Общие сведения. Электрические свойства горных пород широко используются при разрушении пород электрическими способами

Электрические свойства горных пород широко используются при разрушении пород электрическими способами, при разведке и обогащении полезных ископаемых, прогнозировании и контроле за состоянием массивов до начала и во время ведения горно-строительных и эксплуатационных работ. На использовании электрических свойств пород и склонности их к внезапным выбросам и горным ударам, основаны методы контроля за состоянием полезных ископаемых и другие. Поэтому знания электрических свойств горных пород и факторов, влияющих на них, имеют важное научное и практическое значение.

В любой горной породе имеются свободные и связанные электрические заряды. Это обусловлено тем, что породы содержат минералы, обладающие свойствами как проводников, так и диэлектриков. Подавляющее большинство пород является диэлектриками. При внесении породы в электрическое поле в ней происходит смещение внутренних зарядов. В результате на ее поверхности появляются неуравновешенные (связанные) заряды. Это явление носит название поляризации породы. Поляризация приводит к появлению в породе собственного электрического поля (поля поляризационных зарядов). Последнее направлено против внешнего поля и ослабляет его.

Свойство определенных кристаллических пород проявлять электрическую поляризацию под действием механических напряжений или деформаций называется пьезоэлектрическим эффектом (пьезоэлектрическим модулем).

Количественной характеристикой пьезоэлектрического эффекта служит пьезоэлектрический модуль (ζ), равный отношению вектора интенсивности поляризации (Р) к механическому напряжению (σ):

ζ = . (8.1)

Удельное электрическое сопротивление горных пород определяется из следующего выражения:

ρ _о = , (8.2)

где R – сопротивление горной породы, Ом;

S – поперечное сечение образца горной породы, м²;

l – длина образца, м.

Закономерности изменения электрического удельного сопротивления горных пород от внешних (влажности, давления, температуры окружающей среды) находят применение в различных электротермических методах оценки напряженного состояния и степени нарушенности массива горных пород. С помощью электрозондирования определяют нарушенность целиков и кровли подземных выработок и осуществляют прогноз напряженно-деформированного состояния массива пород. Отсутствие сложной аппаратуры, легкость снятия замеров и их передачи на значительные расстояния позволяют на основе электрометрии разработать систему контроля устойчивости элементов подземных горных выработок, целиков, массивов, карьерных уступов [1].

Зависимость электросопротивления от температуры для ионных соединений выражается формулой:

(8.3)

где – сопротивление горной породы при , Ом× м;

– ширина запрещенной зоны данной горной породы, Дж;

– постоянная Больцмана, =1, 38× 10^-23 Дж/град;

– абсолютная температура, ⁰К;

– основание натуральных логарифмов.

Зная зависимость сопротивления от температуры, т.е. , можно определить и . Для чего прологарифмируем формулу (8.3).

(8.4)

Такой зависимости на графике соответствует прямая линия (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 – График зависимости от

По рисунку (8.1) графическим методом определяем величины и . Причем определяем отрезком, отсекаемым прямой на оси , численно равно тангенсу угла наклона к оси (с учетом масштаба).