Гидравлические свойства массива горных пород

Гидравлические свойства массива горных пород имеют наибольшее значение для геотехнологических способов разработки месторождений полезных ископаемых. Основной группой гидравлических свойств являются фильтрационные. Их иногда называют коллекторскими. В первую очередь фильтрационные свойства зависят от пористости, т.е. совокупности всех пустот в горных породах, заключённых между минеральными частицами или их агрегатами.

Общая пористость — отношение объёма пустот и пор к объёму горной породы.

Отношение объёма пор к объёму минерального скелета породы называется коэффициентом пористости.

По величине поры подразделяются на субкапиллярные (диаметр пустот менее 0,2 мкм), капиллярные (0,2-100 мкм) и сверхкапиллярные (более 100 мкм). Поры часто могут соединяться с внешней средой и между собой, образуя сплошные извилистые каналы.

Динамическая пористость учитывает только те поры, по которым может фильтроваться жидкость, иногда её ещё называют открытой (эффективной) пористостью.

Площадь поверхности, образуемая стенками пустот и пор, является одной из важнейших геотехнологических характеристик горной породы — проницаемостью.

Свойство горных пород пропускать через себя жидкости и газы характеризуется коэффициентом проницаемости и коэффициентом фильтрации.

Для целей геотехнологии проницаемость горных пород следует определять в натурных условиях, т.к. только при этом можно учесть всю гамму влияющих факторов.

Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемость.

Абсолютная проницаемость характеризует пропускную способность образца для воздуха при атмосферном давлении и вычисляется по линейному закону фильтрации.

Эффективная (фазовая) проницаемость характеризует пропускную способность для различных жидкостей.

Относительная проницаемость — отношение эффективной проницаемости к абсолютной.

Практической единицей измерения проницаемости является дарси (Д) — величина проницаемости, присущая образцу породы площадью 1 см², длиной 1 см, через который при давлении 9,8∙10⁴ Па проходит в 1 с 1 см³ жидкости вязкостью 10^-3Па∙с..

В практике горного производства широкое распространение получил другой параметр — коэффициент фильтрации К_ф. Практически он представляет собой скорость фильтрации газа или жидкости через породы. Коэффициент фильтрации не учитывает влияние напора пластовых вод и их вязкости на изменение количества фильтрующейся воды. В случае фильтрации воды между коэффициентами пористости и фильтрации существует соотношение: 1 Д = 1см/с = 864 м/сут.

В зависимости от значения коэффициента фильтрации породы подразделяются на водоупорные (К_ф<0,1м/сут), слабопроницаемые (0,1<К_ф<10), среднепроницаемые (10<К_ф<500) и легкопроницаемые (К_ф>500).

В горных породах различают проницаемость межгранулярную и трещинную, причём последняя значительно выше.

Кроме фильтрационных, к гидравлическим свойствам массивов горных пород относятся:

§ влагоёмкостъ — способность горных пород вмещать и удерживать воду;

§ водоотдача — способность горных пород отдавать воду путём свободного вытекания;

§ водоустойчивость — способность горных пород сохранять связность, консистенцию и прочность при взаимодействии с водой;

§ капиллярность — способность горных пород поднимать влагу по порам под воздействием капиллярных сил;

§ набухание — способность горной породы увеличивать объём под воздействием влаги;

§ усадка — способность горной породы уменьшать объём при высыхании;

§ просадочностъ — способность горной породы уменьшать объём при замачивании;

§ смачиваемостъ — способность горной породы входить в молекулярное взаимодействие с жидкостями;

§ адсорбция — способность горной породы концентрировать на своей поверхности различные вещества из газов, паров и жидкостей;

§ абсорбция — способность горной породы поглощать пары, газы и жидкости;

§ липкость — способность горной породы прилипать к различным предметам