Работа разрушения горных пород

Горное производство в целом характеризуется основным процессом — разрушением горных пород в операциях при бурении, взрывании, дроблении, выемке, измельчении и т.п. Наиболее часто используемыми способами разрушения являются механические, за ними следуют термические и далее различные варианты физического (электромагнитные, лазерные, акустические и др.).
Податливость пород к разрушению (разрушаемость) может быть оценена работой разрушения, ее величина обусловлена пределами прочности, упругими и пластическими свойствами.
Приближенно работу можно подсчитать по графику σ=f(ε), как площади, заключенной между кривой и осью абсцисс при нагрузках в пределах зоны упругости.
Так для одноосного сжатия работа составит:

а для двухосного -

где σ1 и σ2 — напряжения по осям.
При σ1 = σ2 имеем:

При трехосном сжатии соответственно:

При σ1 = σ2 = σ3, соотношение упрощается до вида:

В случае наличия касательных напряжений, разрушения работа включает и их:

где G — модуль сдвига.
Формулы (1.105-1.109) пригодны для оценки удельной работы разрушения для хрупких пород, т.е. предел упругости σЕ = σсж, и тогда следует в них подставить предел прочности горной породы.
Поскольку большинство пород обладают пластическими деформациями, то к работе, идущей на преодоление упругой части удельной работы еЕ, нужно добавить затраты энергии на пластические деформации епл.:

Тогда работа разрушения при одноосном сжатии выразится как:

где Едеф. - модуль полной деформации (в момент разрушения).
Так как Е>Едеф., т.е. e>еЕ., то общая работа больше упругой части и тогда при Едеф.=0,5Е, имеем:

Значит, расходы энергии на разрушение пластичных пород в три раза больше, чем хрупких.
Таким образом, увеличение предела прочности пород не всегда означает повышение трудности их разрушения. Высокопрочные, но хрупкие породы значительно легче разрушаются при динамическом нагружении (взрывании), чем более слабые, но пластичные.
Показатель трудности разрушения вводится вследствие сложного воздействия нагрузки на породу, как некоторый средний показатель предела прочности при разрушении, представляющий собой частное от деления суммарных нагрузок к площади:

Сопротивление горных пород разрушению оценивается по суммарному действию напряжений сжатия, растяжения и сдвига:

При равных долях напряжений трудность разрушения выражается как:

До сих пор в описание процесса разрушения не входили параметры, связанные со структурой твердого тела. Разрушение самого массива включает структурную составляющую в виде трещиноватости:

где Kт - трещиноватость III-го порядка; Kв и u - степень влияния и путь преодоления сопротивления от веса породы γ.

---