13. Технологічні показники гірських порід

Характеристики та гірничо-технологічні властивості гірських порід – твердість, міцність, абразивність, тривкість, буримість, висаджуваність (вибуховість), збагачуваність.

Твердість – опір породи вдавлюванню в неї іншого більш твердого тіла (індентора), пружною деформацією якого можна знехтувати

Міцністю - називається здатність порід чинити опір руйнуванню при стиску, сколюванні, розтяганні й інших видах деформації. Міцність порід залежить від багатьох факторів і коливається в широких межах. Випробування міцності порід на стиск проводиться на гідропресах з визначенням стискального зусилля в момент руйнування зразків породи, які виготовлені у вигляді куба з ребром 50 мм або циліндрів з таким самим діаметром і висотою. Непаралельність площин зразка не повинна перевищувати 0,01–0,03 мм.

Абразивність – здатність гірської породи зношувати при терті інстру- мент, що її руйнує (різці бурових коронок і доліт). Абразивність є однією з найважливіших властивостей порід, що визначають вибір породоруйнівного інструменту і режим буріння. При бурінні абразивних порід скорочується час роботи інструменту на вибої. Абразивність гірських порід значною мірою залежить від твердості поро- дотвірних мінералів. Підвищену абразивність мають породи, що складаються із зерен дуже твердих мінералів, пов’язаних менш твердим цементом. Для оцінки абразивності запропоновано багато способів, за основу в них прийнято один принцип – стирання еталонного предмета. Широко відомий спосіб Л.І. Барона й А.В. Кузнєцова, що полягає у ви- значенні втрати маси стрижня зі сталі-сріблянки при терті об гірську породу

Буримість — це величина поглиблення вибою свердловини за одиницю часу, протягом якого до породоруйнівного інструменту прикладені зовнішні навантаження. Буримість адекватна механічній швидкості буріння. Буримість залежить від застосовуваного способу руйнування і властивостей розбурюваних порід; зносостійкості породоруйнівного інструменту; техніки і технології бурових робіт; їхньої організації; а також від кваліфікації обслуговуючого персоналу. Навіть при бурінні тих самих порід буримість змінюється в часі, що пов’язано з абразивним зносом породоруйнівного інструменту. Чим твердіші і міцніші породи, тим менша їх буримість. У свою чергу, ці властивості порід залежать від їхнього мінерального складу, пористості, структури, текстури тощо.

Вибуховість(висаджуваність) – здатність порід руйнуватися під дією зовнішніх зусиль при вибуху зарядів вибухових речовин (ВР). Вона характеризується питомою витратою ВР, тобто кількістю ВР, яка необхідна для відбою 1 м3 породи від ма- сиву, або кількістю метрів шпурів, в яких може бути розташована необхідна для відбою і подрібнення 1 м3 породи кількість ВР.

14. Внутрішні та зовнішні чинники, що впливають на фізичні властивості гірських порід

Механічне поле. Механічні напруги (тиску) в значній мірі впливають на зміну фізичних властивостей гірських порід. Причиною цієї зміни є порушення початкового будови гірських порід. Залежно від характеру тиску (одновісне, двовісне, всебічне рівномірний - гідростатичний, всебічне нерівномірне) ці порушення пов'язані або з ущільненням породи, смятием пір і збільшенням площі контакту зерен, або з утворенням в породі системи тріщин, зменшенням зв'язку між окремими її ділянками і т . д.

Найбільше уплотняющее дію на породи надає гідростатичний тиск. Зі збільшенням ущільнення збільшуються площі каналів, по яких передаються напруги і енергія, і зростають все тензорні показники (міцність, пружні властивості, теплопровідність і т. Д.).

При дуже високих тисках відбувається перебудова не тільки макроструктури породи (ущільнення), але і збільшення внутрішнього потенціалу атомів і іонів, що, в свою чергу, також впливає на властивості порід.

Під впливом разупрочняющей механічних напружень відбувається, навпаки, зменшення внутрішніх зв'язків між частинками гірських порід. При цьому зміни властивостей, як правило, більш істотні.

У гірському виробництві зустрічаються як штучні механічні напруги, створювані в основному з метою руйнування гірських порід, так і природні - гірське тиск, обумовлений вагою верхніх шарів і бічним тиском вміщуючих порід; тиск газів і води в масивах порід; термічні напруги, що виникають під впливом тепла в масивах; тектонічні напруги, пов'язані зі сдвижением порід.

Речовие поле найбільш часто представлено у вигляді різних рідин (вода, нафта) і газів, що заповнюють пори, тріщини і порожнечі в породі. Вплив речового поля на властивості порід позначається у двох напрямках: як складова частина породи і як фізико-хімічно активна середу, що впливає на мінеральний скелет. У першому випадку властивості породи визначаються як інтегральний показник властивостей мінерального скелета, рідин і газів, що насичують породу. У другому випадку властивості породи, крім того, стають функцією ступеня взаємодії між зовнішнім речовим полем і породою. У зв'язку з цим при насиченні можуть спостерігатися зміни властивостей порід в різних напрямках.

Ступінь впливу рідин найбільша при пухких, зв'язкових і деяких слабосцементірованних скельних породах, решта породи малочутливі до гідравлічного впливу.

Вплив рідини на гірську породу може бути динамічним і статичним. Динамічний вплив, як правило, призводить до механічного руйнування і переміщенню гірських порід; статичне - до набухання, розм'якшення і розчиненню.

Теплове поле викликає зміни властивостей порід під впливом різних термодинамічних процесів, що відбуваються в них при підвищенні температури. Виділяють два види впливу теплового поля. Перший вид пов'язаний з виникаючими в породах термічними напруженнями через нерівномірний теплового розширення мінералів. Другий вид обумовлений різними фізичними та термохімічними перетвореннями мінералів породи.

Термонапруження виникають в результаті перетворення теплової енергії в механічну. Вплив термонапруженого на зміну властивостей порід аналогічно впливу механічних напруг.

Термохімічні та фізичні перетворення в гірських породах при нагріванні можуть бути наступними:

1) перехід породи з одного агрегатного стану в інший - плавлення - отвердевание; випаровування - скраплення; сублімація [16]. Плавлення породи характеризується її температурою і теплотою плавлення. Теплота плавлення - це кількість тепла, необхідного для розплавлення одиниці маси породи при постійних температурах і тиску;

2) перехід мінералів з однієї кристалічної форми в іншу без зміни їх хімічного складу - поліморфні перетворення. Поліморфні перетворення порід супроводжуються стрибкоподібними змінами деяких їх властивостей.

Поліморфні перетворення притаманні багатьом мінералам. Найбільш широко відомі поліморфні перетворення кварцу при підвищених температурах, що супроводжуються значним увеліченіемего обсягу (перехід β-кварцу в α-кварц при Т = 573 ° С);

3) дегідратація - видалення хімічно зв'язаної води з мінералів і гірських порід;

4) дисоціація - руйнування мінералу з виділенням газоподібної фази;

5) окислювально - відновні процеси, притаманні як правило, мідно-нікелевим і свинцево-цинковим сульфідних руд і кам'яним вугіллям.

Це явище призводить до самозаймання руд і вугілля в процесі їх добування та зберігання. Критичною температурою, при якій відбувається швидкий перехід до самозаймання, для бурого вугілля є температура 40 - 60 ° С, для жирного кам'яних вугілля - 60-70 ° С, для антрацитів - 80 ° С, для сульфідних руд - 40-60 ° С.

Під впливом низьких температур також відбувається зміна внутрішньої будови порід і сил зв'язків між окремими частинками. Таким чином, тепловий вплив призводить до зміни властивостей порід в різних напрямках.