1.1. Геотехнологічна класифікація порід.

Відомо багато класифікацій гірських порід:

По міцності (за основу взято граничні міцності порід при одноосьовому стиску f = Р/100 кг/см²).

Виділено 15 категорій міцності від I до Х [по шкалі проф. М.М. Протодьяконова] маємо III й III_а, IV й IV_а, V й V_а, VI й VI_а, VII й VII_а; Х – f = 0,3; IХ – f = 0,5; VIII – f = 0,6 і т.д.

По бурінню – від I до ХХ

По вибуховості – від I до ХVI

По труднощам екскавації (ЕНВ на відкриті гірські роботи).

Така кількість класифікацій свідчить про труднощі розробки єдиної класифікації.

У практиці прийнято гірські породи розділяти на дві групи скельні й м'які.

Скельні породи – тверді суцільні тіла, що складаються із твердих часток, зв'язаних між собою так, що міцність зв'язків між ними порівнянна з міцністю самих часток. Тобто між ними існують тверді кристалічні зв'язки.

М'які породи – несуцільні тіла, що складаються з окремих твердих часток, які не зв'язані між собою так, що міцність зв'язків у багато разів менше міцності матеріалу самих часток, тобто вони є дисперсними тілами.

Найбільш задовільною класифікацією з погляду механіки гірських порід є геотехнічна класифікація:

I група – тверді (із твердими зв'язками) породи.

Це магматичні вивержені породи, метаморфічні, зцементовані осадові породи. Закони деформації цих порід наближаються до законів деформації твердих (пружних) тел. Породи мають високу міцність, тендітні, водонепроникні в непорушеному стані. Під впливом води мало змінюються.

II група – зв'язні породи. Це тонкодисперсні осадові утворення. Містять не менш 5% глинистих часток. Зв'язку між мінеральними зернами - в основному мають водноколлоїдну природу. Іноді ці зв'язки викликані цементацією. Під дією навантаження породи деформуються (стискуються). Після її зняття вони не відновлюють свого первісного обсягу. Деформації протікають у вигляді зрушення й стиску.

Багато зв'язних порід при зволоженні набухають, а при висушуванні дають усадку. Усмоктують воду й сильно розм'якшуються (глинисті зв'язкові породи). При великій кількості води можуть перейти в текучий стан. Підрозділяються на глини, суглинки й супіски.

III група – роздільнозернисті (сипучі, незв'язні) породи. Тверді частки порід тільки стикаються один з одним; сили зв'язків між ними дуже малі або відсутні зовсім. Під навантаженням породи деформуються шляхом переміщення часток і заповнення ними порожнеч. Деформації протікають у вигляді розвороту зерен твердих часток (Пісок, великоуламкові матеріали) d > 0,05-2 мм d > 2 мм

Породи I групи формуються в умовах високої температури й тиску. Коли вони руйнувалися під впливом різних факторів утворювалися породи III групи. Подальше здрібнювання їх і відкладення у водоймах привело до утворення порід II групи. Істотну роль при цьому грали колоїдні розчини.

1.2. Характеристика основних породоутворюючих мінералів та гірських порід

Механіка гірських порід – це наука, що вивчає властивості порід, напружено-деформований стан масиву гірських порід при розробці родовища корисних копалин, проведенні гірських виробок, гравітаційному переміщенні порід, а також фактори, що впливають на цей стан і роботу гірського масиву.

Гірська порода – це мінеральне утворення, що виникло внаслідок механічного з'єднання складових його мінералів під дією тиску, температури й ін. факторів.

Гірська маса – це корисна копалина й порожні породи (вмістимі й покриваючі /розкрив/), одержувані при розробці родовища як роздільно, так й у змішаному виді.

Мінерали – це природне тіло, практично однорідне по хімічному складі й фізичних властивостях, що утвориться в результаті протікання в земній корі фізико-хімічних процесів.

Тому що видобуток корисної копалини ведеться в межах верхньої частини земної кори, то в мінералах утримуються ті елементи, які присутні й у земній корі. Це: O (49.13%), Si (26%), Al (7.45%), Fe (4.2%), Ca (3.25%), Na (2.4%), K (2.35%), Mg (2.35%), H (1.0%), Ti (0.61%), C (0.35%), Cl (0.2%).

Основними породоутворюючими мінералами є: доломить, галіт, гіпс, кальцит, кварц, магнезит, магнетит, мусковіт, олівін, ортоклаз, пірит й ін.

За походженням мінерали бувають:

- магматичні;

- осадові;

- метаморфічні.

Магматичні – вивержені породи, що утворилися в результаті виверження магми, що проникає на невелику глибину або на поверхню землі.

На поверхні Землі відбуваються процеси руйнування первинних магматичних порід і мінералів. Утворяться опади на дні водойм і русявів рік. Потім ці опади покриваються знову породами (вітер, вода).

На великій глибині (15-12 км) осадові й магматичні мінерали й породи під впливом високої температури, тиски перетворюються в метаморфічні.

Мінерали ще класифікуються по хімічному складу:

1. Самородні хімічні елементи (золото, срібло, мідь).

2. Сульфіди (кіновар Hg, пірит Fe₂).

3. Оксиди (корунд Al₂O₃, кварц Si₂, гематит Fe₃).

4. Силікати (тальк, мусковіт, польові шпати).

5. Солі кисловмістимих кислот (барит BaSO₄, кальцит CaCO₃ й ін).

6. Галогеновмістимих з'єднання (галіт NaCl).

1 – виділяються розмірами різними в росипі, можуть містити інші мінерали.

2 – природні сіровмістимі з'єднання металів і деяких неметалів, що зустрічаються в нафті.

3 – представлені з'єднаннями металів і неметалів з киснем (руди заліза, алюмінію, хрому, марганцю, олова).

4 – солеобразні хімічні сполуки, що містять кремнезем. Мають більшу промислову цінність.

5 –- Сульфати й карбонати утворяться в умовах підвищених концентрацій кисню при відносно низьких температурах, тобто у верхніх шарах земної поверхні.

6 –- легко розчинні у воді, кристалізуються з морської води (покладу кам’яної і калійної солей, самосадна сіль, соляні джерела).

Вугілля – кам'яне, містить у масі 75-97 % вуглецю, 9-45 % летучих речовин.

Буре вугілля – щільність 1,3-1,6 кг/м³.

Бурий залізняк – складається з гідроокислів заліза, окислів і гідроокислів кремнію й алюмінію. Головні мінерали: гетит, гідрогетит, гематит, гідрогематит. Це осадові родовища Fe утримується 30% і більше (Керченське, Лисаковское).

Залізисті кварцити – джеспіліти, залізисті роговики, ітабирити. Шаруваті кварцово-залізисті метаморфічні гірські породи осадового або вулканогенно-осадового походження.

Містять Fe > 30% (Криворізький басейн).

Марганцеві руди – головні мінерали піролюзит, псиломелан й ін. Родовища по походженню осадові рідше метоморфогенні. В Україні покладу шароподібні потужністю від 2 м і більше, у вигляді конкреції.

Доломіти – осадова карбонатна гірська порода складається майже цілком з мінералу доломіт (вогнеупорні і флюсові матеріали у металургійній та хімічній промисловості).

Глини – пластична осадова гірська порода, складається із глинистих мінералів (каолініт, монтмориллонит, гідрослюда й ін.) (Часов-Яр, Дружковка, Просяне, Ватутино) – вогнетриви, сировина керамічної промисловості, адсорбент й ін.

Граніти – кисла повнокристалічна магматична гірська порода, складається із кварцу, калієвого польового шпату, кислого плагіоклазу. Щільність 2600 кг/м³.

Графіт – мінерал (модифікація вуглецю) метаморфічного або магматичного походження, щільність до 2.2 т/м³. Залягає у вигляді концентрацій і суцільних мас.

Вапняк – осадова гірська порода, складається з кальциту часто з домішкою доломіту, глинистих і піщаних часток.

Піщаник – осадова гірська порода, що складається зі зцементованих глиною, вапном й ін. речовин зерен різних мінералів і порід (зцементований пісок).

Пісок – дрібнозмелена розпушена осадова гірська порода, що складається із зерен кварцу (> 50%), польового шпату й ін. мінералів й уламків гірських порід розміром 0,1-1 мм. Містить домішки алевролітових і глинистих часток.

Аргилліт – осадова гірська порода, що утворилася в результаті ущільнення, зневоднювання й цементації глин, має більшу твердість, чим глини, нездатна розмокати у воді.

Алевроліт – осадова порода, по складу проміжна між піщаними й глинистими, зцементований із зерен 0,01-1 мм.