1. Общие сведения о горных породах

Горные породы - это природные агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела [1,2,3].

По происхождению горные породы делятся на 3 группы.

Магматические породы - образовавшиеся при застывании магмы. Эти породы являются первичными (гранит, сиенит, дунит, габбро, ба­зальт, диорит и др.).

Осадочные породы - породы, возникшие путем отложения (меха­нического, химического или органического) из воды или воздуха про­дуктов разрушения магматических или метаморфических пород (пес­чаники, известняки, доломиты, алевролиты, глинистые сланцы).

Метаморфические породы - породы, возникшие в результате пре­образования магматических и осадочных пород под воздействием вы­соких давлений, температур и горячих газо-водяных растворов (квар­цит, кристаллические сланцы, гнейсы, мрамор).

В зависимости от характера связей отдельных зерен различают сле­дующие типы пород:

• рыхлые породы - механические смеси различных минералов или зерен одного минерала, не связанных между собой (песок, гравий, га­лечник);

• связные - породы с водно-коллоидными связями отдельных час­тиц между собой (глины, суглинки, ил);

• твердые (скальные и полускальные) - породы с жесткой, упругой связью между отдельными частицами.

Большинство горных пород относится к твердым породам (кварци­ты, граниты, песчаники, базальты и др.).

Свойства горных пород в первую очередь зависят от их минераль­ного состава и строения. Содержание в породе различных минералов, выраженное в процентах, называется ее количественным минеральным составом. Под строением породы понимается их структура и текстура.

Структура - это аморфное или кристаллическое строение, форма, размер минеральных зерен и характер связей между ними (мелкозер­нистая, крупнозернистая, стекловатая, порфировая, обломочная).

Текстура - взаимное расположение в породе структурно однотип­ных частиц (массивная, пористая, слоистая).

Пример: Роговики относятся к классу силикаты. Плотные с ракови­стым изломом мелкозернистые породы серого, темно-зеленого, черно­го иногда розовато-серого цвета. Состоят в основном из кварца и слю­ды (биотита), часто присутствуют полевые шпаты, гранат, магнетит, изредка роговая обманка, пироксены и другие минералы. Текстура массивная иногда пятнистая. По характеру новообразованных минера­лов различают роговики биотитовые, амфиболовые и другие. Образу­ется при контактовом метаморфизме осадочных (песчано-глинистых) и магматических пород.

2. Определение плотностных свойств горной породы

Плотностные свойства обусловлены действием на породу гравита­ционного поля сил Земли (силы земного притяжения). К плотностиым свойствам относятся: плотность, объемная масса, удельный вес, объ­емный вес и пористость породы [1].

Плотность - масса единицы объема твердой фазы породы:

Ро ⁼ 77~> кг/м³, (2.1) У_т

где m - масса образца горной породы, кг;

Е = <?/£„, МПа, (5.1) 70

(0,5-(У,²/У„²) 77

0-(v,'/v_p>) ^{: (71)} 77

где G - вес образца горной породы, кН.

у*

Удельный вес породы и ее плотность связаны соотношением: _f

r_Q=gPo> (2-4)

где g - ускорение силы тяжести.

Объемный вес - вес единицы объема породы в ее естественном со­стоянии:

T~y.it П\ (2.5)

Под пористостью горной породы понимается суммарный относи­тельный объем содержащихся в ней пустот (пор).

Я = 1——

Общая пористость является расчетной характеристикой, величина которой устанавливается исходя из значений плотности породы и объ­емной массы по формуле:

х100, (2.6)

V PoJ

где П - общая пористость горной породы, выраженная в процентах.

Определение плотностных свойств, следует начинать с определения объемной массы горной породы.

Для определения объемной массы чаще всего применяются 2 метода:

1. метод гидростатического взвешивания;

2. определение объемной массы породы на образцах правильной геометрической формы.

Метод гидростатического взвешивания. Метод основан на опре­делении объема образца горной породы по весу вытесненной им жид­кости. Для проведения опыта из пробы горной породы отбираются 5-6 образцов произвольной формы весом от 20 до 40 г [2].

Отобранный образец взвешивается (G) и опускается на 1-2 секунды в сосуд с расплавленным парафином. После парафинирования образец взвешивается вторично (Gi). Затем его погружают в сосуд с дистилли­рованной водой и образец взвешивается в третий раз (G2).

По результатам опыта объемная масса вычисляется по формуле:

ОРЖ (2.7)

p,(G_t-G₂)-pAG,-G)'

где р - объемная масса, кг/м³;

р_п - плотность парафина, г/м³)

р_в - плотность дистиллированной воды кг/м³.

Определение объемной массы породы на образцах правильной геометрической формы. Масса образца (ш) определяется взвешива­нием его на весах, а объем (V) - непосредственным измерением ли­нейных размеров [2].

Величина объемной массы для образцов цилиндрической формы рассчитывается по формуле:

р = 1Д74-^_г,1сг/л1³, (2.8)

па

где m - масса образца, кг;

h - высота образца, м;

d - диаметр образца, м.

Плотность породы определяется пикнометрическим методом. Метод основан на изменении веса пикнометра, наполненного жидкостью, при замене части этой жидкости навеской мелко-раздробленной породы.

Определение плотности породы производится в следующей после­довательности:

• взвешивается пустой (G) и заполненный до метки дистиллиро­ванной водой пикнометр (GO;

• отбираются и тонко измельчаются до 0,5 мм 5-6 образцов горной породы массой от 20 до 40 г;

• в сухой пикнометр помещается измельченный образец и снова взвешивается (G2);

• пикнометр с породой заполняется до метки водой и вновь взве­шивается (G3).

Плотность породы вычисляется по формуле:

₌ (G₂-G)P.— ,

где р_в - плотность воды, кг/м³.

Результаты вычислений заносятся в таблицу 1.

J

Таблица .1

Плотностные свойства горной породы // /

№	Наименование	Числовые	Единицы	Числовые	Елшицы
п.п.	параметров	значения	измерения	значения	измерения
1	Объемный вес		г/см3		кН/м3
2	Удельный вес		г/см3		кН/м3
3	Объемная масса	—	—		кг/м3
4	Плотность	—	—		кг/м3