1.
Co to jest wytrzymałość skał i od czego zależy.
Najważniejsza dla górnictwa jest wytrzymałość skał na działanie
różnego rodzaju sił, a więc zarówno ciśnień górotworu, jak i sił
zewnętrznych powodujących odspojenia brył skalnych od calizny.
Wytrzymałość skały zależy od:
— rodzaju skał i ich pochodzenia,
— wielkości i wytrzymałości ziaren
— własności lepiszcza (spoiwa ziaren),
— porowatości i zawilgocenia skał,
— występowania w skałach podzielności (uławicenia, kliważu), a także
uskoków, pęknięć i zwietrzeń.
Rozróżnia się wytrzymałość skał na ściskanie, rozciąganie, zginanie i
ścinanie oraz ich zwięzłość, urabialność, twardość i sprężystość.
A.
Wytrzymałość skał na ściskanie (R
C
)
Mierzy się wielkością siły powodującej zgniatanie (ściskanie) badanej
próbki skalnej. Odpowiednie badania przeprowadza się w laboratorium,
poddając próbkę skalną zgniataniu w prasie hydraulicznej.
Wytrzymałość na ściskanie R
C
oblicza się ze wzoru
F
— siła zgniatająca próbkę (N),
S
— powierzchnia, na którą działa siła F (m
2
)
B.
Wytrzymałość skał na rozciąganie R
r
)
Jest to odporność na działanie sił usiłujących rozerwać jej spoistość.
Wielkość siły rozrywającej wyraża się w N/m
2
. Wytrzymałość na
rozrywanie jest u wszystkich skał kilkanaście razy mniejsza od
wytrzymałości na ściskanie.
F
— siła rozrywająca próbkę (N),
S
— powierzchnia, na którą działa siła F (m
2
)
Jakimi równaniami można opisać trójosiowy stan naprężeń w
górotworze pierwotnym, nienaruszonym. Od czego zależy wartość
składowych poziomych ciśnienia pierwotnego górotworu
2
.Zmiany jakie zachodzą w skalnym ośrodku nieciągłym zależą od:
-
sposobu pękania
-
gęstości spękań lub odległości pomiędzy strefami spękanymi
-
tarcia na powierzchni nieciągłości
- stopnia nasycenia szczelin
-
wytrzymałości skały
-
orientacji stref spękanych
-
szorstkości powierzchni nieciągłości
-
materiału wypełniającego szczeliny
-
rozmiaru powierzchni nieciągłości
3.
Prawo Hooke’a
Podstawowym prawem teorii sprężystości jest prawo Hooke'a, które
mówi, że w ośrodku jednorodnym i izotropowym odkształcenia są
proporcj
onalne do działających naprężeń (zależność
liniowa):
gdzie:
= dl/l - o
dkształcenie (względna zmiana zmiana długości - strain),
a = F/S -
naprężenie (siła działająca na jednostkową powierzchnię
stress),
E -
moduł sprężystoci ( 1/E - współczynnik sprężystoci)
4.
Moduły sprężystości
Ponieważ odkształcenie jest bezwymiarowe (odkształcenie względne)
to moduł sprężystości ma wymiar naprężenia (siła działająca na
jednostkę powierzchni).
Ogólnie - moduł sprężystości jest stosunkiem naprężeń do
odkształceń.
Ośrodek materialny, dla którego słuszne jest prawo Hooke'a nazywamy
o
środkiem idealnie sprężystym. W takim ośrodku po usunięciu
naprężeń zanika odkształcenie, czyli ciało powraca do stanu
początkowego.
Rzeczywiste o
środki tylko w ograniczonym zakresie spełniają prawo
Hook
e'a. Przyjmuje się, że zachowują się idealnie sprężycie dla
niewielkich naprężeń, dla których odkształcenia są liniową funkcją
naprężeń.
Przy większych naprężeniach odkształcenie zależą nieliniowo od
naprężeń, a przy dalszym wzroście naprężeń następuje zniszczenie
materiału. Zależnie od rodzaju naprężeń i odkształceń definiowane są
różne moduły sprężystości:
-
Moduł Younga E - moduł sprężystości liniowej (rozciąganie lub
ściskanie liniowe),
-
Modułściśliwości objętościowej K (wszechstronne ciskanie),
-
Moduł ścinania - moduł sprężystości poprzecznej moduł skręcania
(skręcanie, naprężenia styczne),
-
Stała Lamego (wyrażona jako funkcja dwóch innych modułów
sprężystości),
-
Stała Poissona : względna zmiana przekroju podłużnego do
względnej zmiany długości
Od czego zależą właściwości mechaniczne w spękanym ośrodku
skalnym
5.Sejsmologia
– dział geofizyki zajmujący się badaniem trzęsień ziemi
oraz rozchodzenia się fal sejsmicznych wewnątrz Ziemi. Polega ona na
tworzeniu sieci informacyjnych opartych na obserwacji generacji fal
powstałych wskutek wstrząsów naturalnych górotworu. Obserwując te
fale można wyciągnąć wnioski dotyczące budowy wnętrza Ziemi.
POWODZENIA :D
6.Sejsmograf
– urządzenie do wykrywania i rejestracji drgań skorupy
(przemieszczeń i wielkości) wywołanych wstrząsami
naturalnymi lub sztucznymi.
Głównym elementem sejsmografu
jest sejsmometr,
którego podstawową częścią jest masa bezwładna
zawieszona tak, że tworzy wahadło fizyczne (pionowe lub poziome).
Okres drgań własnych wahadła powinien być duży w porównaniu z
okresem d
rgań gruntu, gdyż wtedy środek wahadła można traktować
jako stały punkt odniesienia, względem którego określa się wielkość i
kierunek drgań gruntu. Drgania gruntu są przetwarzane na impulsy
elektryczne, wzmacniane i rejestrowane za
pośrednictwem galwanometru na taśmie światłoczułej (w systemach
tradycyjnych, wychodzących z użycia) lub w pamięci komputera (w
rozwiązaniach nowoczesnych). W najnowszych sejsmografach można
uzyskiwać powiększenia drgań gruntu rzędu kilku milionów. Zapis drgań
gruntu przez sejsmograf nosi nazwę sejsmogramu. Pozwala na
wyznaczenie czasu przyjścia fal sejsmicznych różnego typu do stacji
sejsmologicznej
oraz na określenie amplitud i okresów tych fal.W
zależności od specyficznych rozwiązań konstrukcyjnych można
sejsmografy podzielić:
a)
ze względu na kierunek rejestrowanych drgań:
-poziome
-pionowe
b)
ze względu na częstotliwość rejestrowanych drgań:
-
krótkookresowe
-
długookresowe
-szerokopasmowe
c)
ze względu na rodzaj sygnału wyjściowego:
-
przetworniki prędkościowe
-przetworniki przyspieszeniowe (akcelerometry)
-przetworniki przemieszczeniowe
7.
Tąpnięcie – wyrzucenie materiału skalnego do wyrobiska lub
zniszczenie jego obudowy wywołane gwałtownym
rozładowaniem energii potencjalnej sprężystości skał. Jest jednym z
zagrożeń naturalnych występujących w górnictwie. Często błędnie
utożsamiane z każdym wstrząsem sejsmicznym pochodzenia
górniczego.
Kumulowanie energii sprężystej, w górotworze następuje jedynie w
skałach sprężystych. Zdolność tych skał do kumulowania i oddawania
takiej energii określa się tzw. energetycznym wskaźnikiem skłonności
, który (w uproszczeniu) określa na ile odbije
się młotek, którym uderzymy litą skałę.
Eksploatacja górnicza (czyli w przypadku górnictwa głębinowego
drążenie korytarzy) narusza pierwotną równowagę górotworu. W
pobliżu wyrobisk dochodzi do zwiększenia pierwotnych
naprężeń wynikających z ciężaru wyżej leżących warstw, a w
przypadku przekroczenia wytrzymałości skały na ściskanie, następuje
zniszczenie jej struktury (czyli zgniecenie), które zapoczątkowuje
bardzo gwałtownie przebiegający proces lawinowy kruszenia skał i
rozładowywania nagromadzonej energii sprężystej. Przebieg tąpnięcia
zbliżony jest do odpalenia w skałach materiału wybuchowego.
8.
Jakie wyróżniamy fale sejsmiczne
Rodzaje fal sejsmicznych:
-
fale wgłębne (objętościowe) - rozchodzące się wewnątrz
Ziemi,
-
fale podłużne (undae primae, P, dylatacyjne) - najszybsze z fal
sejsmicznych (5,4 km/s), które najwcześniej docierają
do epicentrum
(stąd nazwa undae primae); drgają w kierunku
równoległym do kierunku rozchodzenia się fal; powodują ściskanie i
rozciąganie skał, przez które przechodzą; mogą przenosić się również
w
płynach, w tym także w płynnym jądrze Ziemi,
-fale poprzeczne (undae secondae
, S, torsjonalne, skrętu) około
dwukrotnie wolniejsze od fal podłużnych (średnio 3,3 km/s); wywołują
drgan
ia w płaszczyźnie pionowej lub poziomej, w kierunku
prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fal; mogą przemieszczać
się tylko w skałach (zobacz cień sejsmiczny)
-fale powierzchniowe (undae longae, L) -
rozchodzą się po powierzchni
Ziemi, od epicentrum trzęsienia; są najbardziej katastrofalne w
skutkach,
-fale Rayleigha - fale typu grawitacyj
nego, ruch cząstek odbywa się po
elipsie ustawionej pionowo prostopadłej do kierunku biegu fali,
-fale Love'a - (powierzchniowa fala poprzeczna o polaryzacji poziomej)
wywołują drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się
fal.
9.
Opisać fale powierzchniowe
-fale powierzchniowe (undae longae, L) -
rozchodzą się po powierzchni
Ziemi, od epicentrum trzęsienia; są najbardziej katastrofalne w
skutkach,
-fale Rayleigha -
fale typu grawitacyjnego, ruch cząstek odbywa się po
elipsie ustawionej pionowo prostopadłej do kierunku biegu fali,
fale Love'a - (powierzchniowa fala poprzeczna o polaryzacji poziomej)
wywołują drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się
fal.