Ч А С Т Ь В Т О Р А Я

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

7. Горнотехнологические характеристики пород

7.1. Горные породы как объект разработки

Объектами горных разработок являются все виды горных по­ род: коренные (магматические, метаморфические и осадочные),

женные или перенесенные. При разработке породы подвергаются различного рода воздействиям, главным образом механическим: ударам, сдвигу, уплотнению, перемещению, в результате чего изменяется их состояние. В общем случае различают естественное или искусственное (взрывом, механическим разрушением, водопонижением, химическим укреплением и т. п.) изменение состоя­ ния горных пород.

Для выполнения горных работ в забое необходимо знать фи­ зико-технические свойства и характеристики горных пород в их естественном состоянии. Для других целей (погрузка, переме­ щение, складирование, дробление и др.) определяют и учитывают свойства уже искусственно измененных пород. Эти свойства зави­ сят как от свойств пород в естественном состоянии, так и от спо­ соба и места воздействия на породы.

В различных стадиях разработки состояние разрушенной или измельченной породы тоже неодинаково, а следовательно, неоди­ наковыми будут и многие ее свойства, например при нахождении породы в насыпи после взрыва, в ковше экскаватора, в вагоне и т. д. Свойства пород в массиве изменяются и при цементации, электрохимическом воздействии, водопонижении.

Цели воздействия на породы различны, и они определяют объемы, в пределах которых важно знать те или иные свойства пород. Характеристики свойств пород в различных их объемах могут быть разными, например из-за блочной трещиноватости.

Таким образом, состояние и, следовательно, свойства горных пород изменяются в очень большом диапазоне, что предопределяет как различные способы разработки, так и тип используемых при

связные и рыхлые (см. раздел 1.1) вводят дополнительные группы пород в зависимости от их строения. Так, твердые породы под­ разделяют на скальные и полускальные, связные — на плотные

имягкие, рыхлые — на сыпучие и разрушенные.

7.2.Скальные и полускальные породы

Кскальным относят большую часть изверженных и метамор­ фических пород и некоторые породы осадочного происхождения. Они распространены на месторождениях рудных, по добыче строи­ тельного камня и режена каменноугольных. Предел прочности при одноосном сжатии скальных пород в насыщенном водой состоянии

(w ^ 3 -r-5 % ) составляет от 5-107 до 3,5-108 Па.

К полускальным относится часть изверженных и метаморфи­ ческих пород (со сравнительно слабыми силами сцепления между частицами) и породы осадочного происхождения. Они имеют пре­ дел прочности при одноосном сжатии в насыщенном водой состоя­

мочно-погрузочными работами. К полускальным породам отно­ сятся, например, сланцы, слабые песчаники на глинистом и из­ вестковом цементе, мергели, слабо сцементированные конгло­ мераты, слабые известняки и сланцы, разрушенный песчаник, гипс, каменная соль, крепкие каменные угли и др.

Для большинства скальных и полускальных пород характерна естественная трещиноватость в массиве, оказывающая большое влияние на технологию ведения горных работ (см. приложение 34).

По степени трещиноватости эти породы подразделяют на пять технологических категорий:

1.Практически монолитйые, у которых размер отдельностей превышает 1,5 м, средний размер около 1 м, видимые трещины отсутствуют. К этой категории относятся горнблендиты, пироксениты, каменная соль и др.

2.Мало трещиноватые, у которых среднее расстояние между трещинами и размер отдельностей составляют до 1,5 м (в среднем около 0,7 м). Такие породы имеют блочное строение, видимые трещины в них заполнены мелким материалом. К ним относятся

граниты, плотные известняки ряда месторождений.

3. Средней трещиноватости, у которых среднее расстояние между трещинами и средний размер отдельностей составляют около 0,5 м. Имеют блочное строение, хорошо различимые, иногда заполненные мелким материалом трещины. В эту группу входят известняки, роговики и песчаники.

4. Сильно трещиноватые, с отдельностями в среднем около' 0,3—0,4 м. Часто имеют место напластования и видимые сомк­ нутые трещины. К данной категории относятся алевролиты, бурый уголь и др.

5. Чрезвычайно трещиноватые, имеющие средний размер от­ дельностей в массиве около 0,2 м. Отсутствуют отдельности круп­ нее 1 м. К этим породам относятся некоторые гранодиорит-пор- фиры, бурые угли.

На одном и том же месторождении даже одинаковые по найме-4 нованию породы могут быть отнесены,к разным категориям тре­ щиноватости.

Свойства скальных пород при отрицательных температурах меняются незначительно. Силы сцепления при^замерзании возра­ стают в большей мере у слабых и влажных полускальиых пород, содержащих до 12—18% воды.

7.3. Плотные, мягкие и сыпучие породы

Плотные породы представлены твердыми глинами, мелами, бурыми и каменными углями и др. Предел прочности, этих пород при одноосном сжатии 107—2-107 Па. Их можно разрабатывать горными машинами без предварительного разрушения при до­ статочных усилиях резания. В случае динамических нагрузок плотные породы разрушаются хрупко, но при длительном воздей­ ствии нагрузки они ведут себя как пластичные тела. Угол их внутреннего трения равен 16—35°, сцепление 5*105 — 4*10° Па.

Мягкие породы представлены песчаными глинами, суглинками, супесями, мягкими углями, полностью дезинтегрированными из­ верженными и метаморфическими породами и др. Предел проч­ ности их при одноосном сжатии 106—107 Па, угол внутреннего трения 14—23°, сцепление 5-104 — 10е Па. Такие породы доста­ точно легко разрабатываются без предварительного рыхления всеми видами выемочных машин. При высыхании они становятся полутвердыми, а под действием воды набухают.

Сыпучие породы — это различйые vпески. Пески называют пылеватыми, если масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75% и мелкими — при большем содержании частиц. Если в песке содержится более 50% частиц крупнее 0,25 мм, его называют пес­ ком средней крупности; более 50% частиц крупнее 0,5 мм — пес­ ком крупным; более 25% гравелистых частиц — песком гравели­ стым. Если в породе содержится 50% частиц крупнее 2 мм, то ее называют гравийной (дресвяной), а если 50% и более частиц крупнее 10 мм, то поррды называют галечниками и щебенистыми.

Все эти породы в естественном состоянии всегда содержат пле­ ночную, капиллярную и гравитационную воду. Углы естествен­ ного откоса песков составляют 19—37°. Усилия внедрения испол­ нительного органа в пески наименьшие, так как силы сцепления между однородными окатанными частицами практически отсут­ ствуют. Лишь у разнозернистых плотных песков существует сце пление между частицами, не превышающее 3* 104 — 5 -104 Па. При динамическом воздействии сопротивление сдвигу песков резко уменьшается. Некоторые виды жирных тонкодисперсных

полное отсутствие сил сцепления между частицами приводят к силь­ ному изменению всех физических свойств разрушенной породы по сравнению с той же породой в монолитном состоянии.

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

зультате взрыва невелико (3—10%). Линейные размерыотдель­

2. К р у п н о в з о р в а н н ы е породы — это породы с боль­ шими воздушными промежутками между блоками и кусками, с от­ сутствием сил сцепления между ними, по блоки и куски этих пород зажаты во взорванной массе и существуют силы сцепления по неразрушенным природным трещинам в кусках. Увеличение объема породы в результате взрыва достигает 20—30%. Линейные

наличием большого числа воздушных промежутков между кус­ ками. Отдельные куски чаще зажаты во взорванной массе. Уве­ личение объема породы в результате взрыва достигает 40—65%, линейные размеры наиболее крупных кусков составляют 60—70 см.

4. Р а з д р о б л е н н ы е породы. К этому виду относятся все взорванные породы, дополнительно раздробленные другими способами, с кусками крупностью не более 20 см. Они обладают сыпучестью, имеют наименьшую насыпную массу, достаточно легко добываются и транспортируются всеми видами горного транспорта. Обычно до такой крупности дробят только полезные ископаемые.

5. М е л к о р а з д р о б л е п н ы е (щебеночного типа) по­ роды с частицами размером не более 10 см, получающиеся в ре­ зультате дробления и рассева по крупности добытых полезных ископаемых. Увеличение первоначального объема после дробле­ ния достигает 60—85%, породы подчиняются закономерностям сыпучих сред.

При складировании в насыпи под действием веса вышележащей толщи они уплотняются. При уплотнении э.тих пород в первую очередь из пор вытесняется воздух, дальнейшее их уплотнение происходит за счет отжима воды. Разрыхленные мягкие породы характеризуются непостоянными показателями трения и сцепле­ ния.