Основные характеристики и свойства горных пород

При ведение буровзрывных работ имеют дело с массивом горных пород в его естественном состоянии или с определенным участком массива горных пород.

Изучение различных свойств пород имеет большое значение для выбора рацио­нального способа отбойки и дробления породы, типа применяемых буровых ма­шин и инструмента, установления норм выработки на производ­ство буровых и взрывных работ и т. д.

При бурении и взрывании эффективность разрушения горных пород определяется различными свойствами. Это связано с тем, что при бурении зона разрушения под лезвием инструмента имеет небольшие размеры (доли сантиметра) и зависит от микросвойств горных пород: твердости, абразивности, зернистости, вязкости и т. д. При взрывании на карьерах зарядов диаметром 200—300 мм зона разрушения имеет размеры в несколько метров (до 10 м), и эффективность разрушения при этом зависит от макросвойств массива породы и, прежде всего, от прочности и разрушаемости при соударении отдельностей, слагающих массив, его трещиноватости и слоистости.

Твердость горной породы характеризуется сопротивлением проникновению в нее другого тела. В зависимости от твердости выбирают величину осевого усилия на буровой инструмент и частоту его вращения.

Абразивность — способность горных пород изнашивать при трении о нее металлы, твердые сплавы и другие тела.

Пластичность — свойство пород необратимо изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил.

Хрупкость — свойство пород разрушаться без пластических деформаций.

Твердые тела, в том числе и породы, в зависимости от скорости приложения нагрузки могут проявлять и пластические и хрупкие свойства в зависимости от скорости приложения нагрузки. Например, битум при комнатной температуре способен деформироваться пластично под действием собственного веса. В то же время, если к этому же куску битума приложить динамическую нагрузку — ударить молотком, произойдет его хрупкое разрушение.

При бурении и взрывании скальные горные породы можно рас­сматривать как хрупкие тела. Наибольшую пластичность имеют глинистые породы. Для разрушения пластичных пород требуется увеличен­ный расход ВВ.

Вязкостью в горном деле принято характеризовать сопротив­ляемость породы силам, стремящимся отделить ее часть от мас­сива. С увеличением вязкости пород эффективность бурения и взрывания снижается.

Зернистость характеризуется крупностью зерен минералов, образующих породы. Чем меньше зерна минералов и чем прочнее цементирую­щие зерна вещества, тем труднее разрушается порода при буре­нии и взрывании.

Плотностью горной породы называется масса единицы объема горной породы в ее естественном состоянии. От плотности гор­ных пород зависит удельный расход ВВ, особенно при проведении взрывов на выброс.

Разрыхляемость — свойство горных пород занимать больший объем в разрушенном состоянии по сравнению с объемом в мас­сиве или целике. Отношение объема разрыхленной породы к ее первоначальному объему называется коэффициентом разрыхле­ния. Наибольшим коэффициентом разрыхления характеризуются твердые, вязкие и абразивные породы.

Слоистость — свойство пород относительно легко разделяться по плоскостям наслоения. При ведении работ в слоистых породах шпуры и скважины следует располагать перпендикулярно к плоскостям наслоения, так как это улучшает эффективность взрыва и уменьшает вероятность искривления шпуров и скважин.

Трещиноватость характеризуется частотой и пространствен­ным расположением трещин в массиве горной породы, которыми он разделен на отдельности различных размеров. При открытой разработке месторождений полезных ископаемых монолитных, т. е. не имеющих трещин, пород практически не встречается. На карьерах трещиноватость влияет на кусковатость взор­ванной горной массы, а, следовательно, на производительность погрузочного и транспортного оборудования.

Водоносность — свойство пород задерживать воду и выделять ее при разработке месторождения. Водоносность пород следует учитывать при выборе типа ВВ и способа заряжания скважин.

Для оценки способности пород сопротивляться разрушению под действием внешних усилий (при бурении, взры­вании, резании и т. п.) используют понятие крепость горных пород, характеризуемая чаще всего коэффициен­том крепости.

Коэффициент крепости пород f (по шкале проф. М. М. Прото-дьяконова) показывает, во сколько раз данная порода крепче другой, принятой за единицу. Все породы по шкале разбиты на десять категорий от I до X. Породы самые крепкие относятся к I ка­тегории f = 20, самые слабые — к Х категории f = 0,3. Эта классифи­кация применяется до настоящего времени на горнодобывающих пред­приятиях Казахстана для ориентировочной оценки пород, а также при укрупненных проектных и сметных расчетах.

Для оценки сопротивляемости массива разрушению при бу­рении и взрывании применяют понятия буримость и взрываемость горных пород.

Буримость — сопротивляемость горной породы разрушению при бурении, характеризуемая чистой скоростью бурения при стандартных условиях опыта.

Специаль­ной комиссией при ИГД АН СССР на основе исследований проф. А. Ф. Суханова разработана единая классификация пород по буримости. Буримость пород в этой классификации характе­ризуется чистой скоростью бурения шпура при следующих стан­дартных условиях опыта: тип бурильного молотка ПП-50В1; давле­ние сжатого воздуха 0,45 МПа; характеристика бурового инстру­мента: диаметр головки бура 42мм; форма лезвия бура крестовая при угле заточки лезвия 90 градусов и глубине бурения 1 м.

Взрываемость — сопротивляемость горных пород разрушению при взрывании, характеризуемая расходом ВВ на 1 м³ раздроб­ленного массива до кусков определенной крупности или на обра­зование воронки выброса заданных размеров зарядом определен­ной формы.

Классификация пород по взрываемости основана на определении удельного расхода эталонного ВВ (аммонита 6ЖВ), необходимого для взрывного дробления куба монолитной породы (в свободно под­вешенном состоянии) с размерами граней 1 м до определенной степени дроб­ления.