Приложение 5. Общие указания по определению прочностных свойств горных пород

Приложение 5

Общие указания по определению прочностных свойств горных пород

Основные прочностные характеристики, используемые для решения вопросов устойчивости и сдвижения горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений: предел прочности на одноосное сжатие ; предел прочности на растяжение ; коэффициенты сцепления в куске и в массиве ; угол внутреннего трения ; угол трения по поверхностям ослабления .

Предел прочности на одноосное сжатие широко используют в расчетах устойчивости, несущей способности горных пород в целиках и подготовительных выработках, а при корреляции с пределом прочности на растяжение он может быть успешно применен и для оценки предельных пролетов обнажений. При прогнозировании характера и параметров процесса сдвижения один из классификационных признаков - коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову

.

Для получения необходимых прочностных характеристик пород проводят испытания в лабораторных и природных условиях. Лабораторные испытания прочностных свойств пород проводят специализированные лаборатории на образцах, изготовленных из отобранных проб. В этом случае необходимо обеспечить требуемое число проб для каждого вида и метода испытаний в соответствии с существующими ГОСТами для получения наиболее представительных прочностных характеристик пород.

Отбор проб для лабораторных испытаний проводят непосредственно в горных выработках. Поскольку рудные месторождения, как правило, характеризуются сложным геологическим строением с частой сменой различных пород, расстояния между пунктами отбора проб изменяются от 200 до 25 м. Число проб определяется числом литологических (наиболее типичных) пород. При этом размеры монолитов или кернов каждой породы и их число должны обеспечивать изготовление необходимого числа образцов для каждого вида испытаний. Особое внимание следует уделять сохранности и целостности отобранных проб как при их отборе, так и при транспортировке и хранении. Извлекать пробы-монолиты из массива нужно таким образом, чтобы не нарушить естественного сложения породы. Не рекомендуется выбивать керны из колонковой трубы, подвешенной (удерживаемой) на 0,2 м от почвы выработки. Отобранные пробы упаковывают в ящики для отправки к месту испытания. Ящики с пробами не разрешается бросать, кантовать и оставлять под дождем или на морозе. Пробы пород, присылаемые на испытание, должны быть снабжены сопроводительной документацией, которая позволит установить место и время извлечения каждой породы, название породы и нужный вид испытаний.

Лабораторные исследования. Основные виды механических испытаний проб горных пород, которые проводит лаборатория механических испытаний ВНИМИ, приведены в табл. III. В ней даны способы испытаний, названия прочностных характеристик и минимальные размеры проб, необходимые для проведения этих испытаний. Предел прочности при сжатии определяют методами соосных пуансонов, одноосного сжатия высоких цилиндров или образцов полуправильной формы (с подшлифовкой торцов). Приближенно по результатам раскалывания сферическими инденторами образцов неправильной формы определяют предел прочности при сжатии и при растяжении. Во втором случае также используют раскалывание лежачих цилиндрических образцов вдоль образующей.

Таблица III

Вид испытания	Способ испытания	Группа пород	Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову	Прочностные характеристики	Число образцов для испытаний одной пробы	Размеры одного образца для испытания, мм	Минимальные размеры присылаемых проб
							Керн буровой скважины, мм		Монолит, мм
							один кусок	общие размеры
Предел прочности	Метод соосных пуансонов	Крепкие	>8		6-8				250х200х200
		Средней крепости	5-8		4-6
	Сжатие высоких цилиндров	Крепкие	>8		6-10				300х300х200
		Средней крепости	5-8
	Испытание образцов неправильной формы	Крепкие	>8	,	6-10	80х80х80	-	-	250х200х200
		Средней крепости	5-8
Трение и сцепление	Косой срез в матрице	Крепкие	>8	,	6-15	-			300х300х200
		Средней крепости	5-8

Примечание. - предел прочности на одноосное сжатие, МПа, - предел прочности на одноосное растяжение, МПа, - угол внутреннего трения, градус, - коэффициент сцепления, МПа, - общая длина кусков кернов одной пробы, - диаметр образца для испытания, - диаметр керна, - высота образца для испытания, - длина одного куска керна.

Коэффициент сцепления в образце и угол внутреннего трения определяют методами косого среза под углом 30, 45 и 60° или трехосного сжатия в стабилометрах с построением паспорта прочности [18]. Приближенно коэффициент сцепления и угол внутреннего трения определяют по соотношению предела прочности при сжатии и растяжении. При определении величин углов внутреннего трения в массиве пород следует исходить из того, что угол внутреннего трения в массиве по поверхностям, пересекающим слои и не совпадающим со сплошными трещинами, можно принимать равным углу внутреннего трения, полученному для данной породы по лабораторным испытаниям на срез образцов пород. Угол внутреннего трения по контактам слоев следует принимать равным углу трения, полученному по лабораторным испытаниям на трение по этим поверхностям. Угол внутреннего трения по поверхностям, совпадающим с трещинами, принимают средним между углом трения по поверхностям контактов слоев на сдвиг и углом внутреннего трения, полученным по лабораторным испытаниям образцов на срез.

Лабораторные испытания позволяют получить прочностные свойства не массива в целом, а только сравнительно крепких кусков пород. Для перехода к прочностным характеристикам всего массива используют коэффициент структурного ослабления , под которым понимают величину, равную отношению прочности пород в массиве к средней прочности породы в образце.

Натурные исследования проводят для получения прочностных свойств массива с учетом структуры анизотропных пород. При решении вопросов сдвижения и устойчивости пород на рудных месторождениях такими испытаниями определяют коэффициенты сцепления пород в массиве и структурного ослабления .

Проведение натурных испытаний - процесс трудоемкий, особенно в подземных горных выработках. Имеющиеся немногочисленные данные о сцеплении в массиве, полученные на рудных месторождениях в подземных горных выработках [18], показывают, что величина сцепления и значения коэффициента структурного ослабления мало отличаются от полученных на карьерах. Поэтому при расчетах устойчивости и сдвижения пород, прогнозировании вопросов сдвижения на месторождениях с неизученным процессом сдв