Механические и тепло-физические свойства горных пород

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




    Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений
    Реферат
    по дисциплине «Основы нефтегазового дела»
    
    Тема: Механические и тепло-физические свойства горных пород
    
Автор: студент группы НД – 15 – 2                ______________ /Похилец Ю.М./
                      (подпись)                           (Ф.И.О.)
Дата: _________________

Проверил

Руководитель работы: ассистент                   _____________ /Шангараева Л.А./
                                           (подпись)




Санкт-Петербург

2016 г.
Содержание


Введение………………………………………………………………………………………..3
1. Механические свойства горных пород…………………………………………………….4
2. Теплофизические свойства горных пород………………………………………………..13
Заключение…………………………………………………………………………………….17
Список литературы……………………………………………………………………………18





























Введение

      Вопросы  изучения  свойств  горных  пород  в  теоретическом  и  экспериментальном  плане сегодня  по-прежнему  актуальны.  Исследование  свойств  горных  пород  проводится  по  пути достижения  физических  закономерностей  деформирования  и  разрушения  с  привлечением параметров  трещин,  акустических  и  теплофизических  характеристик,  а  также  давления, исходящего  от  динамического  или  статического  воздействия  в  режиме  разнопеременных температур среды. 	Физические  процессы  горного  производства,  как  объект  научного  изучения,  решают общие  проблемы,  среди  которых  эффективность  добычи  и  сохранность  откосов  при круглогодичной  эксплуатации  карьеров.  Одним  из  наиболее  перспективных  направлений науки и практики совершенствования процесса разрушения является направленное изменение свойств и состояния горных пород. 		Свойства горных пород зависят от происхождения (магматические, осадочные, метаморфические) и от геологических процессов, происходящих после их образования.	Физико-механические свойства горных пород сочетают физические и механические свойства, влияющие на процесс их разрушения. Физические свойства горных пород характеризует их физическое состояние.						Сюда относятся: степень связности, пористость, плотность, удельный вес, структура, текстура, зернистость.								Устойчивость пород оценивается на основе данных о распределении напряжений по его массиву. Особый интерес представляет вопрос о влиянии физико-механических свойств пород на устойчивость массива, что можно считать частью проблемы управления массивом путем изменения их физико-механических свойств. 				Знание теплофизических свойств в режиме разнопеременных температур среды важно в нескольких  аспектах.  Теплофизические  свойства  чутко  реагируют  на  изменение  состава, строение  и  состояние  охлажденных  пород  и  тесно  связаны  с  рядом  физико-механических характеристик,  изучение  которых  позволит  более  детально  понять  протекание  процессов  в различных температурных режимах. 
      
      
      

	



	1. Механические свойства горных пород 

      Механические свойства горных пород является разновидностью физических свойств и проявляются только под действием механических сил. Они выражаются в способности горных пород сопротивляться деформированию и разрушению. Сюда относят: прочность, динамическую прочность, упругость, твердость, хрупкость, пластичность, абразивность и тому подобное.
      Изучение физико-механических свойств горных пород необходимо для:
- Выбора способа бурения и типа породоразрушающего инструмента;
- Разработки рациональной технологии бурении и крепления стенок скважины;
- Расширение геологической изученности района работ и тому подобное.
      Особое внимание уделяется изучению физико-механических свойств керна из опорных скважин, так как результаты этих исследований используются при составлении проекта бурения скважин в этом районе [9].
      Плотность. Плотностью горной породы называется масса единицы объема ее твердой фазы (т.е. при нулевой пористости). Она зависит от плотностей породообразующих минералов, цементирующих веществ и соотношение между содержанием минералов и цемента. Плотность породообразующих минералов колеблется в диапазоне от 1850 кг/м3 (алофан) до 5200 кг/м3 (магнетит). Плотность горных пород немного меньше плотности породообразующих минералов. Плотность осадочных пород изменяется от 2100 до 2900 кг/м3 (для самых распространенных пород - 2400-2700 кг/м3).
      Объемная масса. Объемной массой называется масса единицы объема породы в ее естественном состоянии (с порами, трещинами и их содержимым). Объемная масса пористых пород всегда меньше их плотности и эта разница увеличивается с увеличением пористости. С увеличением глубины залеганию породы объемная масса породы увеличивается в связи с уменьшением пористости и увеличением плотности флюидов, находящихся в порах и трещинах. Объемная масса большинства горных пород находится в пределах от 1500 до 3500 кг / м3, а объемная масса осадочных пород составляет 1800-2500 кг / м3.
      Прочность. Прочность характеризует такое напряжение, при котором горная порода начинает разрушаться. На прочность влияют природные и технические факторы.
      К природным факторам относятся:
      Минералогический состав. Прочным породообразующим минералом является кварц, прочность которого при одноосном сжатии превышает 500 МПа. Прочность железо-магнезиальных силикатов и алюмосиликатов равна 200-500 МПа, а кальцита - 10-20 МПа. Поэтому прочность породы растет с увеличением содержания кварца.
      Размер и форма зерен кристаллов, образующих породу. Порода, состоящая из зерен прочных минералов меньшего размера и более угловатой формы, имеет наибольшую прочность. Например, прочность при сжатии тонкозернистого аркозы и мелкозернистого известняка в 2-2,5 раза больше прочности крупнозернистых разновидностей этих пород
Прочность анизотропных горных пород зависит от направления действия силы. Прочность при сжатии пород перпендикулярно слоистости или сланцеватости, как правило, больше от прочности вдоль слоистости. Среди осадочных пород наибольшую прочность имеют породы с кремнеземистым цементом. Прочность породы зависит не только от прочности минералов, но и от прочности связи на межкристаллитных границах, разделяющих минеральные зерна. При наличии глинистого цемента прочность породы резко уменьшается [6]. Прочность одноименных горных пород увеличивается с уменьшением пористости, так как при этом увеличивается количество контактов минеральных частиц и силы взаимосвязи между ними. Например, прочность на сжатие известняков при увеличении объемной массы с 1550 до 2700 кг / м3, обусловленной уменьшением пористости, растет с 5 до 180 МПа.
	Глубина залеганию и степень метаморфизации. Так, прочность глин, залегающей в дневной поверхности земли, равна 2-10 МПа, а прочность тех же глинистых пород, залегающей на больших глубинах и подвергшихся начальной стадии метаморфизма под действием температуры и высокого давления может достигать 50-100 МПа.
      Пластовая температура. С повышением температуры прочность глинистых пород увеличивается вследствие спекания или метоморфизации. Укрепление при повышении температуры до 600-800С наблюдается в плотных мелкозернистых породах, объясняется уменьшением естественной микротрещиноватости и увеличением контактной площади между минеральными зернами. Прочность хемогенных пород с увеличением температуры уменьшается, а их пластические свойства усиливаются. Прочность горных пород уменьшается с увеличением влажности [8].
      К техническим факторам относятся:
      Вид деформации. Горные породы оказывают наибольшее сопротивление разрушению при сжатии. Прочность осадочных пород при других видах деформации меньше. Так, прочность при растяжении составляет от 2 до 18%, при сдвиге - от 5 до 20%, при изгибе - от 5 до 60% прочности при одноосном сжатии. Это объясняется хрупкостью большинства пород, наличием большого количества локальных дефектов и неоднородностей в них, уменьшением сил сцепления по мере удаления зерен породы друг от друга при растяжении.
      Масштабный фактор. Прочность зерен минералов закономерно уменьшается с увеличением линейных размеров. Масштабный фактор влияет на прочность горных пород в меньшей степени, чем на прочность минералов. Это объясняется тем, что прочность горной породы зависит не только от прочности минеральных зерен, но и от механических свойств цемента, который заполняет межкристаллитными пространство.
      Продолжительность действия нагрузки. Разрушение горной породы может наступить и при напряжениях меньших, чем предельная прочность, если эти напряжения действуют длительное время.
      Прочностью называется способность пород сопротивляться разрушению при сжатии, скалывании, растяжении и других видах деформации. Прочность пород зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах [1].
      Классификация горных пород по коэффициенту прочности разработана М.М. Протодьяконовым и широко применяется в геологоразведочной делу и горном.
      Прочность пород на скалывание и разрыв значительно меньше, чем на сжатие.
Предел прочности породы на скалывание равен 0,2-0,08; на растяжение -0,07-0,04 от предела прочности на сжатие. Например, нефелиновый Гороблагодатського месторождения обладает следующими свойствами: ?ст = 215 МПа, ?ск = 22 МПа, ?розт = 14,3 МПа. Очевидно, что горные породы легче разрушать скалыванием, чем смятием или раздавливанием.
      Прочность породы на сжатие и скалывание в забое скважины значительно выше, чем у образца. Поэтому при бурении важно, чтобы на забое образовывались дополнительные плоскости обнажения в виде уступов и борозд.
Сопротивление пород разрушению при динамических нагрузках существенно отличается от сопротивления при статическом воздействии. Это нужно иметь в виду, используя способы бурения, в которых преобладает динамическое воздействие на породу.
      Проницаемость характеризует способность породы пропускать через себя под действием градиента давления жидкости, газы или газожидкостной смеси. Почти все осадочные породы содержат определенное количество соединенных между собой пор, и они способны пропускать через себя жидкости и газы. Породы, у которых есть только закрытые и субкапилярни времени, оказывают слишком большое сопротивление движению жидкостей (газов), и поэтому их считают практически непроницаемыми. Проницаемость осадочных пород с увеличением величины всестороннего сжатия уменьшается заметнее, чем пористость. Это связано не только с уменьшением пористости, но в значительной степени с сокращением площади сечения надкапилярних поровых каналов и превращением части их в капиллярные или замкнутые поры.
      Упругость. Упругость - свойство пород менять свою форму и объем под действием внешней нагрузки и восстанавливать первоначальное состояние после устранения влияния. Большинство породообразующих минералов являются телами упруго-хрупкими, то есть они подчиняются закону Гука и разрушаются, когда напряжение досмягае предела упругости. Горные породы по характеру зависимости деформации от напряжений при статической нагрузке можно условно разделить на три группы:
      1. Пружнокрихкие, которые подчиняются закону Гука;
      2. Пружнопластические, разрушению которых предшествует пластическая деформация;
      3. Высокопластичные и очень пористые породы, упругая деформация которых незначительна или практически равна нулю. 
      Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (Е) и коэффициентом Пуассона (m).
      Модулем упругости называется коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением в породе и соответствующей ему относительной деформацией.
      Модуль упругости для большинства горных пород колеблется от 0,03х104 к 1,7х105 МПа. Его величина зависит от минералогического состава, пористости породы, а также от вида деформации и величины приложенной нагрузки.
С увеличением пористости модуль упругости горных пород уменьшается. При растяжении модуль упругости уменьшается с увеличением нагрузки, при сжатии - наоборот. Модуль упругости большинства осадочных горных пород меньше модуля упругости соответствующих породообразующих минералов [4].
      На модуль упругости горных пород влияет и их текстура. Как правило, в породах с явно выраженной слоистостью или сланцюватистю модуль упругости в направлении слоистости больше, чем в направлении, перпендикулярном слоистости, а иногда наблюдается и обратное явление.
      Коэффициент Пуассона - это коэффициент пропорциональности между относительными поперечными и продольными деформациями. Для большинства осадочных пород и минералов находится в пределах 0.1-0.4, и только для некоторых высокопластичную пород достигает 0,45-0,5 (каменная соль, бишофит, карналлит, высокопластичные и очень увлажненные глины), а для кварца он аномально низкий (около 0,07), что обусловлено особенностями строения его кристаллической решетки. С увеличением пористости коэффициент Пуассона в одних породах увеличивается, а в других уменьшается. Коэффициент Пуассона и модуль упругости при сжатии всегда больше, чем при растяжении.
      Пластичность. Пластичность - свойство пород необратимо деформироваться под действием внешних сил или внутренних напряжений, то есть испытывать пластическую (остаточную) деформацию без нарушений сплошности материала. 
      Разрушению многих осадочных горных пород предшествует пластическая деформация. Она начинается как только напряжение в породе превышают предел упругости, и развивается одновременно с укреплением породы. Пластичность зависит от минерального состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других хрупких минералов [7]. Пластические свойства пород растут с увеличением всестороннего давления. Так, многие породы, которые при атмосферном давлении хрупко разрушаются, становятся пластичными с увеличением величины всестороннего сжатия. Предел текучести большинства горных пород с ростом величины всестороннего сжатия увеличивается.
      Пластические свойства пород с увеличением температуры и влажности растут. Влияние влажности особенно заметно сказывается на пластичности глинистых и хемогенных пород.
      Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении, обычно при длительном воздействии нагрузки на породу, даже если напряжение не превышают пределы пропорциональности. В значительной ползучестью отмечают глины, глинистые сланцы, некоторые разновидности известняков и хемогенных пород. Ползучесть усиливается при увеличении влажности пород.
      Твердость. Твердость характеризует локальную прочность породы при выдавливании в нее другого, более твердого тела, величина которой существенно зависит от способа измерения.											Твердость - сопротивление породы вдавливанию в него другого более твердого тела (индентора), упругой деформацией которого можно пренебречь. Бурение сопровождается углублением в породу рабочих элементов породоразрушающего инструмента (твердосплавных резцов, алмазных зерен). Поэтому показатель твердости непосредственно влияет на скорость бурения и характеризует породу лучше прочность.
Существует много методов оценки твердости горных пород, основанных на вдавливании в породу наконечников, царапании, стирании и резке породы. По распространенным методом Л.А. Шрейнер, твердость пород определяют путем вдавливания в отшлифованную поверхность образца породы штампа с гладким торцом площадью 1 мм2 (для твердых пород) и 5 ??мм2 (для пород малой жесткости).				Граница усталости (выносливости). Это то наибольшее напряжение, при котором тело не разрушается при любом количестве циклов нагружения. Если образец породы нагружать циклически, он может разрушиться даже в том случае, если напряжение все время были меньше его прочность. Чем больше амплитуда изменения напряжений, тем меньше циклов нагрузки нужно для разрушения породы. Наоборот, при достаточно малой амплитуде изменения напряжений порода не разрушается даже после очень большого количества циклов нагрузки. Предел усталости осадочных пород во много раз меньше прочности при статической нагрузке.				Сжимаемость. При равномерном сжатии объем образца будет уменьшаться как в результате сокращений объема пор, так и в результате уменьшения объема твердой фазы породы. Коэффициент объемного сжатия существенно зависит от литолого-петрографического состава, пористости и упругих свойств породы, величины всестороннего сжатия. Он уменьшается при увеличении величины всестороннего сжатия, а также пористости породы. Коэффициент объемного сжатия высокопрочных, практически беспористых пород, примерно на два порядка меньше аналогичного коэффициента пород со средним и большой пористостью. Это объясняется тем, что уменьшение объема твердой фазы породы при всестороннем сжатии во много раз меньше, чем уменьшение объема пор.										Хрупкость - свойство пород разрушаться без заметной пластической деформации.	Абразивность - способность горной породы изнашивать при трении инструмент, ее разрушает (резцы буровых коронок и долот).						Абразивность является одной из важнейших свойств пород, определяющих выбор породоразрушающего инструмента и режим бурения. При бурении абразивных пород сокращается время работы инструмента на забое. Абразивность горных пород в значительной степени зависит от твердости породообразующий минералов. Повышенную абразивность имеют породы, состоящие из зерен очень твердых минералов, связанных менее твердым цементом. Для оценки абразивности предложено много способов, за основу в них принят один принцип - стирание эталонного предмета.					Трещиноватость горных пород также является свойством, что обязательно учитывается при выборе породоразрушающего инструмента и режима бурения.		Удельная кускуватость - это количество кусков породы, на которые разделяется трещинами один метр керна.								Показатель трещиноватости - это количество трещин на забое скважины (в торце керна), пересекающих резец коронки за один оборот бурового снаряда. В трещиноватых породах при пересечении резцом трещин возникают удары, приводящие к поломке резцов. Поэтому приходится снижать параметры режима бурения [5].				Рекомендуется также использовать еще одну характеристику степени трещиноватости пород - отношение средней длины куска керна к диаметру керна. Для 1-2 групп эта величина больше 2,5; для 3 - 0,6-2,5; для 4-5 - менее 0,6.
Если сильнотрищинуватой породой является полезное ископаемое, то для получения качественных проб при бурении приходится применять специальные колонку снаряды.
От трещиноватости пород зависит и поглощения промывочной жидкости. Здесь важна величина раскрытия трещин. При раскрытии трещин до 3 мм возникают частичные поглощения, более 3 - полные, более 10 - катастрофические. 						Буримость - это величина углубления забоя скважины за единицу времени, в течение которого к породоразрушающего инструмента приложены внешние нагрузки. Буримисть адекватная механической скорости бурения. Буримисть зависит от применяемого способа разрушения и свойств розбурюваних пород; износостойкости породоразрушающего инструмента; техники и технологии буровых работ; их организации; а также от квалификации обслуживающего персонала. Даже при бурении тех же пород буримисть меняется во времени, что связано с абразивным износом породоразрушающего инструмента. Чем тверже и прочнее породы, тем меньше их буримисть. В свою очередь, эти свойства пород зависят от их минерального состава, пористости, структуры, текстуры и т.п.								В зависимости от применяемого способа бурения разработаны различные классификации горных пород по буримистю. Их основой является неизменность физико-механических свойств горных пород и сменяемость шкалы буримости (скорости бурения) по мере совершенствования техники и технологии проходки скважин. Согласно этому принципу горные породы, имеющие одинаковую буримисть, объединяются в одну группу (категорию). Количество категорий зависит от способа проходки скважины.		Для объективной оценки разработан метод контрольного определения пород по буримистю для вращательного бурения (ГСТ 41-89-74), в основу которого положены объективные сведения о физико-механические свойства розбурюваних пород. Нормирование горных пород проводится по Единой классификации горных пород по буримистю. Согласно ей все горные породы разделены на 20 категорий в зависимости от продолжительности времени чистого бурения 1 м шпура. При определении категории породы по буримистю фиксируется самая маленькая и самая продолжительность бурения, после чего рассчитывается среднее значение, по которому и устанавливается категория породы.										Классификации пород по буримисти необходимые в качестве критериев при планировании, финансировании и проектировании буровых работ, при нормировании труда работников геологоразведочных организаций [2].
      Устойчивость - способность горных пород не обрушиваться при обнажении их в массиве буровыми скважинами или горными выработками. В неустойчивых породах нужно закреплять скважину или выработки и, кроме того, принимать меры к сохранению керна, разрушается. Устойчивость горных пород зависит от характера связей между частицами, которые их составляют, прочностных показателей пород, трещиноватости, выветрелости и в некоторых случаях - от многоводии. В связи с этим классификации устойчивости носят несколько условный характер. Так, при бурении скважин все горные породы разделяют на четыре группы.
      Пористость - характеризуется наличием в породе пустот и усложняет процесс бурения. Времени могут образоваться за счет растрескивания породы. Водно-коллоидные свойства пород (влажность, влагоемкость, водопроницаемость, набухание, размоканию, растворимость, пливучисть) определяют устойчивость стенок скважины и характер взаимодействия пород с промывочной жидкостью.
      В частности, водопроницаемость - свойство породы пропускать сквозь себя воду.
      Водопроницаемость - одна из основных характеристик, от которой зависит степень поглощения промывочной жидкости при бурении. При сооружении водозаборной скважины от коэффициента фильтрации пород водоносного горизонта зависит выбор метода его раскрытия и конструкции водоприемной части.
      В рыхлых породах вода фильтруется в горную выработку, в более плотных - попадает в нее через открытые, соединенные между собой поры и трещины. Количество воды, поступающей в выработки, также характеризует породы.
      Плотность - отношение абсолютно сухой массы породы к общему объему твердой части породы. От величины плотности зависят условия транспортировки разрушенной породы на поверхность.
      Взрывчатость - способность пород разрушаться под действием внешних усилий при взрыве зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Она характеризуется удельным расходом ВР, то есть количеством ВВ, которая необходима для отбоя 1 м3 породы от массива, или количеством метров шпуров, в которых может быть расположена необходимая для отбоя и измельчения 1 м3 породы количество ВВ.
      Розпушуваность - свойство горных пород в разрыхленной состоянии занимать больший объем чем в массиве. Это свойство характеризуется коэффициентом розпушуваности, который показывает, во сколько раз объем взорванной породы больше, чем начальный ее объем в массиве. Розпушуванисть породы зависит от ее прочности, вязкости, трещиноватости и других факторов. Практикой горнорудных и геологоразведочных предприятий установлено, что, чем больше прочность горных пород, тем выше коэффициент розпушуваности R0.
      Заканчивая обзор физико-механических свойств горных пород, необходимо остановиться на их анизотропии. Анизотропными называются породы, свойства которых в разных направлениях различны.
      Механические свойства многих пород связаны с их текстурой. Для осадочных пород характерна напластованными текстура, для метаморфических - сланцеватой, причем свойства породы в направлении, параллельном плоскостям наслоения или сланцеватости и Кливажа, отличные от тех же свойств в перпендикулярном направлении. В анизотропных пород минимальная твердость, а следовательно, и максимальная буримисть наблюдаются в направлении, перпендикулярном напластованию. Отношение большей твердости в меньшей называется степенью анизотропности. Магматические породы также могут быть анизотропными, если имеют текстуру, которая характеризуется ориентированным расположением кристаллов породообразующий минералов [10].
      Анизотропные породы при пересечении их скважиной под углом к ??плоскости напластования или сланцеватости на забое разрушаются неравномерно, что приводит к искажению оси скважины. Разрушение горных пород при бурении возможно двумя методами: механическим воздействием на породу с помощью породоразрушающего инструмента и физическими способами. В настоящее время бурение скважин осуществляется в основном породоразрушающего инструментами. Физические способы находятся в стадии изучения и экспериментирования или применяются в ограниченных объемах.
      На забое при воздействии породоразрушающего инструментами характер разрушения породы может быть объемный, поверхностный и усталостный.
      При объемном разрушении в точках контакта инструмента с породой возникают напряжения, превышающих твердость породы на вдавливания
      При поверхностном разрушении резцы инструменту не вдавливаются в породу. Этот вид разрушения неэффективен, так как разрушение породы происходит только путем стирания инструмента о породу за счет сил трения.
      Поверхностное разрушение связано либо с недостаточным осевой нагрузкой, или с увеличением площади контакта с счет износа (затупления) режущих элементов инструмента. Разрушение от усталости породы занимает промежуточное место между объемным и поверхностным и возникает в породе при условиях, аналогичных поверхностном разрушению. За счет многократного силового воздействия инструмента в породе развивается система трещин, поэтому твердость ее снижается и периодически на забое возникают условия для объемного разрушения.
      Процесс бурения необходимо осуществлять при объемном разрушении породы и извлекать инструмент для замены в начале стадии разрушения от усталости. Эффективность разрушения пород того же петрографического состава снижается с глубиной скважин. Это происходит за счет уплотнения пород от давления пластов, залегающих выше. Кроме того, в скважинах, заполненных водой или промывочной жидкости, на породу действует гидростатическое давление, негативно влияет на скорость бурения.

	2. Теплофизические свойства горных пород

	Теплофизические параметры горных пород - удельная теплопроводность, температуропроводность, удельный теплоемкость, коэффициенты линейного и объемного расширения, теплоотдача, плавность, испаряемость. Играют большую роль при термических и электрофизических способах разрушения.
	Основные термические коэффициенты - теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости - связаны между собой уравнением:
	а = ?/с?

      где а - коэффициент температуропроводности, м2/с; ? - коеэффициент теплопроводности, Дж / (с ? К ? м), с - удельная теплоемкость материала, Дж / (кг ? К); ?- плотность материала, кг / м3.	
      Горные породы и угля по своим тепловыми свойствами приближаются к утеплителей и представляют собой неоднородные тела, состоящие из твердых ингредиентов, жидкостных слоев и воздушных ячеек. Коэффициент теплопроводности таких материалов является условной величиной и иногда называется видимым коэффициентом теплопроводности.								Для угля разной степени метаморфизма в интервале температур от 20 до 100 ° С существует линейная зависимость ? от температуры, температурный коэффициент ? = 0,002 град-1. Рост коэффициента температуропроводности угля в интервале температур 0-200 ° С незначительное, так как одновременно с увеличением теплопроводности растет и теплоемкость угля. Увеличение коэффициента температуропроводности после 250-300 ° С объясняется одновременным влиянием увеличения коэффициента теплопроводности, уменьшением теплоемкости и плотности вследствие увеличения пористости в процессе выделения летучих.
      Наименьшие значения теплопроводности и температуропроводности в ряде метаморфизма имеют жирный и коксующийся уголь. Значение ? и а увеличиваются при переходе к газовому углю, с одной стороны, к постного угля и антрацитов - с другой. Температуропроводность угля меняется в ряде метаморфизма в значительно меньшей степени, чем теплопроводность. Температуропроводность угля уменьшается с ростом насыпного веса.
      При нормальных температурах теплопроводность угля изменяется от 0,10 до 0,13 Дж / (м ? с ? град.), А температуропроводность от 10-4 до 1,8х10-4 м2 / с.
      Таким образом, температурный коэффициент для угля положительный, а рост ? с увеличением температуры происходит или по линейному или, при повышенных температурах, по квадратичному закону. Увеличение коэффициента теплопроводности угля и горючих сланцев с ростом температуры объясняется в значительной степени сильным влиянием лучевого теплообмена и конвекции между поверхностями пор топлива через газовые ячейки, которые разделяют.
      Тепловые свойства горных пород - свойства, определяющие термодинамическое состояние и тепловые процессы, протекающие в горных породах. К тепловых свойств горных пород относятся теплопроводность, теплоемкость, термостойкость и др. Для расчета тепловых процессов необходимо знать температуры плавления, кипения и разложения породы, а также удельную теплоту плавления и испарения.	Теплопроводность горных пород (ТГП) - свойство горных пород передавать тепло от более нагретых участков к менее нагретым. Теплопроводность горных пород вычисляют по формуле Фурье:
? = Q/(dT/dh)st,
      где Q - количество тепла, которое прошло через слой породы dh за время t при разнице температур dT на предельных поверхностях слоя породы; s - поверхность слоя породы, через которую проходит поток тепла).
      Горные породы, как правило, являются плохими проводниками тепла и имеют малое значение теплопроводности горных пород. Наибольшую теплопроводность горных пород имеет серебро (? = 310 Вт / м х град), наименьшую - бурый уголь (0,25). В плотных низкопористых нерудных породах коэффициент теплопроводности горных пород увеличивается с ростом содержания в них кварца. Несколько повышенную теплоповодность имеют гидрохимические осадки (каменная соль, сильвин, ангидрит), а низкую - каменный уголь и асбест. В чистых монокристаллов теплопроводность наибольшая, а при переходе ло поликристаллов она падает. Теплопроводность кристаллических тел выше, чем аморфных. Теплопроводность горных пород уменьшается пропорционально размеру зерен пород, а для слоистых пород зависит от направления теплового потока - вдоль слоистости она всегда больше, а отношение между теплопроводность горных пород параллельно и перпендикулярно слоя, как правило, составляет 1,1-1,5 (в слюды - 6, в графита - 2 и более). Теплопроводность сухих пористых пород всегда ниже непористых. Например, теплороводность песка в 6-7 меньше теплопроводности плотного песчаника. Большую роль играет форма пор в породе. Теплопроводность горных пород с удлиненными порами значительно меньше в направлении наибольшего размера пор (так теплопроводность газов, которыми наполнены времени, низкая). Увлажнения пористых пород ведет к увеличению их теплопроводности, однако так как иеплопроводность воды ниже теплопроводности сухих пород, то теплопроводность для сильнопористих материалов никогда не достигает теплопроводности горных пород малопористых. Теплопроводность насыщенной водой глины в 6-8 раз больше, чем теплопроводности сухой. Повышение температуры почти всех кристаллических минералов и пород ведет к снижению их теплопроводности, а теплопроводности аморфных и прихованокристаличних минералов и пород при этом увеличивается. Снижение температуры влажных пород ниже 0оС приводит к замерзанию воды и резкого повышения теплопроводности пород. Под действием давления теплопроводность пористых пород повышается, непористых - меняется незначительно. Коэффициент теплопроводности для угля растет с повышением температуры по линейному закону, а при значительных температурах - по квадратичному. Теплопроводность угля растет также с повышением содержания в нем минеральных веществ.
      Теплоемкость горных пород - свойство горных пород аккумулировать тепло. Теплоемкость пород зависит от их минералогического состава и не зависит от строения, структуры и дисперсного состояния минералов.						Теплоемкость материала определяется количеством тепла, необходимого для поднятия температуры 1 г данного тела с t1 до t2. Она характеризуется удельной теплоемкостью тела. Если количество тепла q, необходимая для нагрева тела от t1 до t2 не зависит от температуры, то величина постоянная. Однако в большинстве случаев q зависит от температуры [3].									Удельная теплоемкость горных пород (количество энергии, которая необходима для повышения температуры породы на 1оС) растет со снижением их плотности в пределах 0,4-2 кДж / (кг К). Теплоемкость плотной породы зависит от ее минерального состава и может быть рассчитана по формуле арифметического средневзвешенного. Теплонмкость рудных минералов ниже чем в нерудных. С повышением температуры теплоемкость плотных пород, как правило, увеличивается, в отдельных случаях наблюдается максимум теплоемкости при определенных температурах (для каменного угля максимум теплоемкости имеет место при 200-400оС). Теплоемкость пород и минералов резко меняется у точек фазовых переходов. С увеличением влажности теплоемкость пород также растет. Наибольшую теплоемкость при нормальных условиях имеет вода: С = 4,18 Дж / г град. Из твердых минералов наибольшее теплоемкость имеет каменный уголь (1,29) наименьшую - золото (0,13) и диабаз (0,17). Значина теплоемкости горных пород, которые составляют продуктивные пласты нефтяных и газовых месторождений, во многих случаях находится в пределах 1,5х10-3 х103 кДж / (м3 К).	Термостойкость горных пород - свойство горных пород сохранять прочность при высокой температуре. Снижение прочности породы при нагревании происходит вследствие прорастания трещин в породе под влиянием растягивающих напряжений, возникающих при расширении нагретого объема породы. Величину тромостийкости оценивают показателем термобуримости (П): П = ?Е / ?Ск, где ? - коэф. линейного теплового расширения, Е - модуль Юнга, ? - предел прочности при растяжении, С - удельная теплоемкость, к - коэф. пластичности породы. В мономинеральные горных породах снижение прочности происходит только при неравномерном нагревании, а в полиминеральных - при любом способе нагрева, поэтому последние сравнительно менее термостойкие. Наибольшую термостойкость имеют породы основного состава: перидотит, габбро (0,01), диабаз (0,011), из минералов - графит (0,002) и антрацит (0,005).






















Заключение

      В работе рассмотрено основные физико-механические свойства горных пород, определены основные термины и понятия пород по этим свойствам и методики их определения; приве.......................