1.4. Особенности изучения физико-механических свойств горных пород

1.4.1. Неоднородность физико-механических свойств пород

Основные методы изучения горных пород подразделяются на лабораторные исследования представительных проб – образцов и натурные исследования пород в местах их естественного залегания. Обработка экспериментальных результатов производится с использованием методов математической статистики для оценки точности определяемых величин, установления корреляционных связей и степени их надежности.

Использование методов математической статистики для обработки результатов испытаний в материаловедении базируется на условии незначительного влияния случайных факторов на свойства исследуемых материалов. В случае горных пород такой подход имеет свои особенности.

В процессе генезиса формирование горной породы происходит под длительным влиянием многочисленных факторов, которые приводят достаточно часто к весьма большим вариациям вещественного состава породы по объему; распределения разрывов сплошности: трещин, пор. Используя данные структурного и текстурного анализа (петрографического описания породы), можно частично устранить возникающую неопределенность. Таким образом, горные породы в отличие от искусственных материалов характеризуются заметной неоднородностью физико-механических свойств даже в пределах одного массива. Сведения о качественном определении свойств однородных и неоднородных пород систематизированы в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Характеристика свойств однородных и неоднородных пород по М.В. Рацу

Породы	Однородные	Неоднородные
Изотропные	Свойства не зависят от направления и одинаковы для образцов, отобранных в разных точках массива.	Свойства не зависят от направления, но различны для образцов, отобранных в разных точках массива.
Анизотропные	Свойства зависят от выбранного направления, но одинаковы для образцов, отобранных в разных точках массива для выбранного направления.	Свойства зависят от выбранного направления и различны для образцов, отобранных в разных точках массива для выбранного направления.

Гораздо сложнее дать количественную оценку неоднородности породы, так как в зависимости от ситуации могут существовать различные представления о характере однородности породы. Например, на этапе выемки горной массы буровзрывным способом оценка неоднородности обусловлена блочностью массива, на этапе обогащения – распределением извлекаемых минералов в куске породы. В первом случае степень неоднородности влияет на гранулометрический состав горной массы, выход негабаритных фракций, во втором – на показатель обогатимости руды. Таким образом, масштаб неоднородности на разных этапах горного производства может существенно различаться и оказывать существенное влияние на его технологические процессы.

В материаловедении (ГОСТ 25313-82) количественной оценкой неоднородности (при радиоволновом неразрушающем контроле), близкой по смыслу к рассматриваемой проблеме, служит коэффициент неоднородности, определяемый выражением

, (1.5)

где - измеряемый параметр на -ом участке, - количество измеряемых участков. В выражении (1.5) в числителе стоит средняя величина расхождений измеряемого параметра для близлежащих участков (по смыслу величина, близкая к абсолютной ошибке), в то же время знаменатель есть среднее арифметическое измеряемого параметра.

Вообще говоря, измеряемый параметр имеет случайную составляющую. Поэтому для оценки его достоверности необходимо иметь предположение о законе распределения случайной составляющей.