Характеристика горных пород, разрабатываемых непосредственно из массива

Характеристика разрушенных горных пород по степени их дробления и параметры развала.

Горная порода в породном массиве — это агрегат минералов, образующий массив, если он состоит из одной породы, или являющийся частью массива, сложенного из нескольких горных пород. Горной породе присущи вполне определенные свойства и их параметры, а также состояние, характерное для массива, частью которого является данная порода.
Горная порода в разрыхленном состоянии — это разрушенная порода, состоящая из отдельных кусков, образовавшихся в результате искусственного воздействия на нее или вследствие сдвижения породного массива под действием тектонических сил.
Образцы горной породы — это отдельные части, куски скальных или связных пород или небольшие объемы рыхлых пород, отделенные от основной породной массы. Образцы горных пород отличаются от пород, находящихся в массиве, степенью дефектности, силами связей, степенью насыщения газами, жидкостями, давлением, температурой и т.п. Образцы горной породы отбирают по установленным правилам и используют для экспериментального определения свойств породы. Полученные на образцах горной породы значения ее физико-технических параметров сопоставляют с данными натурных испытаний породы, находящейся в массиве.
Физико-технические свойства горных пород подразделяют на плотностные, механические, тепловые, электрические, магнитные, волновые, радиационные, гидродинамические и газодинамические. В конкретных технологических процессах горного производства используют горно-технологические параметры горных пород. Из числа физико-технических свойств горных пород выделяют базовые свойства, являющиеся минимально необходимыми и достаточными для общей характеристики породы как физического тела и объекта разработок (табл. 1.2).

Плотностные свойства горных пород зависят от их минерального состава, структуры, текстуры и характеризуют степень заполнения объема породы минеральным веществом. К плотностным свойствам горных пород, находящихся в естественном и разрыхленном состояниях, относят плотность, пористость, объемную массу, насыпную плотность, удельный вес и объемный вес.
Плотность горной породы р0, кг/м3, — масса М единицы объема V0 твердой фазы породы
p0 = М/V0. (1.1)
Плотность горной породы определяется плотностью слагающих ее минералов рoi и может быть рассчитана по формуле

Плотность горных пород составляет в основном от 2000 до 4500 кг/м3.

Характеристика разрушенных горных пород по степени их дробления и параметры развала.

Характеристикой разрыхленной породы в целом является насыпная плотность. Насыпная плотность ρн — это масса единицы объема породы в разрыхленном (раздробленном) состоянии. С учетом насыпной плотности породы рассчитываются погрузочно-транспортные операции на горном предприятии. Для определения насыпной плотности необходимо знать массу разрыхленной породы и вместимость V, например вагонетки, в которой порода транспортируется, кг/м3:

Насыпная плотность породы зависит от степени ее разрыхления и связана с коэффициентом разрыхления — отношением объема породы в разрыхленном состоянии к ее объему в монолите. Эта величина всегда больше единицы за счет образования дополнительных пустот и трещин:

Коэффициент разрыхления зависит от степени однородности дробления, формы и взаимного расположения кусков разрушенной породы, в меньшей степени — от других физических свойств пород. Если полагать, что все куски породы имеют форму шара и если выложить их рядами, то их объем в плотном теле составит 52,3%, а объем пустот — 47,7% от вместимости сосуда. Причем это соотношение остается постоянным и не зависит от диаметра шаров. Коэффициент разрыхления при этом составит 1,91. Теоретически для любой фракции породы, если куски имеют форму, близкую к шаровидной, коэффициент разрыхления должен иметь примерно ту же величину. Но в действительности разрыхленная порода состоит из кусков различной крупности, т. е. из нескольких (многих) фракций, причем их форма чаще всего значительно отклоняется от шаровидной. В таком случае свободное пространство между крупными кусками заполняется мелким материалом. Величина Кр становится меньше и зависит от соотношения между размерами наиболее крупных и самых мелких кусков породы и соотношения их объемов.
И насыпная плотность, и коэффициент разрыхления зависят от ряда внешних факторов: от продолжительности пребывания породы в рыхлом состоянии (от самоуплотнения), давления и влажности породы.
Высокий коэффициент разрыхления в большинстве случаев оказывает отрицательное влияние на технологический процесс: снижается степень заполнения ковшей породопогрузочных машин, транспортных средств и бункеров, увеличивается площадь отвалов, складов.
При отбойке пород и добыче полезного ископаемого руководствуются определенным соответствием между применяемым горным оборудованием и крупностью кусков разрыхленной породы с учетом необходимости измельчения пород на последующих стадиях переработки. Оптимальный размер кусков породы устанавливается путем экономических расчетов.
На практике коэффициент разрыхления определяется с помощью специального металлического ящика размером 1,0х1,0х1,0 м или транспортного средства, например вагонетки. В ящик или кузов вагонетки загружают породу, а свободное пространство заполняют водой с помощью мерного сосуда. Коэффициент разрыхления определяется по формуле