Е.К. Соколова Критерии разрушаемости горных пород и углей

10

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.

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

Обработка результатов

1.Определить по формуле показатель сопротивляемости откалы-

ванию.

2.Определить вероятность нахождения истинного среднего значения определяемого показателя Ротк в интервале

Pотк −δ < Po < Pотк +δ

при различном числе испытаний образцов данной породы n, учитывая, что

			1	n				1	n
	Pотк	=		∑ Роткi	;	δ =			∑(Pоткi	− Pотк )2 .
			n i =1					n −1 i =1

3. По показателю Ротк обосновать характеристику пластичной 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.

11

Таблица 2

Классификация пластичных горных пород по показателю сопротивляемости откалыванию

Группа классов		Характеристика пород	Значения
	Класс пород		показателя		Характерные породы,
			сопротивляемости
			откалыванию		входящие в данный класс
			Ротк
	I	Cлабые	10		Известняки, соли, гипс,
I	II		10	- 20	глинистый сланец
		Ниже	20	- 30	Песчаники,
II	III	средней	30	- 40	мраморы, известняки
	IV	крепости
	V	Средней	40	- 55	Песчаники,
III	VI	крепости	55	- 70	мраморы, известняки
	VII	Выше	70	- 90
IV		средней			Граниты, габбро, порфирит
	VIII	крепости	90 - 110
V		Повы-	110	- 140
	IX	шенной			Граниты, габбро, порфирит
	X	крепости	140	- 170
	IX	Очень	170	- 210	Граниты, габбро, порфирит
VI	X	крепкие	210	- 250
VII	XI	Креп-	250	- 300
	XII	чайшие	Более 300		Кварцит

Контрольные вопросы

1.Для каких горных пород показатель сопротивляемости статическому откалыванию является критерием разрушаемости?

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

3.Инденторы какой формы и размеров используются при испы-

таниях?

4.На каком расстоянии от обнаженной поверхности вдавливают

12

индентор? Как влияет это расстояние на величину показателя статическому откалыванию?

5.На сколько групп и классов разбиваются горные породы по показателю сопротивляемости статическому откалыванию?

6.В каком интервале изменяется значение показателя сопротивляемости статическому откалыванию для всех пластичных горных пород и внутри каждого класса?

Список рекомендуемой литературы

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

2.Яшина Л.С. Классификация горных пород по сопротивляемости статическому откалыванию и хрупко-пластическим свойствам. – Науч. тр. / ИГД им А.А. Скочинского, 1980, вып. 189. – С. 37 - 43.

3.Глатман Л.Б. К методике испытаний горных пород на статическое откалывание / Л.Б. Глатман, Л.С. Яшина. – Науч. тр. / ИГД им А.А. Скочинского, 1982, вып. 207. – С. 46-50.

4.Леванковский И.А. Разработка методов расчета нагруженности

иизносостойкости лобовых дисковых шарошек проходческих комбайнов. Автореф. дис… канд. техн. наук / ИГД им. А.А. Скочинского. – М., 1983. – 15 с.

13

Лабораторная работа № 3 Влияние формы индентора на параметры разрушения сколом

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.

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

Вто же время авторами метода отмечается значительное влияние масштабного фактора на значение прочностного показателя при статическом откалывании. Интенсивность изменения приведенных величин Р/ l не одинакова на различных участках кривой, что объясняется различным характером разрушения – переходом от сдвига к отрыву.

Всвязи с этим в КузГТУ предложен метод определения контактной прочности при полублокированном вдавливании индентора-диска.

Критерием сопротивляемости породы при полублокированном

вдавливании РS является контактное давление в момент разрушения. Критерий РS предлагается для оценки сопротивляемости механическому разрушению как хрупких, так и пластичных пород при разрушении их дисковым скалывающим инструментом.

Показатель сопротивляемости породы при полублокированном вдавливании РS, МПа определяют по формуле

		n
		∑Pi
P	=	i=1		,
S		n S10	6

где Рi – усилие откалывания в момент выкола, Н; п – число опытов;

S – площадь контакта индентора-диска, м2.

Площадь контакта индентора-диска в момент выкола определяется по геометрическим параметрам индентора и глубине внедрения в образец h по формуле

14

S = (R1(l1 −a1 )+ a1h1 + R2 (l2 −a2 )+ a2h2 ),

где R

=1,45 10

−2 ; R

2

=1,25 10−2 м; a

i

= 2

h

(2R −h )м;

1

i

i i

li

= 4πRi

Ri −hi

м; i = 1,2 – геометрические параметры ин-

arccos

R

i

дентора-диска;

hi – высота контакта индентора соответственно по торцу и конической поверхности, м.

Цель и содержание работы

Сущность метода, предложенного в КузГТУ, заключается в следующем. Для эксперимента используют образцы горной породы цилиндрической или кубической формы. Обязательным условием является высокая точность обработки торцов и их параллельность.

Для создания условий полублокированного вдавливания на образцах вырезается уступ на верхней грани глубиной h =15 - 18 мм и шириной 40 мм для избежания влияния обнаженной боковой поверхности. В гладкую поверхность образца в точки, расположенные на расстоянии 15 мм от края образца, вдавливают инденторы. В результате вдавливания индентора часть образца откалывается в сторону уступа. При вдавливании используют инденторы в форме усеченного конуса диаметром 25 мм, толщиной 5 мм и c углом заострения 300. Шаг вдавливания равняется 7 - 8 мм.

Целью работы является:

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

2.Определение показателя сопротивляемости породы при полублокированном вдавливании РS, МПа образцов горной породы.

Описание оборудования

Уступ на поверхности образца вырезается на камнерезном станке САСП–1.

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

15

6

7

5

1

2		8	9

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

Порядок выполнения работы

1.Подготовить или отобрать образцы породы. Вырезать на каждом образце уступ.

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 на расстоянии 7 - 8 мм от его края. 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

16

момент выкола лунки, глубину внедрения индентора, полученную лунку выкола по глубине и объему.

6. Данные эксперимента представить в виде таблицы.

Определение показателя сопротивляемости породы при полублокированном вдавливании

Условный	Усилие	Площадь			Глубина	Показатель сопро-	Среднее зна-
номер об-	выкола	контакта,			внедрения	тивляемости при	чение РS,
разца	Р, Н		-4	2	h, мм	полублокированном	МПа/
		S 10		, м		вдавливании	коэффициент
						РS, МПа	вариации
							ν,%
1.1
…
1.10
2.1
…
2.10
3.1
…

Правила техники безопасности

1.К работе на камнерезном станке допускаются лица, прошедшие специальный курс обучения.

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

3.Не включать пресс без разрешения преподавателя.

4.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.

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

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

Обработка результатов

1. Определить по формуле показатель сопротивляемости при полублокированном вдавливании РS, МПа.

17

2. Определить вероятность нахождения истинного среднего значения определяемого показателя РS, МПа в интервале

Ps −δ < Po < Ps +δ

при различном числе испытаний образцов данной породы n, учитывая, что

		1	n				1	n
	Ps =		∑ Рsi	;	δ =			∑ (Psi	− Ps )2 .
		n i =1					n −1 i =1

3. По показателю РS, МПа обосновать характеристику пластичной горной породы по степени крепости (средней крепости, выше средней крепости, повышенной крепости, очень крепкие).

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 сопротивляемости породы при полублокированном вдавливании является критерием разрушаемости?

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

3.Инденторы какой формы и размеров используются при испы-

таниях?

4.С какой целью вырезается уступ на верхней грани образца?

5.На каком расстоянии от края уступа производится вдавливание индентора?

Список рекомендуемой литературы

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

18

Лабораторная работа № 4 Определение сопротивляемости угля резанию

Теоретические положения

В качестве критерия разрушаемости углей режущими инструментами горных машин применяется показатель сопротивляемости углей резанию.

Для определения сопротивляемости угля резанию в естественных условиях по методу ИГД им. А.А. Скочинского специально сконструированной установкой ДКС1 производится резание в блокированном режиме стружками различной толщины. За показатель сопротивляемости угля резанию А, кН/м принято приращение силы резания Z, кН на 1 м толщины стружки.

Сопротивляемость угля резанию определяется по формуле A=Z/h, где Z – усилие резания, кН; h – толщина стружки, м.

Взависимости от физико-механических свойств углей и их состояния в забое величина А для отечественных углей составляет 25 - 450 кН/м. Угольные пласты всех месторождений СНГ по сопротивляемости угля резанию подразделяются на восемь классов в соответствии с классификацией, приведенной в ОСТе, – от самых слабых с сопротивляемостью угля резанию 0 - 60 кН/м, до самых крепких – более 420 кН/м, с градацией классов через каждые 60 кН/м.

Внастоящее время для определения сопротивляемости угля резанию разработан действующий на том же принципе простой и удобный

вэксплуатации прибор – динамометрическое сверло СДМ2.

Цель и содержание работы

В лабораторном эксперименте сопротивляемость резанию блоков определяется в эталонном режиме резания. Резание производится с выровненной поверхности, в блокированном режиме резания, эталонным резцом: угол резания δ=50о; задний угол α=10о; ширина режущей кромки b=20 мм; форма режущей кромки трапециевидная; передняя грань плоская. Толщина среза варьируется h=0,01 - 0,06 м.

Целью работы является:

1.Ознакомление с методом испытаний, оборудованием в естественных условиях.

2.Ознакомление с оборудованием для лабораторного эксперимента.

3.Определение сопротивляемости угля резанию на стенде.

19

4. Определение класса угля по сопротивляемости резанию.

Описание оборудования

Резание осуществляется на лабораторном стенде (рис.1). Усилия, возникающие на инструменте при разрушении массива,

определяются с помощью тензометрической головки. Для повышения точности замеров усилия разрушения на инструменте, устранения регулировочных работ и упрощения конструкции разработана тензометрическая головка, не имеющая подвижных элементов, – тензометрические стержни и основание выполнены в виде жесткой системы (рис. 2).

Тензометрическая головка включает основание, с которым жестко соединены три взаимно перпендикулярных стержня. Первый стержень является одновременно резцедержателем, в котором с помощью стопора крепится резец. Основание тензометрической головки жестко крепится к траверсе стенда, которая в зависимости от конструкции рабочего органа или стенда может быть либо неподвижной при перемещающемся разрушаемом блоке угля, либо подвижной при жестком закреплении блока.

На стержнях тензометрической головки имеются проточки под тензодатчики. При исследовании процесса разрушения на стенде блок угля перемещается в направлении скорости подачи или усилия резания. При этом резец осуществляет резание, и на нем возникают усилия резания, подачи и боковое усилие. Возникающие в процессе разрушения массива усилия вызывают упругие деформации в тензометрических стержнях, приводящие к изменению сопротивления тензодатчиков, что позволяет произвести регистрацию крутящих моментов в тензостержнях.