Крепость горных пород. Хрупкость горных пород

Механические свойства — прочность, упругость, пластичность, крепость, твердость, контактная прочность, абразивность.

Крепость — способность породы сопротивляться разрушению от действия внешних сил при различных технологических процессах разрушения (бурение, резание, взрывание и др.). Крепость зависит от прочности, твердости, вязкости, упругости, минералогического состава и структуры породы, трещиноватости и других факторов. Впервые необходимость совокупной количественной оценки сопротивляемости пород разрушению для целей ведения горных работ была обоснована проф. М.М. Протодьяконовым, создавшим известную шкалу относительной крепости горных пород. За единицу крепости (F = 1) была выбрана порода с временным сопротивлением одноосному сжатию, равным 10 МПа, при раздавливании на прессе породного кубика; а все горные породы разделены на десять категорий: с коэффициентом крепости от F = 20 для первой категории (наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты и др.) до F =0,3 для десятой категории (плывуны, разжиженный грунт и др.). Коэффициент относительной крепости F есть интегральная характеристика прочностных свойств горных пород.

ХРУПКОСТЬ горных пород — способность горных пород к разрушению без заметной пластической деформаций. Хрупкость определяется их минеральным составом, структурно-текстурными характеристиками и внешними условиями разрушения: температурой, скоростью приложения нагрузки, её видом (растягивдющая, сжимающая, сдвиговая) и т.д. Для выражения пластичности и хрупкости горных пород в специальных методиках используются также показатели модуля упругости и коэффициента Пуассона, выводимые из закона Гука. Показатели пластичности и хрупкости горных пород в технологии бурения регламентируют предпочтительный характер воздействия породо-разрушающих элементов на забой: резание, дробление, скалывание.

19.Классификация методов разрушения горных пород. Прогнозная оценка применения методов разрушения.

Разрушение горных пород может осуществляться следую­щими способами:

механическим, когда рабочие органы непосредственно от­деляют породу от массива. Расход энергии на единицу объема разрушенной породы (энергоемкость) составляет примерно 0,2— 1,7 кВт∙ч/м³;

гидравлическим, когда порода отделяется от массива напор­ной струей воды, подаваемой из гидромонитора, или когда по­рода вместе с водой всасывается земснарядом со дна водоема. Энергоемкость разрушения породы напорной струей составляет 0.4-4 кВт∙ч/м³, а при работе земснаряда 0,2-2 кВт∙ч/м³;

взрывным, когда порода разрушается под давлением газов, выделяемых взрывчатыми веществами. Энергоемкость только бурения взрывных скважин составляет 0,8—1,1 кВт∙ч/м³;

физическим, когда разрушение или уменьшение прочности горных пород достигается с помощью ультразвука, тока высо­кой частоты, теплового воздействия;

химическим, когда для отделения пород от массива их пе­реводят в жидкое или газообразное состояние;

комбинированным, например, гидравлический способ может комбинироваться с механическим.

Механический способ разрушения горных пород может про­изводиться с различными скоростями силового воздействия. Принято считать, что при скоростях воздействия до 2,5 м/с ме­ханический способ называется статическим, а при скоростях выше 2,5 м/с — динамическим.

К динамическому способу разрушения относятся следующие виды:

вибрационный, когда для разрушения породы создают при­нудительное вибрирование рабочего органа, что приводит к уменьшению сил внутренних связей пород и соответственно к снижению тягового сопротивления перемещению машины;

ударный, когда разрушение породы производится с помощью ударника, обладающего определенной массой и скоростью, т. е. энергией удара;

высокоскоростной, когда разрушение прочных пород произ­водится с помощью высокоскоростных рабочих органов (ско­рость резания выше 5 м/с);

импульсный, когда разрушение пород производится с по­мощью импульсной техники, основанной на применении энер­гии взрыва в машинах и механизмах. При этом разрушение может производиться жидкими, твердыми и газообразными пе­редающими средами, непосредственно воздействующими на гор­ную породу и реализующими в импульсной форме энергию взрыва.

На горных предприятиях наибольшее распространение полу­чил механический способ разрушения пород — до 85 % всего объема горных и земляных работ.

Физический и химический способы находятся в стадии экс­периментальных разработок, опробования и освоения.