Горнотехнические характеристики и классификации горных пород

Физико-механические свойства горных пород являются главными факторами, определяющими выбор оборудования и технологию добычи. К наиболее существенным из этих свойств относятся крепость и устойчивость.

Крепость — комплексная характеристика горных пород, характеризующая их сопротивляемость разрушению и зависящая от таких свойств как твердость, вязкость, трещиноватость, и от наличия прослоек и включений. Понятие крепости введено проф. М. М. Протодьяконовым, который предложил для ее количественной оценки использовать коэффициент крепости f. В первом приближении величина f обратно пропорциональна пределу прочности породы при сжатии сж. Поскольку коэффициент крепости связан с прочностью пород, его можно рассчитать в простейшем случае по формуле

f = 0,01 сж.

где - предел прочности пород при сжатии, Па, для многих пород составляет от 5 до 200 МПа.

Горные породы по сопротивляемости разрушению от воздействия внешних сил классифицируют по относительной крепости, удельной работе разрушения, буримости и взрываемости.

Классификация горных пород по крепости разработана М. М. Протодьяконовым в 1926 г. Согласно этой классификации все горные породы разбиты на 10 категорий. К первой категории отнесены породы наивысшей крепости (f = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (f = 0,3),

На выбор метода ведения взрывной отбойки горных пород от массива оказывает влияние взрываемость, под которой понимают сопротивляемость породы разрушению взрывом. Взрываемость определяется количеством эталонного взрывчатого вещества, необходимого для разрушения породы объемом 1 м3 (показатель удельного расхода ВВ). Для определения удельного расхода ВВ (кг/м3) применительно к конкретным породам используют различные классификации пород по взрываемости, например Единую классификацию пород по буримости и взрываемости проф. А. Ф. Суханова.

Буримость горной породы характеризует ее способность сопротивляться проникновению в нее бурового инструмента и интенсивность образования в породе шпура или скважины под действием усилий, возникающих при бурении. Буримость породы характеризуют скоростью бурения (мм/мин), реже — продолжительностью бурения 1 м шпура (мин/м).

Единая классификация горных пород по буримости разработана Центральным бюро промышленных нормативов по труду для нормирования горноразведочных работ. Буримость – это сопротивляемость породы разрушающему действию инструмента в процессе бурения.

Основной критерий для отнесения пород к той или иной категории по буримости - машинное время бурения 1 м шпура в стандартных условиях. В этой классификации породы разбиты на 20 категорий, а по буримости классифицированы только в пределах IV—XX категорий. Породы I—III категорий предусмотрено разрабатывать отбойными молотками.

Другие классификации разработаны для расчета норм и различных расходных показателей применительно к отдельным производственным процессам (например, Единая классификация горных пород по буримости и взрываемости, в основу которой положены скорость бурения и удельный расход взрывчатых веществ).

Устойчивость горных пород - это их способность сохранять равновесие при обнажении. Устойчивость горных пород зависит от их структуры и физико-механических свойств, величины возникающих в породном массиве напряжений. Устойчивость пород является одним из основных признаков для выбора систем подземной разработки, определения ее параметров и способов крепления горных выработок.

По устойчивости горные породы условно разделены на пять групп.

Весьма неустойчивые горные породы, не допускающие обнажения кровли и боков выработки. К ним отнесены плывучие, сыпучие и рыхлые горные породы.

Неустойчивые горные породы, допускающие некоторые обнажения боков выработки, но требующие возведения крепи вслед за проведением выработки. К таким породам отнесены влажные пески, слабосцементированный гравий, обводненные или сильно разрушенные горные породы средней крепости.

Породы средней устойчивости, допускающие обнажение кровли на сравнительно большой площади, но требующие постановки крепи при длительном обнажении. Это достаточно уплотненные мягкие породы средней крепости, реже крепкие и трещиноватые.

Устойчивые породы допускают обнажения кровли и боков на большой площади, поддержание требуется только в отдельных местах. Это мягкие, средней крепости и крепкие породы.

Очень устойчивые допускают без поддержания обнажения на большой площади и длительное время (десятки лет). Крепить выработки в таких породах не требуется.

Таблица 3

Единая классификация горных пород по буримости бурильными молотками и электросверлами для нормирования горнопроходческих работ

Категория пород по буримости      Коэф-т крепости f

Наименование пород:

I        0.1     Глина сухая, рыхлая в отвалах. Лёсс рыхлый, влажный. Песок. Супесь рыхлая. Торф и растительный слой без корней.

II       0.3     Гравий. Суглинок легкий, лёссовидный. Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой гальки и щебня.

III      0.5     Галька размером от 10 до 40 мм. Глина мягкая жирная. Песчано-глинистые грунты. Дресва. Лед. Суглинок тяжелый. Щебень различных размеров.

IV     0.8-1.0        Галька размером от 41 до 100 мм. Глина сланцеватая, моренная. Галечно-щебенистые грунты, связанные глиной. Песчано-глинистые грунты, связанные глиной. Песчано-глинистые грунты с включением гальки, щебня и валунов. Соли мелко- и среднезернистые. Суглинки тяжелые с примесью щебня. Угли весьма мягкие.

V       1.2     Алевролиты глинистые, слабо сцементированные. Аргиллиты слабые. Конгломераты осадочных пород. Марганцевые окисные руды. Мергель глинистый. Мерзлые породы I—II категории. Песчаники, слабо сцементированные с песчано-глинистым цементом. Угли мягкие. Мелкие желваки фосфорита.

VI     1.6     Гипс пористый. Доломиты, затронутые выветриванием. Железная руда — синька. Известняки оталькованные. Мерзлые породы III—V категорий. Меловые породы мягкие. Мергель неизмененный. Руды охристоглинистые с включением желваков бурого железняка до 50%. Пемза. Сланцы углистые. Трепел. Угли средней крепости с ясно выраженными плоскостями напластования

VII    2.0     Алевролиты плотные глинистые. Гипс плотный. Глины песчанистые. Доломиты неизмененные. Мартитовые руды мягкие. Ил плотный мелководный. Конгломераты осадочных пород с известково-глинистым цементом. Мергель известковистый. Опоки тонкозернистые. Сильвиниты с прослойками каменной соли. Сланцы сильновыветрелые: аспидные, хлоритовые, слюдистые. Сланцы охристые и углистые с прослойками глины. Соль каменная с мергелистыми прослойками и включением ангидрита. Солончак плотный. Угли выше средней крепости

VIII   2.0-3.0        Антрациты и другие крепкие угли. Аргиллиты средней плотности. Глины отвердевшие. Железные руды — мягкие. Змеевики с включением асбеста. Колчеданы зоны выщелачивания. Карналлит. Ракушечник. Свинцово-цинковые окисленные руды. Сильвиниты мелкокристаллические. Сланцы: метаморфизованные хлоритовые; кальцито-хлоритовые; глинистые, углисто-глинистые, слабые песчанистые. Туфы выветрелые. Мерзлые породы VI—VII категорий.

IX     3-4    Алевролиты песчано-глинистые. Антрациты плотные и весьма крепкие вязкие угли. Совершенно выветрелые каолинизированные: граниты, гранодиориты, диориты. Диабазы совершенно выветрелые. Выветрелые железные руды пористые, известняки мергелистые. Лимониты. Мел плотный. Песчаники выветрелые каолинизированные и глинистые крупнозернистые. Совершенно выветрелые каолинизированные порфириты, сиениты. Соль калийная. Туфы, затронутые выветриванием.

X       4        Апатитовая сахаровидная руда. Брекчии рудные. Граниты сильновыветрелые. Гипсо-ангидрит. Дуниты сильновыветрелые. Руды буроже-лезняковые оолитовые. Змеевики сильновыветрелые. Известняки мергелистые средней крепости. Конгломераты с глинистым цементом. Перидотиты сильновыветрелые. Песчаники с глинистым цементом. Сланцы глинистые, кристаллические: слюдяные серицитовые и талькохлорито-вые углистые и горючие. Сульфидно-медно-никелевые руды. Фосфориты слабосцементированные желваковые. Церусситовые руды.

XI     5-6    Алевролиты с включением кварца. Амфиболиты выветрелые. Аргиллиты плотные. Березиты выветрелые. Бокситы слабо уплотненные. Брекчии джаспероиднокварцевые и роговиковые кварцевые, в значительной степени раздробленные. Гнейсы биотитовые и пироксеновые разрушенные. Сильновыветрелые граниты, гранодиориты, диабазы. Дуниты выветрелые. Руды гематитовые и мартитовые. Змеевики выветрелые. Известняки крупнозернистые, мраморизованные, доломитизированные. Кварциты выветрелые минерализованные. Колчеданные руды выветрелые. Марганцевые руды крупнозернистые. Перидотиты выветрелые. Песчаники с известковым цементом. Роговики выщелоченные, железистые. Сланцы известково-хлоритовые, известково-глинистые, серицитовые и кварцево-серицитовые, амфиболовые, плотные глинистые. Сульфидные свинцово-цинковые и медно-никелевые руды. Туфы альбитофировые. Филлиты неокварцованные.

XII    6-7    Выветрелые андезиты. Апатито-нефелиновая руда. Аргиллиты весьма плотные. Ангидриты. Базальты, затронутые выветриванием. Березиты слабовыветрелые. Бокситы плотные. Выветрелые габбро, гнейсы, граниты, диабазы. Диориты выветрелые крупнозернистые. Доломиты плотные. Дуниты сильносерпентинизированные. Кварцево-турмалиновые выветрелые породы и кварцевые жильные породы с прожилками сульфидов. Змеевики неизмененные. Известняки среднезернистые плотные доломитизированные. Кварцево-карбонатные породы. Кварциты слабовыветрелые минерализованные. Медноколчеданные руды. Конгломераты с галькой из изверженных пород с известковым цементом. Липариты сильновыветрелые. Песчаники аркозовые медистые. Полиметаллические руды среднезернистые. Порфиры сильновыветрелые кварцевые. Роговики пироксено-плагиоклазовые. Выветрелые сиениты, скарны. Сланцы бескварцевые; хлоритовые, хлорито-серицитовые, крепкие глинистые. Фосфориты пластовые. Слабо хромитовые руды в серпентинитах.

XIII   8-9    Амфиболиты среднезернистые. Андезиты крупнозернистые выветрелые. Березиты невыветрелые. Габбро крупнозернистые выветрелые. Слабовыветрелые граниты, гранодиориты, диабазы. Диориты выветрелые среднезернистые. Железные руды магнетитовые и мартитовые плотные. Змеевики плотные. Известняки мелкозернистые доломитизированные и слабоскарнированные. Кварциты крупнозернистые выветрелые. Кератофиры оруденелые кварцевые. Колчедан медный. Липариты выветрелые крупнозернистые. Магнезиты мелкокристаллические. Мончикиты выветрелые. Руды пентландитовые и пироксеновые медно-никелевые. Песчаники медистые, мелкозернистые с известково-кремнистым цементом. Пироксениты оруденелые. Руды полиметаллические с кварцем. Порфиры выветрелые крупнозернистые. Руды сульфидные массивные. Хромитовые руды в серпентинитах.

XIV   9-10  Андезиты среднезернистые выветрелые. Березиты плотные. Габбро измененные. Крупнозернистые: гнейсы, граниты, гранодиориты. Джаспероиды дробленые и интенсивно трещиноватые. Диабазы крупнозернистые магнетито-гематитовые.

XIV 11-12  Змеевики весьма плотные. Известняки тонкозернистые баритизированные плотные. Кварцевые золотоносные жилы с большим содержанием сульфидов. Кварциты трещиноватые минерализованные. Медно-порфировые крупнозернистые руды. Опоки кремнистые. Пегматиты слюдистые оловосодержащие. Перидотиты слабовыветрелые. Песчаники плотные среднезернистые. Пироксениты измененные. Порфиры выветрелые среднезернистые кварцевые. Роговики оруденелые. Сиениты среднезернистые. Скарны слабовыветрелые. Липариты выветрелые среднезернистые. Магнезиты окварцованные. Сланцы окварцованные: глинистые, углисто-глинистые, слюдистые, хлоритовые, серицитовые, крепкие глинистые, песчанистые, филлиты. Сульфидные магнетитовые руды. Титано-магнетитовые руды крупнозернистые. Туфопесчаники. Плотные хромитовые руды в серпентинитах.

XV    13-15 Альбитофиры неизмененные. Амфиболиты мелкозернистые. Березиты окварцованные золотосодержащие. Среднезернистые: граниты, гранодиориты. Джаспероиды трещиноватые. Джеспилиты, затронутые выветриванием. Диабазы среднезернистые. Доломиты окварцованные. Руды рассланцованные магнетитовые, гематитовые и окремнелые бурые железняки. Мраморы. Кварц жильный трещиноватый. Кератофиры неизмененные. Колчедан окварцованный. Конгломераты из галек изверженных пород с кремнистым цементом. Руды браунит-псиломелановые. Мончикиты, не затронутые выветриванием. Пироксениты оловорудные. Руды полиметаллические мелкозернистые с преобладанием пирита. Гранит-порфиры весьма плотные мелкозернистые кварцевые. Руды свинцово-цинковые и сурьмяные с прожилками кварца. Скарны с оруде-нением. Сланцы аспидные. Туфы порфировые. Туффиты известковые пористые. Туфобрекчии альбитофиров. Филлиты.

XVI   16-17 Альбитофиры кварцевые. Базальты пористые. Габбро среднезернистые. Габбро-амфиболиты. Среднезернистые гнейсы. Диориты с включением рудных минералов. Дуниты среднезернистые. Магнетитовые руды с включением скарновых минералов. Известняки сильноокварцованные. Кварцево-турмалиновые породы и кварцевые жилы с небольшим содержанием сульфидов. Кварциты мелкозернистые. Кварциты вторичные с прослойками железной руды. Колчеданы сильноокварцованные. Липариты мелкозернистые. Руды браунитовые. Перидотиты среднезернистые. Песчаники кремнистые. Порфиры среднезернистые, кварцевые. Роговики гидрогематитовые. Порфириты среднезернистые. Сидериты окремненные. Скарны гранато-пироксеновые. Фосфориты окремненные. Хромитовые руды мелкозернистые.

XVII 16-17 Альбитофиры плотные кварцевые. Базальты среднезернистые. Мелкозернистые: габбро, граниты, гранодиориты. Грейзены среднезернистые. Джаспероиды сильно окремненные. Джеспилиты плотные. Диабазы мелкозернистые. Диориты окварцованные. Дуниты плотные. Руды мелкозернистые магнетито-гематитовые. Змеевики окремненные. Известняки кремнистые. Кварц жильный без сульфидов. Микрокварциты с сульфидами. Колчеданы тонкозернистые окварцованные. Пегматиты слабые. Песчаники кремнистые плотные. Порфиры очень плотные кварцевые. Роговики с кварц-турмалиновыми прожилками. Сиениты плотные и нефелиновые. Скарны датолито-геденбергитовые. Сланцы кремнистые. Трахиты среднезернистые. Яшмы плотные.

XVII 17-18 Андезиты плотные. Базальты мелкозернистые. Гнейсы биотитовые, биотит-гранатовые и пироксеновые окварцованные. Грейзены кварцевые. Мелкозернистые диориты. Кварцевые брекчии с кварцевым цементом. Микрокварциты с прожилками кварца. Кератофиры мелкозернистые. Песчаники плотные кварцитовидные. Сиенит-порфиры. Порфиры кварцевые. Порфириты мелкозернистые весьма плотные. Роговики железистые. Сиениты весьма плотные мелкозернистые. Скарны мелкозернистые. Сланцы яшмовые кремнистые. Титано-магнетитовые руды мелкозернистые. Трахиты мелкозернистые, весьма плотные. Яшмы весьма плотные.

XIX   18-19 Альбитофиры сильно окварцованные мелкозернистые. Весьма плотные: андезиты, базальты. Микрограниты. Джеспилиты очень плотные. Весьма плотные: диабазы, диориты. Руды плотные гематитовые. Микрокварциты неизмененные. Колчеданные мелкозернистые сильно окварцованные, брекчиевидные руды. Песчаники неизмененные кварцитовидные. Порфиры весьма плотные, совершенно не затронутые выветриванием. Роговики весьма плотные железистые. Скарны окремненные.

XX    20      Титано-магнетитовые руды весьма плотные. Яшмы неизмененные. Неизмененные — сливные: андезиты, джеспилиты. Базальты. Железные руды неизмененные гематитовые сливные. Кварц сливной. Кремень. Микрокварциты очень плотные сливные. Микрограниты. Роговики магнетито-роговообманковые и магнетитовые. Скарны интенсивно окремненные. Титаномагнетитовые неизмененные сливные руды. Яшмы в высшей степени плотные сливные.