Классификация горных пород

В основу классификации горных пород положено их происхождение (генетическая классификация). Происхождение и условия образования горных пород предопределяют их химико-минералогический состав, кристаллическое строение и структуру.

По условиям образования горные породы подразделяются на три группы: изверженные (магматические), осадочные и метаморфические.

2.1 Изверженные горные породы (таблица 5) представляют собой продукты отвердения расплавленной магмы, застывшей в недрах или на поверхности земли. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных горных пород с различным строением и свойствами.

Горные породы, образование которых происходило на большой глубине (их называют глубинные) под значительным давлением верхних слоев земной коры, остывали медленно и сравнительно равномерно. Глубинные породы массивны, плотны и имеют полнокристаллическую структуру, состоящую из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов. Они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью.

Горные породы, образовавшиеся вблизи земной поверхности – излившиеся – образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы имеют полнокристаллическую неравномерно-зернистую (порфировую) и неполнокристаллическую или стекловатую структуры. Излившиеся породы имеют химический и минералогический составы такие же, как и глубинные породы и обладают примерно теми же физико-механическими свойствами.

Основными породообразующими минералами изверженных пород являются: кварц и его разновидности, полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты.

По среднему содержанию кремнезема как самой важной составляющей делятся на группы: кислые, средние и основные

Таблица 5

2.2 Осадочные горные породы (таблица 6) обязаны своим происхождением экзогенным (внешним) процессам и являются продуктами разрушения и переотложения магматических и метаморфических горных пород, химического и механического выпадения осадков из воды, жизнедеятельности растений и животных. В зависимости от условий их образования осадочные породы делят на три основные группы.

Таблица 6

По минералогическому составу осадочные породы отличаются от магматических пород. Осадочные горные породы состоят:

1) из первичных минералов, образовавшихся при формировании самой осадочной породы (гипс, ангидрит, кальцит, кварц);

2) из продуктов химического разложения минералов магматической горной породы, послужившей материалом для осадочной породы (оливин переходит в змеевик и асбест, полевые шпаты и слюды в глинистые минералы – в каолинит, монтмориллонит, гидрослюду);

3) из неизмененных обломков различной степени измельчения первоначальной (магматической или метаморфической) горной породы или слагавших ее минералов.

В целом минералогический состав осадочных пород проще состава магматических пород.

Обломочные породы. Горные породы этой группы образуются в результате накопления обломочного материала различных пород.

По величине слагающих рыхлых обломков породы делятся на:

- грубообломочные (псефиты) – обломки крупнее 2 мм - валуны (окатанные обломки больше 200 мм в диаметре), галька (окатанные обломки от 10 до 200 мм), гравий (обломки от 2 до 10 мм);

- среднеобломочные (псаммиты) - обломки от 0,05 до 2 мм - различные пески;

- мелкообломочные (алевриты) - обломки от 0,005 до 0,05 мм – лессы (суглинки);

- глинистые породы (плиты) - в основном состоят из обломков меньше 0,01 мм, среди которых коллоидных частиц (размером меньше 0,005 мм) содержится больше 30 %.

К плотным (сцементированным) обломочным породам относятся: конгломерат (сцементированные окатанные обломки размером 10-200 мм); брекчия (сцементированные неокатанные обломки размером 10-200 мм); гравелит (сцементированный гравий размером 2…10 мм); песчаник - сцементированный песок различной крупности и разного минералогического состава; алевролит – сцементированный алеврит.

Породы химического происхождения - химические осадки, выпадающие из растворов, например из морской воды при жарком и сухом климате (гипс и ангидрид), натечные образования (сталактиты и сталагмиты) - различные скопления карбонатов и отложения минеральных источников – известковые туфы и т. д.

Органогенные породы - обязаны своим происхождением жизнедеятельности организмов и растений. Наиболее распространены карбонатные породы – различные известняки (коралловые, ракушечные и др.), мел, доломиты и смеси их с глинами – мергели; диатомит - кремнистые породы морского или озерного происхождения и опока.

2.3 Метаморфические горные породы– это существенно видоизмененные магматические или осадочные горные породы. Метаморфизм – преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества-растворы и газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже метаморфизированные) подвергаются изменениям.

Главными представителями метаморфических горных пород являются: гнейсы, сланцы, кварциты, мрамор. По внешнему виду и условиям залегания метаморфические породы занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами, по минералогическому составу они ближе к магматическим породам. Им присуща в основном кристаллическая структура и сланцевая текстура.

Гнейсы – по минералогическому составу похожи на граниты, диориты, сиениты, но отличаются от них тем, что минералы в гнейсах расположены не беспорядочно, как в магматических горных породах, а ориентированно. Характерным внешним признаком гнейсов является сланцеватость и полосчатое строение.

Сланцы - породы с резко выраженной сланцеватостью. Среди сланцев различают - слюдяные, глинистые, кровельные. Слюдяные сланцы в основном сложены слюдой и мелкими зернами кварца; глинистые сланцы состоят из глинистых частиц с мельчайшей кварцевой пылью. Глинистые сланцы являются начальной стадией метаморфизма глинистых пород. Кровельные сланцы – глинисто-слюдяные породы, занимающие промежуточное положение между глинистыми и слюдяными сланцами.

Кварциты– метаморфизированные пески и песчаники, состоящие почти целиком из перекристаллизованных зерен кварца.

Мрамор – продукт метаморфизма известняков и доломитов.

3 Разработка и обработка природных каменных материалов

Горные породы пригодные для изготовления каменных материалов называют полезными ископаемыми. Породы, сопровождающие полезные ископаемые и не используемые для изготовления каменных материалов, относят к пустой породе. Работы, связанные с добычей полезных ископаемых, называют горными работами. Разрабатываемые месторождения называют – карьером, выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи полезного ископаемого, называют выработкой.

Разработка месторождений включает следующие последовательно выполняющие этапы: подготовка карьера, вскрытие месторождения (снятие плодородного слоя), вскрышные работы (удаление пустой породы), горные работы, рекультивация отработанного карьера. Существует открытый и подземный способы разработки месторождения.

Добычу природных каменных материалов осуществляют в основном открытым способом. Разработку горных пород в карьерах ведут экскаваторами, гидромеханическим способом, камнерезными машинами, взрывным способом и т.д. Выбор способа добычи природных каменных материалов зависит от вида горной породы, глубины и условий ее залегания, твердости и др.

Рыхлые горны породы - песок, гравий, глину добывают в открытых карьерах экскаваторами или гидромеханическим способом, массивные изверженные породы разрабатывают, как правило, взрывом, мягкие породы добывают путем распиловки массива камнерезной машиной на блоки определенных размеров и правильной геометрической формы.

По способу изготовления природные каменные материалы и изделия можно разделить на: пиленые (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола) и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).

По виду обработки природные каменные материалы делят на следующие основные виды:

- грубо обработанные каменные материалы (бутовый камень, валунный камень, щебень, гравий и песок);

- штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен)

- плиты с различно обработанной поверхностью (облицовочные для стен, пола и др.)

- профилированные детали (ступени, подоконники, пояски, наличники, капители колонн и т.д.);

- изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка и шашка для мощения);

- изделия для гидротехнического строительства.

Природным каменным материалам, при необходимости, придают ту или иную фактуру – различный характер поверхности, раскрывая декоративные возможности камня, учитывая при этом условия его службы:

Фактуры: бугристые (скальные с буграми и впадинами), рельефные (с правильным чередованием гребней и впадин), бороздчатые (с параллельными прерывистыми бороздками) точечные (шероховатые с точечными углублениями) получают ударной обработкой поверхности камня. Гладкие фактуры: пиленные, шлифованные, лощенные, полированные получают абразивной обработкой поверхности: распиливанием, фрезерованием, шлифовкой и полировкой.

Каменные природные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки. В наше время природные плотные каменные материалы уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих конструкций, так как. они трудоемки, обладают большой массой и высокой теплопроводностью. Но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр. Пористые природные материалы применяются в конструкциях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков. Отходы горнодобывающей и камнеобрабатывающей промышленности используются в качестве заполнителя для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем.