Водно-физические свойства презентация

Химически связанная вода
Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки минералов;
удаление такой воды приводит к разрушению минерала.
Вода, находящаяся в кристаллической решетке в виде молекул, называется кристаллизационной.
Она характерна, например, для гипса (СаSO4 ·2Н2O), опала (SiO2 nH2O), карналлита (KCl·MgCl2·6Н2O).
Кристаллизационная вода удаляется при температуре 200—600° С.

Химически связанная вода
Воду, образующуюся при нагреве из входящих в кристаллическую решетку гидроксильных ионов (ОН- и Н+), называют конституционной
температура ее выделения до 1300°С. Она характерна для таких минералов, как тальк, малахит, каолинит
Наличие в породе химически связанной воды проявляется только при ее нагревании;
она обуславливает изменение свойств породы при высоких температурах. Вследствие нарушения кристаллической решетки минералов происходит ослабление и разрушение пород, а в ряде случаев их упрочнение (глины).

Физически связанная вода
тесно соединена молекулярными силами притяжения с твердыми частицами породы, обволакивая их в виде пленки.
Физически связанная вода не перемещается в породах, имеет высокую плотность (до 1,74 г/см3), низкую температуру замерзания (—78°С), низкие теплоемкость, диэлектрическую проницаемость, электропроводность и не является растворителем.
Она удаляется из породы только нагреванием до температуры 110°С.
Наличие такой воды значительно изменяет физические свойства пород.

Смачиваемость
Количество физически связанной воды зависит от смачиваемости пород.
Смачиваемость — способность горной породы покрываться пленкой жидкости
Смачиваемость пород обуславливается их способностью концентрировать (адсорбировать) на своей поверхности молекулы жидкости за счет электростатического притяжения.
Большинство горных пород относится к хорошо смачиваемым водой (гидрофильным).
Частично или полностью несмачиваемы (гидрофобные) — сера, угли, битуминозные песчаники и некоторые другие породы.

Адсорбционная способность пород
возрастает при наличии в них растворимых солей, глинистых минералов, а также с увеличением удельной поверхности твердой фазы.
Наблюдается увеличение адсорбционной способности с уменьшением размеров частиц рыхлой породы и увеличением их угловатости.

Количество физически связанной воды в породах оценивается показателями:
максимальной гигроскопичности
максимальной молекулярной влагоемкости

Максимальная гигроскопичность wг
наибольшее количество влаги, которое способна адсорбировать на своей поверхности горная порода из воздуха с относительной влажностью 94%.
Молекулярная (или пленочная) влагоемкостъ wм — количество воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности частиц породы
где Gм — вес влажного образца породы; Gс — вес образца породы, высушенного при температуре 105—110° С.

Свободная вода
Находится в виде капиллярной воды, удерживаемой в мелких порах силами капиллярного поднятия,
и в виде гравитационной воды, заполняющей крупные поры и передвигающейся в породах под действием сил тяжести или напора.
Количество капиллярной воды оценивается величиной капиллярной влагоемкости, которая зависит от среднего размера поровых каналов, перпендикулярных зеркалу грунтовых вод в изучаемом объеме.

В зависимости от минерального и гранулометрического состава пород и формы частиц соотношение количества видов воды в породах различно.
Так, пески содержат в основном гравитационную воду, а глины, лёсс и суглинки — молекулярную и капиллярную. Относительное содержание капиллярной воды в глинах составляет 18—50%.

Капиллярная вода, находящаяся в породе в оторванном от зеркала грунтовых вод состоянии (подвешенная вода), способствует увеличению связности породы, увеличивает допустимые нагрузки и углы откосов в отвалах.
Если капиллярная вода связана с ее источником, она становится напорной и понижает устойчивость откосов.
Вид воды определяет возможные способы осушения месторождения. Наиболее легко поддаются дренажу гравитационные воды, значительно труднее (отжатием, электродренажом) — капиллярные.

Весовая полная влагоемкость
Максимальное количество связанной, капиллярной и гравитационной воды, которое способна вместить порода - Максимальная (полная) влагоемкость Wmax (влажность, соответствующая полному заполнению пор водой).
где G (m) п — вес (масса) породы, максимально насыщенной жидкостью; G (m)с — вес (масса)образца породы, высушенного при температуре 105—110° С

Объемная максимальная влагоемкость
Vж — объем жидкости, заполняющей породу (Vж ≈ Gп - Gс );
Vп — объем породы.

Величина объемной полной влагоемкости примерно равна пористости породы. Если поры в породах не имеют свободного сообщения друг с другом, то в них может остаться некоторое количество защемленных газов даже при полном насыщении пород водой, тогда
В случае, когда вода способна проникнуть между пакетами кри­сталлических решеток некоторых минералов (монтмориллонит, вермикулит, галлуазит), наблюдается

Для характеристики породы в естественном состоянии пользуются параметром естественной влажности wе, равном относительному количеству воды, содержащейся в породах в природных условиях (воздушно-сухом состоянии),
и коэффициентом водонасыщения kвн указывающим на степень насыщения породы водой

Из максимально увлажненной породы извлечь механическими средствами всю воду невозможно. Весьма трудно отдают воду лёссы, глины, очень мелкие пески (плывуны).
Способность породы отдавать воду под механическим воздействием и под действием гравитационных сил характеризуется водоотдачей ξ
Слабая водоотдача пород обычно снижает производительность механической и гидравлической разработки пород, затрудняет осушение месторождения, транспортирование и дробление полезного ископаемого.
ξ = wmax – wмех

Разность W’’ = Wmax- We оценивается как водопоглощение (степень водонасыщения, влагонасыщенность) горной породы
Коэффициент влажности Квл — степень насыщения горных пород влагой, определяемая отношением влагоемкости к влагонасыщенности W /W’’
Водопроницаемость — коэффициент фильтрации Кф — скорость фильтрации воды при градиенте давления, т. е. при гидравлическом уклоне, равном единице.
Консистенция В — фазовое состояние связных пород под влиянием влагонасыщения. Различают консистенцию пород: твердую, пластичную и текучую.

Строение и размеры зерен (кристаллов) и пор
Строение минерального и порового объемов образца оценивается одними и теми же параметрами:
размером и формой зерен и пор;
неоднородностью размеров и формы;
относительным содержанием составляющих минералов по размеру и форме;
взаимной ориентацией зерен и пор;
степенью связи между частицами породы и порами.

Строение и размеры зерен (кристаллов) и пор
Для более глубокого исследования строения пород пользуются микроскопическим методом.
В этом случае из породы изготовляют шлиф (пластинку толщиной 0,02 ÷ 0,03 мм),
который изучают под поляризационным или электронным микроскопом.
При этом определяют минеральный состав шлифа,
очертания отдельных минералов, трещины, спайности,
включения стекла, жидкостей, газов и т. д.
Микроскопический метод позволяет
не только определить наличие в породе тех или иных минералов,
но и подробно описать ее строение.

Размер минеральных зерен и пор оценивается по средней их величине dср
форма минеральных зерен и пор— коэффициентом формы kф - отношением их максимальных размеров l к минимальным d.

коэффициент неоднородности размеров зерен
Отношение максимального размера зерен, занимающих 90% площади образца (d90), к максимальному размеру зерен, занимающих 10% площади образца (d10)

коэффициент неоднородности формы зерен породы

Характеристикой строения, указывающей на степень анизотропности горной породы, является преимущественная ориентация минеральных зерен относительно друг друга или пор относительно минеральной фазы

В пределах пород одного вида связь между частицами породы может быть ослаблена из-за наличия между зернами пор, трещин или тонких прослойков выветривания минералов.
Эти характери­стики близки понятию «пористость породы», причем значение имеет не сама величина пористости, а наличие плоскостей ослабления, т. е. пористость вытянутая, плоскостная, т.е.:
Степень ослабления связи минеральных зерен kсв
где Р — пористость в долях единицы;
- средний коэффициент формы порового пространства