Способ определения твердости горной породы

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ по авт. св. N° 853103, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов испытаний при разных видах объемного напряженного состояния, в отверстии устанавливают вкладыш из пластического материала и прикладывают независимые друг от друга контактные усилия на вкладыш и на плоское обнажение породы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

q g Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 853103 (21) 3393377/22-03 (22) 05.02.82 (46) 07.05.83. Бюл. № 17 (72) М. П. Зборщик и В. В. Назимко (?1) Донецкий ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт (53) 622.235 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 853103, кл. Е 21 С 39/00, 1979.

„„Я0„„1016509 A (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ по авт. св. № 853103, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов испытаний при разных видах объемного напряженного состояния, в отверстии устанавливают вкладыш из пластического материала и прикладывают независимые друг от друга контактные усилия на вкладыш и на плоское обнажение породы.

1016509

Предел прочности

МПа

Коэффициент бокового распора

Модуль объемной деформации, Мпа

Горизонтальная деформация

Горизонтальное напряжение

Вертикальная деформация

Вертикальное напряжение в кер. е, МПа

3 ° 10

2-105

1,8 ° 1Π— 1,2" 10

4.105

2 8" 105

2 2 ° )О

-0,8 10

60 ьО

0,000

0,0005

0,001

О,OO2

0,004

20

0,01

0,62

0,10

0,15

120

12О

0,0015

0,0018

0,0045

0,150

0,000

0,0004

60

0,012

0,18

108

0,63

Изобретение относится к способам определения механических свойств горных пород.

По основному авт. св. № 853103 известен способ определения твердости горной породы, заключающийся в том, что на плоском обнажении горной породы высверливают цилиндрическую лунку глубиной, равной 3 — 4 -м ее диаметрам, вдавливают рядом с лункой цилиндрический пуансон, а о твердости горной породы судят по усилию вдавливания в момент разрушения боковой стенки лунки (1).

Однако указанный способ характеризуется низкой точностью, связанной с отсутствием учета различных видов напряженного состояния горных пород в массиве.

Целью изобретения является повышение точности результатов испытаний при разных видах объемного напряженного состояния.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения твердости горной породы в отверстии устанавливают вкладыш из пластического материала и прикладывают независимые друг от друга усилия на вкладыш и на плоское обнажение породы. Вкладыш выполнен из пластического материала.

Из таблицы следует, что при боковом давлении 0 МПа предел прочности на одноосное сжатие — 55 МПа, при боковом давлении — 40 МПа, предел прочности на объмное сжатие — 108 МПа. Коэффициент бокового распора равен 0,62 — 0,63 и не зависит от уровня напряжений при всестороннем сжатии.

Модуль объемной деформации сильно зависит от вида напряженного состояния.

Так в допредельной области породы модуль уменьшается при увеличении разности нормальных напряжений, а в момент разрушения меняет знак на противоположный, что

На фиг. 1 изображена схема реализации способа контактных испытаний пластических горных пород; на фиг. 2 — то же, способ хрупких пород.

5 Пример 1. Для испытаний прочности на сжатие в объемном напряженном состоянии известняка, коэффициента бокового распора, а также изучения зависимости модуля объемной деформации от разности нормальных напряжений на плоском обнажении известняка 1 (фиг. 1) сверлят кольцевую лунку 2 глубиной 5 см, имеющую внешний диаметр 2 см, внутренний — 1 см. Устанавливают в лунке 2 кольцевой вкладыш 3 из капрона, в который заранее вплавили тензо15 метрический измеритель поперечных деформаций 4. На торец керна 5 установили цилиндрический пуансон 6 диаметром 0,95 мм.

На вкладыш 3 устанавливают пуансон 7. К пуансону 6 прилагают усилие, создающее напряжение 61, к пуансону 7 — напряжение 6 . Вертикальные деформации пуансонов 6 и 7 измеряют соответственно деформометрами 8 и 9 Поперечную деформацию керна 5 измеряют тензометрическим измерителем 4. В таблице приведены результаты измерений. свидетельствует о дилатинсии (увеличении объема) породы.

Пример 2. Для испытаний хрупкого пес50 чаинка на породном обнажении 10 (фиг. 2) сверлят цилиндрическую лунку 11 диаметром 1 см. В лунке 11 устанавливают свинцовый вкладыш 12 с вплавленным тензометрическим индикатором 13 поперечных деформаций. На вкладыш 12 установили цилиндрический пуансон 14 с проточкой 15, через которую пропускают проводники 16 от тейзометрического индикатора 13.

С помощью пуансона 14 создают во вкла10 з дыше 12 напряжение 6,, кольцевым пуансоном 17 создают в породе напряжение 6z

В результате испытаний получены следующие значения искомых параметров.

Предел прочности на одноосное сжатие при боковом давлении 10 МПа — 110 МПа; при 15 МПа — 150 МПа; при 20 МПа—

180 МПа. Коэффициент бокового распора—

042 (коэффициент Пуассона — 0,29) Модуль объемной деформации при нормальных напряжениях 20 МПа, и при главном нормальном напряжении 100 МПа равен

5.10вМПа.

Использование вкладышей из материалов с хорошо изученными свойствами поз-, воляет создать контролируемую боковую нагрузку на породное обнажение и обеспечить разные режимы объемного нагружения. При использовании высокопластичного материала — капрона, имеющего коэффи циент бокового распора, равный 1, в боковое давление передается все усилие пуансона. При необходимости создания высоких

16509

4 нагрузок для испытаний особо прочных пород (крепких песчаников и др.) для вкладыша используют свинец. Схема испытаний со сверлением кольцевой лунки и образованием керна целесообразна для пластичных пород. В хрупких породах керн разрушается во время сверления лунки, поэтому используют схему со сверлением цилиндрической лунки.

Предлагаемый способ контактных испытаний позволяет lIoBbIcHTb точность испытаний при разных видах напряженного состония на 10 — 15% за счет надежного контроля нагрузок, передаваемых испытуемому объему породы и более точного определения прочности и модуля деформации при

15 сложных видах объемного нагружения.

Вследствие этого производят более точ-. ный расчет подземных сооружений, исполнительных органов горных машин, что позволяет сэкономить материалы для крепления выработок, усиления органов комбайнов и др.

Составитель Л. березкина

Редактор П. Коссей Техред И. Верес Корректор В. Гнрняк

Заказ 3337/34 Тираж б03 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий

I 13035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4