Podstawy mechaniki

górotworu – własności

mechaniczne skał

Wykład I

Dr inż. Wojciech
PREIDL

Działalność górnicza:

•

Poszukiwanie i dokumentacja złoża

•

Budowa kopalni i udostępnienie złoża

•

Eksploatacja złoża

•

Likwidacja wyrobisk i kopalni

•

Przeróbka i wzbogacenie wydobytej kopaliny

Górnictwo

odkrywkowe

Górnictwo

podziemne

Górnictwo

otworowe

Górnictwo

powodne

Górnictwo

podmorskie

Górnictwo

morskie

otworowe

Górnictwo

Lądowe

Morskie

Procesy fizyczne związane z działalnością
górniczą:

Procesy mechaniczne:
- ruchy skał,
- pękanie i kruszenie skał
Procesy hydrauliczne:
- dopływ wody do wyrobisk górniczych
- wtłaczanie cieczy, roztworów, zawiesin w celu zmiany
własności skał
- dopływ gazów zawartych w porach do wyrobisk
górniczych
Procesy dyfuzyjno – sorbcyjne:
- przenikanie wilgoci ze skał do powietrza i odwrotnie
- przenikanie i pochłanianie gazów gazów przez skały
Procesy termiczne:
- dopływ ciepła z głębi ziemi do wyrobisk
- naturalne lub sztuczne ogrzewanie skał
- zamrażanie skał wodonośnych
Procesy elektryczne:
- przepływ prądu elektrycznego przez skały w czasie
badań metodą
elektrooporową

Podział procesów fizycznych

Procesy fizyczne

Procesy

produkcyjne

- dopływ ropy i gazu do otworów
- eksplozyjne działanie MW
-

kierowany

zawał

- podziemne zgazowanie węgla

Procesy

towarzyszące

- zatapianie wyrobisk przez wodę
- zanikanie źródeł wód minralnych
-

kolmotacja

skał

- odkształcenia powierzchni ziemi
- samozapłony węgla w starych

zrobach

- wyrzuty gazów i skał

W celu zwiększenia efektywności
góniczych procesów produkcyjnych
oraz podniesienia na wyższy poziom
stanu

bezpieczeństwa

pracy

w kopalni, górnik musi dokładnie
poznać fizyczne własności skał oraz
mechanizm

inicjowanych

przez

siebie

procesów

fizycznych

w

górotworze

zarówno

tych

pożytecznych, jak i szkodliwych, aby
mógł je skutecznie kontrolować.

T. Ryncarz

Fizyka górotworu

– nauka o własnościach

fizycznych skał i masywów skalnych, o
współzależnościach między tymi własnościami
oraz o procesach fizycznych w górotworze,
wywołanych działalnością górniczą

Geomechanika

– nauka zajmująca się zmianami

zachodzącymi w górotworze na wskutek
prowadzenia dzałalnosci górniczej

Górotwór

– ogól skał skorupy ziemskiej, od jej

powie-rzchni do głębokości wykonywania
wyrobisk górniczych

Mechanika górotworu

– nauka zajmująca się

badaniem przemieszczeń i ruchów skał oraz
wielkością i rozkładem naprężeń panujących w
jego wnętrzu

Skala analizy cech strukturalnych górotworu

Skala analizy

Nazwa

Rozmiar [m] Defekty ciągłości

Ultramikrosk
opowa

Atom
pierwiastka

10

-10

nieciągły

Mikroskopow
a

Ziarno
minerału

10

-6

- 10

-1

Ciągłe, defekty
sieci
krystalicznej

Mezoskopow
a

Próbka skały

10

-2

- 10

-1

10

-1

- 10

0

Ciągłe
mikropęknięcia
mikroszczeliny
spękania, pory

szczeliny

Makroskopo
wa

Złoże skalne

10

-1

- 10

2

Ciągłe,
mezospękania,
mezoszczeliny

Megaskopow

a

Masyw skalny

10

2

- 10

4

Ciągłe

makrospękania
makroszczeliny
kawerny

Nazwa

pierwiastka

Symbol

Udział %

w liczbie

atomów

Udział %

w masie

Tlen

O

53-54

48-49

Wodór

H

17-18

0,15

Krzem

Si

16

26-28

Glin

Al.

5

8-9

Sód

Na

1,8

2,5

Magnez

Mg

1,7

2,0

Wapń

Ca

1,4

3,5

Żelazo

Fe

1,3

5,0

Potas

K

1,0

2,5

Główne pierwiastki skorupy Ziemi

Grupa minerałów

Zawarto

ść w %

Minerały danej grupy

Krzemiany
Tlenki i
wodorotlenki
Węglany
Siarczany
Siarczki
Haloidy

75,0
17,0

1,7
1,0
1,0
1,0

Skalenie, miki, minerały iłowe
Kwarc, opal, hematyt, korund,
kupryt
Kalcyt, dolomit, wapień
Anhydryt, baryt, gips
Piryt, chalkozyt, sfaleryt
Halit, sylwit, fluoryt

Główne grupy minerałów
skałotwórczych

Minerał

– określony związek chemiczny pierwiastków

Skała

– agregat mnerałów występujących w postaci ziaren

krystalicznych lub cząstek bezpostaciowych, które mogą
być spojone w bezpośrednim kontakcie lub przez różne
substancje cementujące. Mechaniczna mieszanina ziaren
minerałów.

Podział skał ze względu na warunki powstania:



Magmowe

– powstałe w wynku zastygnięcia płynnej masy w głębi

ziemi.
Dzielą się na głębinowe i wylewne



Osadowe

– powstałe w procesie sedymentacji (mechanicznej,

chemicznej,
organogenicznej) produktów wietrzenia skał ogniowych i
metamorficznych.



Przeobrażone

– wywodzące się z poprzednio powstałych skał

magmowych lub osadowych

Podział skał ze względu na rodzaj więzów między ziarnami:



okruchowe

– prosta mieszanina r óżnych minerałów albo zbiór

ziaren jednego minerału bez żadnych wzajenych więzi
przeciwdziałających rozdzieleniu tych ziaren



spoiste

– w których ziarenka minerału mają wodnokoloidalne

otoczki, które dzięki istnieniu sił molekularnych, spajają poszczególne
ziarna w jedną spójną całość.



zwięzłe

– w których istnieją trwałę, sztywne lub sprężyste więzi

między poszczególnymi ziarnami mineralnymi