Тепловые свойства

Гидравлические свойства ГП

Гидравлические свойства массива горных пород имеют наибольшее значение для геотехнологических способов разработки месторождений полезных ископаемых. Основной группой гидравлических свойств являются фильтрационные. Их иногда называют коллекторскими. В первую очередь фильтрационные свойства зависят от пористости, т.е. совокупности всех пустот в горных породах, заключённых между минеральными частицами или их агрегатами [4].

Общая пористость — отношение объёма пустот и пор к объёму горной породы.

Отношение объёма пор к объёму минерального скелета породы называется коэффициентом пористости.

Динамическая пористость учитывает только те поры, по которым может фильтроваться жидкость, иногда её ещё называют открытой (эффективной) пористостью.

Площадь поверхности, образуемая стенками пустот и пор, является одной из важнейших геотехнологических характеристик горной породы — проницаемостью.

Свойство горных пород пропускать через себя жидкости и газы характеризуется коэффициентом проницаемости и коэффициентом фильтрации.

Для целей геотехнологии проницаемость горных пород следует определять в натурных условиях, т.к. только при этом можно учесть всю гамму влияющих факторов.

Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемость.

Абсолютная проницаемость характеризует пропускную способность образца для воздуха при атмосферном давлении и вычисляется по линейному закону фильтрации.

Эффективная (фазовая) проницаемость характеризует пропускную способность для различных жидкостей.

Относительная проницаемость — отношение эффективной проницаемости к абсолютной.

В горных породах различают проницаемость межгранулярную и трещинную, причём последняя значительно выше.

Кроме фильтрационных, к гидравлическим свойствам массивов горных пород относятся:

§ влагоёмкостъ — способность горных пород вмещать и удерживать воду;

§ водоотдача — способность горных пород отдавать воду путём свободного вытекания;

§ водоустойчивость — способность горных пород сохранять связность, консистенцию и прочность при взаимодействии с водой;

§ капиллярность — способность горных пород поднимать влагу по порам под воздействием капиллярных сил;

§ набухание — способность горной породы увеличивать объём под воздействием влаги;

§ усадка — способность горной породы уменьшать объём при высыхании;

§ просадочностъ — способность горной породы уменьшать объём при замачивании;

§ смачиваемостъ — способность горной породы входить в молекулярное взаимодействие с жидкостями;

§ адсорбция — способность горной породы концентрировать на своей поверхности различные вещества из газов, паров и жидкостей;

§ абсорбция — способность горной породы поглощать пары, газы и жидкости;

§ липкость — способность горной породы прилипать к различным предметам

ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА горных пород — свойства, определяющие термодинамическое состояние и тепловые процессы, идущие в горных породах. К тепловым свойствам относятсятеплопроводность, теплоёмкость, термостойкость и др. Для расчёта тепловых процессов необходимо знать температуры плавления, кипения и разложения породы, а также — удельную теплоту плавления и испарения.

При температуре плавления твёрдая порода переходит в жидкое состояние (в расплав). Температура плавления от — 38,9°С для ртути и до 2050°С для корунда. При температуре кипения расплав закипает по всему объёму. Температура кипения не очень сильно отличается от температуры плавления: например, температура кипения расплава корунда 2250°С. Температуры плавления и кипения измеряют термометрами или термопарами, но наиболее точны бесконтактные оптические или радиационные пирометры. При температуре разложения минералов и горных пород изменяется химический состав минерала или породы (например, кальцит разлагается при температуре 825°С, выделяяуглекислый газ и превращаясь в оксид кальция). Температуру разложения минералов определяют на дереватографе, где получают диаграммы поведения вещества в заданном интервале температур. Контроль разложения минералов ведётся по изменению массы образца. Температуры плавления и кипения минералов и горных пород используют в расчётах режимов термической обработки полезных ископаемых, например, при окомковании железных руд. Температура разложения необходима для тех же целей. Температуры плавления, кипения и разложения минералов зависят от давления и при его увеличении возрастают. На величину данных температур оказывают влияние примеси, содержащиеся в минералах или горных породах. Удельная теплота плавления определяет количество энергии, необходимое для перевода единицы массы минерала или породы из твёрдого состояния в жидкое (для льда 334,4 Дж/г, для серы 39,29 Дж/г). Удельная теплота испарения указывает количество энергии, которое необходимо для перевода в пар единицы массы расплава породы или минерала (для воды 2253 Дж/г, для ртути 271,7 Дж/г). Удельная теплота плавления и испарения используется для расчёта затрат энергии в процессах обработки горной массы в высокотемпературных печах; для льда и воды — при расчётах технических средств разработки мёрзлых пород.