Классификация горных пород по водопроницаемости

1.3. Величина k_ф (и соответственно водопроницаемость породы) зависит от свойств породы и, в меньшей мере, от температуры, химического состава фильтрующейся воды.

В дисперсных породах величину k_ф определяют:

гранулометрический состав породы, степень ее однородности, форма зёрен;

размер, форма и количество сообщающихся между собой пор; структурно-текстурное строение породы, степень уплотненности и упакованности зёрен.

Например, чем больше размер зёрен и чем однороднее порода, тем больше её водопроницаемость. Водопроницаемость резко снижается в неоднородных по гранулометрическому составу рыхлых породах, у которых промежутки между крупными зёрнами заполнены более мелкими. Так, чистые галечники могут быть очень сильноводопроницаемыми, а те же галечники с песчаным наполнителем будут слабоводопроницаемыми. Более того, k_ф галечника с песчаным заполнителем нередко оказывается меньше k_ф самого заполнителя. Окатанная форма зёрен увеличивает водопроницаемость рыхлых пород, остроугольные неправильные формы зерна уменьшают её, т.к. увеличивают сопротивление прохождению воды через породу.

В скальных и полускальных породах величина k_ф зависит, в основном, от характера, размера, формы пор, трещин и других пустот (протяженности трещин, открытости трещин, их ориентировки), а также от структурно-текстурного строения пород, условий их залегания и др.

Водопроницаемость пород, в некоторой степени, зависит и от температуры воды, т.к. с повышением температуры уменьшается вязкость воды и повышается её подвижность в породе. При оценке проницаемости пород для нефти и других жидкостей (глинистые, бетонные растворы и др.) учет их вязкости имеет большое значение.

1.4. Данные о водопроницаемости пород имеют важное практическое значение в горном деле при рассмотрении многих вопросов, связанных с использованием подземных вод в хозяйственных целях и с защитой от разрушительной деятельности подземных вод. Коэффициент фильтрации является основным параметром при расчетах фильтрации, водопритоков, водопонижений, дренажей и др. При этом решаются следующие задачи:

определение притоков воды в горные выработки, строительные котлованы и решение вопроса о способах их осушения;

проектирование дренажных сооружений и фильтров;

выбор места расположения плотин и прогноз формирования зон подтопления;

подсчёт запасов подземных вод;

прогноз осадки сооружений, просадки лёссовых пород, капиллярного увлажнения.

1.5. Для определения величины k_ф применяют три группы методов:

1) полевое опытное определение k_ф с помощью откачки или налива воды;

2) лабораторное определение k_ф в приборах;

3) косвенное определение k_ф путем вычислений по данным гранулометрического состава и пористости породы.

Наиболее общую и достоверную информацию о водопроницаемости пород дают полевые методыопределения k_ф. Это связано с тем, что исследуются не отдельные образцы, а целые комплексы отложений, находящихся в условиях естественного залегания. При этом применяют опытные откачки из шурфов и скважин, опытные наливы (нагнетания) воды в шурфы и скважины. Определив расход откачиваемой (нагнетаемой) воды и величину понижения (повышения) её уровня, а также другие исходные данные, рассчитывают по формулам k_ф.

Лабораторные методы определения k_ф являются менее точными по сравнению с полевыми, т.к. они основаны на определении водопроницаемости отдельных образцов, взятых из толщи. Суть лабораторных методов состоит в том, что изучаемая порода помещается в прибор и через неё под разными напорными градиентами пропускают воду, расход которой учитывается, а затем по формулам производится расчет k_ф.

Наименее точными являются определения k_ф путем расчёта по эмпирическим формулам, связывающим значения k_ф породы с её гранулометрическим составом и пористостью. Этот метод применим главным образом для песчаных пород. Расчетные значения k_ф дают лишь приблизительную оценку водопроницаемости породы и могут быть рекомендованы для предварительных ориентировочных расчетов. Для приближенного подсчета величины k_ф при наиболее часто встречающихся условиях может использоваться формула

; (3)

где d₁₀ – действующий диаметр частиц, мм.