Практикум для организации самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению подготовки 130400 «Горное дело»

Физико-механическая характеристика руд и пород
Преобразование массива в процессе добычи полезного ископаемого определяется его физико-механическими свойствами и, в первую очередь, такими как крепость и устойчивость, хотя общее их количество уже насчитывает более 100. Крепость - интегральная энергетическая характеристика массива, описывающая его способность сопротивляться технологическому воздействию. Первым таким воздействием является отбойка как отделение в виде кусков. Природа крепости в соотношении внутренних и внешних условий (сил межмолекулярного взаимодействия и геологического состояния массива). Исключительная сложность названных условий затрудняет систематизацию и классификацию пород по крепости. При научном подходе (начало ХХ века) в качестве основных признаков классификации было положено сопротивление пород бурению, истиранию, также расход энергии на выбуривание определенного метража и объема породы, с учетом вязкости и трещиноватости. В отечественной практике широко используется классификация пород по крепости М.М. Протодьяконова (1926). Им в основу положен принцип: «…если какая-нибудь порода крепче другой в некоторое число раз в одном отношении, например бурении, то во столько же раз она будет крепче и во всяком другом отношении, например, при взрывании, в отношении давления на крепь и т.д.». Все породы разделены на 10 категорий по крепости: в высшей степени крепкие, очень крепкие, крепкие, довольно крепкие, средние, довольно мягкие, мягкие, землистые, сыпучие, плывучие. Это относительное число было названо коэффициентом крепости. Для пород, способных выдерживать испытание на сжатие, коэффициент крепости равен отвлеченному числу, в сто раз меньшему временного сопротивления на сжатие. При этом для плотной глины и мягкого каменного угля (мягкие породы) коэффициент крепости принят равным 1, а для пород высшей степени крепости (плотные и вязкие кварциты, базальты) – равный 20. В настоящее время для технологических целей по коэффициенту крепости проф. М.М. Протодьяконова (старшего) руды и породы классифицируются на 4 категории: мягкие (коэффициент крепости f до 4), средней крепости (f от 4 до 9), крепкие (f от 9 до 15), весьма крепкие (f более 15).
Не менее важной в технологическом отношении является другая характеристика массива - устойчивость как способность сохранять свое состояние при обнажениях снизу и боков. Она также как крепость интегральная и определяется в основном гравитационным полевом воздействием, строением пород и наличием обнаженной поверхности. По строению породы подразделят на связные (упругие), сыпучие (не связные). Некоторые сыпучие породы при насыщении их водой образуют плывуны (плывучие породы). В связных породах минеральные частицы соединены между собой силами внутреннего сцепления. Применительно к связным породам и можно говорить о устойчивости массива. В нагружении массива кроме гравитационного поля участвуют силы тектонического происхождения, возникающие при процессах горообразования и проявлениях активности внутренних сил Земли. При обнажении происходит перераспределение напряженности массива – вокруг выработки возникает зона растягивающих усилий, приводящих к нарушению равновесия, получивших название горного давления. По степени устойчивости руды и породы подразделяются (при условии, когда ширина и длина обнажения соизмеримы, т.е. длина превышает ширину не более чем в два раза): весьма неустойчивые – исключающие обнажения без крепления; неустойчивые – допускающие обнажения без крепления до 10 кв. м., но требующие закрепления при длительном стоянии; средней устойчивости - допускающие обнажения без крепления до 100 кв. м., но требующие крепления при длительном стоянии.
устойчивые - допускающие обнажения без крепления до 600 кв. м., при длительном стоянии необходимо крепление только в отдельных ослабленных местах; весьма устойчивые - допускающие обнажения без крепления до 1000 кв. м. и более, при длительном стоянии не требуется крепление. Как на крепость, так и на устойчивость исключительное влияние оказывает естественная трещиноватость массива. Обобщенные параметры горно-геологических условий приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6 Обобщенная характеристика горно-геологических условий разработки

Характеристика

Ед. измерения