книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

Раздел первый

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Глава I

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 1. Физико-механические свойства горных пород

Эффективность бурения и взрывания горной породы в большой степени зависит от добываем ости ее, т. е. сопротивления ее различным внешним воздействиям, прилагаемым при разработке и добывании породы.

Степень добываемое™ горных пород характеризуется не одним

каким-либо свойством той или иной породы, а совокупностью ос­ новных физических и механических свойств, влияющих на произ­ водительность бурения, трудность отделения породы от массива и дробления ее.

К основным физико-механическим свойствам горных пород от­ носятся: структура и текстура, объемный вес, твердость, вязкость, упругость, трещиноватость, разрыхляемое™, абразивность.

Структура и текстура

Структура, или строение, горной породы определяется

внешними особенностями слагающих ее минеральных зерен, раз­

мерами, формой и характером поверхности их. Структура горных

пород может быть: кристаллической, оолитовой, сферолитовой, обломочной.

Кристаллическая структура образуется в процессе кристаллизации расплавленных горных пород (во время застыва­ ния магмы), а также при кристаллизации (или перекристаллиза­ ции) изверженных горных пород, находящихся в твердом состоя­ нии, под воздействием высокого давления и высоких температур.

По размерам кристаллов различают следующие виды кристал­

мером кристаллов от 0,1 до 1 мм; скрытокристаллическую

сразмерами кристаллов от 0,01 до 0,1 мм и пелитоморфную

сразмерами кристаллов до 0,01 мм. В скрытокристаллической и пелитоморфной структуре отдельные кристаллы и форма их раз­ личимы лишь под микроскопом.

Мелкокристаллические горные породы обладают более высокой

прочностью, чем породы того же минералогического состава, но сложенные кристаллами больших размеров. Например, прочность

4

мелкозернистых гранитов на сжатие достигает 2 600 кг!см2, а у крупнозернистых она падает до 1 200 кг1см2.

Путем изменения величины зерна можно повысить прочность данной породы почти в 2—3 раза. Таким способом часто пользуют­

ся при получении плавленых горных пород. Естественный диабаз с мелкокристаллической структурой имеет прочность на сжатие до

3 000 ка/си2, а плавленый — свыше 5 000 кг/сл2.

По однородности размеров кристаллов различают кристалли­ ческие структуры: равномерно зернистую (рис. 1,а), разно­ зернистую (рис. 1,6), порфиритовую (с вкраплением в мелкозернистую структуру крупных кристаллов, рис. 1 ,в) волок­ нистую с кристаллами, вытянутыми в одном направлении

(рис. 1,а).

Рис. 1. Различные виды кристаллических структур

кристаллами, расположенными радиально (рис. 2,6). Она встре­ чается как у осадочных, так и у изверженных пород.

Обломочная структура представляет рыхлые или сце­ ментированные обломки горных пород различных размеров,

имеющие неправильные очертания. Вид цементирующего вещества оказывает большое влияние на прочность породы и ее сопротив­ ляемость внешним воздействиям. Обломочная структура встречает­ ся только у осадочных горных пород.

Текстура (сложение) горной породы определяет простран­ ственное расположение минеральных частиц в ней. Для извержен­ ных пород текстурные признаки не оказывают практического влияния на прочность в отличие от осадочных и метаморфических пород, при разрушении которых текстурные особенности имеют существенное значение.

Основным текстурным признаком осадочных пород является слоистость, возникающая в процессе образования породы. Слоистость выражается изменением размеров минеральных частиц

(зерен) в вертикальном направлении при одинаковом их составе

(рис. 3, а), чередованием зерен разного состава (рис. 3,6) и, на­ конец, ориентировкой некоторых минеральных частиц в определен­

5

в

Рис. 3. Виды слоистости

слоистости. Хорошо выраженным кливажем обладают каменные угли. Слоистость и сланцеватость имеют большое значение при

взрывных работах. Взрыв зарядов в шпурах, заданных перпенди­ кулярно плоскостям слоистости (сланцеватости), более эффективен,

чем в шпурах, направленных параллельно этим плоскостям. Пористость также является весьма существенным текстур­

ным признаком; выражается в процентах и характеризуется отно­

6

лых пород обусловливается наличием в них незаполненных основ­ ным материалом объемов, а пористость плотных (скальных) по­ род— главным образом трещиноватостью.

рыхленном состоянии; второй всегда меньше первого.

Вклассификации горных пород по «Единым нормам выработки

ирасценкам» (см. приложение) приведены значения объемного веса для различных горных пород в целике.

Объемный вес не всегда дает правильное представление о проч­ ности горных пород, но в тех случаях, когда ряд одноименных

пород отличается только объемным весом, прочность пород с

большим объемным весом всегда выше, чем пород, имеющих мень­ ший объемный вес. Так, например, при увеличении объемного веса с 1,5 до 2,7 т/л<3 предел прочности при сжатии у известняков воз­ растет с 50 до 1 800 кг/см2, у песчаников при увеличении объемного веса с 1,87 до 2,57 т/л3— от 150 до 900 кг/‘см2.

Твердость, вязкость, упругость

Твердостью называется сопротивление, оказываемое гор­

ной породой, проникновению (вдавливанию) в нее острия какогонибудь инструмента. Твердость одной породы по отношению к дру­ гой определяют посредством черты, которую оставляет более твердая порода на менее твердой.

Вязкость горной породы — сопротивление, оказываемое по­ родой силам, стремящимся разъединить слагающие ее части. Чем больше вязкость, тем труднее добывать породу. При разрушении и дроблении вязких пород требуется больший расход или приме­

нение более мощных взрывчатых веществ (ВВ).

Упругостью называется свойство горных пород восстанав­

ливать свою форму и объем после прекращения внешнего воздей­ ствия. Упругостью в той или иной степени обладают все горные породы.

Трещиноватость, разрыхляемость, абразивность

Трещиноватость наблюдается у всех пород как результат различного рода нарушений в процессе их образования.

Трещиноватость имеет большое значение при бурении и взрыв­ ных работах. Трещины осложняют бурение, способствуют застре­ ванию буров, особенно в случае совпадения направления шпура с

7

направлением трещин. При взрывании возможна утечка газов по трещинам, что снижает полезную работу взрыва.

Обычно горные породы по трещиноватости делятся на:

а) малотрещиноватые породы с видимыми и неглубокими тре­ щинами, расположенными преимущественно в одном направлении

на расстоянии 0,5—1 м одна от другой;

б) трещиноватые породы с видными .трещинами, прорезываю­ щими массив в разных направлениях на расстоянии 0,3—0,5 м одна от другой;

в) сильнотрещиноватые породы с глубокими трещинами, иду­ щими в разных направлениях на расстоянии от 0,1 до 0,3 м одна от другой.

Наряду с трещинами, различаемыми невоооруженным глазом, в

горных породах имеется также масса трещин, которые видимы только под микроскопом или через лупу. Они имеют большое зна­ чение при оценке прочности сооружений, воздвигаемых из этих пород.

Трещиноватость используется при разработке некоторых видов полезных ископаемых, так как по трещинам породы легче отделя­ ются от массива.

Р а з р ы х л я е м о с т ь — характеризуется увеличением объема добытой (разрыхленной) породы по сравнению с объемом ее в

целике.

Показателем степени разрыхляемое™ служит коэффициент

разрыхления, показывающий, во сколько раз объем разрых­ ленной породы больше ее объема в целике; значения коэффициен­

Величину коэффициента разрыхления необходимо знать при расчете транспортных, погрузочных и отвальных работ, а также при определении ширины развала взорванной породы в забое.

Абразивность — свойство породы изнашивать и затуплять воздействующий на нее инструмент. Абразивностью обладают большинство горных пород, но особо абразивными являются по­ роды, имеющие в своем составе кварц—кварциты, песчаники и т. п.

8