1.3. Понятие и минералах и горных породах как объектах горного производства

Горные породы представляют собой агрегаты, сложенные различными минералами. Минералами, из которых слагаются горные породы, называют природные химические образования однородные по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в земной коре. Минералы различаются по форме, по химическому составу, плотности, твердости, характеру излома и блеску.Устойчивые агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела, называются горными породами. По химическому составу минералы делятся на шесть основных групп:

• самородные элементы– класс минералов, химический состав которых соответствует отдельным химическим элементам. Различают самородные металлы (золото, серебро, медь, железо и др.) и самородные неметаллы (алмаз, графит, сера).

• сульфиды -класс минералов, представляющих собой соединениясеры с металлами и некоторыми неметаллами, составляют около 0,15% (по массе) земной коры, насчитывают свыше 200 минеральных видов. Преобладающая масса сульфидов входит в состав сульфидных руд гидротермального происхождения; некоторые сульфиды Fe, Ni, Си, Pt связаны с магматогенными процессами в ультраосновных породах. Сульфиды могут иметь осадочное или экзогенное происхождение (пириты).

оксиды– Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород,обладают высокой твердостью, устойчивы к воздействию воды, обладают высокой прочностью на раздавливание. Один из наиболее распространенных минералов – кварц.

• силикатыявляются основной частью большинства магматических и метаморфических пород и представляют собой сложные соединения элементов алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия кремния в виде различных солей кремниевых кислот. К силикатам относятся полевые шпаты, слюды, роговые обманки.

• соли кислотных кислот – продукты замещения атомов водорода кислоты на металл, напримерCa₂SO₄,.

• галогениды-класс минералов, представляющих собой химические соединения с другими элементами, производные галогеноводородныхкислот HCl, самый известный представитель галогенидов – это соль NaCl.

По плотности минералы подразделяют на легкие (до 2500 кг/м3, ) средние (2500 - 4000 кг/м3), тяжелые (4000 - 8000 кг/м3), и весьма тяжелые (более 8000 кг/м3).

Различают хрупкие минералы (большинство) и ковкие (некоторые самородные металлы и сульфиды), а среди листоватых и чешуйчатых минералов - гибкие упругие (слюды) и неупругие (хлориты, урановые слюдки), а также негибкие (хрупкие слюды).

Волокнистые минералы бывают ломкими и гибкими (хризотол - асбест). Излом - важное диагностическое свойство минералов, характеризует поверхность обломков, на которые он раскалывается (не по спайности) при ударе.

Тип и название горных пород определяются их минеральным составом (относительным содержанием в породе минералов) и строением (видом сложения горных пород из минералов и минеральных агрегатов). Название породы обычно дает общее представление о ее минеральном составе и строении. Например, гранит – это порода, состоящая из полевого шпата (около 60 %), слюды (5 - 10 %), и кварца (25 -30 %). Горная порода, состоящая из минерала кальцита, называется известняком, порода, состоящая из доломита - доломитом, а порода смешанного состава при количественном преобладании кальцита – доломитизированным известняком.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы (гранит, сиенит, дунит, габбро, базальт, диорит) по содержанию кремнезема (SiO2) условно подразделяются на кислые (> 65 %), средние (52 - 62 %), основные (52 - 40 %) и ультраосновные (< 40 %).

Осадочные – породы, возникшие путем отложения (механического, химического или органического) продуктов разрушения магматических и метаморфических пород (известняки, песчаники, трепела, ископаемые угли, осадочные железные руды и др.)

Метаморфические – породы, возникшие в результате геологических преобразований магматических или осадочных пород под воздействием высоких давлений, температур и горячих газоводяных растворов (кварцит, кристаллические сланцы, гнейсы, мрамор).

В зависимости от характера связимежду минеральными частицамигорные породы делятся на: а-скальные или твердые, в которых связь между частицами минералов жесткая, химическая. Примером скальных пород служат песчаники, граниты, гнейсы, диабазы;

б- связные - это такие породы, в которых связи между частицами меняются в зависимости от влажности (глинистые породы, аргиллиты, алевролиты, суглинки);

в - рыхлые или раздельно зернистые. Такие породы представляют собой механические смеси частиц одного или нескольких минералов (пески, галечник, гравий).

По минералогическому составуразличают горные породы мономинеральные и полиминеральные. Мономинеральные породы – это породы состоящие из одного минерала, а полиминеральные - состоящие из нескольких минералов. Большинство горных пород относится к полиминералам

Параметрыгорных пород, характеризующие их реакцию на воздействие различных инструментов, механизмов и технологических процессов, называютгорно-технологическими параметрами.

Под физико-техническими свойствами горных пород понимают всю совокупность физических и горно-технологических свойств, описывающих их поведение в процессе разработки.

Объектом горных разработок являются все виды горных пород: коренные, залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и покрывающие их наносы – породы измельченные, переотложенные или перенесенные. При разработке породы подвергаются различного рода механическим воздействиям таким как удар, сдвиг, уплотнение, перемещение, в результате чего изменяется их первоначальное состояние. Следует различать естественное или искусственно измененное состояние горные пород. Естественное состояние горных пород – это такое состояние, в котором находятся породы в массиве до начала их разработки, искусственно измененное – это то состояние которое приобретают породы в результате взрывного или механического разрушения, или химического или механического укрепления.

Для ведения горных работ в забое необходимо знать характеристики горных пород в их естественном состоянии, для погрузки, перемещения, складирования, дробления необходимо знать из искусственно измененные свойства.

Характеристики свойств пород в различных объемах могут отличаться друг от друга и в первую очередь из-за блочного строения. Поэтому, при изучении горных пород массива следует выделять понятия породного массива, горных пород в массиве разрыхленных горных пород (горных масс) и отдельных изолированных кусков (образцов) горных пород.

Породный массив или массив – это сложное геологическое тело состоящее из совокупности горных пород, сформировавшееся в определенной геолого-структурной обстановке, объединенных происхождением и последующим развитием и характеризующееся присущим ему физическими и геологическими особенностями.

Горная порода, находящаяся в массиве в естественном состоянии, называется горной породой в массиве.

Разрушенные горные породы – это разрыхленные, раздробленные искусственно, или в результате процесса сдвижения. Естественно рыхлые породы, такие как песок, гравий также могут разрушенными в результате механического нарушения их естественной укладки их сцепления в результате погрузочно-транспортных работ.

Отдельные части скальных и связных пород, а также малые объемы рыхлых пород, представляют собой образцы горных пород. Образцы горных пород – это те исходные элементы, сочетание которых образует горную породу в массиве. Свойства образцов пород отличаются от свойств пород в массиве, а также следует различать свойства массива горных пород и горной массы. Это отличие обусловлено:

• различием в составе. В образце минеральный состав не всегда соответствует составу породы в массиве или разрыхленной породы; массив пород сложен разнородными по составу породами;

• различием в строении– расположением основных структурных элементов, их формы, ориентировки. В образце может отсутствовать слоистость, пористость, трещиноватость;

• различными внешними условиями в которых находится порода– давлением, температурой, степенью насыщения пород газами и влагой;

• силами связей, контактными условиями и степенью нарушенности пород– образец чаще всего менее нарушен трещинами, пустотами, чем порода в массиве, массив горных пород или разрушенная порода.

Следует различать естественные образцы горных пород и искусственные.

Искусственные образцы изготавливают для проведения испытаний горных пород. Эти образцы имеют форму в виде цилиндрическую или параллелепипеда. Высота образца принимается равной 10-50 см, диаметр или сторона 5-20 см

Рисунок 1. Естественные и искусственные образцы горных пород

Лекция 2