Горные породы как объект разработки

СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие по курсу «Физика горных пород» предназначено для студентов всех специальностей очной и заочной форм обучения по на­правлению «Горное дело».

Горное дело - древнейшая область человеческой деятельности. Разра­ботка минерального сырья является фундаментом экономики любой стра­ны. В общем случае технологию горного производства можно представить как комплекс следующих элементов: проектирование горного предпри­ятия, его строительство, разработка месторождения, обогащение полезных ископаемых. Реализация каждого из этапов неизбежно требует изучения свойств объекта воздействия - горной породы. Действительно, свойства горных пород, т.е. их специфическая реакция на различные способы и средства внешнего воздействия, определяют технику и технологию веде­ния горных работ, производительность труда и стоимость готовой продук­ции. Более того, само предприятие (шахта, рудник, карьер, метрополитен и др.) расположено в массиве горных пород и потому зависит от его поведе­ния.

Любая научная дисциплина является составной частью общей систе­мы знаний человека о мире. Ее место определяется объектом, способами и направленностью исследований. По объекту исследования (горные поро­ды) физика горных пород близка к циклу геологических дисциплин, но существенно отличается по направленности и способам исследования. В отличие от геологии, главной задачей которой является поиск и разведка полезных ископаемых, физика горных пород имеет другую направлен­ность, а именно горную технологию. Специфичность способов исследова­ния определяется существенной неоднородностью и изменчивостью свойств, состава и строения горных пород. Основные задачи исследования - изучение свойств горных пород; прогнозирование изменчивости свойств пород в зависимости от их состава, строения и влияния, физических полей; установление взаимосвязи свойств пород и их влияния на процессы горной технологии; исследование физических процессов горной технологии, связанных с воздействием на массив.

Под горными породами понимают природные образования - агрегат минералов, слагающих самостоятельные геологические тела. Свойства горных пород определяются их составом и строением. Минеральным со­ставом называется относительное объемное содержание в породе различ­ных минералов. Строение горных пород может быть выражено в единстве двух понятий - структуры и текстуры. Под структурой понимают размер и форму, образующих породу минеральных зерен. Основные типы структур -кристаллическая, скрытокристаллическая, аморфная, порфировая, обло­мочная. Текстура характеризует взаимное пространственное расположение минеральных зерен. Различают массивную, пористую, слоистую текстуры.

Структура и текстура пород являются качественными (диагностиче­скими) признаками. Совместно с минеральным составом они определяют петрографическое наименование породы. Напротив, название породы дает общее представление о ее минеральном составе и строении. Однако в силу чрезвычайно большого многообразия реальных горных пород, судить об их свойствах, основываясь только на названии породы, практически невоз­можно. Поэтому в принципе невозможно создать исчерпывающий спра­вочник свойств горных пород. Каждый раз для конкретной породы необхо­димо непосредственное определение ее характеристик. Д)Ія знакомства с методами определения свойств горных пород предусмотрен цикл лабора­торных работ.

Горная порода является сложным многокомпонентным телом. В ее состав входят как твердые минеральные частицы, так и жидкости и газы, которые находятся в порах и трещинах породы. По степени неоднородно­сти состава и строения, а также изменчивости свойств горные породы не имеют аналогов среди других, используемых человеком материалов. Кро­ме того, слагаемые горными породами массивы, как правило, имеют раз­витую систему трещиноватости, тектонические нарушения, слоистое строение. Все это обусловливает существенную (десятки процентов) ва­риацию свойств горной породы даже в одной пробе. В этой связи единич­ный акт измерения какого-либо показателя не дает возможности досто­верно оценить величину свойства породы. Объективная информация мо­жет быть получена только тогда, когда установлен вероятностный закон распределения конкретного показателя. Для эффузивных пород Урала средняя вариация свойств представлена в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Вариация свойств горных пород

В зависимости от состояния, определяющего технологию их разработки, различают следующие типы горных массивов: скальные, рыхлые (разрушенные), глинистые (связные). Часто выделяют особое состояние массива влажных пород - мерзлые, когда за счет отрицательных темпера­тур вода в массиве кристаллизуется, существенно изменяя свойства, осо­бенно рыхлых и глинистых пород. Кроме того, скальные массивы разде­ляют по степени трещиноватости на несколько (обычно пять) технологи­ческих категорий.