Свойства горных пород и их влияние на эффективность разрушения массива при бурении и взрывании

Эффективность разрушения горных пород при бурении и взрывании зависит от их свойств. Рассмотрим основные свойства горных пород.

Плотность рп - масса единицы объема горной породы в ее естественном состоянии. Различают истинную, среднюю и насыпную плотность.

Истинная плотность характеризует плотность горной породы без учета пор и трещин. Среднюю плотность определяют по отношению массы Gп к общему объему породы Vп, включая объем пор, содержащихся в ней: рп = Gп/Vп. Насыпная плотность характеризует плотность сыпучих материалов в насыпном состоянии без уплотнения. Единицы измерения: г/см3, кг/м3, т/м3.

Пористость n - суммарный относительный объем пор, содержащихся в горной породе. Определяется как отношение объема всех пустот (пор) Vпор к общему объему породы Vп в сухом состоянии: n - Vпор/Vп. Пористость можно рассчитать по установленным значениям истинной и средней плотности. Пористость зависит от размеров зерен, их однородности, формы, минерального состава и плотности частиц, слагающих породу. Измеряется в долях единицы или в процентах.

Удельный (объемный) вес - вес единицы объема горной породы или отношение веса к общему объему породы. Измеряется в Н/м3

Влажность - степень насыщенности пор, трещин и других пустот в горной породе водой, измеряется отношением массы воды, содержащейся в образце, к его массе после высушивания, выраженным в процентах или долях единицы. Относительная влажность характеризуется коэффициентом влажности, равным отношению объема воды в образце к объему пор в нем.

Трещиноватость - нарушенность монолитности пород трещинами или совокупность трещин всех направлений, разделяющих массив горных пород на отдельности.

Слоистость - наличие хорошо различимых слоев из пластов в горной породе или присутствие в пределах одного слоя поверхностей осаждения, которые являются плоскостями напластования. Многие породы обладают плоскостями слоистости (контакта), вдоль которых порода легко раскалывается (разделяется).

Хрупкость - свойство пород разрушаться без пластических деформаций. При механическом и взрывном нагружении разрушение горных пород является хрупким.

Вязкость - сопротивляемость горной породы силам, стремящимся отделить отдельные части от основного массива. С увеличением вязкости эффективность взрывного и механического разрушения уменьшается.

Прочность на сжатие (растяжение, сдвиг) -предел прочности породы, представляющий критическое значение одноосного сжимающего (растягивающего, сдвигающего) напряжения, при котором происходит разрушение породы. Единица измерения Па.

Пластичность - свойство породы под действием сил претерпевать необратимую деформацию без разрушения.

Упругость - свойство пород восстанавливать свои первоначальные форму и объем после прекращения действия внешних нагрузок. Характеризуется пределом упругости - максимальным значением сжимающего или растягивающего напряжения, при достижении которого порода деформируется упруго, а при превышении - появляются остаточные деформации.

Крепость - относительная сопротивляемость породы внешним усилиям (при бурении, взрывании и пр.), обусловленная сопротивлением растяжению, сжатию, сдвигу. Для сравнения и характеристики пород используется так называемый коэффициент крепости пород f введенный проф. М.М. Протодьяконовым. Наиболее распространен метод определения крепости пород по их прочности на сжатие, при котором f = 1 характеризует породу с пределом прочности на сжатие, равным 9,81 МПа.

Твердость - свойство породы оказывать сопротивление проникновению в нее твердого тела. Твердость определяют различными методами, разработанными Л.А. Шрейдером, Л.И. Бароном, Л.Б. Глатманом (контактная прочность) и др.

Взрываемость- свойство горной породы сопротивляться разрушению при действии на нее взрывных нагрузок, характеризуемое расходом взрывчатого вещества (BB) на разрушение единицы объема породы до кусков определенной крупности.

Разрыхляемость - способность разрыхленной (взорванной) горной породы занимать значительно больший объем по сравнению с занимаемым в нетронутом массиве.

Буримость - сопротивляемость породы разрушающему действию породоразрушающего инструмента в процессе бурения.

Абразивность - способность горной породы истирать контактирующие с ней металлические поверхности машин и оборудования при их работе. При бурении шпуров и скважин изнашивается (истирается) породоразрушающий инструмент.