Колонковое и керновое бурение - Физико-механические свойства горных пород

Физико-механические свойства горных пород

 

Физические свойства  горных пород характеризуют их физическое состояние. К ним относятся:

1.Структура характеризует внутреннее строение, т.е. форму, размер и взаимное расположение минералов в породе, состав цемента в осадочных породах, а также вид связей между зернами. Мелкозернистые породы при одинаковом минеральном составе, обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые или породы неравномернозернистого строения.

2.Текстура горных пород характеризует закономерности в распределении и расположении структурных элементов. Массивная текстура – частицы горной породы не ориентированы, плотно прилегают друг к другу. Пористая – в горной породе имеется множество пустот. Слоистая – частицы породы чередуется с другими частицами, образуя слои и напластования.

Элементы строения массива (структура и текстура) во многом определяют его прочностные свойства.

Под плотностью горных пород и породообразующих минералов следует понимать массу единицы объема со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами.

Слоистость -  является одной из форм текстуры и обусловливается чередованием в накоплении осадков по крупности зерен, составу, окраске и пр.

 Слоистость оценивается визуально:

а) по признакам масштаба – макрослоистость, микрослоистость,

б) по геометрии – параллельная, косая, прерывная,

в) по резвости проявления – неясная, отчетливая.

 Со слоистостью связана способность горных пород разделяться на отдельные слои и расслаиваться. Это явление уменьшает устойчивость обнажений горных пород.

В некоторых горных породах имеется система мелких субпараллельных плоскостей тектонического происхождения (на тонкие пластинки, мелкие призмочки, линзы и т.д.). Это явление называется кливажем. По трещинам кливажа масса породы может неожиданно отслоиться и обрушиться.

Трещиноватость– характерное свойство массива горных пород.

 Различают типы трещин:

Ø  тектонические,

Ø  трещины отдельности,

Ø  выветривания,

Ø  откоса,

Ø  отслаивания,

Ø  напластования и смещения.

 По происхождению делятся на прирожденныеи тектонические. Трещиноватость горных пород определяется по числу трещин или расстоянию между ними.

Механические свойства горных пород являются разновидностью физических свойств. Они выражаются в способности горных пород оказывать сопротивление деформированию и разрушению под действием внешних сил. К ним относятся:

Прочность – способность горной породы сопротивляться внешним силам, стремящимся разрушить связь между зернами, слагающими эту породу, зависит от способа деформации. Различают прочность на сжатие, растяжение, изгиб и скалывание. При всестороннем объемном (забой шпура, скважины) сопротивление увеличивается.

Твердость– способность пород оказывать сопротивление проникновению в нее другого, более твердого тела и является частным случаем прочности при местном приложении разрушающих нагрузок. Это важное свойство пород, определяющее величину внедрения лезвия головки буров (резцов) и поэтому существенно влияющих на скорость бурения скважин.

Абразивность– способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности горных машин или горного оборудования в процессе их работы. Зависит от твердости породообразующих минералов, характера сцепления зерен друг с другом, крупности и формы зерен, плотности пород и степени ее трещиноватости. Чем тверже и крупнее зерна минералов, чем острее их ребра, тем выше абразивность пород.

Горные породы под действием приложенных нагрузок в одних случаях меняют только свою форму объем без разрыва сплошности (пластичная деформация), в других разрушаются на отдельные элементы без заметной пластичной деформации. В связи с этим выделяют:

Пластичность– свойство горных пород под воздействием  сил претерпевать остаточную деформацию (пластические деформации после снятия нагрузок) без микроскопических нарушений сплошности.

Упругость– способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после снятия нагрузки.

Вязкость – сопротивление пород силам, стремящимся разъединить их частицы. В однородных и простых породах вязкость равномерна во всех направлениях. Наибольшей вязкостью обладают мелкозернистые породы.

Буримость– способность горной породы сопротивляться проникновению в нее бурового инструмента, характеризуется скоростью бурения (мм/мин). Буримость положена в основу современной классификации горных пород.

Взрываемость– сопротивляемость горных пород разрушению действием взрыва. Определяется удельным расходом ВВ (кг/м3).

Крепость – способность горной породы сопротивляться бурению, отбойке, взрыванию и другим внешним воздействиям.