§ 17. Разрыхляемость

Разрыхляемость — увеличение объема добытой горной породы по сравнению с объемом ее в массиве. Это свойство горных пород име­ет большое значение при закладке выработанных пространств, при погрузке добытой породы, при образований отвалов пустой порйдЫ и складов добытого полезного ископаемого и т. п.

Разрыхляемость породы зависит от ее строения и сложения, твер­дости и способа добычи. Наиболее разрыхляемыми являются твердые и прочные породы. Наименьшей разрыхляемостью обладают мало­связные, рыхлые породы.

Разрыхляемость данной породы может быть оценена коэфнцием- том

1-У AV ' v ~ V '

где - увеличение данного объема породы вследствие разрыхле­ния и V— объем породы в массиве.

Добытая порода состоит из кусков и частиц различных форм и размеров. Скопление таких кусков и частиц обладает большей пори­стостью я', чем пористость этой породы в массиве tt₀. Это увеличе­ние пористости и определяет разрыхляемость.

С течением времени происходит усадка добытой породы — явле­ние, обязанное действию силы тяжести, в результате которого куски и частицы располагаются в скоплении более плотным образом. При этом происходит уменьшение пористости, а вместе с тем и уменьше­ние коэфициента разрыхляемости. К такому же эффекту приводит и искусственное уплотнение добытой породы, например, трамбованием, не сопровождающимся разрушением кусков. Однако при всем этом объем добытой породы никогда не достигнет первоначального своего объема в массиве. Исключение составляют: песок и вообще грунты, искусственным уплотнением которых можно в отдельных случаях достигнуть большей плотности, чем плотность их в естественном состоянии.

Усадке кускового материала способствует прибавление небольшо­го количества воды. Последняя, смачивая куски породы, играет роль смазки, уменьшающей трение между кусками и тем способствующей занятию отдельными кусками более устойчивого положения в скоп­лений, что и приводит к уменьшению объема, к усадке.

Наибольшее числовое значение коэфициента разрыхления £ полу­чается для свежедобытой породы, а наименьшее — для уплотненной породы, например, горным давлением (сухая закладка), при долгом лежании на складе и т. п. Разрыхляемость при наименьшем значении коэфициента ? называются остаточной.

Если обозначить пористость при остаточной разрыхляемости череа п и составить выражение

то это последнее может служить для бценки относительной уплот- няемости добытой породы. Это отношение вообще меньше единицы, и чем ближе оно к ней, тем большей уплотняемостью обладает данная добытая порода. Относительная уплотняемость имеет значе­ние, например, при выборе состава сухой закладки выработанного пространства. Чем большей относительной уплотняемостью обладает данный закладочный материал, тем менее он пригоден для примене­ния.

Уплотняемость определенным образом связана с давлением. Допустим, что порода в кусках подвергается давлению без боково­го расширения. Обозначим через /г₀ высоту столба породы при на­чальном давлении р₀ и через — при давлении р_х. Площадь попе­речного столба примем равной единице.

Так как объем твердой части (скелета) столба остается все время без изменения, то

Ml — %>= М1 — «|)>

где я₀ и п_х— соответствующие значения пористости. Отсюда имеем:

h₀ _ 1 — п_х hi 1 — щ

и

I _щ ho — hi _ ftp — Л;

Л₀ ^в 1 — «1

— величину относительной усадки породы. Разность (й₀ — А_г) пред­ставляет абсолютную величину усадки при увеличении давления от Ро ДО Pi-

Опыты показывают, что кривые зависимости усадки рыхлого ма­териала от давления, или так называемые компрессионные кривые, принадлежат к логарифмикам и имеют общее выражение

г=-А1п(р4-Р_е) + С_г, (а)

где А,р_е и С_г — постоянные величины для данной кривой, вычисляе­мые на основании определяемых опытом значений величины i для трех значений р.

Явление усадки рыхлого материала под влиянием давления и без бокового рас­ширения типично для закладки выработанного пространства. Заметим, что в этом случае с помощью формулы (а) может быть вычислена величина давления горных пород на закладку, вызвавшего наблюдаемую величину усадки I.

Относительное увеличение объема породы при разрыхлении, оцениваемое коэфи- циентом может служить для приближенного определения высоты, на которую распространяется обрушение боковых пород в горизонтальных или наклонных выработках. При этом коэфнциент 5 определяется с помощью измерений осадки днев­ной поверхности (если, конечно, такая осадка наблюдается) и представляет собою некоторое среднее значение относительного увеличения объема в стесненных усло­виях для всей толщи пород между дайной выработкой и дневной поверхностью.

Если величина деформации крепи потолка данной горизонтальной выработки — а и соответствующая осадка дневной поверхности—5 (по окончании процесса оседания), то при глубине заложения выработки Н получим, считая величину а весьма малой по сравнению с Н:

В практике разработки каменноугольных месторождений коэфнциент $ обычно принимается равным (по Леонтовскому) для пород: слабых — 0,02J, средних — 0,025 и прочных — 0,030.

Если высота горизонтальной выработки вчерне Л, то высота зоны обрушения определяется для случая незакрепленной выработки равной

«о=Л

для случая закрепленной выработки —

Н(, == а : 5,

где а—величина деформации крепи.

В табл. 7 даны числовые значения коэфициента I для иекоторых пород для случая нестесненного увеличения объема.