Модуль 2. Изучение трещиноватости и механических свойств горных пород Раздел 5

Деформирование и разрушение горных пород. Прочностные, деформационные и реологические свойства

горных пород
Тема 7. Методы определения свойств горных пород

ЛЕКЦИЯ № 12

обводненности, газоносности, температуры на свойства горных пород.
План лекции

радиации и тепловых потоков поступающих из недр Земли. Температура горных

пород, слагающих месторождения, зависит от многих факторов: строения и состав пород, глубины залегания, наличия термоаномалий, циркуляции глубинных вод и газов, происходящих в породе химических реакций и других причин. Она оказывает существенное влияние на агрегатное состояние массива (мерзлые и талые породы), физико-механические характеристики, водо- и газопроницаемость, температуру рудничного воздуха на выбор способов вскрытия, подготовки и системы разработки, порядок отработки месторождения.

месторождения, который опре­деляется распределением водных ресурсов в регионе, водопроницаемо­стью и

фильтрационными свойствами пород, напором и дебитом подзем­ных пород.
Прилегающая к земной поверхности часть толщи горных пород под­вержена совместному влиянию атмосферных осадков и проникающих из глубины водяных паров. Располагаемая ниже уровня грунтовых вод зона насыщения трещин и пор водой, находится в состоянии гидроста­тического давления.
Вода, заключенная в массиве горных пород, обладает различной сте­пенью подвижности. Неподвижная вода бывает связана с породами хи­мически или адсорбирована поверхностью трещин и пор. Очень малую подвижность имеет капиллярная вода. Свободная вода, подверженная давлению вышележащих пород, наиболее активна, Она обладает высокой способностью к фильтрации и циркуляции. Степень взаимодействия вод с горными породами зависит от температуры и химического состава пород. В результате образуются сульфатные, карбонатные, хлоридные, углекислые, сероводородные, бактериологические, радиоактивные воды.

которому расход профильтровавшейся жидкости определяется как
Q=KSi
где К — коэффициент фильтрации,

зависящий от геометрии пор, для слабопроницаемых пород К<10-8 см/с; i- градиент напора (прираще­ние напора, отнесенное к длине пути фильтрации); S - площадь попе­речного сечения потока.
Скорость фильтрации v—Ki зависит от направления системы трещин. Если трещина в породе характеризуется параллельными поверхностями, то скорость фильтрации через одну трещину постоянной ширины
v=e2yi/(l2v),
где е — раскрытие трещин; у - удельный вес жидкости; v — динамическая вязкость.

свободном, растворенном, сорбированном или в твердом состоя­ниях (в виде кристаллогидратов).

Газовые компоненты бывают пред­ставлены как отдельными атомами, так и сложными химическими соединениями. Наиболее распространены углекислый газ СО2, оксид углерода СО, метан СН4, сероводород H2S, сернистый газ SO2, азот N2, водород Н2 и др. Часто они бывают в виде различных смесей. Присутствие газов в породах объясняется миграцией из атмосферы, биохимическими и химическими реакциями, происходящими в породах, вулканической деятельностью, радиоактивностью пород.

напряжений газопроницаемость внача­ле снижается из-за смыкания трещин и уменьшения пор,

а затем при росте нагрузок на породу и появлении микротрещин давления - возра­стает. Критические напряжения для появления микротрещин во многих случаях не превышают 20—25 % от разрушающих. Микротрещины могут появляться при циклической нагрузке - разгрузке пород.

в единицу времени. Газоемкость породы определяется количеством газа, который может

быть поглощен едини­цей объема или массы породы, включая газ в свободном или сорбирован­ном состоянии.
Степень заполнения пустот горных пород (трещин, пор, каверн) газами характеризует их газонасыщенность, которая оценивается вели­чиной коэффициента газонасыщения:
Kr=Vr/Vп,
где VГ — объем природного газа, заполняющего породу; Vn — объем открытых пор и пустот в породе.

породы?
2. Как меняются свойства горных пород с изменением температуры?
3. Как

влияет обводненность на прочностные свойства горных пород?
4. Приведите состав и структуру газов, циркулирующих в горных породах.
5. Каким образом предотвращаются внезапные выбросы газов при разработке газоопасных месторождений?