Главными характеристиками строения массива горных пород являются его слоистость и трещиноватость. С точки зрения горной технологии можно выделить следующие типы массивов по слоистости:
• однородные - в пределах объема разрабатываемых пород слоистость не выражена;
• моноклинного (выдержанного) залегания пород - пласты имеют одинаковый угол падения;
• складчатые - пласты пород образуют складки с переменным углом падения;
• нарушенные - пласты имеют тектонические разрывы, осложнены интрузиями, карстом и др.
Комбинации свойств пород каждого из слоев формируют общие свойства разрабатываемого массива. Причем в слоистой толще массива поведение горных пород зависит от их окружения. Так, угольный пласт может вести себя как жесткое тело, если он залегает в толще слабых глинистых пород, типа алевролитов, или работать как пластичный пропласток между высокопрочными песчаниками. В совокупности слоистый массив обладает анизотропией свойств, т.е. различием в величине векторных характеристик, измеренных в разных направлениях. Количественно это явление оценивается коэффициентом анизотропии
(8.3)
где и - некоторое свойство, измеренное вдоль и перпендикулярно слоям.
Для большинства свойств пород. Исключение составляют такие показатели, как коэффициент затухания, электросопротивление, иногда прочность при сжатии, величина которых, измеренная вдоль слоев, меньше, чем в перпендикулярном направлении. Явление анизотропии обязательно учитывается при проектировании горных процессов.
Наиболее значимым фактором, определяющим практически всю технологию разработки месторождений полезных ископаемых, является трещиноватость массива. Система трещин разбивает массив на отдельные блоки, связь между которыми определяет прочность и устойчивость ^массива. При изучении и учете трещиноватости массива выделяют следующие особенности трещин:
• характер трещин - внутрикристаллические (размером менее 0,01 мм), межкристаллические (0,1-10 мм), макроскопические (размером более 10 мм);
• форма трещин - прямолинейные, радиальные, концентрические, ветвящиеся и т.п.;
• степень раскрытия - сомкнутые или зияющие; в последнем случае оценивается ширина зияния;
• степень и качество заполнения трещин - характер заполнения и материал заполнителя;
• геометрия трещин - преимущественное их ориентирование по отношению к пласту пород: по падению, по простиранию, диагональные и т.п.;
• азимут трещин - их ориентировка по частям света.
В производственных условиях описываются в основном макроскопические трещины, хотя прочность структурных блоков пород определяется в большей степени межкристаллическими трещинами. Трещины группируют по вышеуказанным признакам, и для каждой системы трещин определяется модуль трещиноватости, т.е. число трещин на один квадратный или погонный метр. Модуль трещиноватости определяет блочность массива, т.е. число структурных блоков в единице объема горной породы.
Скальные массивы горных пород по степени трещиноватости подразделяются на пять технологических категорий:
1. Практически монолитные - размер структурных блоков превышает 1,5 м, видимые трещины отсутствуют.
2. Мало трещиноватые - размер блоков до 1,5 м, в среднем составляет 0,7 м, видимые трещины заполнены плотным материалом.
3. Средней трещиноватости - средний размер структурных блоков -0,5 м, трещины сомкнутые или зияющие с мелким заполнителем.
4. Сильнотрещиноватые - размер блоков 0,3-0,4 м, часто имеют напластования и видимые сомкнутые трещины.
5. Чрезвычайно трещиноватые - блоки крупнее 1 м отсутствуют, а их средний размер менее 0,3 м.
Известны и другие классификации массивов по трещиноватости, но в любом случае категория трещиноватости определяет технику и технологию разработки пород. Так, с увеличением степени трещиноватости прочность пород уменьшается и, как правило, облегчается их добываемость, но резко снижается устойчивость массива, что требует дополнительных затрат на крепление горных выработок. Во всех случаях при проектировании горной технологии массив рассматривается как сложная система.