Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019


11.02.2019


17.01.2019


29.12.2018


29.12.2018


04.12.2018


25.10.2018


26.09.2018





Яндекс.Метрика
         » » Дополнительные специальные характеристики физико-механических свойств скальных и полускальных горных пород

Дополнительные специальные характеристики физико-механических свойств скальных и полускальных горных пород

13.12.2017

При проектировании и строительстве различных сооружений, при выполнении геологоразведочных и горных работ на месторождениях полезных ископаемых помимо основных характеристик физико-механических свойств горных пород представляют интерес также некоторые дополнительные. Иногда их называют производственными, строительными, геотехническими или горнотехническими. В действительности все они также выражают физико-механические свойства горных пород, так как определяют их физическое состояние и сопротивление воздействию тех или иных усилий. Однако если основные характеристики необходимы для решения самых различных строительных и других задач, то дополнительные используют только при проектировании и оценке главным образом тех или иных производственных процессов. Каждая такая характеристика применяется в зависимости от вида строительных или горных работ в «индивидуальном» порядке. Поэтому их правильнее называть дополнительными специальными характеристиками физико-механических свойств горных пород. К числу таких характеристик относятся: крепость пород, твердость, истираемость, износ и абразивность, разрабатываемость, буримость, взрываемость, сопротивление резанию, разрыхляемость, морозоустойчивость и др.

Крепость горных пород характеризуется сопротивлением их разрушающим усилиям. При ее оценке пользуются главным образом классификацией М.М. Протодьяконова. По этой классификации все горные породы разделяются на 10 категорий, для каждой из которых установлен коэффициент крепости, характеризующий породу одновременно по степени сопротивления сжатию, разрабатываемости, буримости, расходу взрывчатого вещества для разрушения, устойчивости и давлению па крепь подземных выработок.

Коэффициент крепости горных пород зависит от их петрографического состава, физического состояния — степени трещиноватости, выветрелости, влажности, прочности и др. Наиболее часто он определяется по временному сопротивлению сжатию пород
Новейшие данные показывают, что более точно коэффициент крепости пород можно определять по формуле Л.И. Барон:
При определении коэффициента крепости пород необходимо учитывать их физическое состояние — трещиноватость, выветрелость и т. д. Например, если для нетрещиноватых гранитов коэффициент крепости по временному сопротивлению сжатию равен 10, то для тех же гранитов, но трещиноватых или сильнотрещнноватых он будет равен 8 и даже 6.

Твердость характеризуется сопротивлением, оказываемым горной породой при проникновении в нее другого тела, т. е. какого-либо инструмента. Следовательно, твердость — это прочность породы на вдавливание при местных контактных воздействиях. Она зависит от твердости минералов, слагающих породу, от прочности структурных связей в ней и от физического состояния породы. При оценке твердости минералов обычно пользуются шкалой Мооса. При оценке твердости пород различают их микротвердость, т. е. твердость отдельных минералов, и агрегатную твердость, т. е. твердость породы в целом.

Агрегатную твердость определяют путем вдавливания штампа в образец породы с двумя плоскопараллельными шлифованными поверхностями (метод Л.А. Шрейнера). Вместо агрегатной твердости часто определяют контактную прочность путем вдавливания штампа в необработанную естественную поверхность образца горной породы (метод ИГД им. А.Н. Скочинского). Этот метод более прост и близок к реальным производственным условиям.

Показатели агрегатной твердости и контактной прочности используются при выборе горных и буровых инструментов. Контактная прочность некоторых типов скальных и полускальных пород составляет, МПа:
Истираемость, износ и абразивность являются косвенными показателями прочности горных пород. Так, истираемость и износ характеризуют прочность пород при использовании их для дорожных целей в виде щебня для путевого балласта, покрытий, устройства мостовых, как строительный камень для полов, лестничных ступеней и как материал для строительства берегоукрепительных сооружений.

Определение истираемости производят путем испытания образцов породы на стандартном вращающемся круге для истирания, на который в качестве шлифующего материала насыпают кварцевый песок соответствующей крупности или наждак. После определенного числа оборотов круга (совершившего путь 1000 м со скоростью 30—35 м/мин) образец взвешивают и измеряют. По потере массы и изменению объема определяют его истираемость. Вычисление истираемости производят по объему и массе на единицу трущейся поверхности. Например, при проектировании дорог на участках с интенсивным движением истираемость пород должна быть не более 0,4 г/см2, а при слабом движении не более 2 г/см2. Породы с истираемостью более 2 г/см2 относятся к слабым.

Износ характеризует прочность щебня, приготовленного из скальных и полускальных горных пород, при испытании его в барабане Деваля. Навеска щебня после испытания в барабане (после 10 000 оборотов) должна иметь потерю в массе (износ — образование мелкозема) не более 4—10% (для дорожных целей в зависимости от класса дорог).

Абразивность горных пород характеризует их способность истирать контактирующие с ними поверхности строительных и горных инструментов, машин и оборудования в процессе их работы. По методу, предложенному ИГД им. А.А. Скочинского, абразивность горных пород оценивается средней потерей массы (в миллиграммах) тупого цилиндрического стержня из углеродистой стали путем истирания его о породу при вращении со скоростью 400 об/мин под осевой нагрузкой 1,5 МПа в течение 10 мин. Все горные породы по абразивности разделяются согласно этому методу се определения па восемь классов — от весьма малоабразивных до высшей степени абразивных. Истираемость, износ и абразивность горных пород зависят от их петрографического состава, прочности, твердости, вязкости минералов, их слагающих, прочности структурных связей в породах и физического состояния.

Разрабатываемость горных пород характеризуется сопротивлением их разрушению при различных рабочих процессах (копке, бурении, отбойке, взрывании и др.). Разрабатываемость (добываемость) определяет способ и инструменты, которыми следует пользоваться при разработке горных пород. Она характеризуется удельными затратами времени, энергии или расходом рабочего инструмента на разрушение (разработку) единицы объема породы. По строительным нормам и правилам все породы по разрабатываемости разделяются на XVI категории.

Буримость характеризует степень относительной сопротивляемости горных пород разрушению инструментом в процессе бурения. Показателем буримости принято считать либо длину шпура (мм, см), пробуренного за 1 мин чистого времени бурения при определенных стандартных условиях, либо число минут чистого времени бурения 1 м шпура также при стандартных условиях. Буримость пород зависит от их физико-механических свойств, размера, формы и материала бурового инструмента, режима работы, т. е. энергии удара, количества оборотов, осевого давления, качества и интенсивности промывки или продувки забоя и т. д. Показатели буримости горных пород служат для нормирования процессов бурения и классификации горных пород по буримости.

Взрываем ость характеризует относительную сопротивляемость горных пород разрушению при разработке их взрывным способом (при взрывной отбойке). Показателем взрывае-мостн является расход взрывчатого вещества в килограммах (удельный расход BB) или шпуров в погонных метрах (удельный расход бурения — шпурометры) на 1 м3 горной породы в условиях естественного залегания. Наиболее распространенной шкалой взрываемости горных пород в настоящее время является шкала значений удельного расхода взрывчатого вещества. Горные породы от V до XVI строительных категорий, разрабатываемые частично или полностью взрывным способом, различаются между собой по значению удельного расхода взрывчатого вещества. Взрываемость пород зависит от их состава и строения, физического состояния, прочности, крепости, а также от условий взрывания (взрывчатого вещества, размера заряда и других факторов).

Сопротивляемость резанию характеризует сопротивление породы разрушению — резанию — зарубаемости горной машиной. Мерой сопротивляемости резанию является затрата работы, количество разрушенной породы и степень ее измельчения.

Разрыхляемость, т. е. увеличение объема пород в результате их рыхления, дробления, перелопачивания, экскавации при разработке, оценивают коэффициентом разрыхляемости Kp, представляющим собой отношение объема породы после рыхления Vp к объему ее в условиях естественного залегания V, т. е.

Kp = Vp/V.

Разрыхляемость пород зависит как от их состава, так и от производственных условий разработки, транспортировки, способа укладки в отвал, длительности стояния отвала и т. д.

Морозоустойчивость является одним из важных строительных свойств скальных и полускальных пород. Она характеризует их способность сохранять физическое состояние (не разрушаться) и прочность при воздействии отрицательных температур. При неоднократном замораживании и оттаивании, а также при увеличении объема воды при замерзании в породах благодаря неодинаковым линейным и объемным коэффициентам расширения и сжатия компонентов, слагающих породы, в них возникают напряжения, вызывающие разрушения. В результате породы крошатся, растрескиваются, расслаиваются, покрываются макро- и микротрещинами, снижается их прочность.

Морозоустойчивость пород определяется прямыми методами (непосредственные испытания пород в морозильных камерах путем 15- или 25-кратного их замораживания и оттаивания) и косвенными (коэффициент водонасыщения и коэффициент размягчения). Порода считается морозостойкой, если после многократного замораживания не имеет внешних признаков разрушения и деформаций и если ее прочность снижается не более чем на 20—25 %.

Таковы наиболее важные дополнительные специальные характеристики физико-механических свойств скальных и полускальных горных пород. Все они имеют большое практическое значение при проектировании сооружений, при организации производства строительных и горных работ.