Определение крепости горных пород

КРЕПОСТЬ горных пород – это совокупность механических свойств горных пород, которые проявляются при проведении разнообразных процессов добычи и переработки полезных ископаемых. Понятие крепость – условное и увеличивается с возрастанием сил связей частиц между собой, отдельностями пород, а так же содержания прочных минералов в породе. При этом она уменьшается обычно при увлажнении.

Михаил Михайлович Протодьяконов (старший) сначала оценивал крепость горных пород, классифицируя их на основе предположения, что породы разрушаются из-за преодоления их прочности на сжатие. Эта классификация использовалась в дальнейшем очень широко. Согласно ей, горные породы делятся на 10 категорий от f=0,3 для слабых плывучих пород , таких как болотистый грунт, разжиженный лёсс и до f=20 для трудноразрушаемых пород, таких как сливные андезиты, джеспиллиты и другие. М.М.Протодьяконов (младший) предложил метод экспериментальной оценки коэффициента крепости, который основан на относительной оценки труда, который затрачивается на дробление пород грузом массой 2,4 кг, который свободно падает с высоты 0,6 м (ГОСТ 21153.1-75).

В настоящее время методы разработки полезных ископаемых предполагают использование сжимающих, скалывающих и растягивающих усилий, которые являются более целесообразными. Крепость же при использовании таких методов для оценки технико-экономических характеристик разделяется на пять классов по пять единиц крепости в каждом (см. таблицу).

Показатели крепости горных пород
Категории пород (по М. М. Прото- дьяконову)	Коэффициент крепости	Горные породы	Категория пород (по В. В. Ржевскому)	Показатель трудности разрушения, П_р	Класс пород
X Плывучие	0,3	Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и другие грунты	Плывучие	0,2-1	Полускальные, плотные и мягкие легко-разрушаемые; П_р=0,2—5
IX Сыпучие	0,5	Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь	Разрыхленные	1
VIII Землистые	0,6	Растительная земля, торф, лёгкий суглинок, сырой песок	Рыхлые	1	то же
VilaМягкие	0,8	Лёгкая песчанистая глина, лёсс, гравий	Мягкие	1	то же
VII Мягкие	1,0	Глина (плотная), мягкий каменный уголь, наносы	Мягкие	1—2	то же
VIa Довольно мягкие	1,5	Щебенистый грунт, разрушенный сланец, слежавшиеся галька и щебень, крепкий уголь, глина	Плотные	2	то же
VI Довольно мягкие	2	Мягкий сланец, мел, каменная соль, гипс, слабомёрзлый грунт, антрацит, мергель, каменистый грунт	Плотные	3	то же
Va Средней крепости	3	Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель, сульфидная руда, глинистый доломит, сидерит	Полу-скальные	4	то же
V Средней крепости	4	Крепкий глинистый сланец, некрепкие песчаник и известняк, мягкий конгломерат, ангидрит, трещиноватый известняк и песчаники	Полу-скальные	5	то же
IVa Довольно крепкие	5	Песчанистые сланцы, сланцевые песчаники, аргиллит, доломит, апатит-нифелиновая руда	Скальные легко-разрушаемые	6	Скальные легко- разрушае- мые; П_р=6-10
IV Довольно крепкие	6	Обыкновенные песчаник и известняк, железистые руды, скарн магнетито-гранатовый, кварцит пористый, сиенит, порфир, трещиноватые мелко- блочные породы	То же	7—8	то же
IIIа Крепкие	8	Известняки и песчаники крепкие, некрепкий гранит, крепкие мрамор и доломит, колчеданы, порфирит, фосфорит	То же	9	то же
III Крепкие	10	Граниты (плотные) и гранитные породы, очень крепкие песчаники и известняки, крепкий конгломерат, крепкие железные руды, магнетит, роговик	То же	10	то же
II Очень крепкие	11—15	Крепкие гранитные породы, кварцевый порфир, крепкий гранит, кремнистый сланец, некрепкие кварциты	Скальные средней трудности разрушения	11—12	Скальные средней трудности разрушения; П_р=11-15
		Габбро-диабазы, брекчия кварцевая, гнейс, габбро, гранит, андезит, песчаник оруденелый	То же	13	То же
		Кварцит безрудный, сиенит- порфир, скарн, базальт ла- бродоровый, кварцит	То же	14—15	то же
I В высшей степени крепкие	16—20	Скарн скаполитовый, диорит-порфириты, андезитовый порфирит	Скальные труднора-зрушаемые	16—18	Скальные трудноразру- шаемые;
		Песчаники окремнелые, диофрит-порфириты	То же	19—20	П_р=16—20
		Нефриты плотные, сливные микрокварциты, окремнелые скарны, сливные андезиты, джеспиллиты, кремень	Скальные весьма трудно- рарушаемые	21—25	Скальные весьма труднораз- рушаемые; П_р=21-25

Для характеристики крепости в этом случае служит показатель трудности разрушения пород П_р:

Пр=5•10-2(s_{cж + sp + tcдв}) + 5•10-5g,

где 5•10-2 — эмпирический коэффициент (МПа-1);

5•10-5 — эмпирический коэффициент (м³/Н);

s_{cж, sp, tcдв} — соответственно, пределы прочности на сжатие, растяжение и сдвиг (МПа);

g — объёмный вес (Н/м³).

Чтобы нормировать и рассчитывать различные машины и механизмы в горном деле используют, в основном, такие критерии, как дробимость, буримость, взрываемость горных пород и т.д.