Физико-механические свойства горных пород, такие как прочность, плотность и трещиноватость, варьируются в очень широких пределах. Для систематизации этих свойств и упрощения планирования горных работ породы принято объединять в группы и категории, каждая из которых характеризуется определённым диапазоном ключевых параметров.
Историческая классификация по крепости
Одной из первых и наиболее известных в отечественной практике стала классификация, предложенная профессором М.М. Протодьяконовым. В её основе лежит понятие «крепость породы». Согласно этой системе, все горные породы были разделены на 10 категорий — от самых слабых до исключительно крепких. Несмотря на широкое историческое применение, данная шкала имеет существенный недостаток: она не в полной мере отражает весь комплекс физико-механических свойств, влияющих на процесс разрушения породы.
1.1.1. Классификация горных пород по крепости
Современный подход: показатель трудности разрушения
Более комплексный подход к оценке был предложен В.В. Ржевским. В качестве универсальной физико-механической основы для сравнения пород он рекомендует использовать безразмерный показатель трудности разрушения (Пр). Этот интегральный параметр рассчитывается по эмпирической формуле, которая учитывает сразу несколько ключевых характеристик:
Пр = 0,5 Ктр(асж + асдв + араст) + 0,5р,
где:
асж, асдв, араст — пределы прочности породы на сжатие, сдвиг и растяжение соответственно;
р — плотность породы;
Ктр — коэффициент, учитывающий степень трещиноватости горного массива, что очень важно для реальных условий залегания.
На основе значения показателя Пр все породы, разрабатываемые механическим способом, делятся на пять основных классов:
- Класс I (Пр = 1...5) — легко разрушаемые породы.
- Класс II (Пр = 5,1...10) — породы средней разрушаемости.
- Класс III (Пр = 10,1...15) — трудно разрушаемые породы.
- Класс IV (Пр = 15,1...20) — весьма трудно разрушаемые породы.
- Класс V (Пр = 20,1...25) — исключительно трудно разрушаемые породы.
Породы с показателем Пр > 25 принято относить к внекатегорийным, требующим специальных методов разработки.
Специализированные классификации для разных процессов
Поскольку методы разрушения пород различны, были разработаны и более узкие, технологические классификации, адаптированные под конкретные процессы.
Например, для процесса механического бурения сопротивление породы оценивают по среднему приведённому пределу прочности. Эта классификация помогает подбирать оптимальный буровой инструмент и режимы работы.
1.1.2. Средний приведенный предел прочности породы при разрушении механическим способом бурения
Наибольшее практическое значение в условиях доминирования открытого способа разработки имеет классификация пород по сопротивляемости копанию (экскавации), разработанная Ю.И. Беляковым. Она напрямую связана с производительностью одноковшовых экскаваторов и является ключевой для планирования вскрышных и добычных работ на карьерах.
1.1.3. Классификация горных пород по трудности экскавации
