Сопротивление разработке и устойчивость горных пород как основания для горной машины определяются их физико-механическими свойствами.
Знание физико-механических свойств горных пород имеет большое значение для расчета горных машин, нормирования и планирования производственных процессов, для определения областей применения горных машин. Необходимо знать, от каких факторов зависит сопротивление горных пород разрушению, т.е. провести его качественную оценку и определить его величину.
Физико-механические свойства пород различны в зависимости от минералогического состава, строения, условий образования и метаморфизма.
К физическим свойствам относят такие фундаментальные свойства, как плотность, липкость, связность и др.
Плотность р (кг/дм3 или т/м3) — отношение массы породы к ее объему при естественной влажности. Для горных пород р = = 1,5...6 т/м3.
Насыпная плотность — плотность в разрыхленном состоянии.
Связность определяется сцеплением отдельных частиц породы между собой и характеризует ее способность сопротивляться их разделению. От связности зависят прочность породы и ее сопротивление деформации и разрушению.
Механические свойства характеризуют способность горных пород оказывать сопротивление внешнему воздействию. К механическим свойствам относят прочность, крепость, твердость, абразивность и др.
Прочность — способность горной породы сопротивляться разрушению (сопротивление разрыву, сжатию и др.). Критерием прочности является временное сопротивление, или предел прочности при разрушении.
Горные породы не представляют собой монолитных изотропных тел. Они, как правило, анизотропны, т.е. их механические свойства не одинаковы в разных направлениях. Так, например, при раздавливании угля перпендикулярно к напластованию предел прочности на сжатие примерно в 1,5 раза выше, чем при раздавливании по напластованию.
Временное сопротивление горных пород сжатию в несколько раз выше, чем растяжению.
Предел прочности горных пород при сжатии меняется в диапазоне от 10 (бурый уголь и др.) до 400 МПа (крепкие руды, базальты и др.).
Крепость — сопротивление горной породы общему разрушению. Крепость зависит от твердости, вязкости, хрупкости, упругости, минералогического состава и структуры породы, ее кливажа, трещиноватости и других факторов. Крепость горных пород оценивается коэффициентом крепости. Ориентировочно коэффициент крепости / составляет 0,1 предела прочности горной породы при одноосном сжатии асж, МПа.
Твердость (контактная прочность) — способность породы оказывать сопротивление проникновению в нее другого, более твердого тела, не испытывающего при этом каких-либо остаточных деформаций. Твердость породы характеризуется сопротивлением ее поверхностного слоя воздействию внешней силы (например, бурового инструмента).
Абразивность — свойство горной породы истирать (изнашивать) инструмент горных машин. Абразивность пород оценивается средней потерей в массе мерного стержня при истирании его в определенных условиях. По величине показателя абразивности все породы подразделяют на восемь классов: от весьма малоабразивных (известняки, мрамор, апатит) до высокоабразивных (граниты, диориты и корундосодержащие породы).
При создании и эксплуатации горных машин обязательно должна учитываться абразивность пород, так как вследствие износа нарушаются условия взаимодействия машины с породой, существенно увеличиваются сопротивление породы и энергоемкость разработки, возрастают нагрузки на машину.