Классификация горных пород по водопроницаемости
| Разновидность грунтов | Коэффициент фильтрации  , м/сут
|
| Не водопроницаемый | < 0,005 |
| Слабоводопроницаемый | 0,005 – 0,30 |
| Водопроницаемый | 0,30 – 3 |
| Сильноводопроницаемый | 3 – 30 |
| Очень сильноводопроницаемый | > 30 |
1.3. Величина (и соответственно водопроницаемость породы) зависит от свойств породы и, в меньшей мере, от температуры, химического состава фильтрующейся воды.
В дисперсных породах величину 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, галечника с песчаным заполнителем нередко оказывается меньше 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 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 применяют три группы методов:
1) полевое опытное определение с помощью откачки или налива воды;
2) лабораторное определение в приборах;
3) косвенное определение путем вычислений по данным гранулометрического состава и пористости породы.
Наиболее общую и достоверную информацию о водопроницаемости пород дают полевые методыопределения . 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 .
Лабораторные методы определения 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 .
Наименее точными являются определения путем расчёта по эмпирическим формулам, связывающим значения породы с её гранулометрическим составом и пористостью. Этот метод применим главным образом для песчаных пород. Расчетные значения дают лишь приблизительную оценку водопроницаемости породы и могут быть рекомендованы для предварительных ориентировочных расчетов. Для приближенного подсчета величины при наиболее часто встречающихся условиях может использоваться формула
(3)
где 
– действующий диаметр частиц в мм (см. лаб. работу 6).
1.6. В данной лабораторной работе определение породы производится с помощью универсальной трубки КФ-ООМ СПЕЦГЕО.
Приборы и материалы
2.1. Прибор – универсальная трубка КФ-ООМ СПЕЦГЕО, банка для сбора фильтрующейся воды, термометр, секундомер, исследуемая порода, вода водопроводная.
2.2. Прибор КФ-ООМ (рис.2) состоит из мерного цилиндра 1, фильтрационной трубки 5. Снабжен верхней 2 и нижней 7 муфтами, батарейной банкой 1 с крышкой 9 и подставкой 11. Подставка имеет винтовое приспособление 8 и измерительную планку 4. Над крышками фильтрационной трубки устанавливаются латунные сетки 3 и 6. Площадь поперечного сечения фильтрационной трубки S = 25 см2, длина – 10 см. Цена деления шкалы мерного цилиндра 1 см3, цена деления измерительной планки – 0,02.
Рис. 2. Схема прибора КФ-ООМ СПЕЦГЕО
Подготовительная работа
3.1. Подготовить табл. 2 для записи наблюдений.
Таблица 2
Определение коэффициента фильтрации в универсальной трубке КФ-ООМ СПЕЦГЕО
| № опыта | Объём профильтровавшейся воды Q, см3 | Время фильтрации Т, с | Коэффициент фильтрации
, см/с
| Температура воды t, °С | Температурная поправка ТП10/ТПt | Коэффициент фильтрации, приведенный к t = 10 °C, k10, см/с |
Напорный градиент J = 1,0 
| ||||||
| 0,0145 | 0,81 | 0,0117 | ||||
| Напорный градиент J = 0,5 | ||||||
3.2. Из корпуса прибора извлечь фильтрационную трубку, снять мерный сосуд, верхнюю муфту и латунную сетку. Наполнить фильтрационную трубку породой. При испытании песчаных пород нарушенной структуры коэффициент фильтрации по стандарту определяют дважды: при рыхлом и максимально плотном сложении породы. Для первого случая порода свободно насыпается, во втором случае наполнение ведется слоями в 2 см с легкой трамбовкой. При опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки засыпается буферный слой песка из фракции 0,5–0,25 мм, высотой 2–3 см. В данной работе, в связи с ограничением времени, испытание проводится при рыхлом слабоуплотненном сложении породы.
3.3. Вращением винта поднять подставку до совмещения отметки 1,0 на планке с верхним краем крышки и в корпус налить воды. На подставку установить фильтрационную трубку с породой. Вращением винта медленно погрузить фильтрационную трубку в воду до отметки – 0,8. В таком положении оставить прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, цвет породы станет темнее. На породу поместить латунную сетку и надеть муфту.