Горные породы и полезные ископаемые.

Горными породами называют естественные минеральные агрегаты более или менее постоянного состава и строения, слагающие литосферу в виде самостоятельных геологических тел. Горные породы состоят из одного (например, толща гипса, каменной соли) или нескольких минералов.

По происхождению горные породы подразделяют на магматические, или изверженные (гранит, диорит, базальт и др.), осадочные (известняк, глины, пески, песчаники и др.) и метаморфические (гнейс, кристаллические сланцы, мрамор и др.). Магматические горные породы возникают при остывании и отвердении магмы и лавы; осадочные образуются посредством накопления (осаждения) продуктов разрушения земной коры на дне водоемов и водотоков; метаморфические представляют собой глубоко измененные осадочные и магматические породы под влиянием высоких давлений и температур.

Природные минеральные вещества, которые могут быть использованы человеком для его нужд, называют полезными ископаемыми (минеральным сырьем). Породы, имеющие полезные ископаемые, заключенные в их толще в виде прослоев, прожилков и не используемые в народном хозяйстве, считают пустыми породами. Полезные ископаемые бывают газообразными (природный газ), жидкими (нефть) и твердыми. Различают твердые полезные ископаемые: металлические (рудные) – сырье для производства черных, цветных, благородных, редких и радиоактивных металлов; неметаллические – сырье для металлургической (доломит, магнезит и др.), химической (сера, бор, фосфориты и др.) и других отраслей промышленности; горючие (уголь, горючие сланцы, торф и др.); строительные горные породы (граниты, мраморы, гра­вий, глины и др.). Совокупность свойств, определяющих степень пригодности и экономической эффективности использования, называют качеством полезного ископаемого. Одни качественные свойства относят к полезным (например, теплоту сгорания угля, содержание извлекаемых металлов для руд), другие – к вредным, (например, зольность угля, высокую влажность, содержание примесей, затрудняющих плавку руд).

Естественные скопления полезных ископаемых в земной коре называют месторождениями. Месторождение будет промышленным, если его разработка целесообразна в данных экономических и географических условиях при современном уровне техники и технологии. В противном случае его считают непромышленным. Массу или объём минерального сырья, заключенного в недрах на определенной площади, считают запасами полезных ископаемых. По народнохозяйственному значению выде­ляют запасы: балансовые, использование которых экономически целесообразно, и забалансовые, которые могут явиться объектом промышленного освоения, но использовать их в настоящее время экономически невыгодно. К промышленным относят часть балансовых запасов, за исключением проектных потерь. Проектные потери – это часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. Уровень развития и экономический потенциал государства зависят от производства и потребления минерального сырья.

107. Свойства горных пород, влияющие на эффективность их разрушения при разработке.

Объектами горных работ являются разнообразные горные породы. Коренные (магматические, метаморфические к осадочные) залегают в толще земной коры на месте своего образования. Их покрывают наносы – рыхлые, вторичные породы, образованные в результате разрушения и переотложения коренных. Для оценки свойств горных пород в их естественном состоянии используют различные характеристики.

По характеру структурных связей (механическому строению) горные породы подразделяют на три группы:

- твердые (связь между зернами жесткая, упругая, прочность высокая);

- связные (частицы этих пород связаны глинистыми минералами, породы пластичны);

- рыхлые (частицы или зерна пород не связаны между собой).

По гранулометрическому составу (кусковатости) горные породы подразделяют на валуны, камни > 200мм, галька, щебень 20-200мм, гравий, дресва 2-20мм, песок 0,05-2мм, пыль 0,05-0,005мм и менее, глины< 0,005мм.

При ведении горных работ горные породы подразделяют на скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, которые характеризуются различными горнотехнологическими свойствами – крепостью, устойчивостью, буримостью, взрываемостью, абразивностью. Свойства горных пород обусловлены их составом, строением, состоянием. Механические свойства в первую очередь обусловлены силами связей между частицами породы и их трещиноватостью. Свойства горных пород определяют параметры и производительность горных машин, безопасность горных работ. Выбор способа ведения горных работ, применяемых машин и механизмов осуществляется в зависимости от ниже перечисленных свойств горных пород.

Буровзрывные работы могут проводиться в скальных и полускальных, плотных и мягких связанных породах, а также в сыпучих горных породах. К скальным относятся изверженные, метаморфические и осадочные породы, частицы которых хорошо сцеплены между собой – граниты, базальты, песчаники и т.п. В полускальных породах сцепление между частицами значительно слабее, к ним относятся некоторые магматические породы и породы магматического и осадочного происхождения – сланцы, мергели, крепкий каменный уголь. Плотные, мягкие и сыпучие породы представляют собой смесь однородных частиц различной крупности.К плотным относятся– твердые глины, мелы, глинистые руды. К мягким породам – супеси, суглинки. Сыпучими являются пески, гравийные, дресвяные и щебеночные породы. Вода и лед содержащиеся в мерзлых горных породах прочно скрепляют минеральные частицы сыпучих пород, увеличивая их прочностные характеристики до значений характеристик плотных и полускальных пород. Свойства горных пород определяют результаты воздействия на них бурового инструмента и процесса взрыва.

Механические свойства в первую очередь обусловленые силами связей между частицами породы и их трещиноватостью влияют в первую очередь на эффективность их разрушения. Выделяется: упругость – свойство восстанавливать свою первоначальную форму и обьем после прекращения действия внешних нагрузок; хрупкость – свойство противоположное упругости, т.е. свойство горных пород разрушаться без пластических деформаций; пластичность – свойство пород необратимо изменять не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил; вязкость – сопротивляемость горных пород силам, разделяющим ее массив на отдельности; прочность пород на сжатие (растяжение, сдвиг) характеризуется величиной одноосного критического напряжения (усилия), при котором происходит разрушение породы. Прочность горных пород на сжатие значительно выше, чем на растяжение и сдвиг.

При проектировании буровзрывных работ используются горнотехнологические свойства характеризующие результаты воздействия на породу технологических процессов.

Крепость горных пород –способность пород сопротивляться разрушению под действием внешних усилий (при бурении, взрывании и т.п.), чаще всего характеризуется коэффициентом крепости пород, показывающим во сколько раз определенная горная порода крепче условной (эталоной) породы, коэффициент крепости которой принят за единицу.В практической деятельности широко используется классификация горных пород по коэффициенту крепости, предложенная профессором М.М. Протодьяконовым. В которой коэффициентом крепости пород равным 1 характеризуются плотные глины, мягкий каменный уголь. Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты характеризуются коэффициентом крепости равным 20. Коэффициент крепости приблизительно равен одной десятой доле предела прочности породы на сжатие (в МПа). Определяется при одноосном сжатии образцов диаметром 40-45мм и такой же высоты. Коэффициент крепости также можно определить по величине работы на дробление породы, сопротивляемости бурению (или скорости бурения), расходу ВВ на отбойку и т.п.

Трещиноватость – совокупность трещин, разделяющих массив горных пород на куски (отдельности) различных размеров. Горные породы по трещиноватости разделяются на категории:

I - чрезвычайно трещиноватые, со средним размером структурного блока до 10 см;

II – сильнотрещиноватые, со средним размером структурного блока10 – 50 см;

III – среднетрещиноватые, со средним размером структурного блока 50 – 100 см;

IY– малотрещиноватые, со средним размером структурного блока 100 – 150 см;

Y – практически монолитные, со средним размером структурного блока более150 см.

Разрыхляемость – свойство горных пород занимать больший объем в разрушенном состоянии по сравнению с объемом в массиве или целике. Отношение объема горных пород в разрушенном состоянии к объему этих же пород в целике определяется коэффициентом разрыхления. Величина коэффициента разрыхления зависит от степени дробления породы и свойств конкретной горной породы, изменяется от 1,05-1,2 (песок, глина), до 1,45-1.8 для скальных пород. Наибольшим коэффициентом разрыхления характеризуются твердые, вязкие и абразивные породы.

Взрываемость горных пород – сопротивляемость горных пород разрушению под действием взрыва заряда. Взрываемость зависит от прочности, вязкости, упругих и пластичных свойств горных пород, а также от зернистости, слоистости, кливажности. Характеризуется взрываемость количеством эталонного ВВ в кг/м³ (удельным расходом эталонного ВВ), необходимого для образования прямоугольной воронки взрыва при глубине заложения заряда в 1м в шпуре диаметром 40мм, расположенном под углом 45⁰ к горизонтальной свободной поверхности. Взрываемость также оценивают удельным расходом эталонного ВВ (аммонита №6 ЖВ) в граммах, необходимым для дробления 1 м³ монолитной породы в виде куба, имеющего шесть открытых поверхностей (свободно подвешанное состояние), до кусков размером 0,25 м, при размещении заряда в центре куба. Применительно к крупномасштабной отбойке скважинными зарядами ВВ, горные породы по степени взрываемости подразделяют на пять категорий: легковзрываемые (<0,35кг/м³); средневзрываемые (0,6-0,9кг/м³); трудновзрываемые (0,9-1,2кг/м³); весьма трудновзрываемые (>1,2кг/м³). Оценка взрываемости горных пород используется для нормирования труда горнорабочих, проектирования взрывов, расчета расхода ВВ, технологии взрывания.

108. Виды горных предприятий.

Горное предприятие – самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых. Существуют следующие виды горнодобывающих предприятий:

- шахта – горное предприятие, предназначенное для добычи полезных ископаемых подземным способом. Термином шахта также обозначается комплекс подземных выработок для добычи полезных ископаемых.

- рудник - горное предприятие, объединяющее в единую административно-хозяйственную единицу несколько шахт, карьеров, обогатительных фабрик и вспомогательных цехов.

- карьер - горное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых открытым способом. Разрез – карьер по добыче угля. Терминами карьер (разрез) также называют совокупность выемок в земной коре для добычи полезных ископаемых.

- прииск - горное предприятие по добыче россыпных месторождений драгоценных металлов.

- промысел - горное предприятие по добыче жидких и газообразных полезных ископаемых.

Подземными горными работами– называют работы по вскрытию, подготовке и добыче полезного ископаемого, осуществляемые в толще земной коры. Под открытыми горными работами понимается выемка грунтовых массивов, в т. ч. полезных ископаемых непосредственно с дневной поверхности. Комплекс горных выработок по разработке грунтов в горнорудной промышленности и при разработке строительных материалов называется карьером, в угольной промышленности и при разработке россыпных месторождений – разрезом. В строительстве - разрабатываемая открытыми горными работами выработка носит название котлован. Для общего ознакомления с открытыми горными работами будем использовать термин карьер. Карьеры разрабатываются слоями, высотой 10-25м, в зависимости от параметров применяемого оборудования. Разработка верхних слоев опережает в плане разработку ниже лежащих, поэтому карьер имеет уступчатую форму.

Под производственной мощностью карьера понимают фактическую максимально возможную добычу полезного ископаемого за единицу времени, определенную исходя из условий производства и состояния горного хозяйства, рационального использования оборудования и трудовых ресурсов, соблюдения правил безопасности. Производственная мощность карьера принимается обычно за календарный год.