Реферат на тему Физико-механические свойства горных пород

Содержание:

Введение 3

1 Определение понятия горных пород и их классификация 4

2 Физико-механические свойства горных пород 5

2.1 Твердость 5

2.2 Разрыхляемость 6

2.3 Плотность 6

2.4 Пористость 7

2.5 Влажность 8

2.6 Угол естественного откоса 8

2.7 Угол внутреннего трения 9

2.8 Прочность и сцепление 10

2.9 Упругость 11

2.10 Коэффициент Пуассона 12

Заключение 13

Список использованных источников 14

Введение:

Физико-механические свойства в совокупности описывают реакцию конкретной горной породы на различные типы нагрузки, что имеет большое значение при разработке скважин, строительстве, добыче полезных ископаемых и других работах, связанных с разрушением породных массивов. Благодаря этим сведениям можно рассчитать параметры режима бурения, правильно подобрать инструмент и определить конструкцию скважины.

Физико-механические свойства горных пород во многом зависят от входящих в их состав породообразующих минералов, а также от характера процесса формирования. Реакция породы на различные механические воздействия определяется особенностью ее структуры и химического состава.

К основным физико-механическим свойствам горных пород относят:

— параметры, описывающие деформацию под действием различных нагрузок (пластичность, плывучесть, упругость);

— реакции на вмешательство твердого тела (абразивность, твердость);

— физические параметры породной массы (плотность, водопроницаемость, пористость и др);

— реакции на механическое воздействие (хрупкость, прочность).

Все эти характеристики позволяют определить скорость разрушения горной породы, риск обвалов и экономическую стоимость бурения.

Данные по физико-химическим свойствам играют огромную роль в проведении работ по добыче общераспространенных полезных ископаемых.

В отличие от других твердых тел, у горных пород физико-механические свойства характеризуются неравномерностью, то есть варьируют в зависимости от направления нагрузки.

В связи с этим целью данной работы является изучение физико-механических свойств горных пород.

Для достижения поставленной цели нужно выполнить ряд следующих задач:

— изучить, что такое горные породы;

— выявить классификацию горных пород;

— рассмотреть их основные физико-механические свойства;

— заключить общие выводы.

Заключение:

Горные породы классифицируются по разным признакам. По происхождению они делятся на: магматические или изверженные; (глубинные и излившиеся); осадочные (механические или обломочные, хемогенные, органогенные); метаморфические, образовавшиеся из магматических и осадочных пород на больших глубинах под действием высоких давлений и температур. Кроме того, важны и физико-механические свойства горных пород, которые определяют сопротивляемость породы разрушению, а, следовательно, производительность и затраты.

Состояние окружающего породного массива характеризуют определенными физико-механическими свойствами.

Физико-механическими свойствами горных пород следует называть такие, которые определяют их физическое состояние, отношение к воде и закономерности изменения прочности и деформируемости.

В данной работы выделены основные физико-механические свойства: твердость, разрыхляемость, плотность, пористость, влажность, углы естественного откоса и внутреннего трения, прочность, сцепление, упругость и коэффициент Пуассона.

Достоверные сведения о физико-механических свойствах горных пород позволяют заблаговременно составить представление о характере возможных деформаций и степени устойчивости обнажений массива, а также служат основанием для разработки и внедрения наиболее эффективных методов разрушения горных пород при ведении горных работ, креплении и поддержании горных выработок.

Исследования горных пород позволяют расширить геологическую изученность пород, так как отражают те изменения, которые горные породы претерпели в истории геологического развития под влиянием процессов выветривания, гравитационного и геохимического уплотнения, тектонических сил и т. д.

Физико-механические свойства контролируют распространение и распределение в горных породах различных видов рудной минерализации, метаморфизма углей, коллекторов нефти и газа.

Данные о физико-механических свойствах горных пород получают путем испытания их образцов на сопротивление сжатию, разрыву, изгибу и сдвигу.

Фрагмент текста работы:

1 Определение понятия горных пород и их классификация

Горная порода — масса или агрегат одного или нескольких минеральных видов или органических веществ, которые образовались в результате природных процессов.

Природные образования представлены твердыми, консолидированными или мягкими, рыхлыми материалами. Вещества образуют земную кору, могут состоять из минералов однородной или разнообразной структуры, а также обломков других пород.

Геологические процессы определяют характеристики горных пород:

— компонентный состав;

— строение;

— особенности залегания.

Материалы в большей степени состоят из петрогенных элементов, которые являются главными химическими веществами породообразующих минералов. Горные породы образованы в земной коре миллионы лет назад, но с течением времени появляются новые породы. Все они служат источником полезных ископаемых, которые активно использует человек.

Термин «горная порода» состоит из двух слов, которые теряют смысл по отдельности. Наименование, используемое современниками, впервые было введено в оборот русским минералогом и химиком Василием Михайловичем Севергиным в 1798 году. [2, 39]

Вся поверхность нашей планеты состоит из минералов, которые находятся в скальной породе. Горная порода размещена по всей территории земного шара и находится в основном на поверхностности планеты.

Горные породы отличаются, согласно происхождению. Бывают осадочные, магматические и метаморфические материалы.

Осадочные горные породы — это разбитые или перемещенные воздушными массами, либо водой обломки породы разного размера и формы.

Осадочные породы покрывают 75% всей площади Земного шара. Данные ресурсы представляет огромный интерес для всего человечества. В природных условиях минеральные вещества редко встречаются в чистом виде. Обычно материалы находят с большим количеством сопутствующих горнорудных примесей.

Магматические горные породы — минеральные образования, залегающие на большой глубине, которые образовались под воздействием высокой температуры и давления.

Вещества кристаллизуются в горячей вулканической магме и имеют характерный силикатный состав.

В магматических породах содержатся вещества:

— полевых шпатов — 60%,

— кварцевых частиц — 12%,

— пироксенового вещества — 12%. [4, 182]

К метаморфическим горным породам относятся материалы, которые образовались в земной коре в результате метаморфизма. В процессе смены физико-химических условий осадочные и магматические породы преобразовывались в новый материал. Изменения происходили по причине движения земной коры, что приводило к возрастанию температуры и давления, образованию газовых и водных растворов, воздействующих на горную породу.

Формирование горных пород произошло в конкретных обстоятельствах. В зависимости от месторождения, все они наделены особыми, отличительными свойствами.

2 Физико-механические свойства горных пород

Физико-механические свойства горных пород определяются следующими показателями: твердостью, разрыхляемостью, плотностью, пористостью, влажностью, углом естественного откоса, углом внутреннего трения, сцеплением, прочностью на сжатие и растяжение, модулем упругости и коэффициентом Пуассона.

2.1 Твердость

Твердость горной породы — это способность сопротивляться внедрению в нее других твердых тел, например штампа, породоразрушающего инструмента. Различают два вида твердости горних пород — агрегатную и твердость составляющих ее минералов: агрегатная оказывает большее влияние на механическую скорость бурения, а твердость отдельных минералов больше влияет на износ породоразрушающего инструмента.

Для определения твердости горных пород предложено много методов, основанных на различных принципах с различной размерностью получаемых показателей твердости. В связи с этим рекомендуется указывать, по какому методу получены данные показатели твердости (по методу вдавливания штампа — по Л. А. Шрейнеру, по методу ВИМСа — по истиранию или по методу ВИТРа — по резанию) и др. В практике определения твердости горных пород более широко используется метод вдавливания металлических штампов в образец испытываемой горной породы.

Для определения твердости горной породы изготавливаются образцы в виде цилиндров диаметром 40 -60 мм, высотой 30-50 мм; торцовые плоскости шлифуются. Испытания проводят с использованием пресса (гидравлического или винтового), посредством которого в исследуемый образец вдавливается штамп, изготовленный из прочной стали или из твердого сплава. Площадь штампа 12 мм при испытании плотных пород и 2,5-3 мм — при испытании пористых. Штамп вдавливается в породу до образования лунки выкола. Показатель твердости Рт горной породы при этом вычисляется по формуле Pт = P/S, где Р — нагрузка, соответствующая пределу прочности породы на вдавливание, Н; S — площадь штампа, м2 [1, 234].