Категория пород по протодьяконову. Разнообразные сланцы (некрепкие). Плотный мергель. Классификация горных пород по крепости и буримости

30.10.2019

	Степень крепости
	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.
	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.
	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.
		Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.
	Довольно крепкие породы	Железные руды. Песчанистые сланцы.
		Сланцевые песчаники
	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат
		Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель
	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт
		Крепкий каменный уголь
	Мягкие породы	Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт

Протодьяконов предполагал положить подобную классификацию в основу оценки труда рабочего при добыче угля и руд, нормирования труда. Он полагал, что при любом методе разрушения породы и способе её добычи, возможно оценить породу по усредненному коэффициенту добываемости. Если один из двух типов пород более трудоемок при разрушении, например, энергией взрыва, то порода будет более крепкой при любом процессе её разрушения, например, зубком комбайна, кайлом, лезвием головки бура при бурении и т.д.

При разработке подобной шкалы М.М. Протодьяконов ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т.д., параметр крепость позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.М.М. Протодьяконов разработал шкалу коэффициента крепости породы. Одним из методов определения этого коэффициента было предложено испытание образца породы на его прочность на сжатие в кг/см2, а значение коэффициента определялось как одна сотая временного сопротивления на сжатие.

Этот метод достаточно хорошо коррелирует со шкалой крепости, предложенной М.М.Протодьяконовым для пород различной крепости угольной формации, пород средней крепости, но мало пригоден при определении этим методом коэффициента крепости очень крепких пород. Шкала крепости ограничивается коэффициентом 20, т.е. породами с временным сопротивлении на сжатие 2000 кг/см2, а у сливного базальта, например, этот параметр равен 3000 кг/см2. Тем не менее, в Советском Союзе шкала крепости М.М. Протодьконова имела широкое применение при оценке трудоемкости разрушения горной породы и используется до настоящего времени. Она удобна для относительной оценки крепости горной породы при ее разрушении при помощи буровзрывных работ.Метод относительной оценки горной породы по крепости, трудоемкости при её разрушении имеет, как отмечалось многими, недостатки, за рубежом им не пользуются, но без него не обходятся в технической литературе Советского Союза и России.Коэффициент крепости пород по М.М.Протодьяконову в системе СИ рассчитывается по формуле: fкр = 0.01усж, где усж - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].

Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы -- скважины, шпура или шахтного ствола -- путём разрушения горных пород на забое, бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.

Скважина : горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового оборудования. По назначению скважины подразделяются на: разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, вспомогательные, специальные, взрывные, опорные, параметрические, поисковые. Шпур: искусственное цилиндрическое углубление в твёрдой среде (горной породе) диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Создаются и применяются для размещения зарядов при взрывных работах, для установки анкерной крепи, нагнетания воды или цемента в окружающий массив горных пород и т. п.

Классификация способов бурения. По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические -- буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические -- разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.).

Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа; алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби. Ударные способы бурения разделяются на: ударное бурение или ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо- и гидроударниками, а также бурение перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породоразрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора. Иногда бурение подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.

Шкалам Протодьямконова - шкала коэффициента крепости горной породы.

Разработана в нач. 20 в. Является одной из первых классификаций пород. Основывается на измерении трудоемкости их разрушения при добывании.

Коэффициент крепости f по шкале проф.

	Степень крепости
	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.
	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.
	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.
		Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.
	Довольно крепкие породы	Железные руды. Песчанистые сланцы.
		Сланцевые песчаники
	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат
		Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель
	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт
		Крепкий каменный уголь
	Мягкие породы	Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт

Таблица 1. Коэффициент крепости f по шкале проф. Примечание. Характеристика пород с VIIa до Х категорий опущена.

При разработке подобной шкалы ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т. д., параметр крепость позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.

разработал шкалу коэффициента крепости породы. Одним из методов определения этого коэффициента было предложено испытание образца породы на его прочность на сжатие в кг/см2, а значение коэффициента определялось как одна сотая временного сопротивления на сжатие.

Этот метод достаточно хорошо коррелирует со шкалой крепости, предложенной для пород различной крепости угольной формации, пород средней крепости, но мало пригоден при определении этим методом коэффициента крепости очень крепких пород. Шкала крепости ограничивается коэффициентом 20, т. е. породами с временным сопротивлении на сжатие 200 кг/см2, а у сливного базальта, например, этот параметр равен 300 кг/см2. Тем не менее, в Советском Союзе шкала крепости имела широкое применение при оценке трудоемкости разрушения горной породы и используется до настоящего времени. Она удобна для относительной оценки крепости горной породы при ее разрушении при помощи .

Метод относительной оценки горной породы по крепости, трудоемкости при её разрушении имеет, как отмечалось многими, недостатки, за рубежом им не пользуются, но без него не обходятся в Советского Союза и России.

Коэффициент крепости пород по в системе СИ рассчитывается по формуле:

где ус - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].

КРЕПОСТЬ горных пород - это совокупность механических свойств горных пород, которые проявляются при проведении разнообразных процессов добычи и переработки полезных ископаемых. Понятие крепость - условное и увеличивается с возрастанием сил связей частиц между собой, отдельностями пород, а так же содержания прочных минералов в породе. При этом она уменьшается обычно при увлажнении.

Михаил Михайлович Протодьяконов (старший) сначала оценивал крепость горных пород, классифицируя их на основе предположения, что породы разрушаются из-за преодоления их прочности на сжатие. Эта классификация использовалась в дальнейшем очень широко. Согласно ей, горные породы делятся на 10 категорий от f=0,3 для слабых плывучих пород, таких как болотистый грунт, разжиженный лёсс и до f=20 для трудноразрушаемых пород, таких как сливные андезиты, джеспиллиты и другие. М.М.Протодьяконов (младший) предложил метод экспериментальной оценки коэффициента крепости, который основан на относительной оценки труда, который затрачивается на дробление пород грузом массой 2,4 кг, который свободно падает с высоты 0,6 м (ГОСТ 21153.1-75).

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).

Показатели крепости горных пород
Категории -пород (по М. М. Прото- дьяконову)	Коэффи-циент крепо-сти	Горные породы	Категория пород (по В. В. Ржев-скому)	Показа-тель труд-ности разрушения, П р	Класс пород
X Плывучие	0,3	Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и дру-гие грунты	Плывучие	0,2-1	Полускальные, плотные и мягкие легко-разрушаемые; П р =0,2—5
IX Сыпучие	0,5	Песок, осыпи, мелкий гра-вий, насыпная земля, добы-тый уголь	Разрыхленные	1
VIII Землистые	0,6	Растительная земля, торф, лёгкий суглинок, сырой пе-сок	Рыхлые	1	то же
VilaМягкие	0,8-	Лёгкая песчанистая глина, лёсс, гравий	Мягкие	1	то же
VII Мягкие	1,0	Глина (плотная), мягкий ка-менный уголь, наносы	Мягкие	1—2	то же
VIa Довольно мягкие	1,5	Щебенистый грунт, разру-шенный сланец, слежавшие-ся галька и щебень, креп-кий уголь, глина	Плотные	2	то же
VI Довольно мягкие	2	Мягкий сланец, мел, камен-ная соль, гипс, слабомёрз-лый грунт, антрацит, мер-гель, каменистый грунт	Плотные	3	то же
Va Средней крепости	3	Разнообразные сланцы (не-крепкие), плотный мергель, сульфидная руда, глини-стый доломит, сидерит	Полу-скальные	4	то же
V Средней кре-пости	4	Крепкий глинистый сланец, некрепкие песчаник и из-вестняк, мягкий конгломе-рат, ангидрит, трещинова-тый известняк и песчаники	Полу-скальные	5	то же
IVa Довольно крепкие	5	Песчанистые сланцы, сланце-вые песчаники, аргиллит, доломит, апатит-нифелиновая руда	Скальные легко-разрушаемые	6	Скальные легко- разрушае- мые; П р =6-10
IV Довольно крепкие	6	Обыкновенные песчаник и известняк, железистые руды, скарн магнетито-гра-натовый, кварцит пористый, сиенит, порфир, трещино-ватые мелко- блочные поро-ды	То же	7—8	то же
IIIа Крепкие	8	Известняки и песчаники крепкие, некрепкий гранит, крепкие мрамор и доло-мит, колчеданы, порфирит, фосфорит	То же	9	то же
III Крепкие	10	Граниты (плотные) и гранит-ные породы, очень креп-кие песчаники и известняки, крепкий конгломерат, крепкие железные руды, магнетит, роговик	То же	10	то же
II Очень креп-кие	11—15	Крепкие гранитные породы, кварцевый порфир, креп-кий гранит, кремнистый сла-нец, некрепкие кварциты	Скальные средней трудности разрушения		Скальные средней труд-ности раз-рушения; П р =11-15
		Габбро-диабазы, брекчия кварцевая, гнейс, габбро, гранит, андезит, песчаник оруденелый
		Кварцит безрудный, сиенит- порфир, скарн, базальт ла- бродоровый, кварцит
I В высшей сте-пени крепкие	16—20	Скарн скаполитовый, диорит-порфириты, андезитовый порфирит	Скальные труднора-зрушаемые	16—18	Скальные трудноразру- шаемые;
		Песчаники окремнелые, диофрит-порфириты	То же	19—20	П р =16—20
		Нефриты плотные, сливные микрокварциты, окремнелые скарны, сливные андезиты, джеспиллиты, кремень	Скальные весьма трудно- рарушаемые	21—25	Скальные весь-ма труднораз- рушаемые; П р =21-25

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

Пр=5.10-2(s cж + sp + tcдв) + 5.10-5g,

где 5.10-2 — эмпирический коэффициент (МПа-1);

5.10-5 — эмпирический коэффициент (м 3 /Н);

s cж, sp, tcдв — соответственно, пределы прочности на сжатие, растяжение и сдвиг (МПа);

g — объёмный вес (Н/м 3).

Чтобы нормировать и рассчитывать различные машины и механизмы в горном деле используют, в основном, такие критерии, как дробимость, буримость, взрываемость горных пород и т.д.

ГОСТ 21153.1-75

Группа А09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПОРОДЫ ГОРНЫЕ

Метод определения коэффициента крепости
по Протодьяконову

Rocks. Method for the determination
of strength factor according to Protodyakonov

Дата введения 1976-07-01

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 25 сентября 1975 г. N 2491

ВЗАМЕН ГОСТ 15490-70 в части разд. III

Проверен в 1981 г. Срок действия продлен до 01.07.1986 г.*

________________
* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 24.04.91 N 565 (ИУС N 7, 1991 г.). - Примечание изготовителя базы данных.

ПЕРЕИЗДАНИЕ ноябрь 1981 г. с Изменением N 1, утвержденным в июле 1981 г. (ИУС N 9 - 1981 г.)

Настоящий стандарт распространяется на твердые горные породы и устанавливает метод определения коэффициента их крепости по Протодьяконову для классификации пород по этому показателю и использования его в технической документации при расчетах и проектировании горных работ, горного оборудования, а также при проведении научно-исследовательских работ.

Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной на дробление горной породы, к вновь образованной при дроблении поверхности, оцениваемой суммарным объемом частиц размером менее 0,5 мм.

1. ОТБОР ПРОБ

1.1. Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75 .

2. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Для определения крепости горных пород применяют:

прибор определения крепости ПОК (см. чертеж), состоящий из стакана 1, вставленного в него трубчатого копра 2, внутри которого свободно помещается гиря 3 массой 2,4±0,01 кг с ручкой 4, привязанной к гире шнуром. Трубчатый копер имеет в верхней части отверстия, в которые вставляются штифты 5, ограничивающие подъем гири. В комплект прибора входит объемомер, состоящий из стакана 6 и плунжера 7 со шкалой измерений с диапазоном показаний от 0 до 150 мм вдоль его продольной оси;

сито с сеткой N 05 по ГОСТ 6613-73 для просеивания породы после дробления.

Чертеж

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Отобранную пробу горной породы раскалывают молотком на твердом основании до получения кусков размером 20-40 мм. Из измельченного материала пробы отбирают двадцать навесок массой 40-60 г каждая.

3.2. Число сбрасывания гири на каждую навеску устанавливают при дроблении первых пяти навесок.

3.3. Каждую навеску отдельно дробят в стакане гирей, падающей с высоты 60 см. Число сбрасываний гири принимают в зависимости от ожидаемой крепости породы, обычно от 5 до 15 сбрасываний на каждую навеску.

Примечания:

1. При очень мягких породах число сбрасываний может быть сокращено до 1, а при очень крепких - увеличено до 30.

2. При дроблении стакан с вставленным в него трубчатым копром обязательно устанавливают на жесткое массивное основание: железобетонный или асфальтированный пол, стальную плиту (массой не менее 20 кг, толщиной около 10 см).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.4. Правильность выбранного режима испытания контролируют после просеивания первых пяти раздробленных навесок на сите до прекращения выделения подрешетного продукта и замера его объема в объемомере. При получении столбика мелочи высотой 20-100 мм по шкале плунжера число сбрасываний на каждую навеску сохраняют для оставшихся пятнадцати навесок. При меньшей или большей высоте столбика мелочи в объемомере число сбрасываний корректируют соответственно в большую или меньшую сторону.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Оставшиеся пятнадцать навесок дробят в приборе последовательно в установленном режиме испытания: при постоянном числе сбрасываний гири и высоте подъема гири 60 см.

4.2. После дробления каждых пяти навесок их просеивают на сите, подрешетный продукт сита ссыпают в объемомер, замеряют плунжером высоту столбика мелочи и записывают ее.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Коэффициент крепости горной породы () вычисляют по формуле

где 20 - эмпирический числовой коэффициент, обеспечивающий получение общепринятых значений коэффициента крепости и учитывающий затраченную на дробление работу;

- число сбрасываний гири при испытании одной навески;

- высота столбика мелкой фракции в объемомере после испытания пяти навесок, мм.

5.2. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов четырех определений.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Текст документа сверен по:
официальное издание
Породы горные. Методы физических испытаний: Сб. ГОСТов. -
М.: Издательство стандартов, 1982

Зольность

Содержание азота

Содержание серы

Содержание углерода и водорода

Спекаемость

Теплота сгорания

Горная порода

Разрушение горных пород
Классификация горных пород по крепости и буримости
Горная порода это
Характеристика горных пород
Естественные каменные строительные материалы
ГОСТ уголь

Взрывчатые вещества

Параметры горения и взрывов ВВ
Чувствительность взрывчатых веществ
Химическая стойкость взрывчатых веществ
Условия распространения детонации и факторы, влияющие на ее скорость
Краткие сведения об основных взрывчатых веществах

Щебень

Официальные уведомления

Коэффициент крепости f по шкале профессора Протодьяконова

Шкала Протодьяконова — шкала коэффициента крепости горной породы.

Разработана в нач. 20 в. Протодьяконовым М.М. Является одной из первых классификаций пород. Основывается на измерении трудоемкости их разрушения при добывании.

Коэффициент крепости f по шкале проф. М. М. Протодьяконова

Категория	Степень крепости	Порода	f
I	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.	20
II	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.	15
III	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.	10
IIІа	То же	Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.	8
IV	Довольно крепкие породы	Железные руды. Песчанистые сланцы.	6
IV	То же	Сланцевые песчаники	5
V	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат	4
		Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель	3
VI	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт	2
VIa	То же	Крепкий каменный уголь	1,5
VII	Мягкие породы	Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт	1

Таблица 1. Коэффициент крепости f по шкале проф. М. М. Протодьяконова Примечание. Характеристика пород с VIIa до Х категорий опущена.

При разработке подобной шкалы М. М. Протодьяконов ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т. д., параметр крепость позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.

М. М. Протодьяконова разработал шкалу коэффициента крепости породы. Одним из методов определения этого коэффициента было предложено испытание образца породы на его прочность на сжатие в кг/см2, а значение коэффициента определялось как одна сотая временного сопротивления на сжатие.

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

где σс — предел прочности на одноосное сжатие [МПа].