Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Горная порода
• 2. Устойчивость горных пород
• 3. Теория устойчивости
• 3.1 Теории горных пород
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в горных породах определяет её минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зёрен или частиц горной породы обусловливают её структуру и текстуру.
• По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности.
• 1. Горная порода
• Горная порода -- любая масса или агрегат одного, или нескольких минеральных видов или органического вещества, являющихся продуктами природных процессов. Вещество может быть твёрдым и консолидированным или мягким и рыхлым.
• Все горные породы обладают комплексом морфологических особенностей, которые объединены в понятия структуры горных пород и текстуры горных пород. Наряду с химическим и минеральным составом структура и текстура являются важнейшими диагностическими признаками горных пород.
• Строение породы определяется ее структурой и текстурой. Под структурой понимают особенности соединения минеральных зерен, их размеры и формы. Одни породы состоят из крупных кристаллических зерен; другие -- из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп; третьи -- из стекловидного вещества; четвертые -- комбинированные, когда на фоне мельчайших кристаллов или стекловидного вещества встречаются отдельные крупные кристаллы. Под текстурой понимают взаимное расположение и распределение слагающих породу минералов. Различают следующие виды текстуры:
• - массивная текстура: никакого порядка в размещении минералов не наблюдается;
• - слоистая: порода состоит из слоев разного состава;
• - сланцевая: все минералы плоские и вытянутые в одном направлении;
• - пористая: вся горная порода пронизана порами;
• - пузырчатая: в горной породе есть пустоты от выделившихся газов.
• По происхождению горные породы делят на три класса: осадочные горные породы, магматические горные породы и метаморфические горные породы. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, которые, однако, занимают около 75% площади земной поверхности. Практически все горные породы могут быть использованы как полезные ископаемые. К рудам относят горные породы с кондиционным содержанием ценных компонентов. С развитием технологии (и изменением кондиций) всё большее число горных пород вовлекается в промышленное производство (например, при получении глинозёма из плагиоклаза рудой является такая распространённая на Земле горная порода как анортозит). Большинство горных пород применяется в народном хозяйстве в качестве строительного и горно-химического сырья. горный порода магматический осадочный
• Как физические тела горные породы характеризуются плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрическими, магнитными, радиационными и другими свойствами.

2. Устойчивость горных пород

Устойчивость горных пород - это их способность сохранять равновесие при обнажении. Устойчивость горных пород зависит от их структуры и физико-механических свойств, величины возникающих в породном массиве напряжений. Устойчивость пород является одним из основных признаков для выбора систем подземной разработки, определения ее параметров и способов крепления горных выработок.

Устойчивость массивов горных пород определяется в зависимости от горногеологических условий намечаемого к строительству объекта, характеристики объекта, срока его эксплуатации, допустимых значений деформаций и нарушений.

Если говорить об устойчивости массива горных пород, то необходимо придерживаться какой-либо теории прочности (или разрушения). Существует несколько теорий разрушения горных пород, связывающих предельное напряженное состояние породы с её хрупким разрушением. В этих теориях используются критерии максимального напряжения, максимальной деформации, максимального касательного напряжения. Каждая из них основана на экспериментальных данных или гипотезах, где под разрушением подразумевается развитие поверхности разрушения, разделяющей материал на две или более частей, между которыми связи отсутствуют.

Наличие системы трещин в породах приводит к дизъюнктивным нарушениям массива с потерей его сплошности. Эти нарушения формируются в результате ведения горных работ при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Сдвижения поверхности наблюдаются при подземной разработке, ведущейся на глубинах 250-300 м. В районах закрытия угольных шахт (например, в Черемховском бассейне) происходят значительные деформации поверхности в зонах бывшей подработки массива горных пород. Это накладывает определенные ограничения при проектировании и строительстве гражданских и промышленных сооружений в этих регионах. Поэтому, с инженерной точки зрения рассмотрение процесса развития и распространения трещин в массиве горных пород имеет большое значение в проблеме прогноза его устойчивости.

По устойчивости горные породы подразделяются на пять групп:

- весьма устойчивые - не выдерживают даже незначительного обнажения без укрепления;

- неустойчивые - возможны небольшие обнажения на короткое время, но требуется прочное крепление;

- средней устойчивости - допускается обнажение значительных площадей на непродолжительное время, требуется крепление вслед за обнажением;

- устойчивые - возможно обнажение значительных площадей на сравнительно длительное время, требуется лишь частичное крепление;

- весьма устойчивые - допускается обнажение больших площадей на длительное время и не требуется крепление.

Наиболее опасной зоной, где интенсивно разрушаются горные породы, является контур скважины и прилегающая к скважине часть породы. Концентрация напряжений в этой области достигает максимума, за счет чего происходят нарушения устойчивости стенок скважины в виде следующих осложнений:

· обрушения

· обвалы

· осыпания

· выпучивания

При разработке технологии бурения, в первую очередь, при проектировании конструкции скважины и разработке мер профилактики и устранения возможных осложнений и аварий в скважине, существенное значение имеет оценка устойчивости пород в стенках скважины.

Для такой оценки рекомендуется классификация горных пород по степени устойчивости их в стенках скважины в процессе бурения, исходя из принципов защиты стенок от горного давления, механического разрушения очистным агентом и вибрирующим буровым снарядом и от физико-химического изменения горных пород (табл. 1).

Таблица 1 Классификация горных пород по степени устойчивости в стенках скважины (ВИТР)

Руководствуясь этой классификацией, можно в первом приближении оценить возможные осложнения в процессе бурения скважин и число зон осложнений, определить рациональную методику и технологию по борьбе с осложнениями, а также выбрать эффективные технические средства для проведения профилактических или изоляционных работ в породах различной степени устойчивости.

Таким образом, в результате типизации геологических условий может быть выделено 5 групп пород по твердости, каждая из которых, в свою очередь, разделяется на 5 групп по трещиноватости и 4 группы по сложности.

Устойчивость горных пород, слагающих стенки геотехнологических скважин, оказывает большое влияние на процесс сооружения скважин и эффективность добычи. Это обусловлено следующими обстоятельствами: а) необходимостью обсадки буровых скважин трубами с целью обеспечения спуска и подъема добычных устройств; б) необходимостью извлечения обсадных и эксплуатационных колонн после окончания срока службы технологических скважин в связи со значительной стоимостью этих колонн и ее влиянием на технико-экономические показатели добычи.

Нарушение устойчивости горных пород в стенках скважин может привести к разного рода осложнениям нормального процесса их углубки. Деформационные нарушения при бурении в глинистых породах проявляются в изменении конфигурации и размеров сечения ствола скважины в осложненных зонах.

Одной из причин, вызывающих потерю устойчивости горных пород в стенках скважины, могут быть циклические термогидродинамические нагрузки. Это положение подтверждается практическими наблюдениями. Установлено, что при обеспечении физико-химических условий устойчивости и достаточном противодавлении столба раствора на стенках скважины они со временем начинают разрушаться.

Понятие устойчивости в горном деле в большинстве случаев рассматривается применительно к горным породам, а исходя из этого -- к массивам горных породискусственного происхождения (закладочным), к устойчивости обнажений кровли, устойчивости горных сооружений (выработок). Под этим подразумевается способность горных пород обеспечивать их функционирование с эксплуатационными характеристиками в течение заданного срока службы. Устойчивость зависит от прочностных свойств горных пород и действующих на соответствующие объекты нагрузок. Горные породы по устойчивости подразделяются на весьма неустойчивые (не допускающие их обнажения без укрепления), неустойчивые (требующие укрепления вслед за обнажением), средней устойчивости (допускающие обнажение на больших площадях и требующие со временем укрепления), устойчивые (допускающие обнажение на значительных площадях и требующие локального укрепления), весьма устойчивые (не требующие укрепления).

Свойства горных пород в массиве из-за его сложности и трещиноватости в разных направлениях неодинаковы, они изменяются во времени (реологические изменения) и в зависимости от характера прикладываемых нагрузок. Действующие на массив нагрузки обусловлены природными факторами (собственный вес пород, давление напорных вод, набухание горных пород и т.п.) и технологическими воздействиями (пригрузка оборудованием, ведение взрывных и других работ).

3. Теория устойчивости

Теория устойчивости -- техническая и физико-математическая дисциплина, изучающая закономерности поведения систем под действием внешних воздействий.

В аналитическом аспекте является разделом теории дифференциальных уравнений. В прикладном аспекте наибольшее развитие получила теория устойчивости механических систем, поскольку именно механика, как старейшая наука, впервые столкнулась с проблемами устойчивости. Эйлер впервые строго поставил и решил задачу устойчивости состояния равновесия механический системы -- стержня, сжатого сжимающей силой (эластика Эйлера).

В наиболее общем виде теория устойчивости была разработана А.М.Ляпуновым, сформулировавшим и доказавшим основные теоремы теории устойчивости движения. Ляпунов по праву считается создателем теории устойчивости. В порядке развития теории основные общие критерии устойчивости, вытекающие из работ А.М.Ляпунова и математического принципа аргумента, сформулированы Михайловым, Найквистом, Гурвицем, Вышнеградским и др. математиками.

Важной частью теории устойчивости является проблема аналитического и практического определения запасов устойчивости сложных (многокомпонентных, динамических, разнофакторных) систем и процессов. В этой части теории устойчивости особую актуальность с развитием сложной техники приобрели задачи диагностирования и прогнозирования запасов устойчивости процессов, связанных с эксплуатацией больших технических систем. Такого рода различные прикладные задачи, связанные с теорией устойчивости двухфазных потоков -- в развитие теории устойчивости в ее технических приложениях, -- рассмотрены и решены И.И.Морозовым, В.И.Герлигой, А.В.Королевым, А.Ю.Погосовым, В.И.Скалозубовым и др. исследователями, работающими над новыми аспектами адаптации теории устойчивости к современным техническим объектам.

3.1 Теории горных пород

Если говорить об устойчивости массива горных пород, то необходимо придерживаться какой-либо теории прочности (или разрушения). Существует несколько теорий разрушения горных пород, связывающих предельное напряженное состояние породы с её хрупким разрушением. В этих теориях используются критерии максимального напряжения, максимальной деформации, максимального касательного напряжения.

Каждая из них основана на экспериментальных данных или гипотезах, где под разрушением подразумевается развитие поверхности разрушения, разделяющей материал на две и более частей, между которыми связи отсутствуют.

Заключение

Свойства горных пород. обусловлены их минеральным составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами, определяющими свойства, являются её пористость и трещиноватость. С пористостью и минеральным составом тесно связана плотность горных пород., которая в породах, лишённых пористости, определяется слагающими их минералами. Такие свойства, как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения и др. определяются в первую очередь минеральным составом, прочностные же и упругие свойства горных пород, их теплопроводность и электропроводность зависят главным образом от строения пород и особенно сил связей между зёрнами. Так, наличие преимущественной ориентировки зёрен приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать также ориентированная трещиноватость.

Список использованной литературы

1. Библиографический указатель работ: 1000 публикаций по устойчивости стационарных режимов работы ЯЭУ (I954-I973). Под ред. В.Д.Горяченко. - М., 1974. - 120 с.

2. Викторов С.Д., Иофис М.А., Гончаров С. А. Сдвижение и разрушение горных пород. -- М.: Наука, 2005.

3. Миловский А. В. Минералогия и петрография. -- М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1958. -- С. 274--284.

4. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е. и др. Справочник «Открытые горные работы» -- М.: Горное бюро, 1994.

5. Чернышев С.Н. Трещиноватость горных пород и ее влияние на устойчивость откосов

Размещено на Allbest.ru