Физико-механические свойства горных пород

При открытой разработке все горные породы целесообразно делить на 3 группы:

1. скальные и полускальные

2. разрушенные (искусственно или естественно измененные породы первой группы)

3. плотные, мягкие (связанные) и сыпучие

Для каждой группы пород применяются различные способы разработки с применением разных типов машин.

Для правильного выбора типа машины и рационального режима ее эксплуатации в конкретных горно-геологических условиях необходимо знать какими физико-механическими свойствами обладают горные породы и какое влияние они оказывают на работу породоразрушающего инструмента или всего исполнительного органа машины в целом.

Твердость – свойство породы препятствовать внедрению в нее твердого недеформируемого тела (например лезвие бурового инструмента).

Твердость определяется такими способами:

- по величине силы необходимой для вдавливания в породу шарика, наконечника или штампа.

- по величине отскока шарика, ударяющегося о породу.

- по размеру царапины при постоянной нагрузке и т.д.

Упругость – свойство породы восстанавливать первоначальные размеры и форму после снятия нагрузки. Для оценки упругости породы используется модуль упругости (модуль Юнга), который определяется при растяжении и сжатии.

Пластичность - свойство породы деформироваться под действием нагрузки без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.

Хрупкость – способность породы разрушаться под действием внешней нагрузки без пластических деформаций. Породы более прочные при сжатии, обычно более хрупкие.

Вязкость – сопротивляемость породы силам, стремящимся разъединить ее частицы. Она зависит от пластичных свойств породы и предела прочности.

Плотность – это отношение массы образца (G, кг) к его объёму (V,м³)

В производственных условиях для оценки свойств породы широкое распространение получили такие показатели.

Коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова (старшего)

Протодьяконов высказал предложение, что если одна порода крепче другой по буримости в f раз то и по другим качествам (взрываемости, пределу прочности на раздавливание и др.) она будет в f раз превосходить вторую породу.

Исходя из этого он предложил характеризовать крепость горной породы с помощью коэффициента крепости, равного:

f=δ /100,

где δ – предел прочности породы одноосному сжатию, Дан/см²

Для раздавливания используются кубики породы с размером ребра от 8 до 10см, со строго параллельными плоскостями по которым происходит сжатие.

Кубики могут быть заменены цилиндрами диаметр которых равен их высоте, они должны иметь равновеликие с кубиками площади оснований.

Изготовление кубиков и цилиндров в производственных условиях затруднительно, поэтому для таких условий Протодьяконов (младший) предложил определять крепость породы на образцах неопределенной формы, которые легко изготовить в условиях карьера, шахты.

Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову (младшему) равен:

ΣP – суммарная нагрузка от раздавливания всех образцов(10-15),ДаН

Σg – суммарная масса всех образцов (масса одного образца принимается 100±10г),г

γ – плотность породы, г/см³

Контактная прочность – свойство породы оказывать сопротивление деформации в поверхностном слое при местных контактах.

Наибольшее распространение получил метод определения контактной прочности, разработанный ИГД им. Скочинского.

Сущность способа заключается в вдавливании цилиндрического штампа с плоским основанием в необработанную поверхность горной породы. Вдавливание производится до образования лунки выкола.

Контактная прочность определяется по формуле:

ДаН/см³

где Р – усилие при котором происходит выкол породы, кгс ДаН,

S – площадь основания штампа, мм²

Абразивность - способность горной породы изнашивать инструмент с помощью которого ее разрушают.

На абразивные свойства породы оказывают влияние твердость и форма составляющих минералов, прочность связи между ними, пористость и структура породы.

Высокими абразивными свойствами обладают породы, состоящие из твердых минералов (кварц, корунд, гранит), кристаллы и обломки которых имеют большое количество острых углов и ребер, слабо связанных между собой или же имеющих большое количество пор и трещин.

Существуют различные методы определения абразивности. Так по методике ИГД им. Скочинского абразивность оценивается потерей массы стержня из стали-серебрянки диаметром 8мм, вращающимся в течении 10мин со скоростью 400 мин^-1 на необработанной поверхности горной породы при осевой нагрузке 15ДаН. Согласно классификации ИГД все горные породы делятся на 8 классов.

Для весьма малоабразивных пород (известняки, глинистые сланцы) показатели абразивности меньше а=5мг, а для очень абразивных а≥90мг.

Разрыхляемость – свойство горных пород увеличивать объем при дроблении, которое характеризуется коэффициентом разрыхляемости К_р, равного отношению объема разрыхленной породы V_p к объему ее в целике V_ц.

К_р= V_p/ V_ц

Величина К_р колеблется в пределах К_р=1,1-1,8.

Буримость – скорость бурения горной породы в определенных условиях. Существуют различные шкалы буримости в том числе и криворожская (ПА-23, 5 атм, l=45мм,ВК-15)

Для огневого бурения важными показателями являются такие физико-механические свойства:

Коэффициент теплопроводности – характеризует свойство породы проводить тепло и показывает какое количество тепла проходит за 1 час через 1м² поверхности породы на толщину 1м при разности температуры в 1°.

При огневом бурении чем выше теплопроводность, тем меньше скорость бурения.

Коэффициент температуропроводности – характеризует скорость изменения температуры в процессе теплопередачи. Температуропроводность горных пород зависит от их плотности, влажности, слоистости.

Повышение температуры породы уменьшает их температуропроводность, что снижает скорость бурения.

Удельная теплоемкость показывает, какое количество тепла необходимо для нагрева 1м³ породы на 1°.

Дата добавления: 2014-10-17