Основные физико-механические свойства горных пород

14.06.2018
Земная кора, в которой залегают полезные ископаемые, сложена из разнообразных горных пород с различными физико-механическими свойствами, например твердых, рыхлых, сыпучих. Эти свойства пород оказывают большое влияние на количество физического труда и механической работы, которые приходится затрачивать на отделение пород от массива и на общую трудоемкость извлечения из недр полезного ископаемого.

Физико-механические свойства горных пород характеризуются рядом показателей. К основным из них относятся: крепость, категория пород, объемный вес, пористость, зерновой (гранулометрический) состав, коэффициент разрыхления, влажность, водопроницаемость, температура.

Крепость пород — способность породы сопротивляться воздействию внешних усилий. Наиболее широкое распространение получила классификация проф. М.М. Протодьяконов а. В основу классификации по этому признаку проф. М.М. Протодьяконов положил коэффициент крепости, который равен уменьшенному примерно в сто раз временному сопротивлению пород сжатию.

В табл. 2 приведена классификация пород проф. М.М. Протодьяконова. Эта классификация охватывает самые разнообразные породы — от плывучих до наиболее крепких.


На горных предприятиях применяют также классификацию пород Центрального бюро нормативов по труду (табл. 3). В основу этой классификации пород приняты петрографические особенности пород, вследствие чего в ней не учитывается ряд особенностей, например влияние влажности пород на трудоемкость отделения пород от целика. Кроме того, в ней не охвачены все породы, например плывуны, и принят неравномерный интервал по временному сопротивлению между категориями. Все это осложняет ее использование на горных работах россыпных месторождений.

Имеются и другие классификации горных пород, приспособленные к отдельным способам разработки. На рис. 1 сопоставлены различные классификации горных пород.

Объемный вес — вес единицы объема пород в естественном состоянии (объем вместе с порами).

Зерновой (гранулометрический) состав — процентное весовое содержание разных по величине частиц обломочных пород. По этому признаку породы с частицами менее 0,01 мм относят к глинам, к илам (пылеватым) относят частицы размером от 0,01 и до 0,1 мм, к песку — частицы от 0,1 и до 2 мм, к мелкой гальке (гравию) — от 2 до 20 мм, к гальке — от 20 до 50 мм, к булыжнику — от 50 до 150 мм и к валунам — более 150 мм. Крупность частиц оказывает большое влияние на физические свойства пород, например на угол естественного откоса при различной влажности, а также и на трудоемкость их отделения от массива.

Коэффициент разрыхления — отношение объема породы в разрыхленном состоянии к объему той же породы в массиве. В табл. 3 приведены значения коэффициентов разрыхления пород.

Влажность горных пород — содержание в них воды в процентах по весу. Обычно влажность определяют как отношение веса воды, находившейся в породе, к весу высушенной ее твердой части. Для мелкообломочных пород (глин, ила, песка) с увеличением влажности крепость их снижается, а при превышении влажности свыше определенного предела породы могут перейти в неустойчивое, текучее состояние — плывуны.

Водопроницаемость — способность горных пород пропускать воду. Скорость просачивания через породу зависит от наличия в них пор и от давления, под воздействием которого перемещается вода. Мерой водопроницаемости является коэффициент фильтрации, который равен скорости просачивания воды через породу при разности уровней воды (при гидравлическом уклоне), равной единице. Для глин коэффициент фильтрации обычно менее 0,005 м/сутки, для песчано-глинистых пород 0,1—0,5, для песка 1—50, для галечника 200—1000 м/сутки.

Температура обломочных пород — положительная или отрицательная — оказывает большое влияние на физико-механические свойства. Песчано-глинистые породы обычно содержат влагу и при отрицательной температуре частицы обломочных пород смерзаются, вследствие чего крепость пород резко возрастает по сравнению с талым ее состоянием.

Физико-механические свойства пород характеризуются и другими показателями, например: удельным весом, пористостью, твердостью, пластичностью, а также показателями, характеризующими гидравлические, термические, электрические и акустические свойства. Эти свойства изучаются в курсах петрографии, инженерной геологии и физики горных пород.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: