Е.К. Соколова Критерии разрушаемости горных пород и углей

1

Лабораторная работа № 1 Определение контактной прочности горной породы

Теоретические положения

Показатель контактной прочности Рк, МПа является основным критерием сопротивляемости хрупкой горной породы механическому разрушению в приповерхностной зоне массива резцами проходческих машин и шарошечным инструментом.

В ИГД им. А.А. Скочинского разработан метод испытаний хрупких горных пород, позволяющий определить их сопротивляемость статическому выколу.

Критерием сопротивляемости породы разрушению является контактное давление в момент разрушения.

Показатель контактной прочности хрупкой горной породы определяют по формуле

где Рк – нагрузка в момент выкола, Н; Si – площадь контакта индентора, м2; n – число опытов на одном образце.

Цель и содержание работы

Сущность метода, предложенного ИГД им. А.А. Скочинского, заключается в следующем. Для эксперимента используют образцы горной породы цилиндрической или кубической формы. Обязательным условием является высокая точность обработки торцов и их параллельность. В гладкую поверхность образца вдавливают инденторы цилиндрической формы с плоским основанием. Для пород при разрушающей нагрузке 100-200 кН на 1 см2 целесообразен индентор с основанием 10 мм2, при нагрузке >200 кН на1 см2 – индентор с основанием 5 мм2.

Вдавливание инденторов производят на гидравлическом прессе, оснащенным специальным съемным приспособлением для зажима и центрирования индентора.

Целью работы является:

1. Знакомство с методом испытаний, оборудованием и правилами безопасности.

2

2.Определение контактной прочности Рк, МПа образцов горной породы.

3.Определение по показателю контактной прочности Рк, МПа характеристики крепости хрупкой горной породы.

Описание оборудования

Вдавливание инденторов производят на гидравлическом прессе, оснащенном специальным съемным приспособлением для зажима и центрирования индентора.

1

3

4

Приспособление для крепления индентора:

1 – плита; 2 – установочное гнездо; 3 – образец породы; 4 – нижняя плита пресса; 5 – накладка; 6 – крепежный болт и гайка;

7 – верхняя плита пресса; 8 – индентор; 9 – установочный винт

3

Порядок выполнения работы

1.Подготовить или отобрать образцы породы.

2.Укрепить приспособление для зажима и центрирования индентора на верхней плите пресса.

3.Образец установить в центре нижней плиты пресса.

4.Производить вдавливание индентора в верхний торец образца. Скорость нагружения выдерживать в пределах 0,5 - 1,0 МПа/с. Нагружение производить до момента выкола лунки под индентором.

5.Зафиксировать максимальную разрушающую нагрузку Р, Н в момент выкола лунки, глубину внедрения индентора, полученную лунку выкола по глубине и объему.

6.Данные эксперимента представить в виде табл. 1.

Таблица 1 Определение контактной прочности горной породы

Правила техники безопасности

1.К работе на гидравлическом прессе допускаются лица, прошедшие специальный курс обучения.

2.Не включать пресс без разрешения преподавателя.

3.Устанавливать приспособление для крепления индентора и образец породы между плитами пресса только при отключенном прессе. Индентор должен быть надежно закреплен установочным винтом в пазу приспособления.

4.Нагружение образца производить при закрытом рабочем объеме пресса специальным щитом.

4

5. После проведения эксперимента выключить пресс и только после этого удалить продукты разрушения из его рабочего пространства.

Обработка результатов

1.Определить по формуле показатель контактной прочности.

2.Определить вероятность нахождения истинного среднего значе-

ния определяемого показателя Рк в интервале Pк −δ < Pкo < Pк +δ при различном числе испытаний образцов данной породы n, учитывая, что

3. По показателю Ркобосновать характеристику горной породы по степени крепости (средней крепости, выше средней крепости, повышенной крепости, очень крепкие) в соответствии с табл. 2.

Оформление лабораторной работы

1.Оформление лабораторной работы должно соответствовать требованиям ГОСТ 7.38-81 (СТ СЭВ 4254-84).

2.Оформленная работа должна содержать:

-конспект по внеаудиторной подготовке, включающий название работы, ее цель, краткую характеристику метода испытаний;

-результаты испытаний и их обработку, представленные в форме таблиц, расчетных зависимостей или графиков;

-анализ полученных результатов и выводы.

Контрольные вопросы

1.Для каких горных пород показатель контактной прочности горной породы является критерием разрушаемости?

2.Инденторы какой формы и размеров используются при испытаниях? От чего зависит диаметр индентора?

3.Какие требования предъявляются к торцевым поверхностям испытуемых образцов породы?

4.На сколько групп и классов разбиваются горные породы по показателю контактной прочности?

5.В каком интервале изменяется значение показателя контактной прочности для всех хрупких горных пород и внутри каждого класса?

5

Таблица 2

Классификация хрупких горных пород по контактной прочности

6

Список рекомендуемой литературы

1.ГОСТ Р 50544-93. Породы горные. Термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 1993. – 47 с.

2.ГОСТ 21153.1-8-75. Породы горные. Методы физических испытаний. – М.: Изд-во стандартов, 1975. – 28 с.

3.Барон Л.И. К выбору критерия оценки сопротивляемости горных пород разрушению шарошечным инструментом / Л.И. Барон, Л.Б Глатман // Разрушение горных пород шарошечным инструментом.

–М.: Наука, 1966. – С.18 - 27.

7

Лабораторная работа № 2 Влияние формы индентора на параметры разрушения выколом

Теоретические положения

Основным критерием сопротивляемости хрупкой горной породы механическому разрушению в приповерхностной зоне массива резцами проходческих машин и шарошечным инструментом является показатель контактной прочности Рк, МПа. Но при испытании некоторых пород не происходит образования лунки хрупкого выкола, а развивается трещина по всему образцу, поэтому определить показатель контактной прочности Рк, МПа не представляется возможным.

В ИГД им. А.А. Скочинского разработан метод испытаний пластичных горных пород, позволяющий определить их сопротивляемость статическому откалыванию.

Критерием сопротивляемости породы откалыванию Ротк является контактное давление в момент разрушения. Критерий Ротк предлагается для оценки сопротивляемости механическому разрушению пластичных пород в отличие от показателя контактной прочности для хрупких пород Рк . Показатель сопротивляемости откалыванию пластичной горной породы Ротк , МПа определяют по формуле

где Р2, Р1 - усилие откалывания при большем и меньшем диаметрах индентора, Н;

п2, п1 – число опытов;

S2, S1 – величины большей и меньшей площадей оснований инденторов, м2.

Цель и содержание работы

Сущность метода заключается в следующем. Для эксперимента используют образцы горной породы цилиндрической или кубической формы. Обязательным условием является высокая точность обработки торцов и их параллельность. В гладкую поверхность образца в точки, расположенные на расстоянии 15 мм от края образца, вдавливают инденторы цилиндрической формы с плоским основанием. В результате

8

вдавливания индентора часть образца откалывается в сторону его боковой стенки. При вдавливании используют инденторы цилиндрической формы с плоским основанием двух диаметров – 1,5 и 3 мм.

Целью работы является:

1. Знакомство с методом испытаний, оборудованием и правилами безопасности.

2.Определение показателя сопротивляемости откалыванию Ротк, МПа образцов пластичной горной породы.

3. Определение по показателю сопротивляемости откалыванию Ротк, МПа характеристики крепости пластичной горной породы.

Описание оборудования

Вдавливание инденторов производят на гидравлическом прессе, оснащенном специальным съемным приспособлением для зажима и центрирования индентора.

1

3

4

Приспособление для крепления индентора:

1 – плита; 2 – установочное гнездо; 3 – образец породы; 4 – нижняя плита пресса; 5 – накладка; 6 – крепежный болт и гайка;

7 – верхняя плита пресса; 8 – индентор; 9 – установочный винт

9

Порядок выполнения работы

1.Подготовить или отобрать образцы породы.

2.Укрепить приспособление для зажима и центрирования индентора на верхней плите пресса.

3.Образец установить в центре нижней плиты пресса.

4.Производить вдавливание индентора диаметра 1,5 мм в верхний торец образца на расстоянии 15 мм от его края. Скорость нагружения выдерживать в пределах 0,5 - 1,0 МПа/с. Нагружение производить до момента выкола лунки под индентором. Испытания повторить для индентора диаметра 3 мм.

5.Зафиксировать максимальную разрушающую нагрузку Р, Н в момент выкола лунки, глубину внедрения индентора, полученную лунку выкола по глубине и объему.

6.Данные эксперимента представить в виде табл. 1.

Таблица 1 Определение показателя сопротивляемости откалыванию