Е.К. Соколова Критерии разрушаемости горных пород и углей

20

Рис.1. Стенд для моделирования процесса разрушения массива рабочим инструментом:

1 – основание стенда; 2 – боковые стойки; 3 – портал; 4 – укосины; 5 – траверса; 6 – ходовой винт; 7 – рама; 8 – тележка; 9 – тензометрическая головка; 10 – рабочий инструмент; 11 – угольный блок; 12 – гидроцилиндр привода тележки

с установленным на ней блоком

Получаемый от тензодатчиков электрический сигнал усиливается в усилителе 8АНЧ-7м, преобразуется в световой сигнал с помощью гальванометров типа М004, шлейфового осциллографа К-115 и регистрируется на светочувствительной бумаге.

Для исключения взаимного влияния одновременно возникающих

21

деформаций кручения, сжатия и растяжения датчики, регистрирующие деформации кручения, наклеиваются под углом 45° к оси тензостержней и включаются по мостовой схеме.

Поскольку модуль упругости металлов не зависит от скорости нагружения, тарировка тензометрических датчиков проводится в статических условиях. Для определения степени влияния составляющих усилия разрушения на регистрируемые деформации тензодатчиков при тарировке каждой из составляющих включается вся схема.

Рис. 2. Тензометрическая головка:

1 – траверса стенда; 2 – блок; 3 – эталонный резец; 4-7 – стержни тензометрической головки

22

Порядок выполнения работы

1.Эталонный резец устанавливается перемещением траверсы стенда в положение, соответствующее предполагаемой толщине стружки h.

2.В блокированном режиме с выровненной поверхности блока производится резание по всей длине блока.

3.Подача блока и включение аппаратуры, фиксирующей усилия разрушения, производятся синхронно.

4.Продукты разрушения тщательно собираются, пылевые фракции сметаются щеткой в емкости и используются в дальнейшем для определения показателя хрупкости блока.

5.По борозде резания на блоке замеряется фактическая толщина (глубина) стружки.

Техника безопасности

1.Все работы по настройке аппаратуры и резанию на стенде производятся только учебным мастером или преподавателем.

2.Установка резца в рабочее положение, отбор продуктов разрушения и замеры фактической глубины стружки производятся только после отключения всей аппаратуры стенда.

Обработка результатов

1.Расшифровываются осциллограммы, с учетом тарировочных коэффициентов определяется усилие резания по всей длине стружки.

Для исключения влияния обнаженной поверхности для расчетов выбираются значения усилий резания в установившемся режиме. При длине стружки в 1 м – это центральный участок осциллограммы, соответствующий длине 0,6 - 0,7 м.

2.Данные замеров и расчетов заносятся в таблицу.

3.Определяется по формуле сопротивляемость угля резанию.

4.По значению сопротивляемости угля резанию определяется класс угля.

23

Результаты эксперимента по определению сопротивляемости угля резанию

		Устанав-	Фактическая	Усилие	Сопротивляе-	Среднее
блока	№реза	ливаемая	толщина	резания	мость угля ре-	значение
		толщина	стружки	Z, кН	занию	AСР,
№		стружки	hФ, м		A, кН/м	кН/м
		h, м
	1	0,01
	2	0,02
I	3	0,03
	4	0,04
	5	0,05
	6	0,06
II
III
		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 резанию является критерием разрушаемости?

2.Режущий инструмент какой формы и размеров используется при испытаниях?

3.В каком режиме производится резание эталонным резцом (блокированный, полублокированный, свободный)?

4.Каким требованиям должна отвечать поверхность резания?

5.На сколько классов разбиваются угли по показателю сопротивляемости резанию?

24

6. В каком интервале изменяется значение показателя сопротивляемости угля резанию внутри каждого класса?

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.Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами. – М.: Наука, 1972. – 238 с.

25

Лабораторная работа №5 Исследование пылеобразования при разрушении породы

и угля режущими инструментами горных машин Теоретические положения

Для исследования пылеобразования при разрушении углей и горных пород режущими инструментами горных машин в качестве количественной характеристики степени хрупкости угля ИГД им. А.А. Скочинского предложен инвариантный параметр Е, который определяется на основе гранулометрического состава продуктов разрушения массива режущим инструментом.

Хрупко-пластические свойства угля оцениваются показателем хрупкости

= exp(2,3m)−

E m2 8,4 ,

где m – показатель способности углей к измельчению.

Физическая сущность показателя m характеризует способность данного угля распадаться при резании на отдельности, образующие в совокупности определенную, присущую только ему, форму распределения гранулометрического состава, не зависящую от способа и режима резания.

Показатель способности углей к измельчению находится по фор-

муле

n∑n xi yi −∑n xi ∑n yi

m =	i =1	i =1		i =1		,
					2
	n		n
	n∑xi2 −		∑xi
	i =1	i =1

где n – количество экспериментальных точек; xi = ln di ;

yi = ln[−ln(1 −Wi )];

di – размер отверстия сита, мм;

Wi – относительный выход подрешетного продукта в долях единицы.

Показатель способности углей к измельчению для всех углей находится в пределах от 0,4 до 1,2.

По показателю хрупкости все угли делятся на три группы: вязкие

26

Е< 2,1; хрупкие 2,1 < Е < 3,5; весьма хрупкие Е > 3,5.

Врезультате специальных исследований в лаборатории резания ИГД им. А.А. Скочинского установлен количественный критерий разрушаемости R, однозначно определяющий энергоемкость процесса резания и зависящий от показателей сопротивляемости резанию A и степени хрупкости угля E:

R = 0E,38+1A , кВт ч см/м3

Цель работы

1.Ознакомление с методом испытаний.

2.Исследование гранулометрического состава продуктов разрушения различными режущими инструментами.

3.Определение инвариантного параметра Е, характеризующего степень хрупкости угля.

4.Определение количественного критерия разрушаемости R.

Описание оборудования

При резании блоков на стенде во время выполнения лабораторной работы № 4 “Определение сопротивляемости угля резанию” весь разрушенный материал собирается в отдельные емкости с указанием параметров разрушения, режущего инструмента, сопротивляемости блока резанию. Содержимое каждой емкости является пробой для ситового анализа продуктов разрушения.

Гранулометрический состав продуктов разрушения определяется ситовым анализом проб на ситах с отверстиями 1; 3; 6; 13; 25; 50 мм.

Порядок выполнения работы

1.При выполнении лабораторной работы № 4 продукты разрушения тщательно собираются, пылевые фракции сметаются щеткой в емкости и используются в дальнейшем для определения показателя хрупкости блока.

2.Производится рассев пробы на каждом сите в отдельности, начиная с сита с наибольшим размером отверстий, до равномерного выпадения кусков.

27

3. Подрешетный материал каждого класса взвешивается с точностью не менее 0,1 %.

Правила техники безопасности

1.Обор продуктов разрушения и замеры фактической глубины стружки производятся только после отключения всей аппаратуры стенда.

2.Рассев продуктов разрушения на ситах производить в защитной маске, предохраняющей от пыли.

Обработка результатов

1.По данным ситового анализа определяется средний выход подрешетного продукта в долях единицы.

2.Результаты анализа заносятся в таблицу.

3.Определяется показатель способности углей к измельчению m и показатель хрупкости Е

4.Определяется характеристика угля по хрупкости.

5.Определяется количественный критерий разрушаемости R.

Результаты исследования гранулометрического состава продуктов разрушения

№	Средний выход подрешетного продукта в долях единицы W							Показатели
блока/			Класс крупности, мм					измельчения
реза	0 - 1	1 - 3	3 - 13	13 - 25		25 - 50	50 - 100	m	Е
1.1
1.2….

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.

28

Контрольные вопросы

1.Для каких горных пород показатели Е и R являются критериями разрушаемости?

2.Какой форме и размерам должны отвечать отверстия в ситах?

4.На сколько групп разбиваются угли по показателю хрупкости?

5.Какой показатель определяет энергоемкость процесса резания

угля?

Список рекомендуемой литературы

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

2.Позин Е.З. Измельчение углей при резании / Е.З. Позин, В.З. Меламед, С.М. Азовцева. – М.: Наука, 1977. – 136 с.

3.Азовцева С.М. Исследование и совершенствование метода оценки разрушаемости углей при резании // Теория и практика разрушения углей и горных пород. М.: ИГД им А.А. Скочинского, 1978. –

С. 33-34.

29

Составитель Евгения Кузьминична Соколова

КРИТЕРИИ РАЗРУШАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И УГЛЕЙ

Методические указания к лабораторным работам № 1 – 5 по дисциплине «Механическое разрушение» для студентов

специальности 070600 «Физические процессы горного производства»

Редактор З.М. Савина

Подписано в печать 23.04.03. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 1,60. Тираж 50 экз. Заказ ГУ КузГТУ. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28

Типография ГУ КузГТУ. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А