Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

ВИЩА ГІРНИЧА ОСВІТА

Шахтне і підземне будівництво


Розділ: Побут. Господарство. Будівництво. Техніка

 

Частина I. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ ОБ'ЄКТІВ ШАХТНОГО І ПІДЗЕМНОГО БУДІВНИЦТВА

ГЛАВА 2. СПОСОБИ ПІДГОТОВКИ І ДІЇ НА МАСИВ ГІРСЬКИХ ПОРІД В ШАХТНЕ І ПІДЗЕМНЕ БУДІВНИЦТВО

 

 

ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІРСЬКИХ ПОРІД

 

Стан навколишнього породного масиву характеризують певними фізико-механічними властивостями.

Достовірні відомості про фізико-механічні властивості гірських порід дозволяють завчасно скласти уявлення про характер можливих деформацій і ступеня стійкості оголення масиву, а також служать підставою для розробки і впровадження найбільш ефективних методів руйнування гірських порід при веденні гірничих робіт, кріплення та підтримки гірничих виробок.

Під механічними властивостями гірських порід розуміють характеристики, що визначають здатність протидіяти порід деформуванню і руйнуванню в поєднанні зі здатністю пружно або пластично деформуватися під дією зовнішніх механічних сил. Механічні властивості порід можна підрозділити на міцні, пружні та ін.

Міцність характеризує опірність породи раздавливающим, разрывающим і скалывающим навантажень.

Межею міцності називають напругу, при якому зразок породи руйнується.

Більшість гірських порід має зернисту структуру (наприклад, пісковики), причому межкристаллической зчеплення значно менше міцності самих зерен. Такі гірські породи є крихкими і руйнуються без попередньої пластичної деформації. Глини і деякі види вапняків володіють пластичними властивостями. Гірські породи володіють досить високою міцність тільки на стиск, опір ж їх розтягування, зрушення і вигину дуже мало і становить десяті й соті частки опору стисненню.

При складних процесах механічного руйнування гірських порід (буріння шпурів, застосування прохідницьких комбайнів тощо) частіше знаходить застосування термін «фортеця гірської породи».

Фортеця-величина, що характеризує наближено відносну опірність породи руйнуванню при видобутку.

Дані про фізико-механічні властивості гірських порід отримують шляхом випробування їх зразків на опір стисненню, розриву, вигину і зсуву.

До властивостей гірських порід відносять також узагальнюючі характеристики разрушаемости механічними способами: дробильність, абразивність і контактну міцність.

Дробильність-відносна опірність породи подрібнення при дії ударного навантаження.

 

 

Абразивність гірських порід і вугілля - здатність стирати метали, тверді сплави та ін., Тому абразивність гірської породи зазвичай оцінюють по зносу матеріалу, що контактує з нею.

Контактна міцність-опірність породи руйнуванню приповерхневому шарі при місцевих контактних впливах.

За величиною контактної міцності всі гірські породи поділяють на 12 класів. Перший клас складають слабкі породи з контактною міцністю менш 300 МПа, до дванадцятого класу відносять міцні породи з межею міцності більш 5650 МПа.

Крихкість - властивість гірських порід руйнуватися без пластичних деформацій.

Пластичність - властивість породи під впливом сил зазнавати залишкову деформацію без мікроскопічних порушень суцільності. Вона зростає зі збільшенням температури і тиску. Найбільш пластичні, наприклад, глини.

Між крихкими і пластичними породами можна провести різкої межі, так як одна і та ж порода залежно від роду і швидкості прикладання навантаження може бути крихкою або пластичною.

Твердість - опірність породи при місцевих контактних впливах пластичної деформації або крихкому руйнуванню в поверхневому шарі.

Опірність гірської породи впровадження інструменту або втискування при статичному впливі називають статичною твердістю.

В'язкість - властивість, що характеризує опірність зусиллям, прагнуть відокремити частину породи від масиву. В'язкість часто виражають через роботу деформації - роботу, необхідну для руйнування породи. В'язкість залежить від міцності і пластичності породи. В однорідних породах в'язкість рівномірна в усіх напрямках. В неоднорідних породах в'язкість уздовж шарів менше, ніж у напрямку, перпендикулярному до них.

Щільність гірської породи - маса одиниці її об'єму в природному стані з усіма що містяться в її порах рідинами і газами.

Розрізняють середню і мінералогічну щільності.

Пористість - сумарний відносний об'єм пор, містяться в гірській породі. Наявність у породі пір і тріщин зменшує сили зчеплення і полегшує руйнування породи під дією бурового інструменту. Чим більший об'єм пор, тим менше її щільність.

Пористість гірських порід коливається в широких межах і залежить від розмірів і форми зерен, що складають породу, а також від мінералогічного складу, однорідності, щільності її складання. Пористі гірські породи мають стисливість, тобто їх обсяг зменшується після стиснення. Однак практично щільність гірських порід незначна.

Пружність - властивість тіла відновлювати свою первісну форму після припинення дії на нього сили.

Деформація гірських порід - зміна відносного положення частинок масиву гірських порід під дією сил.

Повзучістю гірської породи називають повільне наростання у часу пластичної деформації породи при силових впливах, менших, ніж ті, які можуть викликати залишкову деформацію при випробуваннях звичайної тривалості. Величина повзучості гірських порід має велике значення при підтримання гірничих виробок, так як від неї залежить зміщення гірських порід на контурі виробок і, отже, навантаження на кріплення.

Повзучість гірських порід більшою мірою проявляється на великих глибинах від поверхні.

Разрыхляемость-властивість гірської породи займати в розпушеному стані більший обсяг порівняно з тим, який вона займала в масиві.

Відношення обсягів гірської породи в розпушеному стані та у масиві називають коефіцієнтом розпушення. Величина цього коефіцієнта залежить від міцності породи, її будови і складання, ступеня розпушення, способу видобутку, наявності води. Найбільш разрыхляемы тверді і міцні породи, найменшою разрыхляемостыо мають малосвязанные і пухкі.

Тріщинуватість - нарушенность монолітності порід тріщинами. Тріщинуватість гірських порід значно послаблює стійкість масиву, істотно впливає на параметри буровибухових робіт, способи проведення і кріплення гірничих виробок.

Вологістю гірських порід називають кількість води, міститься в їх порах, тріщинах та інших порожнинах.

Кількість води, що міститься в породі в природних умовах, називають природною вологістю.

Гранично можлива вологість відповідає повній вологоємності породи.

Вологоємність - властивість гірських порід утримувати воду (в порах і тріщинах). Вологоємність визначають по кількості води, що залишилася після вільного стікання її надлишку з зразка, який попередньо був занурений у воду. По вологоємності гірські породи поділяють на влагоемкие (глини, торф та ін), слабовлагоемкие (піски, крейда, мергелі та ін), невлагоемкие (гравій, галечник, кам'янисті породи).

Водопроникність - здатність гірських порід пропускати через себе воду при певному перепаді тиску. Водопроникність залежить від швидкості фільтрації, дорівнює кількості води, що протікає через одиницю площі поперечного перерізу фільтруючої породи. Водопроникність характеризують коефіцієнтом фільтрації, тобто швидкістю фільтрації при напірному градієнті, рівному одиниці.

Здатність поглинати і проводити воду у різних порід різна. Позбавлені порожнин кристалічні вивержені породи, більшість метаморфічних порід (наприклад, мармур, кварцит) практично не поглинають і не проводять воду. Пластична глина володіє значним водопоглинанням, але позбавлена водопроводящей здібності. Уламкові породи з розміром часток більше 0,1-0,2 мм швидко поглинають і проводять велику кількість води.

Водовіддачу гірської породи характеризують кількістю води, яке може бути від неї відібрано шляхом вільного стікання під впливом сили тяжіння.

Газонасыщенность порід - ступінь заповнення пустот (пір, каверн, тріщин) в породах природними газами. Вона обумовлена сорбційної здатність гірських порід, пористістю, тріщинуватістю і тиском газів. Її оцінку здійснюють за коефіцієнтом газонасичення, що дорівнює відношенню обсягу газу, що заповнює породу, до об'єму відкритих пор і порожнеч. Газонасыщенность визначають як об'ємне кількість вільних і сорбованих газів, містяться в одиниці об'єму або маси породи, які витягуються шляхом відкачування, вакуумування або витіснення рідиною.

Газопроникність - здатність гірської породи (вугілля) при деякому перепаді тиску пропускати через себе газ. Газопроникність є основним властивістю гірської породи, що виявляється при фільтрації газу, і залежить в основному від властивостей породи і частково від властивостей самого газу.

 

До змісту книги: Шахтне і підземне будівництво

 

 Дивіться також:

 

Будівельні машини Обладнання для виробництва залізобетонних виробів Будівельні машини , Крани для будівництва мостів Монтаж трубопроводів Вантажні автомобілі Будівельні машини та їх експлуатація