1.3 Задачи механики горных пород и ее практическое значение

Задачи механики горных пород определяются потребности горного производства и в настоящее время включают в себя несколько направлений.

Исследование физико-механических свойств горных пород на образцах и в натурных условиях. Результатом таких исследований являются величины физико-технических параметров пород, которые в последующем используются для расчетов режимов работы и производительности существующих горных машин, а также для проектирования новой горной техники. Кроме того, знание свойств горных пород при изменении внешнего воздействия позволяет установить закономерности возможных изменений параметров свойств пород в необходимом для практики направлении.

Исследование физических процессов в горных породах. Результатом этих исследований являются новые методы воздействия на горные породы, новые технологии производства горных работ, новые методы контроля состояния и поведения горных пород в процессах горного производства.

Практическое значениемеханики горных пород в системе горных науки и для горного производства огромно.

На этапе проектирования горного предприятия свойства горных пород определяют все основные параметры технологической схемы предприятия (вскрытие, подготовка, система разработки, проветривание, водоотлив, транспорт), а также выбор горных машин, соответствующих своими эксплуатационными параметрами свойствам горных пород.

На этапе строительства и эксплуатации горного предприятия знания о процессах, происходящих в горном массиве, и о свойствах пород позволяют планировать мероприятия, позволяющие ликвидировать или значительно снизить вредный эффект таких опасных проявлений горного давления, как неожиданное обрушение пород, горные удары, внезапные выбросы угля, породы и газа, самовозгорание горных пород, загазирование горных выработок, вредная подработка объектов на поверхности и т.п.

На этапе ликвидации горных предприятий знания о состоянии горных пород и породных массивов, содержащих пустоты, созданных в результате деятельности человека, позволяет верно определить меры, снижающие вредные последствия закрытия горного предприятия. В основном эти мероприятия связаны с исключением неожиданных, самопроизвольны оседаний земной поверхности, регуляцией движения подземных и грунтовых вод и рекультивацией земель.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие между физикой и механикой горных пород?

2. Какие научные дисциплины являются базой для механики горных пород?

3. Что является объектом исследования в механике горных пород?

4. Какие методы исследований применяются в механики горных пород?

5. В чем заключаются задачи механики горных пород?

6. Каково практическое значение механики горных пород?

2 Физико-механические свойства горных пород

2.1 Минералы, горные породы, массив горных пород, образец горной породы

Горная порода— устойчивые агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела.

Минерал— природное, как правило, твердое тело, относительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, возникшее как продукт физико-химических процессов, протекающих на поверхности и в глубинах Земли.

Известно около 3000 различных минералов, однако только около 20 являются основными породообразующими.

Породообразующие минералы можно условно разбить на несколько важнейших групп: кварцевые (халцедон, кремень, кварц и др.), силикатные (слюда, полевой шпат, пироксен и др.), карбонатные и глинистые гидрофильные (доломит, кальцит, каолинит и др.), легкорастворимые (сильвин, галит, гипс и др.).

По химическому составу минералы делят на шесть групп: самородные элементы, сульфиды, оксиды, силикаты, соли кислородных кислот, галогениды.

Строение горных пород— размеры, форма, взаимное расположение, способ срастания слагающих их минералов, структура и текстура.

Структура горной породы— размеры, форма минеральных частиц, характер связей между ними и степень кристаллизации пород (полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые, порфировые, обломочные структуры).

Текстура горной породы— взаимное расположение структурно однотипных частей породы в занимаемом ими пространстве.

Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. По ориентации частиц породы и наличию пустот различают текстуры: массовная,с частицами породы плотно прилегающими друг к другу и ориентированными произвольно;пористая,с частицами прилегающими друг к другу неплотно и имеющими множество пор;слоистая,с чередованием частиц, образующих слои и напластования.

Горные породы по генезису, т.е. в зависимо от геологических процессов, в результате которых они образовались, подразделяют на три группы: магматические (изверженные), метаморфические и осадочные.

По характеру связей между частицамигорные породы классифицируют следующим образом.

Твердые скальные— с жесткой связью между минеральными частицами и с прочностью при одноосном сжатии более 50 МПа.

Твердые полускальныеобладают жесткой связью, а также пластической между минеральными частицами и имеют прочность при одноосном сжатии от 20 до 50 МПа.

Связные — с молекулярными связями в сухом состоянии и ионно-электростатическими в увлажненном состоянии, имеющие прочность при одноосном сжатии от 1 до 20 МПа.

Рыхлые и разрыхленныев результате деятельности человека (раздельно-зернистые, сыпучие) с молекулярными связями между частицами или с ничтожно малыми связями; простые механические смеси частиц минералов или обломков твердых пород.

Текучие— с минеральными частицами, разобщенными водой, способные перемещаться с насыщающей их водой.

Породный массив(сокращению «массив») — связный участок земной коры, вмещающей пласты или залежи полезного ископаемого, состоящий из совокупности горных пород, сформировавшихся в определенной геолого-структурной обстановке и характеризующийся присущими ему физическими и геологическими особенностями.

Для исследования в лабораторных условиях свойств горных пород, слагающих массив, из него извлекают образцы.

Образец горной породы— отдельная часть стальной, полускальной или связной породы или отдельный объем рыхлой или разрыхленной породы, извлеченные из массива в его естественном состоянии и представительно характеризующие свойства элементарного объема массива.