4. Разрушение породы

В зависимости от степени разрушения необходимо различать следующие технологические виды разрушенных и раздробленных пород.

1. Связновзорванные – скальные и полускальные породы. Отдельности массива пород, находящихся в таком состоянии не разрываются полностью, а лишь увеличивается трещиноватость массива и сохраняются в значительной мере силы сцепления между отдельностями.

2. Крупновзорванные – это породы с большими воздушными промежутками между блоками и кускам, с отсутствием сил сцепления между ними, но блоки и куски этих пород зажаты во взорванной массе и существуют силы сцепления по неразрушенным природным трещинам в кусках.

3 Мелковзорванные – они характеризуются наличием большого числа воздушных промежутков между кусками. Отдельные куски чаще зажаты во взорванной массе.

4 Раздробленные породы – К этому виду относятся все взорванные породы, дополнительно раздробленные другими способами, с кусками крупностью не более 20см.

5 Мелкораздробленные ( щебеночного вида ) породы с частицами размером не более 10 см, получающиеся в результате дробления и рассева по крупности добытых полезных ископаемых.

6 Разрыхленные мягкие породы теряют естественное сцепление.

Лекция №15

Тема : ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

План лекции (с.178-200/1/):

1. Разрушение и транспортирование горных пород.

2. Управление состоянием массива горных пород. Обогащение и геотехнология.

1. Разрушение и транспортирование горных пород.

Разрушение горных пород – основной процесс горного производства. Разрушение происходит при отделении пород от массива механическими и любыми другими способами – при бурении горных пород, их взрывании, дроблении и измельчении на последующих стадиях переработки.

Разрушаемость пород может быть оценена соответствующей работой разрушения; ее величина обусловлена пределами прочности, упругими и пластическими свойствами горных пород.

Все породы по относительной трудности разрушения разделены на пять классов и на 25 категорий:

1 класс – мягкие, плотные и полускальные связные породы ( п_тр = 1÷5); категории пород : 1-5;

2 класс – лекгоразрушаемые скальные породы (П_тр = 5,1÷10) ; категории пород : 6-10;

3 класс - скальные породы средней трудности разрушения (П_тр = 10,1÷15 ); категории пород: 11-15;

4 класс – трудноразрушаемые скальные породы ( П_тр = 15÷ 20); категории пород 16-20;

5 класс - весьма трудноразрушаемые скальные породы ( П_тр = 20,1÷25 ); категории пород: 21-25;

Таким образом, по трудности разрушения все породы делятся на 25 категорий ; показатель категории совпадает с величиной П_тр. Редко встречающиеся породы с П_тр >25 относятся к внекатегорным.

Связные и рыхлые породы, а также твердые ( предварительно ослабленные ) отделяют от массива режущими кромками и зубьями выемочных агрегатов: скреперов, бульдозеров, экскаваторов, врубовых машин, очистных и проходческих комбайнов и струговых установок.

Режущая кромка или зуб агрегата под действием либо статистических, либо динамических усилий внедряется в массив и откалывает относительно небольшие куски ( или снимает стружку ) от массива. Этому процессу соответствует особые горнотехнологические параметры, характеризующие породу - удельные усилия резания, зарубания, откола, внедрения и т.д. Основные разрушающие напряжения при этом – сжимающие и сдвигающие. Поэтому в процессе резания основную роль играют прочностные и упругие параметры пород.

Как известно, породы, обладающие большой прочностью, не могут быть отделены от массива непосредственно выемочными агрегатами. В таких случаях используют предварительное рыхление массива буровзрывным способом.

Эффективность бурения взрывных скважин оценивается скоростью бурения, которая зависит от следующих факторов:

-способности пород разрушаться под действием бурового инструмента ( основной фактор );

-вида и формы бурового инструмента и способа бурения; усилий и скорости -воздействия бурового инструмента на забой скважины ;

-диаметра скважины и в ряде случаев ее глубины;

-способа, скорости и тщательности удаления из забоя скважины буровой мелочи, препятствующей разрушению породы.

Все перечисленные факторы определяют технологические параметры буровых станков; основной фактор – способность пород разрушаться – оцениваться буримостью пород.

Буримость – степень сопротивления породы разрушению буровым инструментом. Она включает в себя в скрытом виде такие механические характеристики пород, как упругие свойства, прочность, пластичность, а также технологические показатели – твердость, вязкость, и абразивность.

Все горные породы по величине П_б подразделяются на 25 категории ( П_бот 1 до 25) с выделением пяти классов :

1 класс – лекгобуримые (П_б= 1÷5)

2 класс - средней трудности бурения ( П_б= 6÷10)

3 класс – труднобуримые (П_б= 11÷15)

4 класс – весьма труднобуримые (П_б= 16÷20)1

5 класс – исключительно труднобуримые (П_б=21÷25)

Породы с показателем П_б > 25 относятся к внекатегорным. Введение показателя П_б упорядочивает и облегчает технологические расчеты буровых установок: их производительность, режим и техническую скорость бурения в конкретных горнотехнологических условиях.

Физические свойства и явления в породах используются не только для расчета параметров существующих станков, но и для совершенствования способов механического бурения. Интерес представляют методы гидравлического воздействия, методы приложения к породам упругих колебаний, ударных нагрузок и др.

При термическом бурении на породу воздействует высокотемпературная сверхзвуковая газовая струя, которая интенсивно разогревает тонкий поверхностный слой породы и вызывает в нем термические напряжения, приводящие к отколу от поверхности мелких чешуек.

Следовательно, термическое бурение пород происходит путем «шелушения», хрупкого отделения от нагреваемой поверхности небольших пластинок породы.

При взрыве образуется зона сжатия ( зона пластических деформации ), в которой порода либо переизмельчается ( скальные и полускальные породы), либо уплотняется ( часть плотных и мягкие глинистые породы). При этом преодолевается сопротивление породы силам сжатия и сдвига. При взрывном дроблении массива скважинными зарядами радиус зоны сжатия составляет (1-7,5)d³, где d³ – диаметр заряда.

За зоной сжатия расположена зона трещинообразования; радиус ее при скважинных зарядов составляет (20-50)d³. Здесь энергия взрыва расходуется на преодоление сопротивления породы с сдвигу, растяжению и частично сжатию.

За зоной трещинообразования следует зона сотрясения, которая с удалением от заряда переходит в зону упругих деформации . Зоны сжатия и трещинообразования образуют вместе зону регулируемого дробления. В зоне сотрясения также частично происходит разрушение пород по естественным трещинам ( без дробления отдельностей массива )- это зона нерегулируемого дробления. При взрывных работах стремятся максимально увеличить зону регулируемого дробления путем управления действием взрыва. Разрушение пород при взрыве происходит в результате совокупного воздействия расширяющихся продуктов детонации, ударных волн и волн разгрузки. Расширяющие газы разрушают пород непосредственно в месте закладки ВВ. Одновременно они передают энергию взрыва в массив. Коэффициент передачи энергии взрыва в массив составляет 0,4 -0,6 . Энергия в массиве вблизи заряда распространяется в виде ударной волны.

Разупрочнение ( ослабление) пород- технологический процесс, применяемый либо с целью исключения буровзрывных работ, либо с целью повышения эффективности их. Ослаблению чаще всего подвергают мерзлые горные породы. Как известно, из-за смерзаемости рыхлых и связных пород на вскрышных работах пи добыче мягких и влажных руд, глин, песка, гравия в зимнее время возникают существенные затруднения.

Многочерпаковые и роторные экскаваторы, а также бульдозеры и скреперы вообще не способны разрабатывать мерзлую горную породу без предварительной ее подготовки к выемке.

Ослабление мерзлых пород осуществляют механическими и немеханическими методами.

Наиболее часто механическое рыхление осуществляют буровзрывными работами, рыхлителями, дизель –молотами и т.д.

В случае поверхностного нагрева применимы закономерности распространения тепла в полубесконечном твердом теле .

Разогрев пород с поверхности при большой глубине нагрева длителен, мало производителен и дорог.

Оттаивание пород осуществляют также непосредственным пропусканием электрического тока по разогреваемому участку.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ржевский В.Н. Основы физики горных пород. М.: Недра 1989. 672 с.

2. Новик Я.С. Физика горных пород. М.: Недра 1986. 458 с.

3. Астафьев Ю.П. Управление состоянием массива горных пород. Киев ВШ. 1986. 672 с.

4. Арсентьев А.И. Устойчивость бортов и осушение карьеров. М.: Недра

1986. 359 с.

56