Физика горных пород

Николаевич
http://do.dstu.education
http://sggs-donstu.ucoz.ru/

работы: 16 часов (8 занятий)
Самостоятельная работа: 88 часов
1 модуль: Строение и

механические свойства горных пород
2 модуль: Физические свойства и горно-геологические показатели горных пород

пород
Прочность горных пород. Реологические свойства горных пород.
Тепловые свойства горных пород
Тепловые

свойства горных пород.
Акустические свойства горных пород
Акустические свойства горных пород

работа № 2 «Исследование зависимости угла естественного откоса разрыхленных пород

от гранулометрического состава»
Лабораторная работа № 3 «Исследование зависимости насыпного веса разрыхленной породы от гранулометрического состава»
Лабораторная работа № 4 «Построение паспорта прочности горной породы по пределах прочности на сжатие и растяжение»
Лабораторная работа № 8 «Определение коэффициента прочности горных пород по удельному энергии разрушения на приборе ПГК»
Лабораторная работа № 5 «Определение абразивности горных пород»
Лабораторная работа № 12 «Определение высоты капиллярного поднятия воды в сыпучих горных породах»

-М.: Недра, 1984. - 395 с.
2. Методические указания к выполнению

контрольной работы по дисциплине «Физика горных пород» / Сост. В.А. Касьянов - Алчевск: ДонГТУ, 2009 – 18 с. (БИ69).
3. Инструкции к лабораторным работам по курсу "Основы физики горных пород" (№ 231).
4. Механические свойства и паспорт прочности горных пород / Методические указания к выполнению курсовой работы на ЭВМ по дисциплине «Физика горных пород» (для студентов горных специальностей дневной и заочной формы обучения) / Сост .: Литвинский Г.Г., Касьянов В.А . - Алчевск: ДГМИ, 2002. - 28 с. (№ 1735).

физических, технологических свойствах, и физических процессах в горных породах.
Место физики

горных пород и процессов среди других наук определяется объектами, методами и направленностью исследований.
По объектам исследований физика горных пород близка к геологическим наукам, а именно кристаллографии, минералогии, петрографии.
По методам исследований физика горных пород близка к физике твердого тела: явления и свойства изучаются и объясняются с позиций современной физики твердого тела, используются ее математический аппарат и экспериментальные методы.

физических параметров, изученных в естественных телах, были магнитные. Они были известны еще

в древней Греции, Египте и Китае. А в 1640 г. в Швеции впервые был использован компас для получения информации о массивах при поиске магнетитовых руд.

силы тяжести положило начало исследованиям плотностных свойств горных пород.
Фундаментом, на котором

начали развиваться исследования механических свойств пород применительно к механике грунтов, явились работы французского ученого XVIII в. Ш. Кулона.

волн в земной коре — возникновению сейсмологии (Малле, 1854 г.), а

затем и сейсмического метода разведки (Шмидт, 1888 г.).
В горном производстве практически до середины XX в. горняки пользовались лишь весьма ограниченным количеством физико-механических свойств.
Начало изучению их было положено в России в XIX в. В. И. Курдюмовым и П. А. Миняевым. В это же время акад. В. М. Севергин впервые ввел в обиход термин «горные породы».

породах при проведении в них горных выработок.
Проф. М. М. Протодьяконов

(старший) впервые разработал теорию горного давления. С его именем связано также начало систематического изучения прочностных свойств пород. В 1926 г. он создал первую классификацию горных пород по крепости, широко применяемую в горном деле и в настоящее время.

по количеству изучаемых типов пород и полезных ископаемых, так и по

числу определяемых физических параметров, в них отсутствовало обобщение данных по свойствам.
Физика горных пород оформилась в самостоятельный раздел горной науки в 60-х годах 20 века.
Она положила начало новому подходу к породе как геологическому телу, объекту физических исследований и горных разработок одновременно.

в развитии технологий горного производства:
Физика горных пород — это учение

о физических, технологических свойствах, и физических процессах в горных породах.

бывшее в кристаллическом состоянии. Минералы являются составной частью горных пород (породообразующие минералы).

Под минералом понимают

любое химическое соединение, образованное естественным путем и входящее в состав земной коры.

минеральных видов или органического вещества, являющихся продуктами природных процессов. Вещество

может быть твёрдым и консолидированным или мягким и рыхлым.
Горная порода - это агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела.

связаны между собой жесткой связью, обеспечивающей сохранение формы под нагрузкой.

В этом классе выделяют скальные и полускальные породы.
К скальным относятся кристаллические породы со структурными кристаллическими или аморфными связями. При насыщении водой сцепление у таких пород не изменяется. Примером скальных пород могут служить граниты, диабазы, базальты, гнейсы, диориты.
К полускальным относятся сцементированные породы, у которых наряду с жесткими проявляются и пластические связи. При превышении нагрузок до определенных значений деформирование пород происходит по закону пластических деформаций, так же как и у мягких, рыхлых пород. При насыщении водой силы сцепления у полускальных пород резко снижаются или исчезают совсем. Примером таких пород являются сцементированные известняки, песчаники, доломиты, мергели, аргиллиты и алевролиты.

водно-коллоидной связью, преимущественно через тонкие пленки воды, обволакивающей частицы. В

зависимости от степени насыщения этих пород водой меняется степень их пластичности. Примером таких пород являются глины, глинистые сланцы, суглинки, бокситы.
3. Раздельно-зернистые или рыхлые сыпучие породы - связи между минеральными частицами отсутствуют или ничтожно малы, породы представляют собой простые механические смеси частиц одного или нескольких минералов либо обломков твердых пород. Пример - пески, гравийно-галечные отложения, искусственные отвалы пород. В этом классе выделяют песчаные и грубообломочные породы.
4. Текучие - в этих породах минеральные частицы разобщены водой, т. е. способны различным образом перемещаться вместе с насыщающей их водой. Пример - насыщенные водой пески (плывуны), насыщенные водой глины и суглинки.

водно-коллоидной связью, преимущественно через тонкие пленки воды, обволакивающей частицы. В

зависимости от степени насыщения этих пород водой меняется степень их пластичности. Примером таких пород являются глины, глинистые сланцы, суглинки, бокситы.
3. Раздельно-зернистые или рыхлые сыпучие породы - связи между минеральными частицами отсутствуют или ничтожно малы, породы представляют собой простые механические смеси частиц одного или нескольких минералов либо обломков твердых пород. Пример - пески, гравийно-галечные отложения, искусственные отвалы пород. В этом классе выделяют песчаные и грубообломочные породы.
4. Текучие - в этих породах минеральные частицы разобщены водой, т. е. способны различным образом перемещаться вместе с насыщающей их водой. Пример - насыщенные водой пески (плывуны), насыщенные водой глины и суглинки.

строения), размеры, форму минеральных частиц и характер связи между ними.
По

степени кристаллизации, пород выделяют полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловидные, порфировые и обломочные структуры.
1) Монокристаллические породы характеризуются полной кристаллизацией всех слагающих минералов.
2) Неполнокристаллические породы состоят частично из кри­сталлических зерен, частично из аморфной, стекловидной сцементиро­ванной массы.

В породах порфировой структуры в общую стекловидную или кристаллическую массу

вкраплены крупные зерна минералов.
5) Породы обломочной структуры состоят из сцементированных обломков первичных пород, из которых они образованы.
С увеличением степени раскристаллизации пород их прочность обычно снижается.
По мере уменьшения размера зерен, как правило, повышается прочность, плотность и упругость горных пород.

одинаковых размеров, и неравномерно-зернистой структуры, слагаемые кристаллами, существенно различающимися по

размерам.
В породах неполнокристаллической, порфировой и обломочной структуры механические свойства существенно зависят от характера цементации и состава цементирующего вещества.

минералов не соприкасаются друг с другом и погружены в стекловатую

массу, степень цементации очень высока и прочность зависит от характера цементирующего вещества;
2) контактный - цементирующее вещество присутствует только по контактам зерен, прочность невысокая;
3) поровый - минеральные зерна непосредственно соприкасаются друг с другом, а поры между ними заполнены цементирующим веществом, прочность более высокая, чем в породах контактной структуры, но ниже, чем в базальтовой;
4) коррозийный - цементирующее вещество внедряется в минеральные зерна и заполняет все промежутки, прочность очень высокая.
Состав цемента может быть кремнистым, железистым, известковым, глинистым, мергелистым, гипсовым. Наибольшей прочностью обладают породы с кремнистой и железистой цементацией.

пространстве. Структура может быть:
- массивная - частицы плотно примыкают друг

к другу, ориентированы произвольно;
- пористая - частицы породы примыкают друг к другу неплотно, имеется множество микропустот, пор;
- слоистая - частицы породы чередуются, формируя слои напластования.
Породы упорядоченной текстуры обладают анизотропией свойств, т. е. свойства в разных направлениях различны. Свойства пород упорядоченной текстуры оказываются сходными в различных направлениях, в механике горных пород их называют квазиизотропными или про­сто, изотропными.

черная

иногда массивной текстурой.
Гранит
Габбро
Сиенит
Интрузивные горные породы характеризуются полнокристаллической структурой и массивной

текстурой.

минералов, а также в результате жизнедеятельности или отмирания организмов.

водных растворов или при испарении воды
Каменная соль –NaCl
Гипс -

CaSO4 . 2H2O
Ангидрит - CaSO4
Известняк - Ca CO3
Доломит - Ca Mg (CО3)2.

растений и продуктов их жизнедеятельности
известняк-ракушечник
мел
каустобиолиты

торф
бурый и каменный уголь,
горючие сланцы,
нефть.

в гнейсы,
известняки – в мрамор,

кварцевые пески в кварцит,
глины в глинистые сланцы
и далее в гнейсы.

Горные породы, образовавшиеся в результате изменения состава или свойств первоначальных пород.