладают полнокристаллической структурой и представляют собой плотные кристаллические массивы (граниты, сиениты, диориты, габбро и пр.).

Излившиеся породы отличаются стекловидной и неполнокристаллической структурой.

Магматические породы имеют высокую прочность. По содержанию кремнезема магматические породы делятся на кислые, основные и ультраосновные. Кислые изверженные породы содержат свободный кварц.

Осадочные породы по своему происхождению делятся на следующие основные группы:

Метаморфические породы образовались из изверженных и осадочных пород под действием очень больших давлений и высоких температур.

Наибольшей твердостью обладают изверженные и метаморфические породы. Из осадочных пород более высокой твердостью отличаются песчаники, доломиты и плотные окремнелые известняки.

Породы, выходящие на дневную поверхность, выветриваются и имеют меньшую механическую прочность. При интенсивном выветривании крепкие скальные породы превращаются в рыхлую дресву и наносы.

По степени связности горные породы разделяются на три основные группы: скальные, связные и несвязные (сыпучие).

Скальные породы характеризуются наличием между частицами значительных ионных и молекулярных сил сцепления, которые после разрушения породы не восстанавливаются ни при высоком давлении, ни при увлажнении.

Скальные породы разделяются на хрупкие и вязкие.

Хрупкие породы разрушаются по достижении предела упругости. Разрушению вязких пород предшествуют не только упругие, но и остаточные вязко-пластические деформации. Поэтому на разрушение вязких пород затрачивается больше работы, чем на разрушение хрупких.

При всестороннем равномерном сжатии хрупкие горные породы выдерживают значительные нагрузки, проявляя пластические свойства.

Скальные породы бывают монолитные и трещиноватые. Стенки скважин, проведенные в скальных породах, устойчивы за исключением случаев пересечения сильно трещиноватых участков.

Связные породы отличаются тем, что силы сцепления между частицами этих пород могут сильно изменяться в зависимости от влажности и восстанавливаться после нарушения связности путем применения высокого давления и увлажнения.

Связные породы дают большие остаточные деформации без нарушения связности. Некоторые связные породы увеличиваются в объеме при увлажнении (глинистые породы, мел). В этих породах стенки скважины иногда бывают неустойчивыми и могут выпучиваться.

Несвязные (сыпучие) породы представляют собой скопления несвязанных или слабо связанных между собой частиц различной формы и размеров (пески, гравий, галька, щебень и т. п.). Бурение в подобных породах обычно производится с одновременным закреплением стенок скважины, так как стенки неустойчивы и происходят обвалы и оползни.

Породы обладают тем большей прочностью, чем тверже минеральные зерна, слагающие породу, чем крепче связь между минеральными зернами и цементом, чем большей твердостью обладает цемент.

Мелкозернистые породы прочнее крупнозернистых (при одном и том же минералогическом составе).

Более плотные, менее пористые и трещиноватые породы обладают большей прочностью и медленней бурятся.

Прочность горных пород по отношению к разным видам деформаций различна.

Разрушение горных пород при бурении, как правило, осуществляется вдавливанием в них резцов или зубцов различной формы. Поэтому показатель твердости горной породы на вдавливание имеет значение для изучения процесса бурения скважин.

Различают следующие свойства горных пород: твердость, прочность, абразивность, вязкость, упругость, хрупкость, трещиноватость и кливаж.

Твердость. Комиссия технической терминологии Академии наук СССР характеризует твердость как «свойство твердого тела оказывать сопротивление проникновению в него другого, не получающего остаточных деформаций тела». Твердость также можно определить как местную механическую прочность. В отличие от понятия прочности, характеризующего сопротивление тела полному (объемному) разрушению, твердость представляет собой сопротивление поверхностных слоев тела местному воздействию усилий.

Различают агрегатную твердость горных пород и твердость отдельных минералов, слагающих породу. Агрегатная твердость зависит от твердости отдельных минеральных зерен, от твердости, прочности и количества цементирующего вещества и плотности горной породы (ее объемного веса). Именно агрегатная твердость горной породы больше всего влияет на механическую скорость бурения.

Твердость отдельных минералов влияет на износ породоразрушающего инструмента.

Одновременно с твердостью можно определить модуль упругости породы и коэффициент пластичности, который характеризует способность породы давать остаточные деформации без разрушения.

По данным измерений строят графики зависимости деформации в микронах (мк) от нагрузки Р (кг).

Пластичность может оказывать значительное влияние на процесс разрушения породы. В пластичных породах величина деформаций, необходимых для отделения частиц от массива, больше, чем в хрупких, и, кроме того, пластические деформации для своего протекания требуют определенного времени. Все это должно ухудшать условия разрушения пластичных пород. Пластичность зависит от скорости приложения нагрузок. При очень быстром приложении нагрузок многие пластичные породы ведут себя, как хрупкие.

Определение твердости методом истирания. Истирание можно рассматривать как сумму очень большого числа небольших царапин. Для определения твердости горных пород методом истирания может быть применен прибор М. И. Койфмана. Этот прибор состоит из цилиндра диаметром 14 см, вращаемого с постоянной скоростью (23 об/мин). Поверхность цилиндра покрыта карборундовой шкуркой. Образцы породы размером 10 X 10 X 30 мм прижимают к цилиндру под определенной нагрузкой.

Методом истирания определяют агрегатную твердость горной породы, поэтому этот метод определения твердости применим как для однородных, так и неоднородных по составу и структуре пород.

Определение твердости методом сверления. Для определения твердости производят сверление образца породы сверлом определенной формы при строго определенной скорости вращения и осевой нагрузке. За меру твердости принимается или число оборотов, необходимое для внедрения сверла на заданную глубину, или глубину внедрения сверла после определенного числа оборотов.

Метод сверления применяется редко, но является перспективным для определения твердости породы и ее буримости вращательным способом.

Из других методов определения твердости горных пород следует упомянуть методы Герца и Шора.

Метод Герца основывается на вдавливании шара в испытуемый образец. Этот метод в некоторой степени воспроизводит процесс разрушения породы при дробовом бурении и бурении шарошечными долотами со сферическими стержнями.

Метод Шора заключается в том, что на зашлифованную поверхность образца породы с определенной высоты свободно падает боек со сферическим наконечником. Твердость по Шору определяется высотой отскока бойка. Но высота отскока характеризует не твердость, а упругость породы. Поэтому метод Шора подходит для таких пород, у которых твердость пропорциональна модулю упругости.

Из рассмотренных способов определения твердости для суждения о буримости горных пород наибольшее значение имеет метод вдавливания пуансона. Для определения буримости вращательным способом перспективен метод сверления. Метод Шора можно рекомендовать для определения твердости хрупких пород, которые бурятся ударным способом.

Прочность. Прочностью твердого материала (породы) называют его способность сопротивляться разрушению под действием внешней нагрузки. Чем выше предел прочности горной породы, тем больше энергии расходуется на ее разрушение.

Механическую прочность пород определяют на сжатие, скалывание и разрыв.

Прочность на одноосное сжатие определяют на гидравлическом прессе. Образцами служат цилиндры или кубики определенного размера, изготовленные из горной породы.

Прочность на скалывание можно определить методом одностороннего среза на приборе Гороновича. Предел прочности на скалывание у большинства пород составляет от 6 до 10% предела прочности на сжатие. Поэтому желательно, чтобы при бурении породоразрушающий инструмент производил в основном скалывание породы.

Абразивность. Абразивностью пород называется их способность изнашивать при трении металлы, твердые сплавы и пр.

Для суждения об абразивности породы были предложены следующие методы:

Последний способ дополняет первые два и в совокупности они представляют два вида износа, которым подвержены породоразрушающие инструменты в скважине:

Вязкость. Вязкость характеризуется сопротивлением, оказываемым породой при отделении от массива некоторой его части. Степень вязкости зависит от состава и структуры породы, формы и размеров ее частиц и влажности.

Трещиноватость и кливаж. Трещиноватость и кливаж понижают сопротивляемость пород механическим воздействиям и облегчают отбойку их от массива. Однако при попадании лезвия бура в трещину возможны случаи заклинивания.

Итак, физико-механические свойства пород зависят от твердости и размера зерен породообразующих минералов, количества и минерального состава цемента, от молекулярных связей между отдельными минеральными зернами, возникающих на их контакте.

Источник

Прочностные свойства горных пород

Механические свойства характеризуют поведение горных пород в различных механических силовых полях. Их подразделяют на ряд групп:

прочностные, характеризующие предельное сопротивление пород различного рода нагрузкам;

деформационные, характеризующие деформируемость пород под нагрузками;

акустические, характеризующие условия передачи породами упругих колебаний;

реологические, характеризующие деформирование пород во времени при заданных условиях нагружения;

Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения.

Предел прочности при одноосном сжатии [s_сж] или, короче, прочность на сжатие пород характеризует значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения при одноосном сжатии. Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность.

Прочность на растяжение [s_р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок.

Прочность на срез (сдвиг) может быть охарактеризована двумя функционально связанными параметрами: сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением Кулона—Мора:

где s_n —нормальное напряжение при срезе; (j—угол внутреннего трения; [t₀]—сцепление.

Сцепление [t₀] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего трения. Угол внутреннего трения j или коэффициент внутреннего трения tgj характеризует интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е. представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных dt_n и нормальных ds_n напряжений при срезе:

Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей (глины, мергели, слабо сцементированные песчаники и др.) до сотен килограмм-сил на квадратный сантиметр (прочные песчаники и массивно-кристаллические породы), угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для прочных массивно-кристаллических и метаморфических пород (граниты, сиениты, кварциты и др.).

Крепость— способность породы сопротивляться разрушению от действия внешних сил при различных технологических процессах разрушения (бурение, резание, взрывание и др.). Крепость зависит от прочности, твердости, вязкости, упругости, минералогического состава и структуры породы, трещиноватости и других факторов. Впервые необходимость совокупной количественной оценки сопротивляемости пород разрушению для целей ведения горных работ была обоснована проф. М.М. Протодьяконовым (старшим), создавшим известную шкалу относительной крепости горных пород. За единицу крепости (F = 1) была выбрана порода с временным сопротивлением одноосному сжатию, равным 10 МПа, при раздавливании на прессе породного кубика; а все горные породы разделены на десять категорий: с коэффициентом крепости от F = 20 для первой категории (наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты и др.) до F =0,3 для десятой категории (плывуны, разжиженный грунт и др.).

Твердость — это способность горной породы сопротивляться местному разрушению при вдавливании в нее инструмента или индентора. Для характеристики сопротивляемости горных пород разрушению инструментами породопроходческих комбайнов (резцами, шарошками) в настоящее время используют показатели контактной прочности и абразивности пород.

Контактная прочность породы р_к (МПа) определяется по методу Л.И. Барона и Л.Б. Глатмана путем вдавливания цилиндрического индентора (штампа) диаметром 2 — 5 мм в естественную (не шлифованную, как при определении твердости) поверхность образца породы. По контактной прочности породы относятся к шести категориям: слабые (до 400 МПа), ниже средней крепости (400—650 МПа), средней крепости (650-1250 МПа), крепкие (1250-2450 МПа), очень крепкие (2450-4500 МПа), крепчайшие (более 4500 МПа).

Устойчивость— поведение горных пород при обнажении их в массиве. Породы устойчивые при этом не обрушаются, не требуют закрепления. В породах неустойчивых или слабоустойчивых требуется проводить крепление. Устойчивость горных пород зависит целиком от характера связи между частицами, слагающими горную породу, от трещиноватости и степени выветрелости.

Источник

Определение прочности, упругих и других характеристик горных пород в массиве

Для определения прочности горных пород в массиве разработан ряд методов, в том числе основанные на учете макродефектов, геофизические, акустическо-механический, по внедрению штампа, разрушением блоков, расчетные.

Метод, основанный на учете макродефектов сводится к изучению корреляционной связи между акустическими и прочностными характеристиками горных пород. Для идеально твердого тела, учитывая его дискретное строение, можно обосновать связь между пределом прочности на сжатие и скоростью прохождения продольных волн исходя из физики разрушения пород и распространения в них упругих волн.

Связь между пределом прочности на сжатие однородного материала, He содержащего дефектов структуры, и скоростью распространения продольных волн описывается уравнением типа

где R — предел прочности на одноосное сжатие; р — плотность материала; b — параметр, выражающий нелинейность силы взаимодействия с расстоянием; спр — скорость продольных волн.

Поры и трещины в каждом элементарном объеме уменьшают силы взаимодействия между монолитными отдельностями, что в конечном счете предопределяет степень связей на единицу площади и, следовательно, снижает прочность горных пород. Нарушение сплошности создает благоприятные условия для развития сложного напряженного состояния в теле концентрации напряжений на границах дефектов, появления остаточных напряжений.

В практическом плане все дефекты в горных породах можно условно разделить на две группы — микродефекты, протяженность или размеры которых меньше обычных размеров образцов, испытываемых в лабораторных условиях (пористость, микротрещиноватость, неоднородность распределения минералов по объему и др.) и вторая группа — макродефекты, к которым относятся пустоты, инородные включения, слоистость, значительно развитые кливаж, трещиноватость и т.д. Они имеют размеры больше размеров образцов или отдельностей. Расположение дефектов в горной породе может быть различным, в одном случае макро- и микродефекты расположены хаотически, в другом случае дефекты характеризуются своей направленностью (например, слоистость системы параллельных кливажных трещин).

Прочностные свойства массива можно определить, если известна прочность образца и найден закон ее изменения в зависимости от макродефектов, т.е. выявлено влияние масштабного фактора.

В случае хаотического расположения дефектов, согласно статистической теории прочности, зависимость влияния размеров исследуемых тел на прочность выразится формулой:

Источник