13. Механические свойства горных пород.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА горных пород — характеризуют изменения формы, размеров и сплошности горных пород под воздействием механических нагрузок, которые создаются в результате действия естественных (горное давление, тектонические движения) или искусственных факторов (взрывные работы, резание, дробление пород и т.д.).

Механическое нагружение вызывает в горных породах напряжения и деформации. По виду деформаций и связи с вызвавшими их напряжениями механические свойства подразделяют на упругие (модуль Юнга, коэффициент Пуассона и др.),

пластические (модуль полной деформации, коэффициент пластичности и др.),

прочностные (пределы прочности горных пород при сжатии, растяжении и др.)

и реологические свойства (период релаксации, предел длительной прочности и др.).

К показателям механических свойств относят также характеристики воздействия на горные породы жидкостей и газов (например, коэффициент размокания), горнотехнологические параметры горные породы (показатели крепости, твёрдости, буримости, взрываемости, дробимости и др.).

Механические свойства определяют прямыми или косвенными измерениями напряжений и деформаций в горных породах в процессе их различного нагружения. В массиве чаще используют косвенные методы оценки механических свойств — по глубине и усилиям проникновения острого инструмента в горных породах, по зависимости между скоростью упругих волн и механическими свойствами.

На величину показателей механических свойств влияют анизотропия горной породы, силы и характер связей между частицами, ориентация ослабленных зон и слоев горной породы, размер зёрен, пористость, минеральный состав. Это предопределяет широкую вариацию показателей механических свойств от точки к точке в массиве.

Более монолитные скальные горные породы имеют высокие значения модуля Юнга, прочностных параметров, низкие значения показателей пластичности. Осадочные горные породы, как правило, обладают более низкой прочностью и упругими свойствами, повышенными значениями показателей пластичности, хорошо выраженными реологическими свойствами.

Любые изменения состояния горной породы и её структурных характеристик влияют на величину механических свойств. Увеличение влажности снижает упругие и прочностные, но повышает пластические параметры пород; трещиноватость и высокая пористость пород снижают прочностные и упругие параметры пород. Разрушенная горная порода также способна сопротивляться в определённой степени внешним нагрузкам. Например, несущую способность разрушенных горных пород оценивают особыми механическими свойствами — параметрами запредельного деформирования и прочности, определяемыми на специальных жёстких испытательных прессах.

Механические свойства предопределяют результат практически любого механического воздействия на горные породы, возникающего в процессах эксплуатации месторождения и переработки полезных ископаемых. Знание показателей механических свойств необходимо также для расчётов горного давления, выбора методов и средств поддержания горных выработок, расчётов размеров целиков и т.д., а также при расчётах всех немеханических способов разрушения и упрочнения горных пород. При сочетании высокой прочности и упругости горных пород применяют динамические способы разрушения, при пластичности и малой прочности — статическое нагружение пород при разрушении. Наиболее трудно поддаются разрушению горные породы, обладающие высокой прочностью и пластичностью одновременно. При этом целесообразно использование комбинированного воздействия на горные породы (например, термомеханического).