Глава 7. Физико-механические, технологические и горно-технологические свойства некоторых пород Введение

В настоящей главе рассматриваются технологические и горно-технологические свойства горных пород, которые являются одними из основных объектов разработки и обогащения в горнодобывающей промышленности. К таким породам относятся уголь, скальные и полускальные породы, используемые как строительные материалы, а также железные руды.

Согласно ГОСТ Р50544-93 под технологическими свойствами горных пород понимаются свойства, характеризующие качество полезного ископаемого применительно к его последующему использованию или переработке. В то же время существует термин «горно-технологические свойства пород», под которым подразумеваются свойства как характеристики взаимодействия между породой и инструментом или технологическим процессом при производстве горных работ. Таким образом, согласно стандарту характеристики свойств подразделяются по этапам технологического цикла добыча – обогащение.

В основе одного из подходов к анализу горно-технологических свойств пород относительно процессов извлечения пород из массива (рыхления) лежит их классификация по прочности при одноосном сжатии (рис. 7.1).

В зависимости от прочности пород применяются механические (невзрывные) и взрывные методы предварительного рыхления пород. Таким образом, для выбора конкретного метода разработки необходимо знание горно-технологических свойств пород в плотном теле и в разрыхленном состоянии.

К основным горно-технологическим параметрам пород в плотном теле относятся крепость, буримость, контактная прочность, абразивность, взрываемость; в разрыхленном состоянии - насыпная масса, коэффициент разрыхления. Технологические параметры характеризуются большим разнообразием. Поэтому в настоящей главе рассмотрены лишь те, которые непосредственно связаны с физико-механическими свойствами полезных ископаемых. Сопротивляемость породы резанию как горно-технологический параметр рассмотрена в параграфе, посвященном свойствам угля.

7.1. Горно-технологические параметры

Основной задачей добычи полезных ископаемых является отделение пород от массива. Поэтому все основные горно-технологические параметры, так или иначе, являются характеристиками затрат энергии на единицу объема извлеченной породы или удельной энергоемкости. Различие в параметрах зависит от того, какая получается степень измельчения горной породы в процессе, который характеризует параметр.

Очевидным фактом является увеличение общей площади поверхности кусков горной массы по сравнению с площадью поверхности блока массива, который они слагали до извлечения. Рассмотрим следующий пример. Предположим, что из блока объемом - с общей пористостью - образуются кубовидные куски с размером ребра - . Количество кусков будет - . При этом площадь поверхности каждого куска составит - , а всех кусков - .

Нетрудно видеть, что отношение - отражает только свойства породного массива и горной массы. Величину - называют удельной поверхностью горной массы или мерой ее дисперсности (степени раздробленности). Приведенный пример показывает, что с уменьшением характерного размера куска растет площадь поверхностей всех отдельностей горной массы.

Из курса физики следует факт прямой пропорциональной зависимости между свободной энергией и площадью свободной поверхности жидкости. Коэффициентом пропорциональности является коэффициент поверхностного натяжения. Аналогичный факт имеет место между энергией, необходимой на образование новой поверхности твердого тела, и площадью новой поверхности, т.е.

, (7.1)

где - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств разрушаемого тела ( = Нм/м²).

Выражение (7.1) известно как «закон» дробления П. Риттингера (1867 г.). Поскольку - так же пропорциональна дисперсности горной массы, то - будет обратно пропорциональна характерному размеру куска горной массы.