ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОД

 

Данные показатели характеризуют поведение горных пород при воз­действии на них различных инструментов и технологических процессов. В настоящее время используется большое количество таких показателей. Их популярность обусловлена тем, что они зависят не только от состава и строения горных пород, но и характеризуют поведение породы в конкрет­ном технологическом процессе. К наиболее распространенным относятся следующие горно-технологические характеристики.

Крепость горных пород - в общем случае характеризует сопротив­ляемость пород добыванию и оценивается коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова

(4.1)

Первая форма записи была предложена самим М.М.Протодьяконовым, который оценивал обобщенный показатель добываемости как сотую часть предела прочности горной породы при сжатии, измеряемого в . По шкале М.М.Протодьяконова пределы изменения коэффициента крепости от 0,3 до 20. Однако многие добываемые породы обладают прочностью значительно больше 2000 , т.е. для них > 20, Поскольку коэффициент крепости является основой многих норматив­ных документов, то такое положение создает известные трудности. Для устранения этого противоречия предпринимались попытки модернизации коэффициента крепости. В частности, предложено определять коэффици­ент крепости по формуле (прочность измеряется в МПa)

(4.2)

Такая форма записи ничего не меняет по существу (и в первом, и во втором случае коэффициент крепости определяется только прочностью пород при сжатии), однако за счет нелинейности формулы (4.2) позволяет несколько расширить интервал изменчивости горных пород по прочности (рис,4.1). Все же горные породы с

 

Рис. 4.1. Коэффициенты крепости горных пород

 

прочностью при сжатии более 30 МПа (а таких пород немало) не укладываются в шкалу М.М.Протодьяконова. Поэтому принято решение - все такие породы относить к последней два­дцатой категории (f = 20),

Из других попыток модернизации коэффициента крепости следует отметить метод толчения, предложенный М.М.Протодьяконовым (младшим), Сущность метода заключается в многократном дроблении горных Пород падающим грузом (груз массой 2,4 кг сбрасывается с высоты 0,6 м) и оценке динамического коэффициента крепости по числу сбрасывания n и высоте l фракции 0,5 мм в мерном стакане диаметром 23 мм = 20п/1. Ценность такого подхода заключается в том, что в силу самого способа определения данного коэффициента крепости он адекватно отражает процессы динамического разрушения горных пород.

Твердостьхарактеризует сопротивляемость горной породы внедрению в нее инструмента. Поскольку внедрить что-то в горную породу можно только с ее свободной поверхности, то твердость - это свойство поверхности тела.

Применительно к горным породам твердость определяется методом Л.А.Шрейнера. Для этого в шлифованную поверхность породы вдавлива­ется цилиндрический штамп с плоским основанием (диаметр штампа от 2 до 5 мм в зависимости от размеров минеральных зерен породы). В момент разрушения породы под штампом (образование лунки выкола) фиксирует­ся разрушающая нагрузка и вычисляется твердость по формуле

(4.3)

где - площадь основания штампа.

По классификационной шкале Л.А.Шрейнера твердость измеряется в . С момента обоснования данного показателя он широко использу­ется в расчетах процессов, связанных с внедрением инструмента в горную породу, особенно при бурении шпуров и скважин. Простота определения показателя и его информативная ценность обусловили возможность и не­обходимость его измерения в производственных условиях - в забое гор­ных выработок, на борту карьера и т.п. При этом внедрение штампа осу­ществляется, естественно, в нешлифованную поверхность породы. Метод обоснован Л.Б.Глатманом, а определяемый показатель назван контакт­ной прочностью горных пород. Поскольку условия внедрения штампа в шлифованную и нешлифованную поверхности различны, величина кон­тактной прочности для одних и тех же пород в 2 - 3 раза ниже их твердо­сти, по Л.А.Шрейнеру. Следует иметь в виду, что как твердость, так и кон­тактная прочность могут определяться только в скальных породах, где происходит хрупкий выкол породы под штампом.

Динамическая твердость горных пород определяется по высоте от­скока бойка со сферическим алмазным наконечником, сбрасываемого с определенной высоты на поверхность горной породы (метод Шора).

Абразивность характеризует способность горной породы изнаши­вать трущийся об нее инструмент. В этом качестве она широко использу­ется при оценке износа и затупления бурового инструмента, исполнитель­ных органов комбайнов, ковшов экскаваторов и др. Различные методы оп­ределения абразивности заключаются в истирании о горную породу эта­лонного материала в строго заданных условиях и фиксировании потери массы или объема эталонного материала при истирании. В горной практи­ке используется методика Л.И.Барона, в соответствии с которой о естест­венную поверхность горной породы истирается стержень из стали-серебрянки У8А (диаметр стержня 8 мм, с одного из его торцов имеется отверстие диаметром 4 мм, истирание производится при частоте вращения стержня 400 об/мин и усилии прижатия 150 H, время истирания - по 10 минут разными торцами стержня). Абразивность оценивается по потере массы истираемого стержня и измеряется в миллиграммах

(4.4)

Дробимость характеризует способность горной породы сопротив­ляться разрушению ударной нагрузкой. Определяется путем однократного сбрасывания груза массой 15 кг с высоты 0,5 м на образец породы. Дро­бимость и качество дробления оцениваются путем фракционного анализа полученных продуктов разрушения.

Буримостьгорных пород определяется путем хронометража процес­са в производственных условиях и измеряется в метрах пробуренного шпура или скважины в единицу времени (или временем бурения 1 м шпура.

Широко определяются и используются в горной практике и другие горно-технологические характеристики пород: взрываемость, экскавируемость, сопротивляемость пород резанию, скалыванию и др. Все эти харак­теристики определяются путем моделирования соответствующего процесса. Популярность данных показателей обусловлена тем, что все они опре­деляются на конкретном рабочем месте при данной организации труда, исполнителях, технических средствах. Но это же является и существенным недостатком таких показателей, поскольку, определенные в конкретных условиях, они не могут соответствовать тем же горным породам, но разра­батываемым в других условиях.