Наиболее распространенная классификация горных пород по крепости, составленная профессором М.М. Протодьяконовым. Эта классификация основана на том, что сопротивляемость горной породы любым видам разрушения может быть выражена одним определенным числом – коэффициентом крепости породы (f), который показывает, во сколько раз крепость данной породы больше или меньше крепости породы, условно принятой за единицу.
| Категория породы | Степень крепости | Породы | Коэффициент крепости, 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 гранитные 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 гранитные породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды | 10 |
| IIIa | крепкие породы | Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор. Доломит. Колчеданы | 8 |
| IV | довольно крепкие породы | Обыкновенный песчаник. Железные руды | 6 |
| IVa | довольно крепкие породы | Песчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники | 5 |
| V | средние породы | Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат | 4 |
| Va | средние породы | 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, каменистый грунт | 2 |
| VIa | довольно мягкие породы | Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и щебень. Крепкий каменный уголь. Отвердевшая глина | 1,5 |
| VII | мягкие породы | Глина (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос, глинистый грунт | 1 |
| VIIa | мягкие породы | Легкая песчанистая глина, лесс, гравий | 0,8 |
| VIII | землистые породы | Растительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок | 0,6 |
| IX | сыпучие породы | Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь | 0,5 |
| X | плывучие породы | Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лесс и другие разжиженные грунты | 0,3 |
Примечание: За f=1 принята крепость породы, которая разрушается при давлении на нее 100 кг/см 2 .
Ориентировочно коэффициент крепости равен 0,01 от предела прочности горной породы при одноосном сжатии в кг/см 2 . Для некоторых, особенно прочных пород этот коэффициент может достигать 25 и более.
Коэффициент крепости пород по М.М.Протодьяконову в системе СИ рассчитывается по формуле:
fкр = 0,1σсж,где σсж — предел прочности на одноосное сжатие [МПа].
Arabic Bulgarian Chinese Croatian Czech Danish Dutch English Estonian Finnish French German Greek Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Italian Japanese Korean Latvian Lithuanian Malagasy Norwegian Persian Polish Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swedish Thai Turkish Vietnamese
definition - ШКАЛА ПРОТОДЬЯКОНОВА
Шкала Протодьяконова
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
Шкала́ Протодья́конова - 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. ПротодьяконоваПримечание. Характеристика пород с Y11a до Х категорий опущена.
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 = 0.1σсж
где σсж - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].
Ссылки
- Лыхин П.А. Тоннелестроение и бурение шпуров (скважин) В XIX И XX веках
- М. М. Протодьяконов на сайте Всероссийское генеалогическое древо
| Категория | Степень крепости | Порода | f |
| I | В высшей степени крепкие породы | Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы. | |
| II | Очень крепкие породы | Очень крепкие гранитоподобные породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки. | |
| III | Крепкие породы | Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды. | |
| IIІа | То же | Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник. | |
| IV | Довольно крепкие породы | Железные руды. Песчанистые сланцы. | |
| IV | То же | Сланцевые песчаники | |
| V | Средние породы | Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат | |
| Va | Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель | ||
| 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 | |
| VIa | То же | Крепкий каменный уголь | 1,5 |
| VII | Мягкие породы | Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт |
Таблица 1. Коэффициент крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова Примечание. Характеристика пород с Y11a до Х категорий опущена.
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. В Советском Союзе и затем в России шкала крепости М.М. Протодьяконова 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:
f кр = 0.1*σ сж
где σ сж - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].
Михаил Михайлович Протодьяконов (1874-1930)
Талантливому горному инженеру Михаилу Михайловичу Протодьяконову принадлежат работы, заложившие основы перевода горного искусства на степень науки. Он один из первых в мировой горной науке отказался от описательной качественной характеристики горных пород и выдвинул классификацию крепости горных пород с помощью количественных коэффициентов, характеризующих эту крепость. М. М. Протодьяконов, отказавшись от сложившихся методов чисто опытного подбора рудничной крепи, дал методику аналитического определения её размера. Им впервые разработана теория давления горных пород, открывшая цепь исследований в этом направлении как в России, так и за границей.
Михаил Михайлович Протодьяконов родился 22 сентября 1874 г. в Оренбурге. Отец его в то время заведывал ремесленным училищем. В 1882 г. семья М. М. Протодьяконова переехала на Нижне-Тагильский завод Пермской губернии, где отец его начал работать инспектором народных училищ, а в 1889 г. - в Златоуст. Видимо, здесь, на уральских заводах, пробудилась любовь к технике и к горному делу, которая определила весь дальнейший творческий путь М. М. Протодьяконова. Особенно повлияла на него Уральская горнозаводская выставка в Екатеринбурге, организованная в 80-х годах прошлого века.
Среднее образование М. М. Протодьяконов получил вначале в Екатеринбургской, а затем в Уфимской гимназиях. В 1893 г. он поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Со второго курса М. М. Протодьяконов перешёл в Петербургский горный институт и окончил его в 1899 г. Во время своего пребывания в университете, а затем в институте, он принимал участие в революционном движении рабочего класса. Время окончания М. М. Протодьяконовым института совпало с первыми студенческими забастовками, и через три дня после получения инженерского звания он был арестован и привлечён к дознанию по делу "Союза борьбы за освобождение рабочего класса". После освобождения из-под ареста в конце 1899 г. М. М. Протодьяконов ряд лет оставался под надзором полиции. Возможность поступления на государственную службу или перехода на научную работу была для него исключена.
Практическая работа М. М. Протодьяконова началась на серебро-свинцовых рудниках Терского горнопромышленного общества, где он руководил эксплоатацией рудников и вёл строительство гидротехнических сооружений. Работая на производстве, М. М. Протодьяконов начал публиковать первые свои работы. В 1904 г. в "Горном журнале" появилась статья "Горные речки центральной части Северного Кавказа и некоторые особенности эксплоатации их энергии".
В 1904 г., после снятия политического надзора, М. М. Протодьяконов получил возможность перейти на педагогическую и научную работу; он поступил в Екатеринославское высшее горное училище ассистентом по горному искусству к проф. А. М. Терпигореву. Через год он уехал в научную командировку за границу. В 1908 г. М. М. Протодьяконов защитил в Петербургском горном институте диссертацию "Давление горных пород на рудничную крепь", после чего был избран экстраординарным, а затем ординарным профессором Екатеринославского высшего горного училища.
1908-1914 гг. были периодом большой педагогической и научной работы М. М. Протодьяконова. Он принял участие в создании многотомного капитального труда "Описание Донецкого бассейна". Собрав огромный материал в Донбассе, он пишет для этого издания важные разделы: "Проходка шахт и квершлагов" и "Крепление шахт и квершлагов". Но славу учёного-горняка создали ему прежде всего работы о расчёте рудничной крепи и горном давлении, которые, начиная с 1906 г., непрерывно публикуются в "Записках Екатеринославского технического общества", в "Известиях Екатеринославского высшего горного училища", в "Горнозаводском листке" и в "Горном журнале".
Первое обоснование новых методологических приёмов даётся в работе "О некоторых попытках применения математики к горному искусству". Дальнейшее развитие они нашли в упомянутой выше диссертации, опубликованной под тем же названием в "Горном журнале" за 1909 г. На ряде съездов по горному делу М. М. Протодьяконов выступал с докладами: "О крепости горных пород", "О производительности забойщика по углю", "О давлении сыпучих тел", "О бурении шпуров". Он участвовал в специальной комиссии по обследованию рудников Донецкого бассейна в отношении гремучего газа и пыли.
Творческая работа М. М. Протодьяконова прервалась в 1914 г. в связи с туберкулёзом позвоночника и полупараличом ног. На четыре года он полностью прекратил работу, находясь вначале в Крыму, а затем в Средней Азии.
В 1918 г., несколько оправившись, он вернулся к педагогической и научной деятельности, вёл преподавательскую работу в Средне-азиатском университете и опубликовал ряд капитальных работ по горному давлению, рудничному креплению, проветриванию, нормированию горных работ. Наряду с этим, М. М. Протодьяконов принимал участие в работе основных руководящих и планирующих государственных учреждений горной промышленности.
С 1918 по 1923 г. он заведывал секцией и состоял консультантом ВСНХ; с 1926 г. он работал в Средне-азиатском отделении Геологического комитета, был членом президиума Средне-азиатского Госплана и консультантом треста "Средазуголь". В 1928 г. М. М. Протодьяконова избирают председателем Средне-азиатского бюро инженерно-технической секции. Союза горнорабочих СССР.
Обладая крупными организаторскими способностями, М. М. Протодьяконов в 1919 г. создал курсы десятников в г. Ташкенте и горное отделение технического факультета Средне-азиатского государственного университета. Этот талантливый учёный старался помочь широким массам народа получить образование; он организовал целую сеть курсов для молодых шахтёров. Эти курсы были широко известны среди горняков под названием "протодьяконовских курсов". Он первый оценил и поддержал изобретателя-забойщика Журавлёва, ныне лауреата Сталинской премии, предложившего подземное передвижное металлическое крепление. В 1925 г. Михаил Михайлович Протодьяконов был приглашён профессором в Московскую горную академию для чтения лекций. М. М. Протодьяконов обладал способностью излагать самые сложные теоретические вопросы очень простым языком; его лекции увлекали слушателей, и в аудиториях, где он читал, всегда не хватало мест для желающих его послушать.
Несмотря на мягкость характера, Михаил Михайлович был чрезвычайно требовательным педагогом. Он требовал от студента не только глубоких знаний материала, но и самостоятельного, инициативного решения поставленных вопросов. Глубоко уважая своего учителя, студенты считали для себя позором идти неподготовленными на экзамены к Михаилу Михайловичу.
Михаил Михайлович постоянно был загружен работой, занимавшей у него 14-15 часов в сутки. Даже когда у него отнялись ноги, он, лёжа в постели, не прекращал работу. Но его здоровье прогрессивно ухудшалось, и 5 апреля 1930 г., всего лишь 56 лет, М. М. Протодьяконов скончался.
Центральное место в исследованиях М. М. Протодьяконова занимают вопросы горного давления.
В то время, когда М. М. Протодьяконов начал заниматься этими вопросами, горной науке был известен только чисто эмпирический путь решения вопросов, связанных с горным давлением; опытным путём подбирались необходимые виды и размеры крепления и величины поддерживающих целиков полезного ископаемого. М. М. Протодьяконов поставил целью создать аналитический метод определения величины горного давления, могущий стать основой точного решения сложных вопросов практики.
Зная о невозможности для своего времени во всей глубине познать законы горного давления, М. М. Протодьяконов выдвинул предложение рассматривать горные породы "как состоящие из отдельных кусков, т. е. как тела "несвязные" или до известной степени сыпучие". Он указывал, что такое представление не противоречит действительности, так как горные породы всегда в той или иной степени трещиноваты. Исходя из этого, М. М. Протодьяконов распространил на горные породы свойства несвязанных тел образовывать угол естественного откоса, зависящий от коэффициента трения между частичками несвязанных тел. Это свойство всем хорошо известно. Насыпая, например, песок в кучу, мы, в силу малого коэффициента трения между песчинками, получим небольшой угол естественного откоса этой кучи. Беря более связанные вещества с высоким коэффициентом трения, получим кучу с большим углом естественного откоса. До того момента, пока не достигнут угол естественного откоса, частицы сыпучего тела удерживаются в куче одна на другой силами трения. Эти силы трения в механике горных пород принято условно выражать через так называемый угол внутреннего трения данной сыпучей породы, который в момент предельного равновесия равен углу естественного откоса. Для горных пород, т. е. тел, отчасти связанных между собой, помимо внутреннего трения между частицами, необходимо учитывать возникающие также силы сцепления между ними, увеличивающие коэффициент внутреннего трения. Этот новый - кажущийся - коэффициент трения, названный Протодьяконовым "коэффициентом крепости", является универсальным относительным показателем сопротивляемости горных пород внешним механическим усилиям. Эту сопротивляемость горных пород М. М. Протодьяконов экспериментально проверил в отношении добываемости ручными работами, буримости, взрываемости, устойчивости при обрушении, величины давления на крепь и т. д. "Мы вправе приближённо считать, - указывает М. М. Протодьяконов, - что если какая-нибудь порода крепче другой в некоторое число раз в одном каком-нибудь отношении, например, при бурении, то во столько же раз она будет крепче и во всяком другом отношении, например, при взрывании, в отношении давления на крепь и т. д.".
Проверив экспериментально коэффициент крепости по различным показателям, в некоторых случаях взяв средние от показателей, полученных по разным процессам, оговорив отступление для отдельных процессов, М. М. Протодьяконов впервые дал количественную характеристику горных пород, как основу для аналитических расчётов по различным горным процессам.
Большим научным достижением М. М. Протодьяконова является формулировка гипотезы о давлении горных пород, которая вытекала из его толкования природы горных пород. К тому времени было известно, что горное давление, возникающее в зоне выработок, является результатом давления не всей вообще толщи горных пород до поверхности, а лишь какой-то незначительной части этой толщи. Было известно, что равновесие рыхлых горных пород, нарушенное проведением выработок, восстанавливается через некоторое время, причём кровля приобретает сводообразную форму.
В 1885 г. французский учёный Фейоль, проделав на моделях большое количество опытов для выяснения вопроса влияния горных выработок на окружающую их породу, заметил возникновение свода или купола над выработками. Его работы, не содержавшие никакой математической теории, были чисто эмпирическими и не давали каких-либо количественных результатов. М. М. Протодьяконов поставил перед собой задачу найти не качественную картину явлений в породах при проведении горных выработок, а количественную теорию, "расчётные формулы, удобные для пользования и точные постольку, поскольку это требуется жизнью".
Для понимания законов сдвижения горных пород в зоне выработок он выдвинул гипотезу свода. "Наблюдения показывают, - говорил он,- что, когда выработка проведена под значительной толщей подчас несвязанной породы (например, под закладкой), то в выработке не обрушается вся вышележащая масса, а из кусков, зажатых давлением, образуется сам собой свод "я" (правда, довольно неустойчивый), который поддерживает основную кладку, так что упасть в выработку, а следовательно, и давить на крепь могут лишь куски части "в", внутри этого свода. Таким образом, давление на крепь будет в этом случае непосредственно равно весу объёма "в" пород кровли".
Несмотря на большие достижения в области изучения законов сдвижения горных пород в последующие годы и на появление ряда новых гипотез о законах этого сдвижения, гипотеза свода сохранила своё значение для узких выработок и для некрепких трещиноватых пород.
Исходя из гипотезы свода, М. М. Протодьяконов аналитически определил давление породы на крепь, установив, что "на крепь давит своим весом параболический объём породы, ширина которого равна пролёту выработки, а высота - полупролёту, делённому на коэффициент трения пород кровли".
Установленная аналитическим способом величина давления соответствовала, как это показала практика, действительному давлению на крепь. Так впервые в истории горного дела совершился переход от грубо качественных эмпирических оценок к количественным инженерным расчётам в проблеме горного давления, позволившим более глубоко решать вопросы практики.
Опубликовав в 1909 г. статью М. М. Протодьяконова "Давление горных пород на рудничную крепь", редакция "Горного журнала" снабдила её предисловием с краткой характеристикой взглядов автора. Редакция указывала, что "...до сих пор, как известно, рудничное крепление производилось и производится на чисто эмпирических началах и в большинстве курсов горного искусства, даже и в справочных книгах по горному делу, обыкновенно не приводится никаких формул для расчёта рудничного крепления в зависимости от давления горных пород, а лишь указывается на способы крепления выработок, на материал, употребляемый на крепление, а также даются числовые данные, заимствованные из практики относительно размера, веса и стоимости рудничной крепи".
Большое место в работах М. М. Протодьяконова занимала разработка вопросов проветривания горных выработок. Выход в свет в 1911 г. его труда "Проветривание рудников", выдержавшего за короткий срок пять изданий, был крупным событием в развитии горной науки. М. М. Протодьяконов сумел и в этой относительно разработанной области дать свойственную ему своеобразную трактовку всех вопросов рудничного проветривания. Курс "Проветривание рудников" отличался чрезвычайно простым изложением. Сложные математические выкладки, в отличие от ряда других подобных курсов, там отсутствовали. Но это ни в какой степени не снижало научной значимости книги. В теоретической части книги М. М. Протодьяконову удалось сочетать глубокий научный анализ вопросов проветривания с методикой упрощённых расчётов. В инструктивной части книги дано полное представление о приспособлениях и оборудовании, применяемых при проветривании рудников. Здесь же приведены общие правила проветривания. В отдельной части книги даны описания испытательных станций и способы определения рудничного газа. Красной нитью в этой работе М. М. Протодьяконова проходит мысль о том, что хорошее проветривание рудничных выработок зависит не столько от применяемого оборудования, сколько от повседневного внимания к вопросам вентиляции на руднике.
Ещё в 1909 г. М. М. Протодьяконов занялся вопросами определения производительности рабочих в зависимости от крепости горных пород. Особенно значительные исследования по этим вопросам были проведены под его руководством в начале 20-х годов, результатом чего явилось капитальное исследование, опубликованное в 1926 г. под заглавием "Материалы для урочного положения горных работ".
В этом исследовании изложены результаты десятков тысяч хронометражных наблюдений над отдельными операциями по добыче угля, креплению выработок, подземному транспорту. Все данные обработаны, установлены нормы времени для различных операций. Дана графически и аналитически зависимость норм времени от основных факторов. Методологическое значение этой работы было исключительно велико. Для целого ряда операций выведенные формулы сохранили значение до настоящего времени.
Характерной особенностью исследований М. М. Протодьяконова было стремление найти научное решение не в абстрактных целях, а для того, чтобы на более совершенной основе решать практические вопросы.
Широко применяя в горном деле аналитический метод, он всегда выступал против абстрактных приёмов, не имеющих практического значения. "Точность метода, - говорил он, - должна соответствовать точности данных".
М. М. Протодьяконов предостерегал против переоценки разработанных им приёмов, ясно отдавая себе отчёт в том, как сложны явления, возникающие при добыче полезных ископаемых, и твёрдо веря, что советская наука по мере накопления материалов и усовершенствования методов исследования создаст теории, более полно и глубоко отражающие законы, лежащие в основе горного дела.
Главнейшие труды М. М. Протодьяконова : Горные речки центральной части Северного Кавказа и некоторые особенности эксплоатации их энергии, "Горный журнал", 1904; О некоторых попытках применения математики к горному искусству, "Записки Екатеринославского технического о-ва", Харьков, 1906; Серебро-свинцовые рудники Терского горнопромышленного общества, Сборник технических статей (приложение к "Горнозаводскому листку"), Харьков, 1906; Условия свинцово-рудного дела за границей и сравнение их с русскими, "Известия Екатеринославского высшего горного училища", 1907, вып. 1-й; Давление горных пород на рудничную крепь, "Горный журнал", 1909; Давление горных пород на рудничную крепь (диссертация), "Известия Екатеринославского высшего горного училища", 1908, вып. 1-й; Производительность забойщика по углю, "Горный журнал", 1909; Крепость горных пород с точки зрения горного искусства, "Труды первого всероссийского съезда по горному делу, машиностроению и металлургии", Екатеринослав, 1910; Проветривания рудников, Екатеринослав, 1911; Попытки опытного исследования законов давления пород на горные выработки, "Горный журнал", 1912; Описание Донецкого бассейна, т. I, вып. 1-й; Проходка шахт и квершлагов, Харьков - Екатеринослав, 1914; К вопросу о давлении сыпучих тел, "Горный журнал", 1916; Описание Донецкого бассейна, т. I, вып. 2-й; Крепление шахт и квершлагов, Харьков - Екатеринослав, 1916; Краткий курс горного искусства (литограф), Ташкент, 1921; Материалы для урочного положения горных работ, Рукопись для ЦСНХ, Ташкент, 1922; К вопросу о составлении урочного положения горных работ, "Инженерный труд", 1924; Давление горных пород и рудничное крепление, ч 1; Давление горных пород, Москва, 1930.
О М. М. Протодьяконове : Гендлер Е. С, Профессор Михаил Михайлович Протодьяконов, "Горный журнал", 1931, №4; Терпигорев А. М., Памяти профессора М. М. Протодьяконова, "Уголь", 1930, № 56; "Горный журнал", 1925, № 7;
Зворыкин А. А., Михаил Михайлович Протодьяконов, "Горный журнал", 1946, № 1.
|
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.
