Горно-технологические характеристики пород

Данные показатели характеризуют поведение горных пород при воз­действии на них различных инструментов и технологических процессов. В настоящее время используется большое количество таких показателей. Их популярность обусловлена тем, что они зависят не только от состава и строения горных пород, но и характеризуют поведение породы в конкрет­ном технологическом процессе. К наиболее распространенным относятся следующие горно-технологические характеристики.

Крепость горных пород - в общем случае характеризует сопротив­ляемость пород добыванию и оценивается коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова

(4.1)

Первая форма записи была предложена самим М.М.Протодьяконовым, который оценивал обобщенный показатель добываемости как сотую часть предела прочности горной породы при сжатии, измеряемого в. По шкале М.М.Протодьяконова пределы изменения коэффициента крепости от 0,3 до 20. Однако многие добываемые породы обладают прочностью значительно больше 2000, т.е. для них > 20, Поскольку коэффициент крепости является основой многих норматив­ных документов, то такое положение создает известные трудности. Для устранения этого противоречия предпринимались попытки модернизации коэффициента крепости. В частности, предложено определять коэффици­ент крепости по формуле (прочность измеряется в МПa)

(4.2)

Такая форма записи ничего не меняет по существу (и в первом, и во втором случае коэффициент крепости определяется только прочностью пород при сжатии), однако за счет нелинейности формулы (4.2) позволяет несколько расширить интервал изменчивости горных пород по прочности (рис,4.1). Все же горные породы с

Рис. 4.1. Коэффициенты крепости горных пород

прочностью при сжатии более 30 МПа (а таких пород немало) не укладываются в шкалу М.М.Протодьяконова. Поэтому принято решение - все такие породы относить к последней два­дцатой категории (f = 20),

Из других попыток модернизации коэффициента крепости следует отметить метод толчения, предложенный М.М.Протодьяконовым (младшим), Сущность метода заключается в многократном дроблении горных Пород падающим грузом (груз массой 2,4 кг сбрасывается с высоты 0,6 м) и оценке динамического коэффициента крепости по числу сбрасывания n и высоте l фракции 0,5 мм в мерном стакане диаметром 23 мм = 20п/1. Ценность такого подхода заключается в том, что в силу самого способа определения данного коэффициента крепости он адекватно отражает процессы динамического разрушения горных пород.

Твердость характеризует сопротивляемость горной породы внедрению в нее инструмента. Поскольку внедрить что-то в горную породу можно только с ее свободной поверхности, то твердость - это свойство поверхности тела.

Применительно к горным породам твердость определяется методом Л.А.Шрейнера. Для этого в шлифованную поверхность породы вдавлива­ется цилиндрический штамп с плоским основанием (диаметр штампа от 2 до 5 мм в зависимости от размеров минеральных зерен породы). В момент разрушения породы под штампом (образование лунки выкола) фиксирует­ся разрушающая нагрузка и вычисляется твердость по формуле

(4.3)

где - площадь основания штампа.

По классификационной шкале Л.А.Шрейнера твердость измеряется в. С момента обоснования данного показателя он широко использу­ется в расчетах процессов, связанных с внедрением инструмента в горную породу, особенно при бурении шпуров и скважин. Простота определения показателя и его информативная ценность обусловили возможность и не­обходимость его измерения в производственных условиях - в забое гор­ных выработок, на борту карьера и т.п. При этом внедрение штампа осу­ществляется, естественно, в нешлифованную поверхность породы. Метод обоснован Л.Б.Глатманом, а определяемый показатель назван контакт­ной прочностью горных пород. Поскольку условия внедрения штампа в шлифованную и нешлифованную поверхности различны, величина кон­тактной прочности для одних и тех же пород в 2 - 3 раза ниже их твердо­сти, по Л.А.Шрейнеру. Следует иметь в виду, что как твердость, так и кон­тактная прочность могут определяться только в скальных породах, где происходит хрупкий выкол породы под штампом.

Динамическая твердость горных пород определяется по высоте от­скока бойка со сферическим алмазным наконечником, сбрасываемого с определенной высоты на поверхность горной породы (метод Шора).

Абразивность характеризует способность горной породы изнаши­вать трущийся об нее инструмент. В этом качестве она широко использу­ется при оценке износа и затупления бурового инструмента, исполнитель­ных органов комбайнов, ковшов экскаваторов и др. Различные методы оп­ределения абразивности заключаются в истирании о горную породу эта­лонного материала в строго заданных условиях и фиксировании потери массы или объема эталонного материала при истирании. В горной практи­ке используется методика Л.И.Барона, в соответствии с которой о естест­венную поверхность горной породы истирается стержень из стали-серебрянки У8А (диаметр стержня 8 мм, с одного из его торцов имеется отверстие диаметром 4 мм, истирание производится при частоте вращения стержня 400 об/мин и усилии прижатия 150 H, время истирания - по 10 минут разными торцами стержня). Абразивность оценивается по потере массы истираемого стержня и измеряется в миллиграммах

(4.4)

Дробимость характеризует способность горной породы сопротив­ляться разрушению ударной нагрузкой. Определяется путем однократного сбрасывания груза массой 15 кг с высоты 0,5 м на образец породы. Дро­бимость и качество дробления оцениваются путем фракционного анализа полученных продуктов разрушения.

Буримость горных пород определяется путем хронометража процес­са в производственных условиях и измеряется в метрах пробуренного шпура или скважины в единицу времени (или временем бурения 1 м шпура.

Широко определяются и используются в горной практике и другие горно-технологические характеристики пород: взрываемость, экскавируемость, сопротивляемость пород резанию, скалыванию и др. Все эти харак­теристики определяются путем моделирования соответствующего процесса. Популярность данных показателей обусловлена тем, что все они опре­деляются на конкретном рабочем месте при данной организации труда, исполнителях, технических средствах. Но это же является и существенным недостатком таких показателей, поскольку, определенные в конкретных условиях, они не могут соответствовать тем же горным породам, но разра­батываемым в других условиях.