Введение. Горные породы — классификация и общий механизм образования

Содержание

Горные породы — классификация и общий механизм образования

Полезные ископаемые.

Полезные ископаемые В.Е.П. представлены следующими основными

группами: горючие – углеводородные (нефть,газ), углеродные (торф,уголь),

горючие сланцы; железные руды; полиметаллические руды; минеральные; минеральные воды;строительные материалы.

6.1. Горючие полезные ископаемые:

6.1.1. Углеводородные (нефть,газ)

6.1.1.1.Волго-Уральская антеклиза (1465 мест-ий,D_2-3,C_1-2-3,P_1-2):

Татарстан (Ромашкинское,Бавлинское.Новоелховское),

Башкортостан(Туймазинское),Самарская обл.(Муханов-

ское.Кулешовское),Оренбург.обл.(Оренбургское);

6.1.1.2.Прикаспийская синеклиза(С,Р, J,К):Карачаганакское,

Астраханское,Тенгизское,Кен-Киякское,Жанажольское,

Доссорское,Макатское,Каратонское;

6.1.1.3.Печорская синеклиза (218 мест-ий,O-D₁,D₂,C₁,Р₁,Р₂-Т);

Тэбукское,Вуктыльское;

6.1.1.4.Баренцевоморский шельф: Приразломное(С_2-3-Р₁),

Мурманское (Т_1-2),Штокмановское(J_2-3),Северо-

Гуляевсое (С_2-3,Р_1-2),Ледовое,Лудловское,Северо-Киль-

динское;

6.1.1.5.Украинская синеклиза(С,Р):Шебелинское,Радченковское,

Речицкое,Осташковичское;

6.1.1.6.Рязано-Саратовский прогиб (D,С,Р₁): Жирновское,

Коробковское, Саратовское

6.1.1.7.Предкавказье (Т,J,К,Р):Озек-Суатское,Олейниковское.

Хадыженское,Майкопское,Старогрозненское,Прикум-

ское,Ставропольское;

6.1.1.8.Балтийская синеклиза(24 мест-я,С₂,O₃-S₂): Краснобор-

ское,Гусевское

6.1.2. Углеродные (торф, каменный уголь):

6.1.2.1.Торф (Шатура);

6.1.2.2.Каменный уголь: бассейны – Воркутинский,Печорский,

Подмосковный,Камский,Львовско-Волынский;

6.1.3. Горючие сланцы: бассейны – Прибалтийский (Кохтла-Ярвэ);

Псковский (Чудовский,Гдовский);Приволжский (Кашпирский,

Общесыртский);

6.2. Железные руды:

6.2.1.Джеспилиты (магнетит,гематит,62% Fe): КМА(Белгородское),

Кривой Рог (Кременчугское). Мощность порядка 400м.

6.2.2.Лимониты (бурый железняк): Тульское,Липецкое,Коперское

6.3. Полиметаллические руды:

6.3.1.Медь,никель: Балтийский щит(Мончегорское,Печенгское);

6.3.2.Олово,молибден: Балтийский щит

6.3.3.Титан:Балтийский щит(Пудожгорское),Украинский щит

(Самотканское)

6.3.4.Марганец:Украинский щит(Никопольское)

6.3.5.Слюда:Балтийский щит(Кемско-Беломорское,Енское)

6.4. Минеральные:

6.4.1.Каменные и калийные соли:Прикаспийская синеклиза(Индер-

ское,Баскунчакское,Эльтонское); Оренбург.обл.(Илецкое);

Пермская обл.(Соликамское,Верхнекамское)

6.4.2.Апатиты,фосфориты:Балтийский щит(Хибинское);Пермская

обл.(Верхнекамское);Саратовская обл.(Щигровское);Московская

синеклиза(Егорьевское)

6.4.3.Бокситы: Балтийский щит(Тихвинское,Онежское)

6.4.4.Каолиниты:Украинский щит(Боровичи,Глуховецкое)

6.5. Минеральные воды:

6.5.1.Радиоактивные:Украинский щит (Мироновская,Белоцерковская);

6.5.2.Сероводородные:Самарская обл.(Сергиевская);

6.5.3.Соляно-щелочные:Миргородская

6.5.4.Хлоридно-натриевая:Одесса(«Куяльник»)

6.5.5.Карбонатные:Тверская обл.(Кашинская,Селижаровская)

6.6. Строительные материалы:

6.6.1.Лабрадор,габбро:Балтийский щит(Голутвин);

6.6.2.Мрамор:Балтийский щит(Карелия)

6.6.3.Граниты,сиениты:Балтийский щит(Карелия);Украинский щит

(Приазовье)

6.6.4.Кварцевые пески:Московская синеклиза(Валдай,Вышний

Волочек)

6.6.5.Валунники,галька:Московская синеклиза(Валдай,Ржев)

Камень — это всякая твердая нековкая составная часть земной коры в виде сплошной массы или отдельных кусков. Ювелир понимает под этим словом драгоценные камни, строитель — материалы, с помощью которых мостят улицы и возводят дома. Геологи же, занимающиеся наукой о Земле, называют объекты своего изучения не «камнями», а горными породами и минералами.

Горная порода, или как чаще говорят, порода, представляет собой сочетание (агрегат) минералов естественного (природного) происхождения. Обычно породы слагают более или менее значительные площади. Песок и суглинок тоже причисляют к горным (точнее — рыхлым осадочным) породам. Наука, изучающая горные породы, носит название петрографии.

Минерал — это внутренне однородный твердый компонент земной коры, образовавшийся естественным путем. С началом эры космических полетов минералами стали называть и твердые составные части горных пород Луны и других планет Солнечной системы. Большинство минералов выделяется в виде кристаллов, имеющих определенные формы. Слово «минерал» происходит от латинского слова «мина» — шахта. Наука о минералах именуется минералогией.

Кристалл — это однородное по составу тело строго геометрической формы с закономерным внутренним строением — кристаллической решеткой. Структура кристаллической решетки определяет разнообразие физических свойств кристаллов, а тем самым и минералов. Раздел науки, изучающий кристаллы, называется кристаллографией.

Драгоценный камень — понятие, не имеющее единого определения. Чаще всего к драгоценным камням относят красивые и редкие минералы (в некоторых случаях и минеральные агрегаты), обладающие достаточно высокой твердостью, а потому весьма стойкие к истиранию, иными словами, почти не подвластные времени. Но разумеется, представление о красоте камня с течением времени менялось, вот почему отдельные камни, ранее слывшие драгоценными, давно забыты, тогда как другие минералы ныне, наоборот, возведены в ранг драгоценных камней.

Понятие полудрагоценный камень, как прежде называли не очень твердые ювелирные и поделочные камни, еще менее четко и на сегодняшний день не вполне правомочно. Ювелирно-поделочный камень — собирательное понятие, охватывающее все камни, используемые в качестве украшений (в том числе и в декоративных целях). В более узком смысле слова поделочными камнями называют относительно недорогие самоцветы, которые тем самым как бы противопоставляются «настоящим» драгоценным камням. Наука о драгоценных камнях носит название геммологии.

Руда в общем случае представляет собой минеральную смесь с промышленным содержанием металлов. В последнее время рудами иногда называют и некоторые виды неметаллического минерального сырья, обладающие полезными свойствами. Поскольку практическая ценность руды (иначе говоря, кондиционность, пригодность для разработки) зависит от факторов, которые с течением времени могут изменяться (технические возможности добычи и обогащения, экономическая конъюнктура, транспортные условия), понятие «руда» применимо не только к определенным минералам или горным породам.

В геологии горными породами называются минеральные смеси природного происхождения. Из почти 3000 минералов лишь немногие принимают существенное участие в составе горных пород. Ниже приведено процентное содержание минералов в земной коре до глубины 16 км (по Г. Шуману. 1957):
Полевые шпаты и фельдшпатоиды — 60%
Пироксены и амфиболы — 16%
Кварц — 12%
Слюды — 4%
Прочие минералы — 8%

В основу группирования горных пород могут быть положены самые разные принципы. В петрографии горные породы подразделяются преимущественно по способу их образования — генезису. Такого подразделения мы и будем придерживаться в дальнейшем.

По способу образования различают три главные группы пород: магматические, или мигматиты, осадочные и метаморфические, или метаморфиты. Как они связаны между собой в природном геологическом цикле, видно из приведенного здесь рисунка.

Минералы могут образовываться по-разному. Такие широко известные минералы как полевой шпат, кварц и слюда, кристаллизуются из огненножидких расплавов и газов преимущественно в недрах Земли, реже — из лав, излившихся на земную поверхность. Некоторые минералы образуются из водных растворов или возникают при участии организмов, некоторые — путем перекристаллизации уже существующих минералов под воздействием больших давлений и высоких температур (метаморфизм).

Многие минералы часто встречаются в определенных сообществах, или ассоциациях, так называемых парагенезисах (например, полевой шпат и кварц), но бывают и исключающие друг друга минералы (например, полевой шпат и каменная соль, которые никогда не встречаются вместе).

Большинство минералов имеет определенный химический состав. Входящие в них примеси хотя и способны влиять на физические свойства минералов или даже изменять их, но в химических формулах обычно не упоминаются. При определении минералов весьма существенную роль играет форма их кристаллов. Типичные формы кристаллов объединены в семь кристаллографических систем, называемых сингониями. Различие между ними проводится по кристаллографическим осям и углам, под которыми эти оси пересекаются.

Магматические породы, или магматиты, возникают путем затвердевания магматического расплава на поверхности или в глубинах земной коры. Их называют также изверженными или массивными породами и подразделяют на глубинные — интрузивные и поверхностные — эффузивные, или эффузивы.

Осадочные породы образуются путем отложения материала разрушенных или растворенных горных пород любого генезиса как на суше, так и в море и залегают слоями. В рыхлом, не сцементированном состоянии такие отложения называют осадками.

Метаморфические породы, или метаморфиты, формируются путем преобразования горных пород в глубинах земной коры под воздействием высоких температур и больших давлений. Иногда метаморфические породы называют метаморфическими или кристаллическими сланцами.

Прежде магматиты и метаморфиты считали древнейшими образованиями земной коры и называли первозданной породой. Сегодня известно, что эти породы могут появляться в любую геологическую эпоху, поэтому понятия «первозданная порода» следует избегать.

В строительном деле специалистов интересуют не столько происхождение и состав горных пород, сколько их твердость. Именно твердостью пород определяется их долговечность, выбор инструмента и машин для их добычи и обработки. К числу твердых пород относят все изверженные породы, кроме базальтовых лав, а также гнейсы и амфиболиты, кварциты и граувакки; к числу мягких пород — главным образом песчаники, известняки, туфы и базальтовые лавы. Кроме того, в строительном деле различают крепкие и рыхлые породы, Их разграничивают по очевидному проявлению прочности, или связности — сцеплению между зернами минералов.

В отличие от искусственного строительного камня применяемые в строительном деле горные породы называют природным камнем. Штучным камнем строители называют природный камень, которому путем надлежащей обработки придана определенная форма (тесаный камень) — но нужно помнить, что в украинском языке «штучный камень» дословно переводится именно как «искусственный камень». Ниже приведено процентное соотношение различных генетических групп горных пород в составе верхней части земной коры до глубины 16 км (по Г. Шуману, 1957):
Магматические породы — 95%
Осадочные породы — 1%
Метаморфические породы — 4%

В настоящее время известно более 3000 минералов, и ежегодно ученые открывают все новые и новые их виды. Но лишь около 100 минералов имеют сравнительно большое практическое значение: одни — в силу их широкой распространенности, другие — благодаря особым, ценным для человека свойствам. И только четверть из них играют существенную роль в составе горных пород благодаря своей широкой распространенности в природе.

Коллекционирование минералов является одним из наиболее популярных увлечений. В разнообразии их форм, а быть может, в их колдовском блеске таится очарование, делающее мир минералов столь близким нашему сердцу. Но какими заурядными кажутся в сравнении с ними горные породы! Мало кто даст себе труд нагнуться за куском известняка, гнейса или гранита — и совершенно зря. Именно горные породы формируют облик Земли. Тысячелетиями они влияли на облик поселений и городов, их архитектурных ансамблей, служили материалом для строительства, мощения городских улиц и площадей. А можно ли восхищаться красотой природы, не ощущая, какая роль принадлежит в ней горным породам?

Для нас — прирожденных горожан — именно горы обладают наиболее притягательной и манящей силой. Сегодня одним из популярных элементов городского дизайна является оформление интерьера, клумб, скверов или парков «дикими камнями» — декоративными горными породами. «Альпийские горки» с растениями на склонах и в садах с «дикими камнями» — остромодное направление современного ландшафтного дизайна. В Японии же существует целое искусство оформления так называемого «сухого сада» глыбами горных пород и камней, сформировавшееся и отточенное в XVIII-XIX веках.

Если минералы дарят нашему глазу радость и отдохновение, то горные породы демонстрируют свою мощь. Тому, кто умеет их правильно «читать», горные породы могут рассказать об истории и изменениях земной коры, о горах, вздымавшихся в глубокой древности, о наступлении морей или пустынь. Тысячелетиями камень вместе с деревом и костью служил важнейшим материалом для изготовления утвари и оружия. Но даже и сегодня, в век металлов и синтетики, он играет куда большую роль в нашей жизни, чем мы себе обычно представляем: непрерывно возрастает значение драгоценных и поделочных камней в технике и промышленности. Как ни парадоксально, но в строительстве распространение стальных каркасных конструкций сделало природный камень еще более желанным материалом для облицовки зданий, а большинство современных строительных материалов производят из добываемых горных пород.

Шкала́ Мо́оса (минералогическая шкала твёрдости) — набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости.

Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза. Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10).

В приведённой ниже таблице приведено соответствие твёрдости по шкале Мооса с абсолютной твёрдостью, измеренной склерометром.

Твёрдость по Моосу	Эталонный минерал	Абсолютная твёрдость	Изображение	Обрабатываемость	Другие минералы с аналогичной твердостью
	Тальк (Mg3Si4O10(OH)2)			Царапается ногтем	Графит
	Гипс (CaSO4·2H2O)			Царапается ногтем	Галит, хлорит, слюда
	Кальцит (CaCO3)			Царапается медной монетой	Биотит, золото, серебро
	Флюорит (CaF2)			Легко царапается ножом, оконным стеклом	Доломит, сфалерит
	Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))			С усилием царапается ножом, оконным стеклом	Гематит, лазурит
	Ортоклаз (KAlSi3O8)			Царапается напильником	Опал, рутил
	Кварц (SiO2)			Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	Гранат, турмалин
	Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2)			Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	Берилл, шпинель, аквамарин
	Корунд (Al2O3)			Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	Сапфир, рубин, карбид вольфрама
	Алмаз (C)			Режет стекло	Эльбор,КАНБ (КарбоНитрид Бора)

Помимо шкалы Мооса есть и другие методы определения твёрдости, но различные шкалы твёрдости нельзя однозначно соотнести друг с другом. Практикой приняты несколько более точных систем измерения твёрдости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.

Введение…………………………………………………………………………..2

1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД………………………………………………………………..3

1.1 Метод определения прочности горных пород при одноосном сжатии……3

1.2 Методы определения прочности горных пород при одноосном растяжении…………………………………………………………………………4

1.3Паспорт прочности. Сцепление и угол внутреннего трения…………………6

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРА………………...9

2.1Устойчивость горных пород…………………………………………………....9

2.2Слоистость горных пород………………………………………………………11

2.3Анизотропность механических свойств горных пород……………………….12

2.4 Учет анизотропности прочностных характеристик при определении устойчивости борта карьера………………………………………………………14

3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕИ ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ……………………………………………………………19

3.1 Исходные данные………………………………………………………………..19

3.2Полученные результаты…………………………………………………………20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………...……………………………………………………23

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………...22

Для определения устойчивости бортов карьеров, а также обнажений подземных горных выработок необходимы знания о напряженно-деформированном состоянии обнажений горных выработок и прочностных свойствах слагающих горных пород. Горные породы месторождений часто представлены различными сланцами, филлитами, которые имеют слоистую структуру. Слоистая структура предопределяет прочностные характеристики горных пород как анизотропные, так как показатели прочности изменяются в зависимости от направления слоистости по отношению к действующей силе.

Одним из весомых факторов, оказавшим влияние на механизм обрушений бортов карьеров, является слоистость вскрышных горных пород. При определении устойчивости бортов карьера, обнажений подземных горных выработок в неполной мере учитывается анизотропность показателей механических свойств горных пород, имеющих слоистую структуру. В частности, в расчетах не учитывается изменчивость механических свойствслоистых горных пород из-за изменений направления слоистости по отношению к направлению приложенной силы.В связи с этим исследование по обоснованию устойчивости бортов карьера, обнажений подземных горных выработок с учетом анизотропности(изменчивости) механических свойств горных пород представляет собой актуальную задачу.Цель данной работы: обучиться основным теоретическим положениям о физико-механических свойствах горных пород и о физических процессах, происходящих в них, напряженном состоянии породного массива, и проявить навыки применения полученных знаний для решения инженерных задач горного производства.