к.р. физика горных парод. Володченков С.В. Контрольная работа по дисциплине Физика горных пород
 Скачать 130.22 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» (ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова») Контрольная работа по дисциплине «Физика горных пород»Выполнил: Володченков С.В. студент _III курса, группы _згд-19-1_ Номер зачетной книжки 19з552 Специальность: Горное дело  Проверил: Н.В. Угольников Работа защищена «»  20г. с оценкой (оценка) (подпись) Магнитогорск, 2022 1 СодержаниеНазовите основные типы руд и пород, разрабатываемые вашим горным предприятием. Какие из указанных вами пород осадочные, метаморфические, магматические? Какие скальные, связные, рыхлые? Стр. 3-5 Какиеэлектрические свойства горных пород, слагающих месторождение вашего предприятия, вам известны? Если нет, то по литературным источникам примерно укажите возможный порядок этих свойств. Дайте классификацию горных пород по величине электрической проводимости и объясните разную электрическую проводимость горных пород с позиции квантовой теории. Стр. 6-8 Укажите значение реологических свойств горных пород для решения задач горного производства. Покажите на конкретных примерах вашего предприятия. Стр. 9-11 Какова связь между скоростью упругих волн в горных породах и модулем Юнга? Стр. 12-13 Опишите сущность электромагнитного способа разделки негабарита и возможность его применения на вашем предприятии. Стр. 14-15 Список литературы Стр. 16 Вариант 21. Назовите основные типы руд и пород, разрабатываемые вашим горным предприятием. Какие из указанных вами пород осадочные, метаморфические, магматические? Какие скальные, связные, рыхлые? Металлы платиновой группы или платиноиды, представляют собой 6 драгоценных химических элементов, благородного вида. Они располагаются в периодической системе в один ряд и являются переходными металлами 810 групп 5-6 периода. Внешне металлы схожи друг с другом. К металлам платиновой группы относятся: Платина. Палладий. Родий. Рутений. Иридий. Осмий. Главными особенностями металлов платиновой группы, являются: серебристо-серый оттенок, кроме осмия (бело-голубой); кристаллические свойства, способствующие ускорению химических процессов; катализаторы, контролирующие скорость окисления, реакции гидрирования; химически стойкие металлы по отношению к действию многих реагентов; обладают высокой электропроводностью; выдерживают высокие температуры; тугоплавкость. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) постоянных разведочных кондиций и отчет с подсчетом запасов Масловского месторождения получили положительное заключение Федеральной комиссии по запасам полезных ископаемых (ФБУ »ГКЗ»). Переутвержденные запасы зафиксированы протоколом от 12 октября 2018 года № 5561. Таблица 1 - Запасы полезных ископаемых по категориям B + С1 + С2
Метаморфические горные породы - породы, образованные в результате процесса под называнием метаморфизмом. Процесс характеризуется изменения структуры горных пород под воздействием высоких температур давления. Земная кора постоянно находится в движении, таким образом, осадочные и магматические породы подвергаются высокому давлению, воздействию высоких температур, а также воздействию растворов воды и газа. Под воздействием всех перечисленных факторов осадочные т магматические породы изменяются, образуются метаморфические породы. Существует несколько видов классификации процессов метаморфизма. Наиболее точная классификация приведена ниже. Метаморфизм бывает: ударный (импактный); дислокационный; гидратации; погружения; нагревания. Метаморфизм нагревания характеризуется циркуляцией водных растворов и увеличение давления. Импактный метаморфизм – процесс, происходящий в результате падения метеоритов и мощных эндогенных взрывов. Дислокационный метаморфизм характеризуется процессами тектонической деформации. Изменения, которые происходят в результате нагревания, называют метаморфизмом нагревания. В ходе взаимодействия водных растворов с горными породами происходит процесс, который называется метаморфизмом гидратации. Существует семь разновидностей текстур: катакластическая; плойчатая; миндалекаменная; полосчатая; массивная; сланцевая; пятнистая. Раздробление и деформация характерны для катакластической текстуры. Сланцевая текстура характеризуется большим распространением пластинчатых, чешуйчатых и листоватых минералов. Плойчатая текстура характеризуется наличием мелких складок, появляющихся под воздействием давления. Если породы чередуются по минеральному составу, то такая текстура называется полосчатой. Массивная текстура характеризуется отсутствием ориентировки минералов, из которых образована порода. Для миндалекаменной текстуры характерны агрегаты овальной и округлой форм. 2. Какие электрические свойства горных пород, слагающих месторождение вашего предприятия, вам известны? Если нет, то по литературным источникам примерно укажите возможный порядок этих свойств. Дайте классификацию горных пород по величине электрической проводимости и объясните разную электрическую проводимость горных пород с позиции квантовой теории. К основным электромагнитным свойствам горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (η), диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости. Параметрами ρ, ε, μ, а также частотой поля определяется коэффициент поглощения поля средой. Удельное электрическое сопротивление (УЭС), измеряемое в омметрах (Омм), характеризует способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока и является наиболее универсальным электромагнитным свойством. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10-3 до 1015 Омм. Величина γ, обратная ρ, называется электропроводностью и измеряется в сименсах на метр (См / м). Для наиболее распространенных осадочных, магматических и метаморфических горных пород УЭС зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород, концентрации солей в подземных водах и в меньшей мере от их химического состава, а также от некоторых других факторов (температуры, глубины залегания, степени метаморфизма и др.). Удельное электрическое сопротивление минералов зависит от их внутрикристаллических связей. Для минералов-диэлектриков (кварц, слюды, полевые шпаты и др.) с преимущественно ковалентными связями характерны очень высокие сопротивления (1012 - 1015 Омм). Минералы-полупроводники (карбонаты, сульфаты, галоиды и др.) имеют ионные связи и отличаются высокими сопротивлениями (104 - 108 Омм). Глинистые минералы (гидрослюды, монтморилломонит, каолинит и др.) обладают ионноковалентными связями и выделяются достаточно низкими сопротивлениями (ρ < 104 Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые окислы) отличаются электронной проводимостью и очень хорошо проводят ток (ρ < 1 Омм). Первые две группы минералов составляют «жесткий» скелет большинства горных пород. Глинистые минералы создают «пластичный» скелет, способный адсорбировать связанную воду, а породы с «жесткими» минералами могут насыщаться лишь растворами и свободной водой, т.е. той, которая может быть выкачана из породы Таблица 2-Удельное электрическое сопротивление пород
Глубина залегания, степень метаморфизма, структура и текстура породы также влияют на ее сопротивление, изменяя коэффициент микроанизотропии, за который принято брать  , где ρn и ρl - сопротивления породы вкрест и вдоль слоистости. Чаще всего λ меняется от 1 до 1,5, достигая 2-3 у сильно рассланцованных пород. Величина λ может достигать нескольких единиц для мерзлых пород разной криогенной структуры и льдовыделения. Зависимость сопротивления горных пород от ее структуры поясняется на рис.2, а и б. На рис.2, а в схематическом виде изображена горная порода, в которой минеральный скелет и поры беспорядочно ориентированы в пространстве. ρ такой породы будет одинаковым в любом направлении. На рис.2, б изображена порода, в которой минеральный скелет и поры имеют вытянутую форму. Это приводит к тому, что условия протекания тока через породу становятся неодинаковыми для различных направлений. ρ такой породы зависит от направления (Якубовский и др., 1974г.).  Рисунок 1- Структура минерального скелета горной породы: а – изотропная, б – анизотропная Несмотря на зависимость ρ от множества факторов и широкий диапазон изменения у разных пород, основные закономерности УЭС установлены достаточно четко. Магматические и метаморфические породы характеризуются высокими сопротивлениями (от 500 до 104 Омм). Среди осадочных пород высокие сопротивления (102 – 103 Омм) у каменной соли, гипсов, известняков, песчаников и некоторых других. Обломочные осадочные породы, как правило, имеют тем большее сопротивление, чем больше размер зерен, составляющих породу, т.е. зависят, прежде всего, от глинистости. При переходе от глин к суглинкам, супесям и пескам удельное сопротивление изменяется от долей и первых единиц омметров к первым десяткам и сотням омметров. 3. Укажите значение реологических свойств горных пород для решения задач горного производства. Покажите на конкретных примерах вашего предприятия. Механические свойства характеризуют поведение горных пород в различных механических силовых полях. Их подразделяют на ряд групп: прочностные, характеризующие предельное сопротивление пород различного рода нагрузкам; деформационные, характеризующие деформируемость пород под нагрузками; акустические, характеризующие условия передачи породами упругих колебаний; реологические, характеризующие деформирование пород во времени при заданных условиях нагружения; Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации) Ползучесть и релаксация также как и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными. Но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений. Весьма характерной чертой реологических процессов, в частности ползучести, является зависимость деформации, наблюдаемой в данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами, от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют наследственностью. Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в любой момент времени,т. е. проявление линейной ползучести. Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во времени теорию деформирования линейных наследственных сред. При этом полная деформация в любой момент времени слагается из двух составляющих: упругой деформации в момент приложения нагрузки и собственно деформации ползучести. Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям -пределу длительной прочности s¥ и предельному модулю длительной упругости Е¥. Для большинства пород s¥ = (0,7-0,8)[sсж], Е¥ = (0,65- 0,95) Е. Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют определѐнный интерес горнотехнологические свойства,которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород. Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). В соответствии с этим остановимся лишь на тех из них, которые находят наиболее широкое применение в геомеханике. К их числу прежде всего следует отнести комплексный показатель свойств пород -коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (fкр = 20), к десятой - наиболее слабые плывучие породы (fкр == 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости - от 0,3 до 20. Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления. Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр = 1,15-1,20), наибольшую-хрупкие скальные породы (Кр = 1,30-1,40). С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01-1,15. Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения fo, который в отличие от коэффициента внутреннего трения tgr характеризует условие перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11-0,36. При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях. 4. Какова связь между скоростью упругих волн в горных породах и модулем Юнга? Модуль Юнга (E) икоэффициент Пуассона (Δ) полностью определяют упругие свойства таких тел. Для анизотропных сред при неизменной осевой нагрузке относительные удлинения ребер призмы будут зависеть от того, как была ориентирована ось призмы впороде, иными словами, упругие свойства зависят от направления внешних нагрузок. Изотропные тела можно также описать спомощью упругих констант Ламэ- модуля сжатия (λ) имодуля сдвига (µ). Эти модули однозначно связаны смодулем Юнга (Е) икоэффициентом Пуассона (Δ):  При всестороннем сжатии упругих тел, например, путем повышения давления жидкости, вкоторой расположен образец, объем тел уменьшается. Относительное изменение объема (ΔV/V) при этом линейно связано сдавлением:  Коэффициент (kc) называют модулем всестороннего сжатия. Для изотропных тел связь между kc, λ иμ имеет вид  В жидкостях игазах μ = 0 иkc = λ. Если упругие свойства тел не изменяются при переходе от точки кточке тела, то такие тела называют однородными. Впротивном случае тело называют неоднородным. Внеоднородных изотропных телах λ, μ иkcфункции координат. При деформации упругого тела под действием внешней нагрузки размеры тела изменяются, например, стержень сжимается. Если при снятии внешней нагрузки вся потенциальная энергия переходит вкинетическую, то тело называют идеально-упругим. Если же часть энергии уходит на необратимые процессы, например, превращается втепло, то тело называют вязко-упругим, неидеально-упругим. Способность тел деформироваться является причиной того, что напряжение от зоны действия внешней нагрузки распространяется на все области тела сконечной скоростью, определяемой упругими модулями иплотностью. Распространяющееся вупругом теле напряжение порождает деформации- перемещения частиц тела, которые можно измерить. Наблюдения за перемещением частиц тела позволяют экспериментально измерять скорости распространения упругих волн ивыявлять различия вфизических свойствах горных пород или их состоянии. 5. Опишите сущность электромагнитного способа разделки негабарита и возможность его применения на вашем предприятии. При использовании высокочастотной электромагнитной энергии возможны два способа разрушения негабарита - тепловым пробоем и неравномерным диэлектрическим нагревом. Способ теплового пробоя применим для разрушения полупроводящих пород, а способ неравномерного диэлектрического нагрева - для разрушения горных пород-диэлектриков. При тепловом пробое электрическая энергия подводится к породе путем прямого контакта двух стержневых электродов (рис. 14.3). Энергию к электродам от высокочастотного генератора подводят по кабелю. Между электродами происходит высокочастотный пробой собразованием токопроводящего канала /, в который от высокочастотного генератора, от сети тока промышленной частоты или в виде импульсного разряда конденсаторной батареи 2 можно направить энергию большой мощности (см. рис. 14.3). В горной породе возникают термоупругие напряжения, рост которых приводит к разрушению негабарита. Используя частоты 70-300 кГц, установкой мощностью 30- 100 кВт выполняют тепловой пробой железистых кварцитов при расстоянии между электродами до 2 м. Масса разрушаемых негабаритов до 40 т. Продолжительность теплового пробоя 10-60 с.  Рисунок 2- Электрическое разрушение негабарита токами промышленной частоты:1- твердое рабочее тело; 2- негабарит; 3 - термоупругие напряжения В промышленных условиях испытаны самоходные на автомобиле ЗИЛ150 установки ИГД им. А. А. Скочинского,которыев условиях карьера показали производительность 12- 15 м3/ч. Среднее время разрушения 1 т руды на габаритные куски составило 40-60 с. Расстояние между электродами 0,5-1,5 м. Некоторые монолитные куски руды под воздействием высокочастотной энергии только растрескиваются, и для разрушения на части требуется дополнительное механическое воздействие. Список литературыЛогвиненко, Н.В. Петрография осадочных пород / Н.В. Логвиненко, В.Н. Логвиненко. - Москва: Высшая школа, 2018. - 414 с. Кузнецов, В.Г. Литология.Осадочные горные породы и их изучение / В.Г. Кузнецов,Г.В.Кузнецов. - Москва: Недрабизнесцентр, 2019. - 512 с. Короновский, Н.В. Общая геология: учеб. пособие / Н.В. Короновский,В.Н. Короновский. - Москва: КДУ, 2018. - 528 с. Вахромеев, С.А. Месторождения полезныхископаемых, их классификация и условия образования: учеб. пособие / С.А. Вахромеев, А.С. Вахромеев.Изд.2 - Москва: Недра, 2018. -288 с. Колосова, Т.Е. Основы литологии / Т.Е. Колосова. - Минск: БГУ, 2019. Монин, А.С. История Земли / А.С. Монин,С.А. Монин. - Ленинград, 2017.- 288 с. Бондарев, В.П. Геология: Курс лекций/ В.П.Бондарев,П.В. Бондарев.- Москва: ФОРУМ: ИНФА, 2019, - 224 с. Основы теории литогенеза: в 3 т: Н.М. Страхов. - Москва: изд-во АН СССР, 2017. - 3 т. МильчукВ.С. Общая геология: учеб. пособие / В.С. Мильчук,М.С. Арабаджи. - Москва:Недра, 2018. -333 с. Короновский Н.В. Геология / Н.В. Короновский,Н.А. Ясаманов. - Москва: Академия, 2017. Аллисон А. Геология / А. Аллисон,Д. Палмер. -Москва, 2019. - 450 с. Шванов, В.Н. Систематика иклассификации осадочных пород и их аналогов / В.Н. Шванов, В.Т. Фролов, Э.И. Сергеева; - Санкт-Петербург: Недра,2018. - 352с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||