Способы обработки горных пород
Исторический образ, обзор первобытной обработки камня. Залегания горных пород и их внешний вид. Структура, текстура горных пород Южного Урала. Способы и оборудование для механической обработки природного камня. Физико-механические свойства горных пород.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.03.2011 |
| Размер файла | 66,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Основным показателем свойств горных пород при динамическом зондировании считается условное динамическое сопротивление горных пород Rд. Только этот показатель предлагается ГОСТ 19912--74 и «Указаниями по зондированию горных пород для строительства» (СН 448--72). Его вычисляют по формуле
Rд = KП0Фn / S ,
где K -- коэффициент для учета потерь энергии при ударе, определяемый по специальной таблице; П0 -- коэффициент для учета влияния применяемого оборудования, определяемый по специальной таблице; Ф -- коэффициент для учета трения штанг о горные породы, определяемый по данным двух испытаний, в одном из которых зондирование производится в процессе бурения; n -- число ударов в залоге; S -- глубина погружения зонда от принятого числа ударов молота в залоге.
Для статического и динамического зондирования применяют разнообразные установки и станки. Наиболее часто используют установки конструкции ГПИ Фундаментпроект марки С-979, БашНИИ-промстроя марки С-832 и ВСЕГИНГЕО марки СПК. Известны установки конструкции и других организаций.
Пористость горных пород
Пористость горных пород, совокупность пустот (пор), заключённых в горных породах. Количественно П. г. п. выражается отношением объёма всех пор к общему объёму горных пород (в долях единицы или процентах). Поры в горных породах по величине принято делить на субкапиллярные (менее 0,2 мк), капиллярные (0,2--100 мк), сверхкапиллярные (более 100 мк).
По форме поры могут быть различного типа -- пузырчатые, каналовидные, щелевидные, ветвистые и т.п. Форма и размер отдельных пор и их взаимная связь определяют геометрию порового пространства пород.
Различают П. г. п. общую (или абсолютную, физическую, полную) -- совокупность всех пор, заключённых в горных породах; открытую (насыщения) -- объём связанных (сообщающихся) между собой пор; закрытую -- совокупность замкнутых, взаимно не сообщающихся пор. В нефтяной геологии выделяют также эффективную П. г. п., т. е. совокупность пор, занятых нефтью, газом, и динамическую П. г. п. -- объём пор, через которые при определённых давлении и температуре происходит движение насыщающих жидкостей или газов; она всегда меньше общей П. г. п.
Наиболее высокая П. г. п. свойственна почвам и рыхлым осадкам -- пескам, глинам и др. (до 60--80% и более). Осадочные и вулканогенные горные породы (песчаники, известняки, лавы, туфы и др.) характеризуются большим диапазоном значений пористости (от 50 до 10% и менее). Магматические и метаморфические породы обладают, как правило, малой пористостью (0,1--3%). С возрастанием глубины залегания пород П. г. п. обычно уменьшается (особенно осадочных) и на больших глубинах может иметь очень малые значения.
В лабораторных условиях П. г. п. определяется методами свободного, вакуумного (под вакуумом) и принудительного (под давлением) насыщения горных пород жидкостью, а также методами, основанными на расширении газа, и др. В полевых условиях для оценки величины П. г. п. используются различные виды каротажа скважин. Результаты изучения П. г. п. используются для подсчёта запасов полезных ископаемых (например, нефти и газа), выборе технологии разработки полезных ископаемых и др.
Проницаемость пород и ее распределение
Характер движения нефти или газа к забою добывающей скважины определяется двумя основными факторами: физико-химическими свойствами этих углеводородов; структурой порового пространства среды - коллектора, в которой они распространяются.
Для описания течения углеводородов с учетом этих факторов, наряду с другими характеристиками, вводится понятие проницаемости горной породы, характеризующей ее способность пропускать жидкости и газы. Для оценки проницаемости пород обычно пользуются законом фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации (просачивания) жидкости в среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна ее динамической вязкости :
Перепишем эту формулу в скалярной форме для одномерной задачи. Для этого выделим образец породы длиной , и предположим, что ее фильтрационные свойства одинаковы по всей длине. Тогда имеем
, (1.1)
где - скорость линейной (плоскопараллельной) фильтрации, - объемный расход жидкости в единицу времени, - площадь фильтрации, - перепад давления на выделенном участке пористой среды. Коэффициент пропорциональности в (1.1) называется коэффициентом проницаемости:
. (1.2)
Величина имеет размерность площади, и в системе СИ измеряется в :
.
Совокупность результатов, приведенных в [1] для проницаемостей пород, приводятся в табл. 1. Здесь еще раз отметим, что данные, приведенные в этой таблице, выбраны в качестве объекта для анализа из-за важности рассматриваемой характеристики. В силу специфики представления материала, в [1] отсутствует ссылка на первоисточники этой таблицы. Не понятно также, являются ли эти результаты обобщением различных данных, полученных разными авторами, или же они относятся к конкретному месторождению. В последнем случае, общие рассуждения, которые приводятся ниже, могли бы представлять некоторый практический интерес. Перейдем теперь к описанию характеристик, приведенных в табл. 1:
i - номера интервалов, на которые разбивается весь наблюдаемый диапазон значений проницаемостей. Число таких интервалов в табл. 1 равно 10.
Ni - число пород, проницаемости которых лежат в i - том интервале. Общее число исследованных пород составляет
.
pi - относительное число пород, проницаемости которых попадают в i- тый интервал: , величина равна относительной доле образцов с выделенной проницаемостью. На языке математической статистики есть вероятность того, что проницаемость одной случайно выбранной породы из тысячи, попадет в интервал проницаемостей шириной .
Таблица 1
|
i |
Интервал проницаемостей (мкм2) |
Ni |
Pi |
|
|
1 |
0 - 0,2 |
4 |
0,004 |
|
|
2 |
0,2 - 0,4 |
126 |
0,126 |
|
|
3 |
0,4 - 0,6 |
230 |
0,230 |
|
|
4 |
0,6 - 0,8 |
260 |
0,260 |
|
|
5 |
0,8 - 1,0 |
130 |
0,130 |
|
|
6 |
1,0 - 1,2 |
120 |
0,120 |
|
|
7 |
1,2 - 1,4 |
50 |
0,050 |
|
|
8 |
1,4 - 1,6 |
30 |
0,030 |
|
|
9 |
1,6 - 1,8 |
30 |
0,030 |
|
|
10 |
1,8 - 2,0 |
20 |
0,020 |
3.1 Физико-механические свойства горных пород
Основные свойства горных пород можно подразделить на следующие две группы:
1. Физические свойства -- плотность, пористость, влагоемкость, теплопроводность, проводимость звука, электрического тока и др.
2. Механические свойства -- прочность, упругость, пластичность, крепость, твердость, контактная прочность, абразивность.
Наибольшее влияние на конструкцию бурильных и горных машин оказывают механические свойства горных пород. Прочность -- одно из основных механических свойств горных пород, она характеризует их способность в определенных условиях воспринимать те или иные силовые воздействия, не разрушаясь. Критериями прочности являются временные сопротивления одноосному сжатию (ОСЖ), растяжению (0р), сдвигу (т). Наибольшее сопротивление горные породы оказывают сжатию, меньшее -- сдвигу и наименьшее -- растяжению.
Упругость - свойство горной породы восстанавливать свои первоначальные форму и объем по прекращению действия внешних сил. Упругие свойства характеризуются модулем упругости и коэффициентом Пуассона.
Пластичность в противоположность упругости - свойство породы сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил.
Крепость - способность породы сопротивляться разрушению от действия внешних сил при различных технологических процессах разрушения (бурение, резание, взрывание и др.). Крепость зависит от прочности, твердости, вязкости, упругости, минералогического состава и структуры породы, трещиноватости и других факторов. Впервые необходимость совокупной количественной оценки сопротивляемости пород разрушению для целей ведения горных работ была обоснована проф. М.М. Протодьяконовым (старшим), создавшим известную шкалу относительной крепости горных пород. За единицу крепости (F = 1) была выбрана порода с временным сопротивлением одноосному сжатию, равным 10 МПа, при раздавливании на прессе породного кубика; а все горные породы разделены на десять категорий: с коэффициентом крепости от F = 20 для первой категории (наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты и др.) до F =0,3 для десятой категории (плывуны, разжиженный грунт и др.).
3.2 Способы обработки природного камня
Технологический процесс, в результате которого камню придают требуемую форму, размер и фактуру лицевой поверхности, состоит из ряда операций, которые на предприятиях в настоящее время выполняются почти полностью механизированным способом.
Современный технический прогресс позволил камнеобрабатывающей промышленности применять для обработки камня различные методы разрушения горных пород, которые подразделяются на два вида: механические и физико-технические.
Механические методы обработки камня, такие, как скалывание, резание и ударное разрушение, до настоящего времени являются наиболее распространенными. Скалывание применяется для получения строительных изделий с фактурой "Скалы" и производится, как правило, вручную с помощью набора клиньев. При этом используются анизотропные и хрупкие свойства камня. В последнее время в практику все шире внедряются колочные станки относительно простой конструкции, имеющие два стальных ножа, армированных твердосплавным инструментом, приводимых в движение гидравлическими цилиндрами.
При обработке камня методом скалывания достигается несколько видов фактурной обработки, которые подразделяются на следующие группы: фактура рельефной и плоской "Скалы". Первая получается путем скалывания по периметру лицевой поверхности камня закольником и молотком. В процессе обкалывания камню можно придать рельеф различной глубины.
При расколе камня на колочном станке может быть получена менее рельефная фактура "плоской скалы". Рельеф фактуры "Скала" имеет высоту от 50 мм и более; бугристая фактура, характеризующаяся наличием на лицевой поверхности равномерно распределенных бугров и впадин, получаемых от обработки скалывающими инструментами. Эта фактура подразделяется на мелкобугристую с высотой рельефа 3 - 7 мм и крупнобугристую с высотой рельефа 7 - 15мм. Бугристую фактуру получают путем раскалывания камня на колочных станках или обработкой камня шпунтом и узкой скарпелью; рифленая фактура характеризуется наличием параллельных борозд с высотой рельефа от 0,5 до 3 мм и достигается путем обработки распила пород средней твердости троянкой. Рифленая фактура может быть достигнута путем обработки камня на строгальных станках с помощью гребенчатого резца.
Резание - это наиболее современный способ обработки камня. Самое широкое распространение в настоящее время получила обработка камня штрипсовой распиловкой, которая подразделяется на:
- штрипсовую распиловку с применением стальной и чугунной дроби;
- алмазно-штрипсовую распиловку.
Дисковая распиловка сейчас приобретает все более широкое распространение, применяется для распиловки пород любой прочности и подразделяется на два вида:
- алмазно-дисковая распиловка
- дисковая распиловка резцами.
Для отрезания плит используются дисковые фрезы, армированные алмазом или твердым сплавом ВК8, а для получения чистотесанной декоративной поверхности широко применяются торцевые фрезы. Камни шлифуются на станках портального, рукавного, планетарного и других типов. При этом процесс шлифовки состоит из нескольких этапов, как правило, из пяти. Это грубое шлифование, черновое шлифование, первое и второе шлифование и лощение. Шлифование производится шлифовальными шарошками на карборундовом зерне, либо шлифовальным инструментом на синтетических алмазах. Камень полируется войлочными и матерчатыми кругами с применением пасты ГОИ (оксида хрома), либо азотнокислого олова.
В последнее время в практике камнеобрабатывающих предприятий все чаще внедряется полирование алмазными инструментами. При резании камня вышеизложенными методами достигается ряд фактур обработки.
В практике такой фактурной обработки чаще всего встречаются три вида:
- шлифованная, имеющая следы инструмента;
- лощеная, в которой следы инструмента отсутствуют, а поверхность камня имеет слабый блеск;
- полированная, характеризующаяся зеркальным блеском.
Заключение
Существует две технологии обработки камня - термическая и механическая.
Термическая обработка камня производится под воздействием высоких температур и давления.
Механическая обработка камня производится с использованием оборудования с абразивными инструментами.
В результате обработки фактуры получают совершенно различную поверхность.
Пиленая поверхность после обработки камня используется для садовых дорожек, а с менее шероховатой поверхностью используется для покрытия лестниц или опасных участков. Камень с лощеной поверхностью выглядит гладким и может использоваться также при отделке пола помещений или наружных работ. Но самым гладким и зеркальным считается полированный камень, который используется для декоративных украшений и внутренней отделки стен и потолка.
По сложности обработки, камни делятся на мягкие и твердые.
Те из них, которые можно отнести к мягким - обрабатываются инструментом для обработки изделий из металла. А вот для твердых камней (например, гранит) применяется специальное высокопрочное оборудование. Такая техника обработки заключается в том, что камень разрезают на части, затем придают ему форму, шлифуют и полируют.
Использованная литература
1) Романова Л.Ф. Современное ювелирное искусство. - М.: 1994
2) Шуман В. «Мир камня» Т. 1 «Горные породы и минералы».
3) Поленов, Ю.А. Художественная обработка камне-самоцветного сырья
4) Митрофанов Г.К., Шпанов И.А., Облицовочные и поделочные камни СССР, М., 1970
5) К.А. Лазебник ”Все или почти все о чароите”, “Наука и образование”, №1(5), 1997, Якутск. С.100-103.
6) К.А. Лазебник “Чароит- камень загадка”, “Наука в СССР” №5, М.1985.
7) Л.П. Путолова “Самоцветы и цветные камни” М. “Недра” 1991
8) Дж. Синкенкес “Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней” пер. с англ. В.Л. Булгака. М. “Мир” 1989.
9) Синкенкес Дж. Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней: Пер. с англ.-М.: Мир, 1989, стр. 409.
10) Васильев А.В. Оптимизация формы огранённого камня как путь к совершенствованию его красоты. Вестник Геммологии №2(5), 2002, стр. 33 - 41.
11) Волкова О. Мастера камня // Свердловск: Сб. -- Свердловск: Свердгиз, 1946.
12) Граматчиков. Исторические и практические сведения о Екатеринбургской шлифовальной фабрике и мраморном Горнощитском заводе // Горный журнал. -- 1827. -- № 3.
13) Евстифеев Н. Камнерезное искусство // Уральский современник. -- 1944. -- № 8.
14) Жидков Г. В. Русское искусство XVIII века. -- М., 1951.
История русской архитектуры: Краткий курс. -- М., 1951.
15) Колыванская шлифовальная фабрика на Алтае: Краткий исторический очерк, составленный к 100-летию фабрики, 1802--1902 гг. -- Барнаул, 1902.
16) Мельников М. Обработка цветных камней в Екатеринбурге: Современное состояние этого промысла и его будущее // Горный журнал. -- 1885. -- Т. 2.
17) Ферсман А. Е. Из истории культуры камня в России. -- М., 1926.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Подобные документы
Классификация горных пород по происхождению. Особенности строения и образования магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Процесс диагенеза. Осадочная оболочка Земли. Известняки, доломиты и мергели. Текстура обломочных пород. Глины-пелиты.
презентация [949,2 K], добавлен 13.11.2011Сущность интрузивного магматизма. Формы залегания магматических и близких к ним метасоматических пород. Классификация хемогенных осадочных пород. Понятие о текстуре горных пород, примеры текстур метаморфических пород. Геологическая деятельность рек.
реферат [210,6 K], добавлен 09.04.2012Проведение на электронных вычислительных машинах имитационных лабораторных испытаний горных пород и определение их механических свойств (пределов прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона). Теории определения прочности горных пород Кулона-Мора.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 27.06.2014Подготовка горных пород к выемке. Вскрышные работы, удаление горных пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое при открытой разработке. Разрушение горных пород, буровзрывные работы, исторические сведения. Методы взрывных работ и способы бурения.
реферат [25,0 K], добавлен 19.03.2009Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура. Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
реферат [267,1 K], добавлен 21.10.2009Изучение механических свойств пород и явлений, происходящих в породах в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. Классификация минералов по химическому составу и генезису. Кристаллическая решетка минералов. Структура и текстура горных пород.
презентация [1,6 M], добавлен 24.10.2014Методы определения возраста горных пород, слагающих Землю. Возраст пород слоя Базальт Карденас в восточной части Большого Каньона. Геологическая “блоковая" схема расположения пластов горных пород Большого Каньона. Ошибки радиологического датирования.
реферат [1,4 M], добавлен 03.06.2010Процессы разуплотнения горных пород. Электромагнитное поле в моделях разуплотненных структур трещиноватого типа. Зависимость электропроводности горных пород от доли трещин и их заполнения в процессе разуплотнения высокоомным или низкоомным флюидом.
курсовая работа [878,7 K], добавлен 18.04.2015Разработка угольных месторождений. Факторы, влияющие на параметры процесса их сдвижения: вынимаемая мощность пласта, глубина горных разработок и угол падения пород, строение горного массива и физико-механические свойства пород, геологические нарушения.
контрольная работа [65,8 K], добавлен 15.12.2013Исследование особенностей осадочных и метафорических горных пород. Характеристика роли газов в образовании магмы. Изучение химического и минералогического состава магматических горных пород. Описания основных видов и текстур магматических горных пород.
лекция [15,3 K], добавлен 13.10.2013
