1. Основные понятия и предмет ФГП

Термин / Аббревиатура	Определение	Контекст / Пояснение	Пример
ФГП	Физика горных пород — наука о физико-технических свойствах и физических процессах в горных породах, закономерностях изменения свойств и принципах их использования при решении задач горного производства.	Оформилась как самостоятельный раздел горной науки в 60-х годах XX века. Объединяет подходы геологии, физики твёрдого тела и горного дела.	ФГП изучает, как порода ведёт себя при бурении, взрывании, нагружении — это основа для расчёта режимов работы горных машин.
Петрофизика	Синоним физики горных пород, изучающий физические свойства горных пород.	Часто используется в геофизике для описания связи физических свойств с составом и строением пород.	Петрофизические исследования применяются для интерпретации данных каротажа скважин.
Физическое поле	Совокупность физических величин, характеризующих состояние породы или процесса в ней (механическое, тепловое, электрическое, магнитное, радиационное поле).	По признаку физических полей ФГП подразделяется на: механику пород, акустику пород, термодинамику пород, электродинамику и радиационную физику пород.	Изучение теплового поля массива позволяет прогнозировать температурный режим на глубоких горизонтах.
Макроскопический (феноменологический) метод	Метод описания физических явлений в породах на основе экспериментально установленных закономерностей и корреляционных зависимостей, без детального рассмотрения микроскопических механизмов.	Широко применяется в ФГП из-за сложности и разнообразия пород, когда учесть все факторы на микроуровне практически невозможно.	Зависимость прочности породы от пористости устанавливается экспериментально и описывается корреляционным уравнением.

2. Упругие свойства пород (по лекциям)

Термин	Определение	Контекст / Пояснение	Пример
Модуль Юнга (E)	Коэффициент, характеризующий сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации. Отношение нормального напряжения к относительной продольной деформации.	Характеризует жёсткость породы. Используется для расчёта смещений стенок выработок, деформаций целиков.	Для гранита E = (5–8)·10⁴ МПа, для песчаника – (1–4)·10⁴ МПа. Чем выше модуль, тем меньше деформация при той же нагрузке.
Модуль сдвига (G)	Отношение касательного напряжения к относительной деформации сдвига.	Характеризует сопротивление породы сдвиговым деформациям. Важен при расчёте устойчивости склонов, бортов карьеров, зон разломов.	G = E / [2(1+ν)]. Для гранита G ≈ 2,5·10⁴ МПа.
Модуль объёмного сжатия (K)	Отношение гидростатического давления к относительному изменению объёма породы.	Характеризует сжимаемость породы при всестороннем обжатии. Используется в моделях глубоких горизонтов и при расчёте горного давления.	K = E / [3(1–2ν)]. Для воды K ≈ 2·10³ МПа, для гранита — до 5·10⁴ МПа.
Коэффициент Пуассона (ν)	Абсолютная величина отношения относительной поперечной деформации к относительной продольной.	Показывает, насколько порода расширяется в поперечном направлении при сжатии. Влияет на распределение напряжений в массиве.	Для большинства горных пород ν = 0,15–0,35. Для солей ν ≈ 0,4 (почти несжимаемы), для крепких скальных пород – 0,2–0,25.
Статический метод определения упругих постоянных	Определение модулей упругости по диаграммам деформирования при медленном (квазистатическом) нагружении образцов.	Даёт значения, близкие к реальным условиям длительного нагружения в массиве. Испытания на гидравлических прессах с фиксацией деформаций.	Образец породы нагружают ступенчато, измеряют продольные и поперечные деформации тензометрами, строят диаграмму σ–ε.
Динамический метод определения упругих постоянных	Определение упругих постоянных по измерению скоростей распространения продольных (Vp) и поперечных (Vs) упругих волн в образце или в массиве.	Даёт более высокие значения (из-за отсутствия ползучести). Применяется для экспресс-оценки свойств пород и для скважинной геофизики.	Использование ультразвуковых приборов (например, «Бетон-12»). По скоростям волн рассчитывают E и G по формулам динамической упругости.

3. Прочностные и деформационные свойства

Термин	Определение	Контекст / Пояснение	Пример
Прочность	Способность горной породы сопротивляться разрушению под действием напряжений (сжатие, растяжение, сдвиг).	Основа для расчёта устойчивости бортов карьеров, подземных выработок, целиков.	Предел прочности на сжатие: для известняка – 40–60 МПа, для гранита – 150–250 МПа.
Предел прочности на сжатие (σсж)	Максимальное напряжение, которое порода выдерживает при одноосном сжатии до разрушения.	Ключевая характеристика для классификации пород по крепости (шкала Протодьяконова).	Уголь – 10–30 МПа, песчаник – 50–150 МПа, гранит – 150–300 МПа.
Предел прочности на растяжение (σр)	Максимальное напряжение, которое порода выдерживает при одноосном растяжении до разрушения.	Обычно в 10–20 раз меньше предела прочности на сжатие. Важен при расчёте отрыва пород, трещинообразования.	Для гранита σр ≈ 5–15 МПа (при σсж ≈ 200 МПа).
Твёрдость	Сопротивление породы внедрению более твёрдого тела (индентора).	Влияет на износ бурового инструмента, выбор способа бурения и механического разрушения.	Твёрдость по Моосу: тальк – 1, кварц – 7, алмаз – 10. Твёрдость по штампу (НК) – в МПа.
Абразивность	Свойство породы истирать и изнашивать контактирующий с ней инструмент (коронки, резцы, шарошки).	Определяет ресурс бурового оборудования и затраты на замену инструмента.	Кварцевые песчаники обладают высокой абразивностью, снижают стойкость долот на 30–50%.
Буримость	Комплексная характеристика, отражающая трудоёмкость процесса бурения в данных породах.	Зависит от прочности, твёрдости, абразивности, трещиноватости и других свойств.	Для пород I–IV категорий по буримости применяют шарошечные долота, для V–VIII – алмазные.
Ползучесть	Свойство породы непрерывно деформироваться во времени при постоянном напряжении.	Важно для прогноза длительной устойчивости выработок, особенно в солях и глинистых породах.	Соляные купола «текут» под нагрузкой, что требует специальных конструкций крепи.

4. Методы и подходы в ФГП

Термин	Определение	Контекст / Пояснение	Пример
Теория вероятностей и математическая статистика	Математический аппарат, используемый в ФГП для обработки экспериментальных данных из-за случайного характера свойств пород.	Свойства горных пород имеют природную изменчивость, поэтому используются статистические методы обработки.	Определение среднего значения прочности по серии испытаний с расчётом доверительных интервалов.
Корреляционная зависимость	Статистическая связь между двумя или более параметрами породы, установленная экспериментально.	Позволяет прогнозировать одни свойства по другим, более легко измеряемым.	Зависимость прочности от пористости или скорости упругой волны.
Управление свойствами пород	Возможность изменения физических свойств пород в некоторых пределах путём внешних воздействий.	Свойства пород могут меняться при нагреве, охлаждении, насыщении жидкостями, воздействии электрического тока.	Термическое воздействие на породы для снижения их прочности при бурении; электрогидравлический эффект для разрушения.

5. Связь ФГП с горным производством (технологическая цепочка)

Этап	Описание	Связь с ФГП
Бурение	Создание скважин для взрывных работ, дегазации, геологоразведки.	Знание твёрдости, абразивности, буримости необходимо для выбора типа долота и режима бурения.
Взрывание	Разрушение породы взрывом для последующей выемки.	Упругие и прочностные свойства определяют зону дробления, параметры взрывных скважин и расход ВВ.
Выемка	Извлечение взорванной горной массы.	От прочности и абразивности зависит выбор выемочного оборудования и его износостойкость.
Транспортирование	Перемещение породы к месту складирования или переработки.	Физические свойства (плотность, влажность, сыпучесть) влияют на выбор транспортных средств и режимы работы.
Измельчение и обогащение	Дробление и разделение полезного ископаемого.	Твёрдость, хрупкость, крепость определяют энергозатраты на измельчение и выбор дробильного оборудования.

6. Задачи ФГП (научные и практические)

Задача	Описание
Установление физических свойств горных пород	Определение плотности, пористости, прочности, упругости, теплопроводности, электропроводности и других параметров.
Изучение физических процессов в породах	Исследование процессов деформации, разрушения, фильтрации, тепломассопереноса, фазовых переходов.
Разработка методов контроля свойств пород в массиве	Создание датчиков и приборов для оперативного получения информации о состоянии пород без отбора образцов.
Обоснование параметров горных машин и механизмов	Обеспечение оптимального соответствия характеристик машин физическим свойствам пород.
Поиск резервов повышения производительности	Изыскание способов повышения эффективности горных работ через познание свойств пород.
Разработка новых способов добычи	Создание принципиально новых технологий на основе управления свойствами пород.

7. Смежные дисциплины и методы

Термин	Определение	Связь с ФГП
Кристаллография	Наука о кристаллическом строении твёрдых тел.	Даёт ФГП знания о внутренней структуре минералов, влияющей на их физические свойства.
Минералогия	Наука о минералах, их составе, свойствах и происхождении.	Без знания минерального состава невозможно объяснение физических явлений в породах.
Петрография	Наука об описании горных пород, их составе и строении.	Данные о структурно-текстурных особенностях пород используются для интерпретации их физических свойств.
Физика твёрдого тела	Раздел физики, изучающий свойства и поведение твёрдых материалов.	ФГП использует математический аппарат и экспериментальные методы физики твёрдого тела.
Геофизика	Наука о физических полях Земли и методах их изучения.	Геофизические методы (сейсморазведка, электроразведка) используются для изучения физических свойств пород в массиве.

8. Краткий словарь аббревиатур

Аббревиатура	Полное название
ФГП	Физика горных пород (основное значение в контексте курса)
ФГП	Фоновое газогеохимическое поле (используется в геохимических исследованиях)
ГГП	Газогеохимическое поле
ПТЭ	Правила технической эксплуатации
ВВ	Взрывчатые вещества