Вопрос 3. Общие положения по физическим свойствам горных пород. Крепость горных пород по шкале м.М. Протодьяконова.

Все горные породы, как известно, разделяют по происхожде­нию на три группы: магматические, осадочные и метаморфиче­ские. Для каждой группы пород характерны свои породообразую­щие минералы.

На физические характеристики горных пород помимо их ми­нерального состава влияет целый ряд факторов, основными из которых являются: условия образования породы, структура (осо­бенности строения, обусловленные размерами, формой, однород­ностью и характером связей минералов), текстура (массивная, пористая и др.), характер и степень трещиноватости. У многих пород осадочной группы значительные изменения физических свойств проявляются при различной глубине залегания, обвод­ненности и температуре.

Не все физические свойства пород необходимо учитывать при выборе технологических процессов горных и буровых работ. Под­твердим это следующим примером: к одному из основных физи­ческих свойств пород относится их цвет, позволяющий геологу диагностировать многие минералы. Но при проведении горных выработок и бурении скважин он (цвет) теряет свое значение. Поэтому целесообразно ограничиться изучением комплекса фи­зических свойств пород, влияющих на способы, технологию и режим горно-буровых работ. Эти свойства горных пород назовем «горнотехнологи ческими».

Шкала Протодьяконова – шкала коэффициента крепости горной породы. Разработана в начале XX века Протодьяконовым М.М. Является одной из первых классификаций пород, основывается на измерении трудоемкости их разрушения при добывании.

Коэффициент крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова

Категория	Степень крепости	Порода	f
I	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.	20
II	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.	15
III	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.	10
IIІ (а)	То же	Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.	8
IV	Довольно крепкие породы	Железные руды. Песчанистые сланцы.	6
IV (a)	То же	Сланцевые песчаники.	5
V	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат.	4
V (a)	То же	Разнообразные сланцы (некрепкие). Плотный мергель.	3
VI	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт.	2
VI (a)	То же	Крепкий каменный уголь.	1,5

        Протодьяконов предполагал положить подобную классификацию в основу оценки труда рабочего при добыче угля и руд, нормирования труда. Он полагал, что при любом методе разрушения породы и способе её добычи, возможно оценить породу по усредненному коэффициенту добываемости. Если один из двух типов пород более трудоемок при разрушении, например, энергией взрыва, то порода будет более крепкой при любом процессе её разрушения, например, зубком комбайна, кайлом, лезвием головки бура при бурении и т.д.

            При разработке подобной шкалы М.М. Протодьяконов ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т.д., параметр «крепость» позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.

            М.М. Протодьяконов разработал шкалу коэффициента крепости породы. Одним из методов определения этого коэффициента было предложено испытание образца породы на его прочность на сжатие в кг/см², а значение коэффициента определялось как одна сотая временного сопротивления на сжатие. Этот метод достаточно хорошо коррелирует со шкалой крепости, предложенной М.М. Протодьяконовым для пород различной крепости угольной формации, пород средней крепости, но мало пригоден при определении этим методом коэффициента крепости очень крепких пород. Шкала крепости ограничивается коэффициентом 20, т.е. породами с временным сопротивлением на сжатие 2000 кг/см², а у сливного базальта, например, этот параметр равен 3000 кг/см2. Тем не менее, в Советском Союзе шкала крепости М.М. Протодьконова имела широкое применение при оценке трудоемкости разрушения горной породы и используется до настоящего времени. Она удобна для относительной оценки крепости горной породы при ее разрушении при помощи буровзрывных работ.

    Коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову рассчитывается по формуле:

f_кр = 0.1σ_сж, где σ_сж - предел прочности на одноосное сжатие (МПа).