Твердость горной породы — это способность сопротивляться внедрению в нее других твердых тел, например штампа, породоразрушающего инструмента. Различают два вида твердости горних пород — агрегатную и твердость составляющих ее минералов: агрегатная оказывает большее влияние на механическую скорость бурения, а твердость отдельных минералов больше влияет на износ породоразрушающего инструмента.
Для определения твердости горных пород предложено много методов, основанных на различных принципах с различной размерностью получаемых показателей твердости. В связи с этим рекомендуется указывать, по какому методу получены данные показатели твердости (по методу вдавливания штампа — по Л. А. Шрейнеру, по методу ВИМСа — по истиранию или по методу ВИТРа — по резанию) и др. В практике определения твердости горных пород более широко используется метод вдавливания металлических штампов в образец испытываемой горной породы.
Для определения твердости горной породы изготавливаются образцы в виде цилиндров диаметром 40 -60 мм, высотой 30-50 мм; торцовые плоскости шлифуются. Испытания проводят с использованием пресса (гидравлического или винтового), посредством которого в исследуемый образец вдавливается штамп, изготовленный из прочной стали или из твердого сплава. Площадь штампа 12 мм при испытании плотных пород и 2,5-3 мм — при испытании пористых. Штамп вдавливается в породу до образования лунки выкола. Показатель твердости Рт горной породы при этом вычисляется по формуле PТ = P/S, где Р — нагрузка, соответствующая пределу прочности породы на вдавливание, Н; S — площадь штампа, м2.
Ниже приведены показатели твердости некоторых горных пород, полученные методом вдавливания штампа (в МПа):
- Глина, мергель. аргиллит, алевролит, затронутые выветриванием, сланцы песчанистые — < 1000
- Известняк углистый, доломит, дунит, андезит, базальт — 1000 — 2000
- Песчаник, окремненные разности аргиллита, алевролита, порфирит андезитовый, серицито-кварцевая порода, диабаз, лабрадорит — 2000 — 1000
- Известняк окремненный, диорит, сиенит, гранит — 4000 — 6000
- Песчаник кремнистый, гранит аплитовидный, кварцит, гематитовый роговик, джеспилит — 6000 — 8000