 |
Глава 4 подготовка горных работ к выемке
|
|
|
|
Общие сведения
Горные породы, слагающие месторождения полезных ископаемых, разделяются на коренные (магматические, метаморфические и осадочные), залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и наносы (переотложенные или перенесенные измельченные породы), покрывающие коренные породы. Горные породы могут находиться в естественном (нетронутый массив) или искусственно измененном (посредством взрыва, механическим или химическим способом и др.) состоянии. 11ри разработке горные породы подвергаются различного рода воздействиям (удару, сдвигу, уплотнению, перемещению и др.), в результате чего изменяется их состояние.
К физико-техническим характеристикам горных пород, характеризующих их как объект открытой разработки, относятся плотность, пористость, влажность, сопротивление различным усилиям, абразивность, вязкость, хрупкость, устойчивость, увеличение объема при разрушении и др. При воздействии на нетронутый массив пород горному инженеру необходимо знать свойства пород в их естественном состоянии. Для выполнения других процессов (погрузка, перемещение, складирование, дробление и др.) необходимо знать свойства искусственно измененных пород в их естественном состоянии, от способа воздействия на них и от стадии разработки.
Свойства горных пород изменяются в большом диапазоне, поэтому породы принято объединять в группы, категории и классы с определенным диапазоном свойств, обусловливающих условия их разработки. При открытой разработке все горные породы разделяются на следующие группы: неразрешенные, скальные и полускальные (в естественном состоянии), разрушенные (искусственно или естественно измененные), скальные и полускальные, плотные, мягкие (связные) и сыпучие. В зависимости от группы пород используются различные способы их разработки и технические средства.
|
|
|
К скальным относятся породы, характеризующиеся пределом прочности при одноосном сжатии в куске в насыщенном водой состоянии (до 3-5 %) более 50 МПа. Сюда относятся большинство пород изверженных и метаморфических (кварциты, граниты, базальты, габбро и др.), а также некоторые осадочные (прочные известняки, песчаники, песчанистые сланцы, кремнистые конгломераты и др.).
К полускальным относятся породы, характеризующиеся пределом прочности при одноосном сжатии в куске в насыщенном водой состоянии в интервале 20-50 МПа. Сюда относятся породы изверженные выветренные, метаморфические и коренные осадочные (глинистые и песчано-глинистые сланцы, глинистые и известковистые песчаники, руды гематитовые, мергели, известняк-ракушечник, аргиллиты, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и прочные бурые угли и др.).
Для погрузки и перемещения скальных и полускальных пород обычными техническими средствами необходимо их предварительное разрушение взрывным или механическим способом.
Разрушенные породы характеризуются степенью связности и кусковатостью.
Связность отражает характер связей между кусками породы. Она зависит от степени разрыхления породы, ее кусковатости и характеризуется сцеплением kз (связи природного характера), зацеплением к3 (связи механического характера разрушения) и углом внутреннего трения пород р. Степень разрыхления пород характеризуется коэффициентом разрыхления kр, равным отношению объема разрыхленной породы к объему, занимаемому в массиве.
По степени связности разрушенные породы делятся на три категории.
Сыпучие разрушенные породы (kр = 1,4/1,65), характеризующиеся наличием многочисленных воздушных промежутков между кусками (возможно зажатие отдельных кусков и зацепление между ними). Они склонны к осыпанию и образованию четко выраженных откосов.
|
|
|
Связно-сыпучие разрушения породы (kр =1,2/1,3) характеризующиеся наличием небольших воздушных промежутков (пустот) между отдельными блоками и кусками (куски зажаты между собой и между ними сохраняется зацепление и сцепление по нарушенным природным трещинам в кусках). Насыпь таких пород не имеет четко выраженных откосов.
Связно-разрушенные породы (kр = 1,03/1,05), представленные не полностью разделенными между собой отдельностями. Естественная трещеноватость массива при этом увеличивается, но сохраняется и значительной степени сцепление между блоками. Насыпь имеет круткой откос.
Кусковатость разрушенных пород с достаточной степенью точности может быть оценена по среднему размеру кусков dср. По кусковатости разрушенные породы подразделяются на пять категорий.
Очень мелко разрушенные породы с dср <= 10 см (размер наиболее крупных кусков 40-60 см).
Мелко разрушенные породы с dср =15/25 см (размер наиболее крупных кусков 60-100 см).
Среднеразрушенные породы с dср = 25/35 см (размер наиболее крупных кусков 100-140 см).
Крупноразрушенные породы с dср = 40/60 см (размер наиболее крупных кусков до 150-200 см).
Весьма крупноразрушенные породы с dср = 70/90 см (размер наиболее крупных кусков 250-300 см).
Взорванные породы могут быть связными, связно-сыпучими и сыпучими в зависимости от условий взрывания и местонахождения после нарыва. Куски, имеющие размер больше допустимого по технологическим условия м разработки, называются негабаритными. Негабаритные куски принадлежат дополнительному дроблению.
Плотные породы характеризуются пределом прочности на одноосное сжатие в интервале 5-20 МПа. Сюда относятся твердые глины, мел, бурые и каменные угли средней плотности и др. Они способны сохранять! в массиве откосы под углом 60 - 70° при высоте уступов 10-20м. Их можно! разрабатывать горными машинами без предварительного рыхления при! усилиях копания > 0,3—0,4 МПа.
Мягкие породы имеют предел прочности на одноосное сжатие в интервале 1-5 МПа и представлены песчаными глинами, суглинками, супесями, мягкими углями и др. Они разрабатываются без предварительного рыхления выемочными машинами при усилиях копания 0,2-1 0,3 МПа и способны сохранять откосы под углом 50—60° при высоте ] уступов 7-15м.
|
|
|
Сыпучие породы представлены однородными песками, угол откоса | которых в насыпях не превышает угла внутреннего трения = 19-^37°. I Они разрабатываются при усилиях копания 0,03-0,05 МПа.
Сопротивление горных пород разрушению акад. В.В. Ржевский предлагает оценивать показателем трудности разрушения породы, определяемым по формуле
Пр =5*10 -8 (Qсж +Qсдв+Qрас) kтр + 5*10-1*y,
где: kтр – коэффициент, учитывающий трещеноватость пород;
y – плотность пород в естественном состоянии, г/см3;
Qсж, Qсдв, Qрас – предел прочности пород соответсвенно сжатию, сдвигу, растяжению, Па.
По трудности разрушения породы разделяются на пять классов.
Каждый класс включает пять категорий.
I класс – полускальные, плотные и связные мягкие породы с 1-й по 5-ю категорию (Пр = 1/5).
II класс – легкоразрушаемые скальные породы с 6-й по 10-ю категорию (Пр = 5,1/10).
III класс – скальные породы средней трудности разрушения с 11-й по 15-ю категорию (Пр = 10,1/15).
IV класс – трудноразрушаемые скальные породы с 16-й по 20-ю категорию (Пр = 15,1/20).
V класс – весьма трудноразрушаемые скальные породы с 21-й по 25-ю категорию (Пр = 20,1/25).
Редко встречающиеся породы с показателем Пр> 25 относятся к внекатегорным.
|
|
|
