Основными характеристиками горных пород являются модуль продольной упругости (модуль Юнга) Е, коэффициент Пуассона μ и коэффициент пластичности k. Упругие и пластические свойства горных пород существенно влияют на процесс их разрушения. Модуль продольной упругости характеризует упругие свойства пород. Чем выше значение модуля продольной упругости породы, тем больше сопротивление разрушению она оказывает в процессе бурения и тем лучше она разрушается ударными нагрузками; породы с повышенной пластичностью разбуриваются труднее хрупких.
Для практических целей модуль упругости и коэффициент пластичности можно определять приближенно, пользуясь графиком деформации при вдавливании жесткого штампа в породу (по методу Л.А. Шрейнера). Модуль продольной упругости (в Па) вычисляется по формуле
Е=Р(l-μ2)/dш·ε (1.13)
где Р - нагрузка для какой-либо точки экспериментальной кривой, соответствующая упругой деформации, Н; μ - коэффициент Пуассона; dш- диаметр опорной поверхности штампа, м; ε- упругая деформация горной породы при данной нагрузке, м.
Коэффициент пластичности k принимают равным отношению общей работы, затраченной для разрушения породы под штампом, к работе упругих деформаций. Коэффициент k для некоторых горных пород приведен ниже.
|
Глины |
0,5-0,9 |
|
Известняки |
1,5-7,0 |
|
Ангидриты |
2,9-4,3 |
|
Доломиты |
1,5-6,0 |
|
Кремни |
1,0-2,0 |
|
Песчаники и алевролиты |
1,3-4,3 |
|
Модуль продольной упругости (в 10-10 Па) | |
|
Глина |
0,03 |
|
Глинистые сланцы |
1,5-2,5 |
|
Песчаники |
3,3-7,8 |
|
Известняки |
1,3-8,5 |
|
Мрамор |
3,9-9,2 |
|
Доломиты |
2,1-16,5 |
|
Граниты |
<6,0 |
|
Базальты |
<9,7 |
|
Кварциты |
7,5-10,0 |
Коэффициент Пуассона μ характеризует отношение относительной поперечной деформации ε1, к относительной продольной деформации ε при растяжении или сжатии
(1.14)
Знание величины μ необходимо при определении модуля продольной упругости по формуле (1.10) и вычисления горизонтального сжимающего горного давления.
Значения μ для некоторых пород приводятся ниже:
|
песчаник кварцевый |
0,09 |
гравии |
0,26-0,29 |
|
песчаник аркозовый |
0,13 |
известняк |
0,28-0,33 |
|
глинистые сланцы |
0,10-0,20 |
песчаник |
0,30-0,35 |
|
уголь |
0,14-0,16 |
глины пластинчатые |
0,38-0,45 |
|
порфирит |
0,20-0,22 |
мрамор |
0,34-0,40 |
|
глины плотные |
0,25-0,35 |
каменная соль |
0,44 |
