Что такое крепость пород

Крепость (горных пород)

КРЕПОСТЬ горных пород (а. rock hardness; н. Gesteinsfestigkeit; ф. durete des roches; и. dureza de rocas) — общепринятое условное понятие, символизирующее совокупность механических свойств горных пород, проявляющихся в различных технологических процессах при добыче и переработке полезных ископаемых. Крепость возрастает с увеличением сил связей между частицами и отдельностями горных пород и содержания прочных минералов в породе и снижается, как правило, при увлажнении (особенно в связных горных породах). М. М. Протодьяконовым (старшим) первоначально для оценки крепости была предложена классификация, основанная на предположении, что разрушение горных пород происходит в основном путем преодоления прочности пород на сжатие. По этой классификации, получившей затем широкое практическое применение, все разрабатываемые горные породы подразделяются на 10 категорий от f=0,3 для слабых плывучих пород до f=20 для крепких и вязких базальтов, кварцитов и т.п., где f10-3 scж, кгс/см 2 (Па). Метод экспериментальной оценки коэффициента крепости, предложенный М. М. Протодьяконовым (младшим), основан на относительной оценке работы, затраченной на дробление горных пород свободнопадающим с высотой 0,6 м грузом массой 2,4 кг (ГОСТ 21153.1-75).

Современные методы разработки полезных ископаемых при воздействии на породу включают более целесообразные сжимающие, скалывающие и растягивающие усилия. При этом крепость для относительной технико-экономической оценки разрабатываемости принято классифицировать 5 классами по 5 единиц крепости в каждом (табл.).

Для характеристики крепости в этом случае служит показатель трудности разрушения пород Пр:

s_cж, s_p, t_cдв — соответственно, пределы прочности на сжатие, растяжение и сдвиг (МПа);

g — объёмный вес (Н/м 3 ).

Для целей нормирования и расчёта машин и механизмов в практике горного дела используют частные, преимущественно ведомственные, критерии: буримость, взрываемость, экскавируемость, дробимость, измельчаемость горных пород и т.п.

Источник

Шкала Протодьяконова крепость горных пород

Шкала Протодьяконова — шкала коэффициента горных пород по крепости, составленная профессором М.М. Протодьяконовым в начале XX века.

Эта классификация основана на том, что сопротивляемость горной породы любым видам разрушения может быть выражена одним определенным числом – коэффициентом крепости породы (f), который показывает, во сколько раз крепость данной породы больше или меньше крепости породы, условно принятой за единицу.

Коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову в системе СИ рассчитывается по формуле:

fкр = 0,1σсж, где σсж — предел прочности на одноосное сжатие [МПа].

Источник

System of Calculations | Mine

Определяем крепость горных пород

В своей трудовой деятельности я часто сталкиваюсь с горно-геологическими прогнозными паспортами, где наиболее ценной для меня информацией является характеристика пород. Кто-то смотрит нарушения, водоприток, профиль, а мне для расчета нужны мощность и прочность пород на сжатие. Так вот, идея этой записи возникла, когда вместо прочности пород, я получил коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову. Здесь я хочу рассказать, что вообще такое коэффициент крепости, как он рассчитывается и как из него получить прочность пород на сжатие.

Это понятие крепости введено проф. М.М. Протодьяконовым, который для количественной её оценки предложил коэффициент крепости f, в первом приближении пропорциональный пределу прочности породы при сжатии. Им была разработана шкала горных пород по крепости, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий.

В простейшем случае крепость горных пород можно рассчитать по формуле:

Более точно связь между σ_сж и f в области больших значений σ_сж может быть выражена эмпирической формулой:

$$f=0,33 \times 10^ <-7>\sigma_ <сж>+ 0,58 \times 10^ <-3>\sqrt< \sigma_<сж>>$$

Существуют и другие формулы взаимосвязи коэффициента крепости пород с их прочностными параметрами. Например, формула Л.И. Барона:

Здесь σ_сж измеряется в МПа, что несколько удобнее, ведь на практике геологи дают характеристику пород, где прочность представлена в этих единицах.

Теперь пора вернуться к вопросу, с которого началась эта запись. Как же получить из коэффициента крепости прочность породы на сжатие σ_сж.

Если необходимо узнать примерный предел прочности, то тут все просто, умножаем f на 10, получаем σ_сж в МПа.

Но если мы захотим воспользоваться эмпирическими формулами f, тут могут возникнуть сложности, т.к. просто подставить значение коэффициента крепости и из него получить прочностную характеристику не получится.

В работе А.С. Танайно представлены формулы для трех интервалов в пределах 1 ≤ f ≤ 20 по которым можно рассчитать σ_сж:

Честно говоря, я не стал использовать эти формулы. Конечно я их проверил. При подстановке граничных значений интервалов f получаем σ_сж, которая отличается всего на 0,4 МПа в 1 и 2, 2 и 3 интервалах.

Ниже я сделал небольшой калькулятор. В нем используется формула Л.И. Барона для определения коэффициента крепости f и прочности σ_сж породы. Главное помните, что коэффициент крепости измеряется от 0,3 до 20. Если получатся другие значения, это не вина калькулятора, а того, кто вводит в него данные.

Источник

Определение крепости горных пород

В настоящее время методы разработки полезных ископаемых предполагают использование сжимающих, скалывающих и растягивающих усилий, которые являются более целесообразными. Крепость же при использовании таких методов для оценки технико-экономических характеристик разделяется на пять классов по пять единиц крепости в каждом (см. таблицу).

Крепкие гранитные породы, кварцевый порфир,
креп­кий
гранит, кремнистый сла­нец, некрепкие кварциты

Скальные
средней
трудности разрушения

Скальные
средней
труд­ности раз­рушения;
П_р=11-15

Габбро-диабазы, брекчия кварцевая, гнейс, габбро, гранит, андезит, песчаник оруденелый

Источник

Классификация горных пород по крепости и буримости

Крепостью горной породы принято характеризовать ее сопротивляемость разрушению. Проф. М. М. Протодьяконов в 1926 г. предложил классификацию всех горных пород по их крепости.

В основу этой классификации положена мысль о том, что сопротивляемость горной породы любым видам разрушения (бурению различными способами, взрыванию и т.п.).

Крепость горной породы есть комплексная характеристика породы, определяемая целым рядом ее физико-механических свойств, оказывающих влияние на процесс ее разрушения при бурении. Крепость горной породы есть величина постоянная, не зависящая от способа бурения.

Ориентировочно коэффициент крепости I может быть принят равным 0,01 от предела прочности горной породы при одноосном сжатии (I = 0,01 осж).

Буримость породы — это величина углубки скважины за единицу времени чистого бурения (механическая скорость бурения). Она оценивается в м/ч, см/мин, мм/мин.

Буримость пород устанавливается опытным путем для определенных горных пород и породоразрушающих инструментов при рациональных режимах бурений. Так как при различных способах бурения механизм разрушения горных пород различен, то и буримость одной и той же породы при различных способах бурения будет различной. Буримость породы характеризуется следующими показателями: механической скоростью бурения, величиной проходки до допустимого износа породоразрушающего инструмента, затратой времени на проходку 1 м скважины. Эти величины зависят не только от свойств породы, но и от вида и конструкции породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения. По мере усовершенствования породоразрушающих инструментов и технологических параметров «буримость» пород повышается.

В настоящее время существует большое количество шкал буримости пород различными породоразрушающими инструментами и различными способами. Эти шкалы не увязаны друг с другом.

Горные породы по буримости для вращательного колонкового бурения разделены на двенадцать категорий х. Критерием отнесения породы к той или иной категории буримости является углубка скважины за 1 ч чистого бурения при определенных условиях (тип и диаметр буровой коронки, глубина скважины и т. д.). При отклонениях от установленных (стандартных) условий вводятся поправочные коэффициенты.

По пластичности Л. А. Шрейнер разделил породы на шесть категорий.

Объемное разрушение происходит, когда на контакте резцов (зубков) породоразрушающего инструмента с породой возникает напряжение, превосходящее твердость породы на вдавливание (критическое напряжение):

При бурении разрушается не только порода; одновременно происходит износ (затупление) резцов. В этом случае разрушение породы при бурении будет происходить только вследствие сил трения, возникающих на контакте лезвий с породой. Этот вид разрушения неэффективен.

В зависимости от категории пород по буримости и других факторов ВИЭМСом разработаны сметные нормы на бурение скважин, вошедшие в соответствующий справочник ССН-92.

Классификация горных пород для механического вращательного бурения скважин

Классификация характерных представителей горных пород по буримости при шнековом бурении

Классификация горных пород по буримости для ударно-канатного бурения при разведке россыпных месторождений

Классификация горных пород по буримости при ударно-канатном бурении (исключая разведку россыпных месторождений)

Источник