Тов лекція 2 підготовка гірських порід до виймання Фізико-механічні властивості гірських порід

Гірські породи характеризуються цілою гамою фізико-механічних властивостей: механічними, структурними, електричними, магнітними, акустичними, тепловими, гідравлічними та іншими.

Із цих різновидностей розглянемо коротко деякі найбільш важливі властивості, які значною мірою впливають на технологію гірничих робіт.

Міцність гірських порід - всебічний показник, що характеризує опір породи різним механічним діям (стисненню, удару, стиранню). Міцність також визначає такі властивості як буримість, вибуховість, стійкість.

Міцність породи має вирішальний вплив на вибір технології розробки, механізації й інструменту. Міцність знаходиться в прямій залежності від границі міцності породи на стиснення, під якою розуміють здатність гірської породи чинити опір руйнуванню під дією одновісного навантаження. Мірою міцності є границя, при якій порода руйнується. Так, наприклад, середня міцність (Па) магнетитових роговиків складає » 24,5-10⁴, силікатних роговиків » 14,7-10⁴, аркозових піщаників я 6,9-10⁴.

Професор М.М. Протодьяконов запропонував для практичних цілей оці­нювати цей показник коефіцієнтом міцності, що чисельно дорівнює десятій долі міцності породи в МПа:

Так, якщо границя міцності породна стиснення дорівнює 55 МПа, то і коефіцієнт міцності буде 5.

Гірські породи та руди за міцністю умовно розподіляють на групи:

м'які – з коефіцієнтом міцності до 3, для яких можна застосовувати механічну відбійку за допомогою комбайнів;

середньої міцності – з коефіцієнтом міцності від 4 до 9;

міцні – з коефіцієнтом міцності від 10 до 15;

дуже міцні – з коефіцієнтом міцності більше 15.

Зі збільшенням міцності різко зростають трудомісткість і вартість відбійки руди у зв'язку із зменшенням швидкості буріння шпурів та свердловин, необхідністю збільшити їх кількість, більшою витратою ВР. З міцністю порід тісно пов'язане поняття стійкості.

Стійкість - комплексна характеристика, яка свідчить про здатність порід гірського масиву зберігати певну площу оголення без порушень і обвалів.

Ступінь стійкості визначає форму перетину гірничих виробок, тип їх кріплення, здатність застосовувати ті або інші системи розробки.

Стійкість масиву визначається сукупним впливом багатьох факторів головне значення з яких мають: міцність тріщинуватість, структура породи, глибина розробки.

Зі збільшенням міцності, зменшенням тріщинуватості і глибини розробки стійкість масиву збільшується.

За ступенем стійкості масиву гірської породи умовно розподіляють на групи:

дуже стійкі – допускають величезні (до 1500-2000 м²) оголення масиву, які можуть зберігатися без кріплення, не обвалюючись тривалий час;

стійкі – допускають оголення покрівлі на великих площах (з прогоном 10 м і більше) і вимагають підтримки виробок тільки в окремих місцях;

середньої стійкості – допускають оголення покрівлі на порівняно великій площі (з прогоном до 8 м), але якщо оголення стоять тривалий час, то вони вимагають підтримки кріпленням;

нестійкі – допускають оголення на невеликій площі (з прогоном до 3 м) і вимагають підтримки слідом за вийманням;

дуже нестійкі - не допускають оголення і, як правило, вимагають випереджаючого кріплення.

Тріщинуватість. Гірські породи в більшості не є суцільними монолітами, а розбиті системою тріщин в одному або декількох напрямках. Розміри тріщин можуть бути від мікроскопічних до декількох сантиметрів.

Тріщинуватість масиву визначають кількістю тріщин на одиницю площі, їх розмірами та орієнтацією.

Природна тріщинуватість, її інтенсивність значно впливають на ступінь стійкості, форми виявлення гірського тиску, якість подрібнення при вибухових роботах.

Розпушуваність. Гірські породи, зруйновані під час відбійки, займають більший обсяг (місткість) у порівнянні з первісним обсягом у масиві.

Розпушуваність характеризують коефіцієнтом розпушення, який дорівнює відношенню обсягів зруйнованої породи і тієї ж породи в масиві і завжди більше 1 (одиниці).

Коефіцієнт розпушення збільшується із збільшенням міцності. Його значення для різних порід знаходиться у межах від 1,2 (пісок, глина) до 1,8, а в окремих випадках до 2,2 (дуже міцні скельні породи). Для більшості скельних порід він становить 1,6÷1,45.

Щільність. Маса гірничої породи в одиниці обсягу є її щільністю і вимірюється в г/см³, т/м³. Показник щільності для більшості порід знаходиться в межах 2,5÷3,0 т/м³, деякі руди (залізна, масивна мідна та ін.) мають щільність до 3,5÷4,0 т/м³.

Із інших властивостей гірських порід, які використовуються при вирішенні різних питань технології, вкажемо на: пружність; пластичність; крихкість; в'язкість; абразивність; межі міцності на стиснення, розтягування та зсув; швидкість розповсюдження поздовжніх і поперечних пружних хвиль, теплові, магнітні та електричні параметри.