Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf

временного сопротивления породы сжатию после и до насыщения водой. Эта величина зависит от пористости породы. Устойчивыми

ческих свойствах горных пород. Различают: 1) механическое воздей­ ствие, связанное с гидродинамическими и другими воздействиями; 2) физические (в основном капиллярные явления) и 3) физи­ ко-химические, связанные в основном с поверхностными явле­ ниями.

Количество воды, содержащееся в порах пород в естественном

шения разности в весе образца до и после его высушивания к весу абсолютно сухого образца. По аналогии определяется и объемная влажность.

Различают гигроскопическую (связанную с поверхностью частиц), конституционную (химически связанную с кристаллической решет­ кой) и капиллярную влажность. Суммарное содержание воды вс§х

сопротивление проникновению твердого тела. Этот показатель приблизительно определяют, как и твердость минералов (по шкалеМооса). Однако для гидромеханизации этот показатель лучше

ставляют в виде потери в весе породы при истирании в определенных условиях.

Г р а н у л о м е т р и ч е с к и й с о с т а в характеризует гор­ ную породу по крупности. Выражают его в виде относительногосодержания в породе фракций частиц различных размеров. Под. фракциями понимаются группы зерен в пределах определенных размеров.

Гранулометрический анализ, выполняемый обычно механическим способом, часто называют механическим. Для частиц более 0,1 — 0,25 мм пользуются набором сит. Для более мелких частиц исполь­ зуют способ, основанный на разделении их под действием силы тя­ жести при оседании в жидкости.

Крупность частиц и кусков материала имеет важнейшее значе­ ние при решении инженерных задач. Например, после отбойки (дробления) горных пород размеры из кусков достигают 200 —300 мм в поперечнике. При этом оказывается, что для отдельных фракций частиц и кусков характерны различные гидромеханические процессы при их перемещении в потоках воды или воздуха:

27

к у с к о в а я ф р а к ц и я с размерами кусков от 200 до 40 мм '{в инженерной геологии — галька) в потоках воды и воздуха пере­ мещается по ыижней стенке трубопровода или желоба; характери­

и частиц от 40 до 6 мм (крупный гравий) в потоках воды и воздуха

сва) с размерами частиц от 6 до 2 мм в поперечнике в потоках воды и воздуха перемещается скачкообразно с относительно малым пери­ одом пребывания во взвешенном состоянии и характеризуется зна­

(пески) в потоках воды перемещается с относительно большим пре­ быванием частиц во взвешенном состоянии; характеризуется не­ значительными скоростями свободного падения в среде; в воздуш­ ном потоке перемещается прерывным взвешиванием всем сечением потока;

п ы л е в а я ф р а к ц и я с размерами частиц примерно 0,15— ■0,05 мм (тонкие пески) в потоках воды и воздуха перемещается во взве­ шенном состоянии; характеризуется небольшими скоростями свобод­ ного падения в среде; с водой дает динамически устойчивые смеси; и л о в а я ф р а к ц и я с размерами частиц около 0,01 —0,005 мм (пыль) в потоках воды и воздуха перемещается во взвешенном со­ стоянии; в воде осаждается медленно и образует статически устой­

чивые смеси; г л и н и с т а я ф р а к ц и я с размерами частиц менее 0,005 мм

с водой дает практически коллоиды; осаждается в воде и воздухе крайне медленно.

Кусковая и крупнозернистая фракции в диапазоне наиболее упо­ требительной крупности кусков и частиц от 2—6 до 80 мм имеют мало отличающиеся характеристики режима транспортирования и механических свойств. Для удобства обе эти фракции будем в дальнейшем называть кусковыми, пылевую, иловую и глинистую — тонкодисперспыми, а песчаную — грубодисперсной фракцией.

В грунтоведении пользуются нормативными указаниями, по ко­ торым к г л и н а м относят грунты с содержанием частиц диаметром

(пески) с содержанием частиц размерами более 2 мм от 10 до 35% (при большем содержании эти грунты называют г р а в и е м ) ; пески, содержащие фракции примерно в одинаковой пропорции, называют р а з н о з е р н и с т ы м и .

Для наглядного изображения результатов гранулометрического анализа строят графики. Эти графики называют к р и в ы м и г р а ­ н у л о м е т р и ч е с к о г о с о с т а в а . Изображают эти графики в обыкновенном или в полулогарифмическом (для очень маленьких

28

частиц) масштабе. В первом случае по оси ординат откладывают процент содержания фракций, а по оси абсцисс — размеры частиц d в миллиметрах (рис. 5). Каждая цифра указывает суммарное содержа­ ние фракций меньше определенного размера. В полулогарифмиче­ ском масштабе по оси абсцисс откладывают логарифмы размеров частиц.

Гранулометрический состав пород в процессах гидромеханиза­ ции непрерывно изменяется, поэтому часто его представляют в виде среднего фракционного содержания частиц за определенный интервал времени. Наиболее однородными по гранулометрическому составу являются пылевидные, а также измельченные руды, разрыхленные грунты, мелкие классы угля и др.

Среднее фракционное содержание может определяться как средне­ арифметическое (для соответствующего диаметра или поперечного размера фракций) и как сред­ невзвешенное. Если в породах содержатся различные по круп­ ности фракции,то средний диа­ метр нескольких фракций уста­ навливается по формуле

жание фракций но весу.

Деградация пород является следствием движения их в потоках жидкости. Характеризует степень разрушения частиц (окатывание, уменьшение размеров) при соприкосновении их с твердыми грани­ цами потока и определяется прочностными свойствами пород. Уста­ навливается лабораторными исследованиями во вращающихся бара­ банах, в трубе — кольце (или таре).

§ 3. ВИДЫ ГИДРОСМЕСЕЙ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

Гидросмеси — это механические смеси частиц горных пород определенной крупности с жидкостью (водой). Разнообразие условий технологических процессов гидромеханизации, выполняемых в . раз­ личных производствах с сыпучими материалами, определяет состав

29

твердых частиц по крупности, содержанию их в смесях и другие характеристики.

Для изучения поведения таких смесей целесообразна определен­ ная систематизация основных сведений и характеристик о смесях, резко отличающихся по своим физико-механическим свойствам. С этой целью приближенно в качестве определяющего признака классификации можно принять размер твердых частиц на том осно­ вании, что в зависимости от крупности частиц меняются условия гидродинамического взаимодействия их с потоком несущей жидкости. В общем случае оказывается возможным указать интервал геометри­ ческих размеров частиц, внутри которого остаются в основном не­ изменными определенные свойства смеси.

В соответствии с этим по преимущественному содержанию опре­ деленного класса можно выделить следующие виды смесей воды

ствердыми частицами:

ко л л о и д н ы е с размерами частиц до 1 мк (для рассматрива­ емых процессов нетипичны);

ст р у к т у р н ы е (гидрозоли) с размерами частиц от 1 до 50 мк, полученные в процессах осадконакопления, а чаще диспергирова­ нием;

т о н к о д и с п е р с н ы е с размерами частиц от 50 до 100— 150 мк, полученные в процессах осадконакопления или измельчением; г р у б о д и с п е р с н ы е с размерами частиц от 100—150 мк до 1,5—2 мм, полученные в процессах осадконакопления или измель­

чением; н е о д н о р о д н ы е г р у б о д и с п е р с н ы е с и с т е м ы

с размерами частиц более 1,5—2 мм, полученные в процессах осадко­ накопления или дроблением;

п о л и д и с п е р с и ы е для частиц различной крупности; чаще бывают получены, помимо осадконакопления, в результате диспергирования, измельчения или дробления.

На производстве чаще встречаются смеси с преимущественным содержанием классов частиц, характерных для структурных, тонкодисперсных, грубодисперсных смесей и л и неоднородных грубодиспер­ сных систем (тонкодисперсные и структурные гидросмеси иногда называют суспензиями).

Влияние вещественного состава горных пород и всегда содержа­ щихся (в большем или меньшем количестве) мельчайших классов может быть столь существенным, что тонкодисперсные смеси по своим свойствам могут приближаться к структурным жидкостям (мел, глина или отдельные марки угля), а грубодисперсные — к неод­ нородным смесям (крупный кварцевый песок, измельченные крепкие

РУДы).

Для каждого из перечисленных выше видов гидросмесей можно указать на определенный характер гидродинамического воздействия среды на частицы. Для частиц структурных жидкостей это воз­ действие определяется законом Стокса (область преимуществен­ ного влияния вязкости), для неоднородных грубодисперсных сме­

30