7.1.4. Абразивность

Абразивность – параметр, характеризующий способность горной породы изнашивать поверхность породоразрушающего инструмента на границе контакта порода – инструмент. Количественной характеристикой абразивности служит показатель абразивности, который в зависимости от способа ее определения измеряется в весовых единицах (потеря массы изнашиваемого эталона в мг) или удельных единицах (потеря массы эталона на единицу пути износа в мг/км).

Вообще говоря, было предложено большое количество способов определения абразивности, различающихся по условиям испытаний и виду предоставляемых результатов. При этом не предоставляется возможным количественное сопоставление показателей абразивности, полученных разными методами. Краткую сводку способов определения абразивности и соответствующую библиографию можно найти, например, в [36].

На стадии извлечения полезного ископаемого мехническим способом абразивность является одной из характеристик процесса резания. На этапах транспортировки, дробления, грохочения абразивность позволяет дать оценку износа футеровки, деталей, имеющих непосредственный контакт с породой. Абразивное действия породы на инструмент зависит от усилия, которое создает инструмент на породу, и от его материала.

Для каждого технологического процесса существует линейная связь между износом инструмента и твердостью (контактной прочностью) породы. Однако параметры связи могут быть установлены лишь в результате испытаний.

Д ля определения показателя абразивности наибольшее распространение получил метод по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову. Схема установки с испытуемым образцом показана на рис. 7.5. Отметим, что определение абразивности по данному методу входит в программу испытаний проходческих комбайнов согласно ГОСТ Р50703-2002.

Величиной показателя абразивности служит суммарная потеря массы в миллиграммах эталонного стержня диаметром 8 мм и длиной 70 мм из стали по ГОСТ 14955-77 «Сталь качественная круглая со специальной отделкой поверхности» при истирании его торца о необработанную поверхность образца горной породы. Масса испытуемых образцов породы должна быть не менее 0,1 кг. Образец породы жестко закрепляется в тиски так, чтобы обеспечивался полный контакт торца стержня и поверхности породы. Используются стержни с обточенными торцами, которые должны быть перпендикулярны оси вращения. С одного торца в стержнях высверливается глухое отверстие диаметром 4 мм и глубиной 10…12 мм. В каждом опыте проводят истирание стержня по 10 мин сначала одним концом, а потом другим концом, меняя каждый раз участок поверхности образца. Стержень, предварительно промытый бензином или толуолом, взвешивают до и после испытаний с точностью до 0,1 мг. Истирание стержня производится в сверлильном станке, обеспечивающем усилие на породу 147 Н и частоту вращения шпинделя 400 об/мин.

При указанных параметрах опыта создается давление стержня на породу порядка 3 МПа (соизмеримо с давлением исполнительного органа комбайна на забой), температура стержня не превышает 200…250 ⁰С (при такой температуре сталь сохраняет свои механические свойства).

Величина показателя абразивности определяется по формуле

, (7.4)

где - количество опытов, - потеря массы стержня за каждый опыт, мг.

По величине показателя абразивности судят о классе абразивности породы согласно табл. 7.4.

Таблица 7.4

Классификация горных пород и минералов по абразивности (по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову)

Класс абразивности	Показатель абразивности, мг	Характеристика	Примеры пород
I	<5	Весьма малоабразивные	Известняки, мраморы, мягкие сульфиды без кварца (галенит, сфалерит, пирротин), апатит, каменная соль, глинистые сланцы
II	5…10	Малоабразивные	Сульфидные и барито-сульфидные руды, аргиллиты, мягкие сланцы (углистые, глинистые, хлорито-аспидные)
III	10…18	Ниже средней абразивности	Джеспилиты, роговики (рудные и нерудные), кварцево-сульфидные руды, магматические тонкозернистые породы, кварцевые и аркозовые тонкозернистые песчаники, железные руды, окремненные известняки
IV	18…30	Среднеабразивные	Кварцевые и аркозовые мелкозернистые песчаники, диабазы, крупнозернистый пирит, арсенопирит, жильный кварц, кварцево-сульфидные руды, магматические мелкозернистые породы, окварцованные известняки, джаспероиды
V	30…45	Выше средней абразивности	Кварцевые и аркозовые средне- и крупнозернистые песчаники, плагиограниты, мелкозернистые граниты и диориты, порфириты, габбро, гнейсы, скарны (рудные и нерудные)
VI	45…65	Повышенной абразивности	Граниты, диориты, гранодиориты, граносиениты, порфириты, нефелиновые сиениты, амфиболиты, кварцевые и окварцованные сланцы, гнейсы
VII	65…90	Высокоабразивные	Порфириты, диориты, граниты, гранитоидные нефелиновые сиениты
VIII	>90	В высшей степени абразивные	Корундосодержащие породы

Следует отметить некоторые недостатки рассмотренного метода определения показателя абразивности:

• низкая достоверность определения абразивности для слабых пород;

• физико-механические характеристики металла истираемого стержня отличаются от таковых для резцов комбайна;

• локальный нагрев породы в месте истирания стержня приводит к существенному понижению ее прочностных характеристик, поэтому образец после испытания на абразивность не может быть испытан на прочность.