Гранулометрический состав горных пород

Гранулометрический состав - распределение зёрен (кусков) по крупности в массивах горной породы, горной массы, почве или искусственном продукте, характеризуемое выходом в процентах от массы или количества зёрен.

Гранулометрический состав это важный показатель физических свойств и структуры многих материала. Общепринятой классификации по данным гранулометрического состава не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение гранулометрического состава. В геологии (литологии), горном деле, обогащении полезных ископаемых, грунтоведении, почвоведении, технологии строительных материалов и других областях техники применяют различные классификации и шкалы классов (фракций) крупности. Классы (фракции) обычно обозначают в мм, в обогащении полезных ископаемых классы крупнее и мельче данного размера - знаками плюс и минус соответственно.

В геологии при оценке осадочных горных пород различают: валуны крупные (свыше 500 мм), валуны средние (500-250 мм), валуны мелкие (250-100 мм), гальку (100-10 мм), гравий крупный (10-5 мм), гравий мелкий (5-2 мм), песок грубый (2-1 мм), песок средний (0,5-0,25 мм), песок мелкий (0,25-0,1 мм), алеврит (0,1-0,05 мм), пыль (0,05-0,005 мм), глину (до 0,005 мм). В горном деле гранулометрический состав горной массы, отделённой от массива, используют для оценки результатов буровзрывных работ, качества продуктов обогащения и учитывают при выборе типа и параметров технологического оборудования в карьерах, на шахтах, дробильно-сортировочных, обогатительных, окомковательных фабриках.

Гранулометрический состав руд, углей, неметаллорудных материалов устанавливается стандартами и техническими условиями, разрабатываемыми для определённых потребителей минерального сырья. В зависимости от цели исследования и размеров частиц гранулометрический состав определяют прямыми и косвенными методами гранулометрии. Гранулометрический состав может быть выражен в виде дискретной или непрерывной зависимости содержания частиц от их размеров. Для определения дискретной зависимости интервал размеров всех частиц анализируемого вещества подразделяют на классы (фракции) и гранулометрический состав представляют в виде процентного содержания частиц каждой из фракций (фракционный состав). В зависимости от размера максимального куска классификация по крупности осуществляется грохочением пробы на наборе сит (ситовой анализ) либо гидравлической классификацией материала.

Величина фракции показывает содержание в веществе частиц в интервале размеров, ограничивающих фракцию. Графическое изображение гранулометрического состава в виде непрерывной зависимости называется кривой распределения. При построении её по оси абсцисс откладывают размеры частиц, а по оси ординат - суммарное содержание всех частиц от начала отсчёта до данной точки, получая интегральную (суммарную) кривую распределения (рис.6.12). Если по оси ординат откладывают относительное содержание фракций, причём разность между средними размерами частиц каждой фракции стремится к нулю, получают дифференциальную кривую распределения.

Рис. 6.12 Кривая суммарного гранулометрического состава

При определении гранулометрического состава строительных материалов результаты анализа иногда выражают в виде треугольника (чем ближе точка к вершине треугольника, тем больше в данном материале фракции, соответствующей этой вершине). По результатам анализов гранулометрического состава составляют таблицы, в которых отражают: класс (в мм); выход отдельных классов (по массе в килограммах и в %); суммарный (кумулятивный) выход по плюсу, т.е. выход суммарных остатков или по минусу, т.е. суммарный просев (в %). Данные анализа также выражают графически, используя простые, полулогарифмические и логарифмические сетки. На оси абсцисс откладывают размеры отверстий контрольных сит, на оси ординат - суммарные остатки. Крупность продукта характеризуют в необходимых случаях верхним (нижним) номинальным размером, т.е. размером отверстий контрольного сита, соответствующим установленному допустимому значению остатка просева. Крупность горной массы оценивают также средним (средневзвешенным) размером куска (медианой).

К песчаным относятся породы, содержащие более 60% частиц размером от 0,05 до 2 мм.Установление размеров 0,05 и 2 ммза нижний и верхний пределы песчаных частиц основано на учете гидродинамики влекомых осадков, их физических свойств и геологического распространения и поэтому более оправ­данно по сравнению с пределами десятичной (0,1 - 1 мм ) или других классификаций.

К «чистым», или собственно пескам и песчаникам, относятся породы, содержащие более 90% частиц песча­ной размерности. При содержании второстепенного ком­понента от 10 до 25% название его вводится в название песчаной породы в виде прилагательного с окончанием «истый» («гравелистый песчаник», «алевритистый песок»); от 25 до 40% - с окончанием «ый» («алевритовый песок», «известковый песчаник»). В геологической лите­ратуре, а также в инженерной геологии и грунтоведе­нии принято подразделение песчаных пород на пять классов: грубозернистые пески и песча­ники (2-1 мм ), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм),мелкозернистые (0,25-0,10 мм),тонкозернистые (0,10-0,05 мм).

Песчаные частицы могут быть сосредоточены в каком-либо одном классе либо распределяться приблизительно равномерно по нескольким классам. В соответствии с этим порода может быть названа хорошосортированной, средне- или плохосортированной. В хорошо сортированных песках и песчаниках более 90% частиц сосредото­чено в одном классе, название которого вводится и назва­ние породы - «грубозернистый», «тонкозернистый» песок или песчаник. Если более 90% частиц сосредоточено не в одном, а в двух классах, порода определяется как средне сортированная и называется а соответствии с названиями этих классов «грубо-крупнозернистый песчаник», «мелко-тонко­зернистый песок». При этом на второе место ставится название того класса, содержание которого больше. Если 90% частиц рас­пределено более чем в двух классах, порода относится к плохо сортированной.

Изучение гранулометрического состава породы производит путем разделения слагающих ее зерен на классы крупности и установления объема каждого класса. Объем отдельных классов выражают в про­центах. Гранулометрический анализ является важнейшим видом исследования обломочных пород, так как гранулометрический состав их является наиболее важным из признаков, определяющим все остальные особенности: минералогический состав, физические свойства, инженерно-геологические особенности и другие признаки.

Задачи гранулометрического анализа могут быть подразделены на 4 группы: 1) точное определение механического состава и назва­ния породы; 2) оценка породы как полезного ископаемого; 3) ре­конструкция условий отложения терригенного осадка; 4) подго­товка к исследованию других признаков другими методами - мине­ралогического или химического состава, формы зерен и других особенностей, которые всегда устанавливаются в зернах опреде­ленной размерности.

Детальность гранулометрического анализа зависит от задачи исследования. При геологосъемочных, биостратиграфических и других работах, где не требуется углубленного анализа вещественного состава, характеристика породы в рамках пяти основных клас­сов крупности является вполне достаточной. Наоборот, при специаль­ных литолого-палеогеографических исследованиях и подготовке об­разцов ко многим другим видам анализа необходимо применение дробных гранулометрических шкал, так как только в этом случае удается подметить особенности, отличающие осадки, накопленные в разное время и в различной физико-географической обстановке.

Применяемые сейчас способы гранулометрического анализа терригенных отложений могут быть подразделены на три группы: 1) седиментометрические способы, основанные на различной ско­рости осаждения частиц разной крупности в воде; 2) ситовой анализ, заключающийся в просеивании зерен через сита с постепенно умень­шающимися отверстиями; 3) непосредственное измерение попереч­ников зерен.

Выбор способа гранулометрического анализа зависит, во-первых, от размера частиц, слагающих породу, и, во-вторых, от степени ее цементации. Исследование рыхлых и слабо цементированных пород производится всеми указанными способами, причем для глинистых пород обычно применяются седиментометрические методы, для песчаных - ситовой анализ и непосредственное измерение поперечников зерен. Гранулометрический анализ сцементированных пород производят измерением размеров зерен в шлифах.

От гранулометрического состава зависят не только пористость, но и другие важнейшие свойства пористой среды: проницаемость, удельная поверхность и др.

На основании результатов гранулометрического анализа, проводимого в процессе эксплуатации месторождения, для оборудования забоев нефтяных скважин подбирают фильтры, предохраняющие скважину от поступления в нее песка, подбирают режимы промывок песчаных пробок и т.д.

С целью изучения размеров мехпримесей, присутствующих в продукции скважин Гатчинского ПХГ в лаборатории «Повышения нефтеотдачи пластов» Горного университета проводилось детальное изучение гранулометрического состава проб, отобранных с породоуловителей (таблица 6.3).

Дата добавления: 2015-07-08