15. Классификация свойств пород. Физико-технические свойства и параметры горных пород.

Физико-механические свойства горных пород весьма раз­нообразны. Наиболее существенными из этих свойств, оказыва­ющих влияние на эффективность разрушения горных пород и ведения горных работ, являются строение и сложение пород, слоистость, прочность, крепость, пористость, вязкость, упругость, твердость, пластичность, разрыхляемость и др.

Горные породы подразделяются на твердые, пластичные, сыпучие и плывучие. Твердые горные породы состоят из мине­ральных частиц, связанных между собой силами молекулярного сцепления и трения.

Строение и физические свойства горных пород обусловли­вают безопасное и эффективное ведение горнопроходческих и очистных работ. Состояние и свойства пород определяют спо­соб проведения выработок, тип и плотность крепи подготови­тельных выработок.

Проявление горного давления и устойчивость выработок в значительной степени зависят от плотностных, водно-физиче­ских, прочностных и деформационных свойств пород. Сущест­венное влияние, эти свойства оказывают и на технологию про­ведения выработок.

Основными плотностными свойствами горных пород явля­ются плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес, насыпная объемная масса и пористость.

Под плотностью породы р понимают массу ее в единице объема за вычетом объема пор, пустот и трещин. Плотность по­роды измеряют в кг/м³ (в производстве иногда — т/м³). Плот­ность каменных углей — 1300—1500, песчаников, алевролитов, известняков — 2580—2800, магматических и метаморфических пород, в зависимости от содержания в них металла, от — 2700 до 5000 кг/м³.

Объемная масса горной породы р₀ — это масса в ее естест­венном состоянии без нарушения ее пор, пустот и трещинова­тости в единице объема.

Удельный вес горной породы у— вес единицы объема твердых частиц (минерального скелета) породы (Н/м³):

Объемный вес породы у₀ — вес единицы объема породы в естественном состоянии у₀ (Н/м³).

Насыпная объемная масса породы — масса разрыхленной породы в единице объема. Ее измеряют, как и объемную массу р, в кг/м³.

Пористость породы определяет ее водопоглощение, водопро­ницаемость, газопроницаемость, прочность и другие свойства.

Критерием прочности являются временные сопротивления одноосному сжатию, сдви­гу и растяжению (а_сж, с_сд и с_р).

Горные породы характеризуются различной величиной проч­ности на сжатие, растяжетше, сдвиг и изгиб. Наибольшой проч­ностью обладают породы на сжатие, наименьшей — на растя­жение. Прочность на изгиб и сдвиг (срез) занимает промежу­точное положение между прочностью пород на сжатие и растя­жение. Предел прочности горных пород при сжатии в 5—35 раз больше, чем при растяжении

Показатели прочности пород на сжатие и растяжение име­ют первостепенное значение для решения вопросов разрушения и отбойки их от массива в забое выработки, погрузки и транс­портирования горной массы и нормирования горнопроходче­ских работ.

Физико-технические свойства

Крепость — свойство пород сопротивляться воздействию внешних усилий в процессе разрушения (при бурении, отбойке, взрывании и пр.). Количественно это свойство оценивается ко­эффициентом крепости, предложенным проф. М.М. Протодьяконовым.

Коэффициент крепости равен отношению временного со­противления одноосному сжатию к единице крепости. За едини­цу крепости принято временное сопротивление сжатию образцов кубической формы, равное 10 МПа. По этому критерию М.М. Протодьяконов предложил клас­сификацию, в которой горные породы разделены на 10 катего­рий. Пределы изменения коэффициента крепости от 0,3 до 20. К первой категории отнесены породы, имеющие наи­высшую крепость (f = 20), к десятой — наиболее слабые плыву­чие породы (f = 0,3).

Абразивность — способность горных пород изнашивать кон­тактирующие с ней поверхности режущего инструмента и дета­лей горных машин при работе. Абразивность пород оценива­ется средней потерей в массе (в миллиграммах) мерного цилин­дрического стержня при истирании его в определенных усло­виях. Твердость — свойство горной породы сопротивляться про­никновению в нее горного инструмента.

Упругость — свойство горной породы возвращаться к пер­воначальной форме и размерам после устранения воздействия на нее внешних сил.

Пластичность — свойство пород изменять свою форму при сохранении объема.

Хрупкость — способность горной породы разрушаться при незначительной пластической деформации.

Разрыхляемость — увеличение объема породы при выемке ее из массива.

Буримость горной породы — способность горной породы сопротивляться проникновению в нее бурового инструмента или интенсивность образования в породе шпура или скважины под действием усилий, возникающих при бурении. Показателем служит скорость бурения (мм/мин), иногда — продолжитель­ность бурения 1 м шпура (мин/м). Существует классификация гор­ных пород по буримости.