Физические и механические свойства руд и пород

Руды и вмещающие породы отличаются большим разнообразием физико-механических свойств, что влияет на выбор систем разработки и схем подготовки, на способ ведения очистной выемки и проходку выработок: Характерными свойствами пород являются крепость, устойчивость, влажность, окисляемость, самовозгораемость, смерзаемость, слеживаемость и наличие кварцевых пород, при выемке которых образуется силикозоопасная пыль.

Крепость руды и пород имеет очень большое значение при разработке месторождений и особенно при ведений буровзрывных работ, являющихся одним из основных процессов в добыче полезных ископаемых.

Руда и вмещающие породы изменяются от весьма слабых — порошкообразных и рыхлых — до весьма крепких и монолитных. В отечественной горной практике при определении крепости пород пользуются в основном классификацией проф. М.М. Протодьяконова, которая хотя и требует некоторых теоретических корректив, но является вполне приемлемой для применения ее в практической деятельности. Имеются и другие классификации, основанные на показателях по буримости и взрываемости.

Классификация М.М. Протодьяконова основана на величине временного сопротивления пород сжатию. Она дает представление о крепости, буримости и взрываемости, а также о других процессах, связанных с добычей ископаемых.

В практике все породы делятся по крепости на четыре группы: весьма крепкие, крепкие, средней крепости и слабые. При этом необходимо учитывать строение пород, которые бывают массивными, плотными, без трещин и слоистости, трещиноватыми и слоистыми.

Физико-механические свойства влияют на кусковатость отбиваемой руды, разделяемой на следующие фракции:

1) мелочь — от пыли до кусков размером 5 мм;

2) мелкая фракция с размерами частиц 5—10 мм, 10—25 мм, 25—50 мм (железная руда этой фракции наиболее желательна при плавке в доменных печах);

3) средняя фракция с кусками размером 50—100 и 100—300 мм;

4) крупная с размером кусков от 300 до 500 мм и выше. Кусковатость руды, выдаваемой из очистных забоев, изменяется от мелочи до 800 мм и выше.

По устойчивости, влияющей на способы поддержания кровли подготовительных выработок и очистных забоев, выделяют руды:

1) весьма устойчивые, допускающие площадь обнажения без поддержания в несколько сот, а иногда тысяч квадратных метров;

2) устойчивые — с площадью обнажения в несколько десятков и сотен квадратных метров;

3) средней устойчивости — с площадью обнажения в несколько квадратных метров, а иногда и в несколько десятков квадратных метров;

4) неустойчивые, при разработке которых требуется поддержание кровли, а нередко и боков забоев.

Большую роль играет трещиноватость и слоистость руды. Выработки, пройденные в крепких (по шкале проф. М.М. Протодьяконова f = 12—14), но трещиноватых рудах; необходимо крепить (месторождения Текелийское, Зыряновское и др.). В рудах с крепостью 7—8, но вязких, выработки и очистные забои часто не крепят (Апатитовый рудник на Кольском полуострове, месторождения солей и др.).

Влажность руды зависит от обводненности месторождения и влагоемкости руды. Влажность затрудняет подъем и транспортировку руды, особенно в зимнее время, вызывая ее смерзаемость как в вагонах, так и на складах. Последнее обстоятельство весьма усложняет складское хозяйство на заводах и приводит к необходимости предварительной сушки руды. Поэтому необходимо предварительно дренировать залежи, значительно опережая подготовку нижележащих этажей по отношению к очистной выемке.

Окисляемость руды — переход сульфидных минералов в окисленные — приводит к снижению извлечения полезных компонентов при флотации. Такую руду не следует долго хранить под землей или на поверхности, а необходимо немедленно отправлять после добычи на обогатительную фабрику.

Сульфидные руды с высоким содержанием серы подвержены самовозгоранию. При проектировании разработки сульфидных месторождений следует предусматривать минимальные потери руды и профилактические мероприятия по предотвращению возникновения эндогенных пожаров.

Смерзаемость влияет на выбор системы разработки и буровзрывные работы.

Слеживание руды вызывается наличием в ней глинистых, тальковых и подобных им веществ. Склонность к слеживанию свойственна также некоторым видам тяжелой железной руды без наличия глинистых веществ («синька») и мелким сульфидным рудам. Это свойство затрудняет погрузку и транспортировку руды, а также выпуск ее из блоков.

Многие месторождения (золотые, свинцово-цинковые, железные и др.) включают большое количество кварцевых пород, являющихся источником образования кварцевой пыли при буровзрывных работах, перегрузках руды и дроблении. Кварцевая пыль порождает у работающих тяжелую легочную болезнь — силикоз. При разработке подобных месторождений требуется проведение мероприятий по снижению пылеобразования — мокрое бурение, орошение, применение пылеуловителей, хорошая вентиляция, — чтобы содержание пыли в воздухе не превышало 2 мг/м3. Кроме того, рабочие должны быть снабжены респираторами.

В медно-колчеданных рудниках сульфидная пыль может быть причиной взрыва, для предупреждения чего необходимо орошать забои перед взрыванием шпуров и скважин или применять электрическое взрывание.

Подробно этот вопрос разбирается в работах, посвященных борьбе с пылеобразованием.