Файл: Эстеров, Я. Х. Буровзрывные работы на транспортном строительстве учебник.pdf

изводства буровзрывных работ, выбирать соответствующие взрывчатые вещества (ВВ).

По т е п л_о п р о в о д н о с т и различных минералов, входящих в породу, устанавливают рациональность применения термоструй­ ного бурения.

при выборе способа бурения и взрывания, материала забойки, а также технологии взрывания и разработки).

женное в долях единицы объема) является одним из факторов, опреде­ ляющих свойства их дробимости. -

§3. НЕОДНОРОДНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

ИИХ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Изменение состава и структуры одной и той же породы, ее физи­ ческих и механических свойств, а также структуры массива породы является выражением неоднородности, присущей практически всем горным породам. ■

В осадочных породах наблюдается непостоянство размеров и формы отдельных частиц, их ориентировки и состава, различие взаимного расположения.

В изверженных породах первичная неоднородность связана с их растрескиванием и различием в зернистости. Даже в полнокристалли­ ческих равномернозернистых структурах обнаруживается неоднород­ ность породы, залегающей в глубине тела и на периферии.

Глубинные породы чаще всего неоднородны по химическому составу и текстуре. Более резко эта неоднородность выражена в местах складок, разрывов, тектонической трещиноватости.

Процессы выветривания вызывают изменение состава и свойств пород с разрастанием разрушенности от дневной поверхности, измене­ нием прочности, деформационных свойств.

Разрывы и трещины при неравномерном их распределении в массиве увеличивают неоднородность пород.

Вследствие неоднородности пород характеристика их и показатели различных свойств меняются с изменением размеров исследуемого образца или участка'массива породы. Поэтому для практических целей важно, чтобы неоднородность пород определялась с учетом размерного фактора.

8

Для буровзрывных работ наибольшее значение имеет установление изменчивости пород на участках и в объемах, соизмеримых с размерами области воздействия (расстоянием между взрываемыми зарядами ВВ, глубиной их заложения и т. п.) и результатами взрыва (размерами кусков взорванной породы).

§4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Внастоящее время при оценке буримости, взрываемости и дробимости пород, а также при расчете и выборе параметров буровзрывных работ принимают во внимание предельное сопротивление образца пород при одноосном сжатии, т. е. крепость их по шкале М. М. Протодьяконова, агрегатную твердость (твердость по штампу), скорость распро­ странения упругой волны в образце и в массиве породы, пластические свойства (вязкость).

Наличие жесткой связи между частицами приближает скальные породы по механическим свойствам к обычным твердым телам, изучае­

торых разностей метаморфических и осадочных пород (плотные изве­ стняки, кремнистые песчаники и т. п.) оно превышает 1000 кгс/см2, достигая у изверженных пород 2000—2500 кгс/см2; у выветрившихся разностей сопротивление раздавливанию снижается до 20—400 кгс/см2.

П р о ч н о с т ь большинства сцементированных осадочных пород колеблется в значительных пределах и зависит от материала цемента

истепени выветренности породы.

Кр е п о с т ь пород по шкале М. М. Протодьяконова характери­ зует общее сопротивление их воздействию внешних сил при проходке

иразработке. По этому признаку М. М. Протодьяконов разделил (1926 г.) все породы на десять классов. Каждому классу соответствует

определенный к о э ф ф и ц и е н т к р е п о с т и / , равный прибли­ зительно сотой части предельного сопротивления породы раздавлива­ нию. Классификация эта утратила значение в строительстве, но коэф­ фициент крепости породы / используется при расчетах в метро- и тон­ нелестроении. Значение коэффициента / для различных пород меняется в пределах от 2 до 20 и более (см. табл. 3).

Сопротивление раздавливанию и крепость породы приближенно характеризуют ее свойства по буримости. Такое же значение имеет твердость породы по штампу.

Если в поверхность образца породы вдавливать цилиндрический штамп с плоским основанием, то под плоскостью штампа материал породы вначале упруго сжимается, затем деформации переходят в раз­ рушительные, при которых материал «течет», и еще через некоторое время наступает местный скол части породы и образуется лунка. Предельное сопротивление сколу, отнесенное к единице площади штам­ па, называют т в е р д о с т ь ю п о р о д ы п о ш т а м п у .

9

Твердость по штампу различных пород изменяется в пределах от 200—500 кгс/мм2 (мягкие известняки, песчаники и сланцы) до 15—

20тыс. кгс/мм2 (изверженные породы, кварциты и др.).

Под влиянием удара или взрыва на участке непосредственного

волне.

С к о р о с т ь С0 р а с п р о с т р а н е н и я п р о д о л ь н о й у п р у г о й в о л н ы с ж а т и я в образце породы зависит в ос­ новном от ее упругих свойств и плотности (табл. 2).

Из данных табл. 2 видно, что скорость распространения упругой волны в породах с большой плотностью, характеризующей их меха­ ническую прочность, как правило, также больше.

В массиве скальной породы величина скорости прохождения упру­ гой волны См снижается тем больше, чем больше трещиноватость и выветренность массива. Эту закономерность используют при инженер­ но-геологических изысканиях для оценки характеристики строения

вого напора Рв = УдСо часто применяют термин а к у с т и ч е с к а я ж е с т к о с т ь , а в зарубежной — импенданс.

Чем ближе произведение скорости детонации и плотности ВВ к ве­ личине Рв, тем большая часть энергии ВВ используется на разруше­ ние среды. Эта закономерность позволяет выбирать наиболее рацио­

10

трещиноватости). Эти ' свойства характеризуются возникнове­ нием той или иной местной пла­ стической деформации в месте приложения нагрузки без обще­ го разрушения образца породы или образования в нем трещин.

Показателем пластичности может служить к о э ф ф и ­ ц и е н т ' в я з к о с т и

Ап

(2)

Ау + Аз

где А ил — работа, определяемая по графику напряже­

ний— деформаций (рис. I), в пределах местной пластиче­ ской деформации при вдавливании штампа в образец по­ роды на лабораторном прессе;

Ау — работа в пределах упругой деформации образца породы, определяемая по тому же графику.

Для весьма хрупких пород (например, кварцитов) коэффициент вязкости близок к нулю, для весьма вязких (песчаников и некоторых известняков) — к единице.

§ 5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

Абразивность

Абразивностью горных пород называют их способность истирать инструмент, которым ведут бурение, погрузку породы идругие работы.

П о к а з а т е л ь а б р а з и в н о с т и породы может быть вы­ ражен относительным числом—путем сравнения определяемой по из­ носу инструмента абразивности той или иной породы с абразивностью эталонной породы —■гипса, или именным числом, характеризующим потерю массы истираемого инструмента при бурении.

Относительные показатели абразивности различных пород приведе­ ны ниже:

Породы с относительным показателем абразивности до 12—15 от­ носят к слабоабразивным, с показателем от 16 до 30—35 — к средне­ абразивным, с показателем более 35 — к высокоабразивным.

11