Неоднородность и изменчивость горной среды
Невозможность усреднения свойств руд до их переработки — одна из отличительных особенностей геотехнологических процессов. Эти процессы осуществляются непосредственно в недрах, на поверхности контакта или в поровом пространстве горных пород, изменчивых и неоднородных по составу и структуре.
Поэтому большинство зависимостей, известных в химической технологии, гидромеханике и механике, становятся неоднозначными в применении к горной среде.
Под изменчивостью горной среды понимается режим изменения ее состояния, состава и свойств в пространстве и во времени. Изменчивость может быть закономерной (например, фациальное изменение гранулометрического состава песков) и хаотической.
Неоднородность — это зависимость какого-либо параметра системы от координат в пределах этой системы.
Сплошной называется такая среда, свойства которой не зависят от объема. Горная среда не является сплошной средой, но для решения ряда задач ее можно заменить каким-то идеализированным телом, поведение которого эквивалентно реальной среде. С этой точки зрения любое определение средних свойств какой-либо системы есть не что иное, как нахождение свойств той модели, которая будет использоваться для расчета.
Средние свойства меняются при переходе от системы одного уровня к системе другого уровня. Такое изменение свойств называют масштабным эффектом. Целесообразно различать два его вида: 1) зависимость свойств от линейных размеров внутри системы и 2) эффект при переходе границы системы.
Масштабный эффект первого вида рассматривался рядом исследователей. При этом предполагалось, что распределение некоторого признака в системе носит случайный характер. Из опыта известно, что для таких условий увеличение размера образцов приводит к смещению кривых распределения признака по оси абсцисс и к уменьшению разброса значений.
Свойства образца тем больше отличаются от свойств массива, чем меньше размер образца и чем больше изменчивость свойств массива.
Такой подход справедлив только в том случае, если характер закона распределения признака в образце соответствует закону распределения свойств в массиве, т. е. и образец, и массив относятся к системе одного уровня.
Иллюстрацией масштабного эффекта при переходе границы может служить пример определения средней проницаемости для слоистых систем при фильтрации вкрест напластования и вдоль него. В этом случае влияние масштабного эффекта зависит от ориентировки границ неоднородности относительно вектора скорости процесса.
Особенно наглядно это проявляется в системе из блоков, разделенных границами с резко отличающимися свойствами, когда судить о проницаемости по образцу, взятому в пределах слоя, вообще не представляется возможным.
