 |
Физико-механические свойства и классификация горных пород.
|
|
|
|
При ведении горных работ, особенно подземным способом, большое значение имеет устойчивость горных пород, зависящая от сил сцепления между частицами породы. Под устойчивостью понимают способность горных пород сохранять равновесие, т. е. не обрушаться после обнажения их на той или иной площади. Устойчивость пород снижается при образовании в них трещин в результате высокого горного давления или взрывных работ.
По степени устойчивости горные породы подразделяют на пять групп:
о ч е н ь н е у с т о й ч и в ы е, не допускающие обнажений кровли и боков выработок и требующие при их проведении применения опережающей крепи (сыпучие породы и плывуны);
н е у с т о й ч и в ы е, допускающие обнажения на небольшой площади, но требующие поддержания вслед за выемкой (глины, суглинки, уголь);
с р е д н е й у с т о й ч и в о с т и, допускающие обнажения на значительной (до
нескольких десятков квадратных метров) площади, но на относительно короткий срок (некрепкие сланцы, песчаники);
у с т о й ч и в ы е, допускающие обнажения без обрушения на площади нескольких сот квадратных метров в течение нескольких месяцев. Выработки небольших размеров могут стоять без крепления в течение ряда лет;
о ч е н ь у с т о й ч и в ы е, допускающие обнажения на большой площади как сверху, так и с боков и не обрушащциеся в течение десятков лет.
К устойчивым и очень устойчивым относятся породы, имеющие большую силу сцепления между частицами (кварциты, базальты, граниты).
Свойства пород оцениваются различными физико-техническими характеристиками, которых к настоящему времени насчитывается более ста. Основные из них рассмотрены ниже.
Плотность в массиве — отношение массы руды в естественном залегании к занимаемому объему. Плотность в массиве снижается за счет естественной пористости пород, которая в зависимости от минерального состава изменяется от 0 до 50 %. Она колеблется от 1, 3—2 т/м3 (глины) до 4—5 т/м3 (руды металлов).
|
|
|
Прочность пород характеризуется пределом прочности, т. е. максимальным напряжением, которое выдерживает образец до разрушения. Предел прочности (МПа) при сжатии составляет в среднем для известняка 100, базальтов 135, мрамора 170, кварцитов 190, гранитов 20$.
На эффективность горных процессов (бурение, взрывание) оказывают влияние такие свойства горных пород, как твердость (сопротивляемость породы внедрению в нее твердого инструмента), вязкость (сопротивление породы силам, стремящимся разъединить ее частицы), упругость (свойство породы восстанавливать форму и объем после прекращения действия сил) и др. Чем больше твердость, тем выше абразивность — способность породы изнашивать соприкасающиеся с ней детали горных машин в процессе их работы.
При отделении породы от массива происходит ее дробление на куски, она увеличивается в объеме (разрыхляется). Разрыхляемость пород характеризуется коэффициентом разрыхления
— отношением объема породы в разрушенном состоянии к ее объему в массиве. Коэффициент разрыхления изменяется от 1, 1—1, 2 (пески, супеси) до 1, 8—2, 5 (монолитные скальные породы — граниты, сиениты, базальты).
Разрушенная (раздробленная) порода состоит из кусков разных размеров: от пылевидных частиц до глыб с поперечными размерами в несколько метров. Кусковатость породы характеризуется содержащем в ней кусков определенных размеров.
На выбор и условия ведения горных работ оказывают влияние и такие свойства горных пород, как влагоемкость (способность поглощать и удерживать воду), слеживаемость (способность разрушенных пород к уплотнению), возгораемость (способность некоторых руд с высоким содержанием серы самовозгораться).
|
|
|
Проф. М. М. Протодьяконов предложил использовать для характеристики сопротивляемости горных пород различным механическим воздействиям (сжатию, удару, истиранию и т. д. ) обобщающий показатель — коэффициент крепости , который приближенно характеризует относительную сопротивляемость породы разрушению при добывании. На его основе им разработана к л а с с и ф и к а ц и я г о р н ы х п о р о д, в которой все породы разделены на десять категорий с коэффициентами крепости от 20 (в высшей степени крепкие породы) до 0, 3 (плывуны). Для пород, способных выдерживать испытание на сжатие, коэффициент крепости равен отвлеченному числу, в десять раз меньшему предела прочности на сжатие. В классификацию проф. М. М. Протодьяконова не вошли горные породы, имеющие предел прочности на сжатие более 200 МПа.
В связи с тем что не все породы удовлетворяют принципу, положенному в основу этой классификации, она пригодна только для предварительных расчетов. Для нормирования производственных операций пользуются классификациями горных пород по отдельным признакам, например по буримости или взрываемости. На отдельных предприятиях или в ведомствах нередко пользуются классификациями, учитывающими особенности горных пород определенного района. Для сравнения отдельных классификаций имеются специальные таблицы.
|
|
|
