1.3 Задачи механики горных пород и ее практическое значение

Задачи механики горных пород определяются потребности горного производства и в настоящее время включают в себя несколько направлений.

Исследование физико-механических свойств горных пород на образцах и в натурных условиях. Результатом таких исследований являются величины физико-технических параметров пород, которые в последующем используются для расчетов режимов работы и производительности существующих горных машин, а также для проектирования новой горной техники. Кроме того, знание свойств горных пород при изменении внешнего воздействия позволяет установить закономерности возможных изменений параметров свойств пород в необходимом для практики направлении.

Исследование физических процессов в горных породах. Результатом этих исследований являются новые методы воздействия на горные породы, новые технологии производства горных работ, новые методы контроля состояния и поведения горных пород в процессах горного производства.

Практическое значение механики горных пород в системе горных науки и для горного производства огромно.

На этапе проектирования горного предприятия свойства горных пород определяют все основные параметры технологической схемы предприятия (вскрытие, подготовка, система разработки, проветривание, водоотлив, транспорт), а также выбор горных машин, соответствующих своими эксплуатационными параметрами свойствам горных пород.

На этапе строительства и эксплуатации горного предприятия знания о процессах, происходящих в горном массиве, и о свойствах пород позволяют планировать мероприятия, позволяющие ликвидировать или значительно снизить вредный эффект таких опасных проявлений горного давления, как неожиданное обрушение пород, горные удары, внезапные выбросы угля, породы и газа, самовозгорание горных пород, загазирование горных выработок, вредная подработка объектов на поверхности и т.п.

На этапе ликвидации горных предприятий знания о состоянии горных пород и породных массивов, содержащих пустоты, созданных в результате деятельности человека, позволяет верно определить меры, снижающие вредные последствия закрытия горного предприятия. В основном эти мероприятия связаны с исключением неожиданных, самопроизвольны оседаний земной поверхности, регуляцией движения подземных и грунтовых вод и рекультивацией земель.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие между физикой и механикой горных пород?

2. Какие научные дисциплины являются базой для механики горных пород?

3. Что является объектом исследования в механике горных пород?

4. Какие методы исследований применяются в механики горных пород?

5. В чем заключаются задачи механики горных пород?

6. Каково практическое значение механики горных пород?

2 Физико-механические свойства горных пород

2.1 Минералы, горные породы, массив горных пород, образец горной породы

Горная порода — устойчивые агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела.

Минерал — природное, как правило, твердое тело, относительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, возникшее как продукт физико-химических процессов, протекающих на поверхности и в глубинах Земли.

Известно около 3000 различных минералов, однако только около 20 являются основными породообразующими.

Породообразующие минералы можно условно разбить на несколько важнейших групп: кварцевые (халцедон, кремень, кварц и др.), силикатные (слюда, полевой шпат, пироксен и др.), карбонатные и глинистые гидрофильные (доломит, кальцит, каолинит и др.), легкорастворимые (сильвин, галит, гипс и др.).

По химическому составу минералы делят на шесть групп: самородные элементы, сульфиды, оксиды, силикаты, соли кислородных кислот, галогениды.

Строение горных пород — размеры, форма, взаимное расположение, способ срастания слагающих их минералов, структура и текстура.

Структура горной породы — размеры, форма минеральных частиц, характер связей между ними и степень кристаллизации пород (полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые, порфировые, обломочные структуры).

Текстура горной породы — взаимное расположение структурно однотипных частей породы в занимаемом ими пространстве.

Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. По ориентации частиц породы и наличию пустот различают текстуры: массовная, с частицами породы плотно прилегающими друг к другу и ориентированными произвольно; пористая, с частицами прилегающими друг к другу неплотно и имеющими множество пор; слоистая, с чередованием частиц, образующих слои и напластования.

Горные породы по генезису, т.е. в зависимо от геологических процессов, в результате которых они образовались, подразделяют на три группы: магматические (изверженные), метаморфические и осадочные.

По характеру связей между частицами горные породы классифицируют следующим образом.

Твердые скальные — с жесткой связью между минеральными частицами и с прочностью при одноосном сжатии более 50 МПа.

Твердые полускальные обладают жесткой связью, а также пластической между минеральными частицами и имеют прочность при одноосном сжатии от 20 до 50 МПа.

Связные — с молекулярными связями в сухом состоянии и ионно-электростатическими в увлажненном состоянии, имеющие прочность при одноосном сжатии от 1 до 20 МПа.

Рыхлые и разрыхленные в результате деятельности человека (раздельно-зернистые, сыпучие) с молекулярными связями между частицами или с ничтожно малыми связями; простые механические смеси частиц минералов или обломков твердых пород.

Текучие — с минеральными частицами, разобщенными водой, способные перемещаться с насыщающей их водой.

Породный массив (сокращению «массив») — связный участок земной коры, вмещающей пласты или залежи полезного ископаемого, состоящий из совокупности горных пород, сформировавшихся в определенной геолого-структурной обстановке и характеризующийся присущими ему физическими и геологическими особенностями.

Для исследования в лабораторных условиях свойств горных пород, слагающих массив, из него извлекают образцы.

Образец горной породы — отдельная часть стальной, полускальной или связной породы или отдельный объем рыхлой или разрыхленной породы, извлеченные из массива в его естественном состоянии и представительно характеризующие свойства элементарного объема массива.