Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

к_к.р = (d₉₀/d₁₀) ≥ 1 (1.4)

называется коэффициентом неоднородности по­роды по размерам зерен.

Аналогично коэффициент неоднородности фор­мы зерен (рис. 1.2, б)


к_н.ф = к_фр90 / к_фр10 (1.5)

Для определения коэффициента ориентации путем изучения шлифа находят суммарные относительные размеры а', в' и с' всех кристаллов данного минерала в четырех глав­ных направлениях I-IV (рис. 1.2, в и г). Результат может быть представлен в виде эллипса ориентации. Коэффициент ориентации к₀ равен отношению наиболее длинной оси эл­липса b' к взаимно перпендикулярной оси с'. При этом указы­вается направление большой оси эллипса анизотропии (если образец был предварительно привязан к элементам залегания массива).

Слоистость горных пород оценивают численно при помощи коэффициента относительной слоистости П_с, равного количеству прослойков (или плоскостей ослабления), приходящихся на единицу размера образца, перпендикуляр­ного слоистости.
Для определения коэффициента ориентации путем изучения шлифа находят суммарные относительные размеры а', в' и с' всех кристаллов данного минерала в четырех глав­ных направлениях I – IV (рис. 1.2, в и г). Результат может быть представлен в виде эллипса ориентации. Коэффициент ориентации к₀ равен отношению наиболее длинной оси эл­липса в' к взаимно перпендикулярной оси с'. При этом указы­вается направление большой оси эллипса анизотропии (если образец был предварительно привязан к элементам залегания массива).
Слоистость горных пород оценивают численно при помощи коэффициента относительной слоистости П_с, равного количеству прослойков (или плоскостей ослабления), приходящихся на единицу размера образца, перпендикуляр­ного слоистости.

Рис.1.2. К расчету параметров строения: коэффициентов неоднородности по размерам к_нр (а) и форме к_нф (б) зерен лабрадорита; коэффициента ориентации по шлифу (в) и эллипса анизатропии (г): ; , где D – диаметр шлифа.

Поровое пространство пород может быть также количест­венно описано всеми перечисленными параметрами строения (d_cр, к_фр, к_н.р, к_н.ф, к_о).

Минеральный состав, пористость и строение горных пород определяются их генезисом и воздействием различных внешних факторов (движением земной коры, деятельностью ветра и воды, давлением, температурными колебаниями) в течение всего периода их существования.
Как известно, горные породы по происхождению делятся на три большие группы: магматические, осадочные и метамор­фические.
Отдельные частицы горных пород могут иметь различную степень взаимного сцепления, обусловленного силами струк­турных связей между ними.
По своей природе структурные связи могут быть химиче­скими (кристаллизационными, обладающими наибольшей энер­гией связи – до 1,4 МДж/моль), молекулярными (ван-дер-ваальсовыми, с наиболее слабой энергией связи – до 45 КДж/моль) и ионно- электростатическими (с энергией связи до 0,7 МДж/моль).
В зависимости от характера пре­обладающего типа связей выделяют следующие основные типы пород:
- рыхлые (раздельно-зерни­стые) – связи между зернами мо­лекулярные и часто практически отсутствуют, породы представляют собой механические смеси частиц одного или нескольких минералов (пески, гравий, галечник);
- твердые (скальные) – связь между частицами минералов жест­кая, химическая (песчаники, гра­ниты, диабазы, гнейсы);
- связные – связи между дис­персными частицами породы сильно меняются в зависимости от влаж­ности - от молекулярных в плот­ном сухом состоянии до ионно-электростатических в увлажненном со­стоянии (глинистые породы, лёссы, суглинки).
Среди осадочных горных пород по своим параметрам со­става и строения особо выделяется группа пород органиче­ского происхождения, представляющих собой смеси сое­динений углерода с водородом, азотом, серой, кислородом. Эти породы являются важнейшим источником энергии. По оценкам специалистов, природные ресурсы энергии, заключающиеся в органических ископаемых, составляют 2∙10¹⁷ МДж.
Наибольшее значение среди горных пород органического происхождения имеют ископаемые угли. Состав углей ха­рактеризуют отдельно по органической массе и минеральным включениям.
Органическая масса углей оценивается по содержа­нию углеродных микрокомпонентов, различимых под микроско­пом: витрена, кларена, дюрена и фюзена.
Витрен – однородная черная блестящая и хрупкая разно­видность угля. Кларен – полублестящий уголь. Дюрен – вязкий матовый и зернистый уголь. Фюзен – волокнистый рыхлый серовато-черный уголь.
Молекулярная структура органической массы угля ввиду своей сложности до настоящего времени исследована не пол­ностью. По существующим представлениям угольное вещество рассматривается или как коллоидная система, или как среда, имеющая надмолекулярное строение.
Содержание углерода в сухой беззольной массе углей за­висит от степени их метаморфизма. Так, наименее метаморфизованные длиннопламенные угли содержат 76-79 % углерода, антрациты - 93-95 %.
Н е углеродные составляющие угля присутствуют в нем в виде минеральных включений и элементов-примесей. Включениями в угле могут быть различные минералы - кварц, глины, пирит, кальцит и др. Относительное массовое содержа­ние этих минеральных компонентов, переходящих при сгора­нии углей в золу, называется зольностью углей. Она на­ходится в пределах 5÷50 % (рис. 1.3).
Качество углей снижается при наличии в них серы. Общее содержание серы в углях колеблется от долей процента до 5÷6%. Каменные угли Кузбасса, например, содержат серы в 5÷10 раз меньше, чем угли Донбасса.
Элементы-примеси в углях представлены обычно герма­нием, галлием, ураном, медью, бериллием, молибденом, вана­дием. Содержание микроэлементов в углях достигает 500÷600 г/т.