Физико-механические свойства горных пород

Известно более ста физико-механических параметров пород. Из­мерить такое количество их для всех видов и разновидностей пород нет необходимости. С целью анализа и классификации выделяется ограниченная группа параметров, являющаяся минимально необходи­мой и достаточной для характеристики породы как физического и гео­логического тела.

Сопротивление горных пород разрушению в процессе бурения наиболее полно характеризуется показателями механических и абра­зивных свойств пород: плотностью, объемной массой, прочностью на одноосное сжатие, твердостью и др.

Плотность горной породы рГ (кг/м3) - масса единицы объема твердой фазы минерала или породы:

 


                                                                                                                   (2.6)

 

     где m - масса образца породы в чистом и сухом виде, кг; V - объем пор и пустот в горной породе, м3; V2 - общий объем породы (объем твердого минерального скелета в данном объеме, м3.

Значение рТ некоторых пород приведены в табл.2.2.

Породы р-п кг/м3 Породы Рп кг/м*
Алевролиты 2650-2730 Кремень 2460-2750
Ангидриты 2300-2400 Мел 2560-2800
Аргиллиты 2600-2780 Мергели 2670-2730
Гипсы 2200-2300 Опоки 2100-2500
Глинистые сланцы 2800-3000 Пески 2640-2680
Глины 2620-2750 Песчаники 2600-2880
Доломиты 2750-2880 Соль каменная 2120-2220
Известняки 2700-2740    

Объемная масса горных пород рп (кг/м³ ) - масса единицы объема сухой породы при данной пористости в ее естественном состоянии (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Породы рп, кг/м3 Породы рп, кг/м3
Алевролит 2400-3200 Мергель 2370-2920
Ангидрит 2400-2900 Габбро 2750-3100
Андезит 2170-2680 Галит 2170
Аргиллит 2630-2900 Глина 1200-2400
Базальт 2220-2850 Гипс 2100-2500
ГранодиЬрит 2620-2780 Гранит 2550-2670
Диабаз 2620-2950 Монтмориллонит 2040-2520
Доломит 2550-3000 Мрамор 2680-2720
Известняк 2400-2900 Опока 1000-1600
Известняк   Перидотит 2000-2900
мраморизованный 2650-2680 Песчаник 2400-3200
Кварц 2650 Порфир кварцевый 2540-2660
Кварцит 2620-2650 Серпентинит 2480-3600
Конгломерат 2100-3000 Сиенит 2570-2650
Кремень 2520-2600 Сланец глинистый 2300-3000
Липарит 2140-2590 Сланец слюдистый 2600-2750
Магнетит 5170 Соль каменная 2100-2200

Прочность на одноосное сжатие σсж (МПа) — напряжение, при котором горная порода начинает разрушаться, существенно зависит от минералогического и петрографического составов породы. От величи­ны  σсж зависит энергия, расходуемая на разрушение породы.

Предел прочности на сжатие σсж (Н/см ) испытываемого образца вычисляется по формуле:

 

                             (2.6)

 

где F-площадь поперечного сечения образца перед испытанием, см2

Значение σсж (МПа) некоторых пород приведены ниже^

Весьма крепкие и вязкие кварциты................................................................ 294-490       294-490

Весьма крепкие и плотные базальты и мелкозернистые граниты...................235               235

Очень крепкие граниты, диабазы, диориты....................................................... ..216              216

Базальты, порфиры, амфиболиты, граниты........................................... .......... ..196              196

Гнейсы, сиениты, порфириты................................................................................ ..177               177

Песчаники, известняки, крепкие магнетиты, сланцы............................... ....118-137      118-137

Мраморы, доломиты, известняки, сидериты................................. ,…....... ...... 98                     98

Известняки, песчаники.............................................................................................. 78,5             78,5

Гипсы.............................................................................. ……………………..…….49                 49

Песчаные сланцы................................................................................................... ……………39                          39 39

Каменная соль............................................................................... ………. 20-40

Каменные угли................................................................................................. ……..20                   20

Прочность на скалывание (сдвиг) определяется методом одно­стороннего среза на приборе Гарановича. Прочность на скалывание σск (Н/см² ) определяется как:

 

                                                       (2.8)

 

где Fcр - площадь среза образца после испытания. Предел прочности на скалывание у большинства пород составляет от 6 до 10% предела прочности на сжатие. Поэтому желательно, чтобы породоразрушающий инструмент производил в основном скалывание породы.

Твердость породы рш (МПа). По методу вдавливания штампа ха­рактеризует локальную прочность породы при вдавливании в нее дру­гого более твердого тела. Влияет на величину внедрения в них режу­щих элементов долот.

Классификация горных пород по рш и σск предложенная JI.A. Шрейнером, приведена в табл. 2.4.


Таблица 2.4

Дата: 2019-02-19, просмотров: 171.