§ 6. Технологические свойства полезных ископаемых и вскрышных пород
В процессе разработки все горные породы - как вскрышные, так и полезные ископаемые характеризуются определенными технологическими свойствами, которые определяют трудоемкость их разработки и полезность использования в народном хозяйстве.
По трудности разработки горные породы делятся на четыре группы:
1. Рыхлые и мягкие, легко отделяемые от массива механическим или гидравлическим способом без предварительного рыхления (растительная земля, торф, пески, гравий, легкие суглинки и т.п.).
2. Плотные, трудно отделяемые от массива механическим способом; при гидравлической разработке их необходимо предварительно рыхлить (тяжелые глины, суглинки, лёсс и т.п.).
3. Полускальные, весьма трудно отделяемые от массива механическим способом; при разработке их обычно применяют предварительное рыхление (мерзлые породы первых двух групп, мел, мергель, каменный уголь, каменная соль, глинистые сланцы и т. п.).
4.Скальные, не поддающиеся отделению от массива без предварительного дробления. К ним относятся граниты, кварциты,базальты, песчаники и другие изверженные, метаморфические прочные осадочные породы.
Трудность разработки определяется главным образом такими технологическими свойствами горных пород, как крепость, трещиноватость, разрыхляемость, пористость, водонасыщенность и устойчивость.
Крепость - способность пород сопротивляться изменению формы и разрушению под действием внешних сил. В практике наиболее часто крепость пород характеризуют коэффициентом крепости по шкале профессора М. М. Протодьяконова:
,
где σсж- предел прочности породы при одноосном сжатии, МПа.
Рыхлые и мягкие породы имеют коэффициент крепости до 0,6 - 0,8, плотные - от 0,8 до 1,5, полускальные - от 1,5 до 5, скальные -от 5 до 20.
Большое влияние на крепость горных пород оказывают их трещиноватость и слоистость. В местах расположения трещин и на контактах слоев силы сопротивления породы внешним воздействиям значительно ослаблены.
По степени трещиноватости породы делятся на монолитные, малотрещиноватые, среднетрещиноватые и сильнотрещиноватые. У монолитных пород трещины практически отсутствуют, у малотрещиноватых пород расстояние между трещинами составляет 200-300 см, у среднетрещиноватых – 50-100 см, у сильнотрещиноватых – 10-15 см и меньше.
Разрыхляемость пород характеризуется коэффициентом разрыхления, который показывает, во сколько раз объем разрыхленной породы больше объема ее в массиве. Величина его зависит в основном от крепости и структуры пород, способа и степени их рыхления, времени пребывания в разрыхленном состоянии и изменяется от 1,05-1,3 для мягких пород и до 1,5-1,8 для крепких скальных пород.
Пористость пород определяется отношением объема всех пустот в массиве к объему сухого массива без учета пустот. Величина ее изменяется от 0,02—2% для изверженных пород и до 80% для торфа.
Водонасыщенность пород характеризуется отношением объема пор, занятых водой, к общему объему пор. По степени водонасышения породы делят на слабовлажные, влажные и насыщенные водой.
Устойчивость пород - способность сохранять равновесие при их обнажении. При открытом способе разработки устойчивость пород характеризуется углами откосов рабочих и нерабочих уступов, при подземном - площадью обнажения горных выработок.
Твердость горной породы характеризуется сопротивлением проникновению в нее другого тела, не получающего при этом остаточной деформации.
Абразивность- способность горных пород изнашивать при трении о них металлы, твердые сплавы и другие тела.
Пластичность-свойство пород необратимо изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил.
Хрупкость - свойство пород разрушаться без пластических деформаций.
Пластичностью называют также способность породы сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил. Пластичные свойства пород изменяются в зависимости от количества находящейся в породе воды.
Вязкость- это способность материала (горной породы) претерпевать необратимую деформацию, не разрушаясь и поглощая механическую энергию.