Введение. Латышев О. Г. Физика горных пород: учебное пособие. - екатеринбург: изд-во уггга, 2001. - 103с

ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД

Учебное пособие

Латышев О.Г. Физика горных пород: Учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2001. - 103с.

Учебное пособие представляет собой систематическое изложение основ физики горных пород в соответствии с программой курса для гор­ных специальностей вуза. Рассматриваются плотностные, механические, тепловые и электромагнитные свойства горных пород. Обсуждаются осо­бенности формирования свойств массива горных пород, основные спосо­бы контроля и управления свойствами и состоянием горных пород, а также свойства пород в особых состояниях.

Пособие предназначено для студентов всех специальностей по на­правлению «Горное дело» очного и заочного обучения. Для организации самостоятельной работы студентов предусмотрены контрольные вопросы и упражнения, представленные в виде различных вариантов заданий.

Рецензент - д-р техн. наук Боликов В.E. (ИГД УрО РАН)

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Уральской государственной горно-геологической академии

© Уральская государственная горно-геологическая академия, 2001

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 5

1. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.. 5

1.1. Горные породы как объект разработки. 5

1.2. Классификация свойств горных пород.. 6

1.3. Силы связи и внутренняя структура горных пород.. 6

1.4. Дефекты кристаллической структуры.. 8

2. ПЛОТНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.. 9

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.. 10

3.1. Напряжения и деформации в горных породах. 10

3.2. Напряженно-деформированное состояние горных пород.. 11

3.3. Упругие свойства горных пород.. 12

3.4. Распространение упругих колебаний в горных породах. 14

3.5. Акустические свойства горных пород.. 14

3.6. Методы определения упругих свойств горных пород.. 15

3.7. Прочность горных пород. Критерии прочности. 16

3.8. Теория прочности Мора. 17

3.9. Паспорт прочности горных пород.. 17

3.10. Пластические свойства горных пород.. 18

3.11. Реологические свойства горных пород.. 19

4. ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОД.. 21

5. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.. 23

5.1. Теплоемкость горных пород.. 23

5.2. Распространение тепла в горных породах. 23

5.3. Тепловое расширение и термические напряжения в горных породах. 24

6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД.. 25

6.1. Электропроводность горных пород.. 25

6.2. Диэлектрическая проницаемость и поляризация горных пород.. 26

6.3. Диэлектрические потери в горных породах. 26

6.4. Магнитные свойства горных пород.. 27

7. СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД В ОСОБЫХ СОСТОЯНИЯХ. 28

7.1. Гранулометрический состав разрушенных пород.. 28

7.2. Механические свойства разрушенных пород.. 30

7.3. Водно-физические свойства глинистых пород.. 31

7.4. Механические свойства глинистых пород.. 33

7.5. Мерзлые горные породы.. 34

8. МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД.. 36

8.1. Свойства массива горных пород.. 36

8.2. Натурные методы изучения свойств массива горных пород.. 36

8.3. Косвенные методы оценки свойств массива горных пород.. 37

8.4. Влияние физических полей на свойства горных пород.. 38

8.5. Масштабный эффект в горных породах. 38

8.6. Строение массива горных пород.. 39

8.7. Методы изучения строения массива горных пород.. 40

9. УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ И СОСТОЯНИЕМ ГОРНЫХ ПОРОД.. 41

9.1. Укрепление горных пород.. 41

9.2. Разупрочнение горных пород.. 42

9.3. Управление горным давлением.. 42

9.3.1. Формирование горного давления. 42

9.3.2. Механизм горных ударов и выбросов пород. 44

9.3.3. Прогнозирование горных ударов. 45

9.3.4. Предотвращение горных ударов и выбросов. 46

10. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ.. 47

Рекомендуемая литература. 52

Учебное пособие по курсу «Физика горных пород» предназначено для студентов всех специальностей очной и заочной форм обучения по на­правлению «Горное дело».

Горное дело - древнейшая область человеческой деятельности. Разра­ботка минерального сырья является фундаментом экономики любой стра­ны. В общем случае технологию горного производства можно представить как комплекс следующих элементов: проектирование горного предпри­ятия, его строительство, разработка месторождения, обогащение полезных ископаемых. Реализация каждого из этапов неизбежно требует изучения свойств объекта воздействия - горной породы. Действительно, свойства горных пород, т.е. их специфическая реакция на различные способы и средства внешнего воздействия, определяют технику и технологию веде­ния горных работ, производительность труда и стоимость готовой продук­ции. Более того, само предприятие (шахта, рудник, карьер, метрополитен и др.) расположено в массиве горных пород и потому зависит от его поведе­ния.

Любая научная дисциплина является составной частью общей систе­мы знаний человека о мире. Ее место определяется объектом, способами и направленностью исследований. По объекту исследования (горные поро­ды) физика горных пород близка к циклу геологических дисциплин, но существенно отличается по направленности и способам исследования. В отличие от геологии, главной задачей которой является поиск и разведка полезных ископаемых, физика горных пород имеет другую направлен­ность, а именно горную технологию. Специфичность способов исследова­ния определяется существенной неоднородностью и изменчивостью свойств, состава и строения горных пород. Основные задачи исследования - изучение свойств горных пород; прогнозирование изменчивости свойств пород в зависимости от их состава, строения и влияния, физических полей; установление взаимосвязи свойств пород и их влияния на процессы горной технологии; исследование физических процессов горной технологии, связанных с воздействием на массив.