7.8 Липкость и сопротивление копанию рыхлых и разрыхленных пород

Рыхлые и разрыхлённые породы, при изменении влажности приобретают ряд специфических свойств, которые необходимо учитывать в процессах горного производства.

Так, изменение свойств грунтов при увлажнении оценивают липкостью. Липкость– это способность рыхлых и разрыхлённых горных пород при определённом содержании влаги в них прилипать к поверхности инструмента и оборудования (ковш экскаватора). Физический смысл прилипания заключается в том, что при определённой влажности, толщина плёнок воды, обволакивающих частицы породы (физически связанная вода) становится такой, что они с равной силой воздействуют как с минеральными частицами породы, так и с поверхностью соприкасающихся с ними инструментов. Наибольшая липкость соответствует влажности пород близкой к молекулярной влагоёмкости. При дальнейшем повышении влажности и увеличении толщины плёнки происходит резкое снижение липкости.

Липкость пород оценивается напряжениями, необходимыми для отрыва прилипшего тела от грунта. Липкость пород изменяется от 2 кПа до 50 кПа. Она зависит от свойств пород, а также от свойств материала, из которого изготавливается инструмент, и характера поверхности контактирующего тела.

Сопротивляемость пород при их выемке экскаваторами принято оценивать величиной удельного сопротивления копаниюК_F:

, (7.12)

где F_k – касательная сила сопротивления породы копанию, Н;

S – площадь поверхности отрыва, м.

Площадь поверхности отрыва находится как произведение ширины ковша на глубину внедрения ковша в породу при копании.

Удельное сопротивление копанию зависит от прочности параметров, плотности породы, сцепления пород и их влажности.

При выемке механической лопатой рыхлых песков K_F=(0,160,25)10⁵Па, у тяжёлых влажных глинK_F=(23)10⁵Па. У полускальных пород в пределах одного структурного блокаK_Fдостигает 1 Мпа.

В зависимости от величины K_Fразличают лёгкие условия копания (K_F<1,2·10⁵Па) и тяжёлые условия копания (K_F>2,8·10⁵Па).

Величина K_Fопределяет также относительную продолжительность рабочего цикла экскаваторов.

Иногда для получения ориентировочных параметров горно-технологических свойств используют следующие эмпирические формулы

7.9 Использование горно-технологических свойств в горной практике

Свойства, относящиеся к этой группе, наиболее широко используются в горной практике. Они положены в основу целого ряда специальных классификаций пород, вошедших в различные нормативные документы, отраслевые инструкции и т. д. Зная величины параметров из этой группы свойств, можно легко определить прочностные, акустические, плотностные, тепловые и другие параметры пород.

Так коэффициент крепости породы используется для оценки её общей способности сопротивляться разрушению, при выборе практически любого горно-шахтного оборудования, при оценке устойчивости крепи и различных объектов, расчетах крепи, расчетах оборудования для разрушения пород, расчетах паспортов БВР.

Коэффициент крепости пород положен в основу классификации пород по СНиП, от которой зависят все нормы выработки, времени и расценки на любые горные породы, оговоренные в ЕНиР, ЕНВ, УКНВ, ЕРЕР и т. д.

Контактная прочность пород почвы предопределяет выбор механизированной крепи для очистного забоя, тип искусственного сооружения для охраны выработок со стороны очистного забоя.

Абразивность пород используется для оценки потребности в режущем инструменте при бурении, выемке пород и углей добычными и проходческими комбайнами.

Дробимость пород используется в различных расчетах по энергоёмкости разрушения в процессе обогащения полезного ископаемого.

Сопротивляемость угля резанию предопределяет выбор технологии разрушения угля в очистном забое (комбайновая или струговая), позволяет оптимизировать параметры резания, определить производительность оборудования при этом.

Буримость позволяет рассчитывать трудоёмкость процессов, связанных с бурением шпуров, скважин и т. д., в том числе при проведении выработок по технологии БВР.

Взрываемость позволяет разрабатывать паспорта БВР при открытой и подземной разработке полезных ископаемых. Сопротивление пород копанию позволяет обоснованно выбирать тип экскаватора для выемки пород, рассчитывать его производительность.