Контрольные вопросы

1. Как подразделяют акустические (звуковые) волны по частоте и по характеру деформирования среды?

2. Какие скорости распространения звуковых волн Вы знаете?

3. Что такое акустическое сопротивление?

4. Что такое коэффициент поглощения?

5. Что называют коэффициентом поглощения и коэффициентом преломления?

6. Где в горном деле используют акустические свойства горных пород?

7 Специальные горно-технологические параметры горных пород

Специальные горно-технологические параметры– это комплексные показатели свойств пород, установленные эмпирическим путём и характеризующие поведение пород при воздействии на них конкретным инструментом, механизмом или технологическим процессом.

Эти параметры подразделяются на группы по принципу принадлежности к определённым процессам технологического воздействия:

– параметры, характеризующие общую разрушаемость пород механическим способом (твёрдость, крепость, вязкость, дробимость);

– параметры, характеризующие разрушаемость пород определёнными механизмами (буримость, взрываемость, сопротивляемость пород резанию и т. д.);

– параметры, оценивающие воздействие породы на инструмент (абразивность);

– параметры, оценивающие качество полезного ископаемого (для углей – коксуемость; для строительных материалов – термостойкость и морозостойкость);

– параметры, устанавливающие производительность или эффективность различных процессов воздействия на горные породы (обогатимость, флотируемость, устойчивость в отвалах и т. д.);

– параметры, определяющие особое поведение пород при разработке месторождений полезных ископаемых (выбросоопасность, метаноносность, самовозгораемость и т. д.).

К основным горно-технологическим параметрам пород относятся: крепость, контактная прочность, абразивность, дробимость, сопротивляемость пород резанию, буримость, взрываемость, липкость, размокаемость, набухание и сопротивление копанию.

7.1 Крепость

Для сравнения различных пород по разрушаемости, а также для разработки нормативов производительности машин и приближённой экономической оценке разрушения пород в 1912 году проф. М. М. Протодьяконовым (старшим) было предложено понятие крепости. Крепость рассматривалась как сопротивление пород разрушению, независимо от рода применяемых машин или механизмов. Мерой этого свойства является коэффициент крепости f. Для его определения проф. М. М. Протодьяконов (старший) испытывал на одноосное сжатие образцы пород кубической формы с размером ребра 5 см. Пределы изменения прочности на одноосное сжатие образцов составили от 3 до 200 МПа. Тогда коэффициент крепости определялся из выражения:

(7.1)

где _сж – порочность на сжатие испытанного образца, МПа;

10 – предел прочности на сжатие эталонного образца, МПа.

Проф. М. М. Протодьяконов разделил все породы по величине коэффициента крепости на 10 категорий.

Таблица 7.1 – Шкала крепости пород по М. М. Протодьяконову

Категория крепости	Степень крепости	Коэффициент крепости, f
І	Высшей степени крепкие	20
ІІ	Очень крепкие	15
ІІІ	Крепкие	10
ІІІa	Крепкие	8
ІV	Довольно крепкие	6
Іva	Довольно крепкие	5
V	Средней крепости	4
Va	Средней крепости	3
VІ	Довольно мягкие	2
VIa	Довольно мягкие	1,5
VІІ	Мягкие	1,0
VІІa	Мягкие	0,8
VІІІ	Землистые	0,6
ІX	Сыпучие	0,5
X	Плывучие	0,3

Предлагая формулу для определения коэффициента крепости, проф. М. М. Протодьяконов имел сравнительно небольшое количество данных о результатах испытаний пород на сжатие. Кроме того, из-за невысокого уровня развития испытательной техники того времени, средняя величина коэффициента крепости была занижена. Поэтому в 1958 году проф. Л. И. Барон по результатам испытаний цилиндрических образцов на сжатие предложил следующую формулу для определения коэффициента крепости

(7.2)

В 70-е годы была предложена формула для определения осреднённого коэффициента крепости породы

(7.3)

где σ_р –предел прочности породы на одноосное растяжение, МПа.

В настоящее время известно более пятидесяти методов определения коэффициента крепости породы, в том числе – по производительности труда бурильщика в смену; по количеству взрывчатого вещества, расходуемого на разрушение породы взрывом и т. д. В соответствии с Государственным стандартом Украины коэффициент крепости породы определяется методом толчения породы с помощью прибора ПОК.

Прибор ПОК (рисунок 7.1.) состоит из стакана 1, вставленного в него трубчатого копра 2, внутри которого свободно помещается гиря 3, массой 2,4+0.01 кг с ручкой 4, привязанной к гире шнуром. Трубчатый копёр имеет в верхней части отверстия, в которые вставляют штифты 5, ограничивающие подъём гири. В комплект прибора входят: объёмометр, состоящий из стакана 6 и плунжера 7 со шкалой измерений с диапазоном показаний от 0 до 150 мм вдоль его продольной оси; сито с сеткой №05 (d=0.55мм) для рассева порций после дробления.

Рисунок 7.1 – Прибор для определения крепости (ПОК)

Отобранную пробу горной породы раскалывают молотком на твёрдом основании до получения кусков размером 20-40мм. Из измельчённого материала пробы отбирают 20 навесок массой 40-60 грамм каждая. Число сбрасывания гири на каждую навеску устанавливают при дроблении первых пяти навесок. Каждую навеску дробят в стакане гирей, падающей с высоты 0,6м. Число сбрасывания гири принимают в зависимости от ожидаемой крепости породы от 5 до 15 сбрасывания на каждую навеску.

Оставшиеся 15 навесок дробят в приборе последовательно в установленном режиме испытания при постоянном числе сбрасывания гири.

После дробления каждых пяти навесок их материал просеивают в сите; подрешётный продукт сита ссыпают в объёмометр, замеряют плунжером высоту столбика мелочи h.

Коэффициент крепости породы для каждой серии испытаний пяти навесок определяют по формуле

(7.4)

где 20 – эмпирический числовой коэффициент;

n– число сбрасывания гири при испытании одной навески;

h– высота столбика мелочи после испытания 5 навесок, мм.

Окончательный результат испытаний определяется как среднее арифметическое.