§ 4. Класифікація гірських порід

Загальні відомості. Гірські породи класифікуються за об'єднанням в окремі групи згідно з фізико-механічними властивостями, не­обхідними для певних виробничих процесів. Таким групам надають відповідні категорії порід.

У гірничих роботах найбільш трудомістким процесом є руйнування гірської породи, яке великою мірою залежить від її міцності, тобто опірності бурінню, підриванню та відбиванню. На практиці міцність порід характеризують ступенем видобування (опір, який та чи інша порода чинить відокремленню якоїсь її частини від загального масиву).

Ефективність процесів буріння та підривання залежить узагалі від фізико-механічних властивостей гірських порід (твердості, в'язкості, крихкості, пружності тощо), які визначають буримість і підривність.

Для відбійки багато важать також мінералогічний склад, струк­тура, шаруватість, тріщинуватість.

Буримість — це здатність до руйнування порід буровим інструментом. Буримість порід оцінюється часом, необхідним для буріння 1 м (хв/м), величиною заглиблювання шпуру (циліндричного каналу в породі, який призначається для розташування заряду ВР) за одиницю часу (мм/хв), питомою роботою буріння (витратою роботи буріння кг • м на вибурювання 1 см3 шпуру або свердловини) тощо.

Вибуховість — це здатність до руйнування породи вибухом, яка оцінюється витратою ВР на 1 м відбитої породи в масиві (кг/м3).

Відбійка — це здатність до руйнування породи ручним або механізованим способом, не враховуючи відбійку вибухом, оцінюється витратами часу на відокремлення 1 м3 породи від масиву (хв/м3).

Класифікація гірських порід була запроваджена М.М. Протодияко-новим у 1925 р. (табл. 1). Ця перша в світі обгрунтована класифікація гірських порід за міцністю набула найбільшого поширення в гірничій справі. За цією класифікацією всі гірські породи поділені на десять категорій. За одиницю міцності прийнята порода, яка руйнується під навантаженням 10 МПа. Цей показник проф. М.М. Протодияконов назвав коефіцієнтом міцності.

Таблиця 1. Класифікація гірських порід за М.М. Протодияконовим

Категорія породи	Характеристика й назва породи	Коефіцієнт міцності
І	Високого ступеня міцності (базальт та інші щільні та в'язкі породи)	20
ІІ	Дуже міцні (кварцитовий порфір, міцні граніти)	15
ІІІ	Міцні (міцні пісковики, вапняки)	10
ІІІа	—»— (міцні вапняки, пісковики, мармур)	8
IV	Достатньо міцні (пісковик)	5
IVa	—»— (пісковики, сланці)	5
V	Середні (сланці, мергель)	4
Va	—»— (сланці, галька, щебінь)	3
VI	Середні (зруйнований сланець, крейда, гіпс)	1,5
VII	М'які (м'яке кам'яне вугілля, глина)	1
VIIa	—»— (піщана глина, лес, гравій)	0,8
VIII	Землисті (рослинний шар, торф)	0,6
IX	Сипкі (пісок, осипи, дрібний гравій)	0,5
X	Пливучі (пливуни, болотисті грунти)	0,3

Коефіцієнт міцності f — число, яке показує, в скільки разів міцність певної породи більша за міцність тієї, яка прийнята за одиницю:

,

де [σ] — тимчасовий опір породи стисненню, Па. Як бачимо з формули, коефіцієнт міцності (за Протодияконовим) є однією сотою часткою межі міцності породи при роздавлюванні. Це стосується гірських порід, які перебувають у щільному стані. Породи вивітрені, тектонічно руйновані та тріщинуваті відносять до нижчих категорій, ніж передбачено класифікацією.

Класифікація М.М. Протидияконова широко застосовується в багатьох розрахунках, наприклад, сили гірського тиску на гірничі виробки при визначенні ряду параметрів буропідривних робіт (кількості шпурів у забої виробки, питомою витратою ВР при проходці гірничих виробок) тощо.

Класифікація залежно від роботи, яка витрачається на руйну­вання гірських порід (за показниками ефективності виробничих процесів). В її основі лежить положення про те, що при відділенні частини гірських порід від масиву для кожного виробничого процесу виникають опори, які поділяються на головні та другорядні. З урахуванням головних опорів і побудовано класифікації порід. Кожна з класифікацій має робочу назву. Як правило, це відомчі класифікації й ними користуються при нормуванні робіт і складанні проектно-розрахункових документів.

Широко використовують класифікацію порід за буримістю (20 категорій). Для різних порід показники міцності за М.М. Протоди­яконовим наведено нижче.

Категорія	Показник	Категорія	Показник
порід	міцносі	порід	міцності
І	0,1	XI	5,0—6,0
II	0,3	XII	6,0—7,0
III	0,5	XIII	8,0—9,0
IV	0,8-1,0	XIV	9,0—10,0
V	1,2	XV	11,0—12,0
VI	1,6	XVI	13,0—15,0
VII	2,0	XVII	16,0—17,0
VIII	2,0—3,0	XVIII	17,0—18,0
IX	3,0—4,0	XIX	18,0—19,0
X	4,0	XX	20,0

Слід зазначити, що при розробці порід різними механізмами та гірничими машинами використовують або частину категорій, або розроблені інші класифікації.

При розробці відбійними молотками породи розрізняють за категоріями (І—X) залежно від труднощів відбивання. Показником відбивання беруть загальний час відбивання 1 м3 породи в хвилинах. Для порід І категорії — 14,4 хв/м3, X категорії — 74,7 хв/м3

При розробці екскаватором породи розподілені за категоріями І—VI. Показником видобування береться загальний час розробок 1 м3 породи у хвилинах. Цей час залежить від типу екскаватора, місткості ковша тощо. Так, при місткості ковша екскаватора 0,5 м3 продук­тивність проходження канав і траншей має бути для І категорії — 23,8 м3/год, для VI категорії — 6,7 м3/год.

Зазначимо, що для буріння свердловин обертовим механічним способом усі породи поділяються на дванадцять категорій замість двадцяти. При шнековому бурінні пухких порід класифікацією визначено лише сім категорій.