Физико-механические характеристики руд и вмещающих пород.

Из всех физико-механических свойств и вмещающих пород наибольшее влияние на выбор системы разработки и технологии добычи оказывают их крепость и устойчивость.

Крепость горных пород, определяемая совокупностью многих физико-механических свойств (их твёрдостью, слоистостью, наличием инородных включений и прослоев), влияет на выбор системы разработки, машин и инструментов, применяемых при добыче, на производительность горных машин и производительность труда горнорабочих, на расход материалов и стоимость добычи.

Впервые классификация горных пород по коэффициенту крепости была создана русским учёным, профессором М.М. Протодьяконовым.

Для расчёта норм и расходных показателей в зависимости от физико-механических свойств существуют классификации горных пород, созданные применительно к отдельным производственным процессам, например, бурению, взрыванию.

Не меньшее значение, чем крепость, имеет при подземной разработке устойчивость руды и вмещающих пород.

Устойчивость заключается в способности массива, подработанного (обнажённого) снизу или с боков, не обрушаться в течение определённого времени.

Насколько важна устойчивость руды и вмещаемых пород, можно видеть из того, что в качестве основного признака классификаций систем подземной разработки рудных месторождений принят способ поддержания массива руды и пород, окружающих выработанное пространство.

Одни породы допускают обнажение снизу на огромной площади и не обрушаются годами и десятилетиями; другие нуждаются в поддержании лишь в отдельных местах; третьи обрушаются сразу или через короткое время после их обнажения на небольшой площади. Наконец, некоторые породы совсем не допускают обнажения и требуют установки крепи вслед за их подработкой.

Помимо физико-технических свойств пород на устойчивость массива оказывают влияние различные внешние условия, такие, например, как глубина расположения горной выработки от земной поверхности, направление её по отношению к горизонту, форма и размеры сечения выработки.

Показатели устойчивости горных пород, которые позволяли бы определить величину допускаемого обнажения, пока не установлены. Поэтому при выборе систем разработки, способа поддержания выработанного пространства и площади допустимого обнажения пользуются приближёнными характеристиками пород по их устойчивости.

По устойчивости руды и вмещающие породы можно разделить на пять групп:

Весьма неустойчивые – совсем не допускают обнажения кровли и боков выработки без креплений и, как правило, требуют применения окружающей крепи. При разработке рудных месторождений такие породы (плывуны, сыпучие, рыхлые породы, насыщенные водой) встречаются очень редко.

Неустойчивые – допускают небольшое обнажение кровли, требующее прочного поддержания её вслед за выемкой.

Средней устойчивости – допускают обнажение кровли на сравнительно большой площади, требующее поддержания при значительном сроке её обнажения.

Устойчивые – допускают очень значительное обнажение кровли и боков, требующее поддержания в отдельных местах.

Весьма устойчивые – допускают огромное обнажение как снизу, так и с боков, и длительное время могут стоять не обрушаясь - без поддержания. Породы этой группы встречаются реже, чем двух предыдущих групп.

Для оценки устойчивости горных пород важен и характер обрушения: происходит ли оно сразу на большой площади ил постепенно, на небольших участках в виде вывалов отдельных глыб и слоёв; можно ли по внешним признакам предвидеть обрушение и его размеры, имеются ли какие-либо предвестники обрушения или оно происходит внезапно. Часто породы сразу после обнажения не проявляют признаков неустойчивости, но через некоторое время под действием горного давления и атмосферных факторов теряют устойчивость и начинают обрушаться.

В практике разработки широко пользуются коэффициентом крепости по шкале профессора М.М. Протодьяконова.

Строение руд.По строению руды можно разделять на массивные – плотные, без трещин, включении слоистости; трещиноватые, слоистые и рыхлые.

Кусковатость отбитой руды, т.е. крупность кусков, получающихся при отбойке, характеризуется её гранулометрическим составом – при отбойке, характеризуется её гранулометрическим составом – количественным соотношением кусков различных размеров в общей массе отбитой руды. Крупность кусков, имеющих неправильную форму, принято выражать средним размером по трём взаимно перпендикулярным направлениям.

Существуют различные градации кусковатости. Наиболее проста и удобна следующая градация.

Рудная мелочь – от рудной пыли до кусков с поперечными размерами до 100мм.

Руда средней крупности – от 100 до 300мм.

Руда крупнокусковая – от 300 до 600мм.

Руда весьма крупнокусковая – более 600мм.

Кусковатость руды при отбойке зависит, с одной стороны, от физико-механических свойств руды в массиве, в частности от её строения, а с другой – от применяемого способа отбойки, диаметра взрываемых шнуров и скважин, их расположения в массиве типа взрывчатого вещества (ВВ), способа взрывания и др.

Кондиционным куском руды называют кусок с максимально допустимым размером, который можно выдавать из добычного блока для погрузки в откаточные сосуды. При подземной разработке рудных месторождений он колеблется в среднем от 300 до 700мм, а иногда достигает 1000мм.

Размер кондиционного куска оказывает большое влияние на выбор оборудования для всех производственных процессов добычи, доставки, доставки, погрузки, транспортировки.

Куски руды, превышающие кондиционные размеры, принято называть негабаритом.

Разрыхляемость. После отделения от массива и дробления на куски отбитая руда увеличивается в объеме. Отношение объема отбитой руды к объёму, который она занимала в массиве, называется коэффициентом разрыхления. В зависимости от условий, в которых производится отбойка массива коэффициент разрыхления одной и той же породы колеблется в пределах от 1,2 до 1,6. Со временем, по мере уплотнения отбитой руды коэффициент разрыхления её уменьшается. На условия разработки оказывают влияние и такие свойства руд, как слеживаемость, окисляемость, возгораемость и самовозгораемость, влагоёмкость.

Слеживаемость. Больше массы отбитой руды, находясь в неподвижном состоянии, подвергается слеживанию – уплотнению в сплошную трудно разрыхляемую массу. Склонностью к слеживанию обладают руды, в которых присутствуют глинистый материал и другие липкие функции. Быстро слеживаются некоторые сульфидные руды, в частности руды с большим количеством пирротина. Это происходит вследствие окисления в присутствии влаги на поверхности кусков руды и образования на ней плёнки слипающихся сульфатов. Слеживаемость руды вызывает при её разработке значительные трудности.

Окисляемость руд при долгом хранении в отбитом виде иногда затрудняет процесс их обогащения и приводит к снижению коэффициента извлечения рудных минералов.

Самовозгораемость свойственна некоторым колчеданным рудам с высоким содержанием серы. В отбитой руде при их окислении происходит выделение тепла, которое приводит к нагреванию руды и последующему её самовозгоранию. Подземные пожары, вызываемые самовозгоранием подземных руд, представляют бедствие, трудно поддающееся ликвидации и часто приносящие огромный материальный ущерб. Причиной таких пожаров кроме открытого огня, нередко является неправильный выбор системы разработки или несоблюдение правил технической эксплуатации.

Влагоёмкость. Руды в природном состоянии и в отбитом виде делятся на мокрые, влажные и сухие. Влажность руды зависит от притока воды в рудник, а также от влагоёмкости руд, которая измеряется количеством воды в литрах, заключённой в 1м³ руды. Так на железных рудниках криворожского бассейна в мокрых забоях 1м³ руды «синьки» поглощает 200 – 280 л. воды; 1м³ «красковой» руды – 140 – 190 л., а боковые породы – железистые кварциты – в несколько раз меньше.