Способ испытаний механических свойств горной породы

 

СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОЙ ПОРОДЫ , включающий жесткое нагружение образца , измерение его деформации, величины нагрузки и суммарной энергии акустической эмиссии, по соотношению которых судят о механических свойствах горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов испытаний за счет приближения жесткости нагрузочной характеристики к реальным условиям, жесткость нагружения изменяют пропорционально суммарной энергии акустической эмиссии образца.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зов Е 21 С 39/00

Ф .) Ф и :

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3521976/22-03 (22) 10.12.82 (46) 28.02.84. Бюл. № 8 (72) М. П. Зборщик и В. В. Назимко (7l) Донецкий ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт (53) 622.35 (088.8) (56) 1. Виноградов С. P., Мирзоев К. М., Саломов А. Г. Исследование сейсмического режима при разрушении образцов. Душанбе, «Дониш», 1975, с. 10 — 28.

2. Хохлов В. К. Разработка месторождений полезных ископаемых. К., «Техника», 1980, вып. 57, с. 31 — 34.

ÄÄSUÄÄ 1076581 А (54) (57) СПОСОБ ИСПЫТАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОЙ ПОРОДЫ, включающий жесткое нагружение образца, измерение его деформации, величины нагрузки и суммарной энергии акустической эмиссии, по соотношению которых судят о механических свойствах горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов испытаний за счет приближения жесткости нагрузочной характеристики к реальным условиям, жесткость. нагружения изменяют пропорционально суммарной энергии акустической эмиссии образца.

1076581

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для испытания механических свойств горных пород.

Известен способ испытаний механических свойств горной породы, включающий установку образца под пресс, сжатие его и измерение усилий. деформаций и акустической эмиссии !1).

Недостатком данного способа является низкая точность результатов испытания из-за мягкой нагрузочной характеристики устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ испытаний механических свойств горной породы, вклк>чающий жесткое нагружение образца, изменение его деформации, величины нагруз ки и суммарной энергии акустической эмиссии, по соотношению которых судят о механических свойствах горной породы !2) .

Недостатком известного способа является низкая точность результатов испытаний из-за несоответствия режима жесткого нагружения образца реальным условиям. В лабораторных условиях реактивную компоненту противодавления задают максимально возможной, что повышает жесткость испытательного устройства. В реальном горном массиве жесткость системы «вмещающие выработку породы — горный массив» изменяется в процессе деформирования за счет растрескивания горной породы. При прочных монолитных горных породах массив может накапливать упругую потенциальную энергию деформирования, способную при определенных условиях к выделению в кинетическую энергию в виде ударов, внезапных отжимов и других динамических явлений. Разрушившиеся или сильно трещиноватые горные породы не склонны к такому поведению, их деформирование протекает плавно, без динамических импульсов. Таким образом, нагрузочная жесткость реального горного массива повышается при его разрушении, что не учитывается в известном способе испытаний.

1Яель изобретения — — повышение точности результатов испытаний за счет приближения жесткости нагрузочной характеристики к реальным условиям.

Поставленная цель достигается тем, что. согласно способу испытаний механических свойств горной породы, включающему жесткое иагружение образца, измерение его деформации, величины нагрузки и суммарной энергии акустической эмиссии, по соотношению которых судят о механических свойствах горной породы, жесткость нагружения изменяют пропорционально суммарной энергии акустической эмиссии образца.

Изменение жесткости иагружения в зависимости от суммарной энергии акустической эмиссии позволяет учесть влияние нару5 !

О !

45

15 шенности породы на режим ее нагружения, приблизив его к реальному.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.

Образец 1 песчаника устанавливают под плиты пресса 2 и 3 рядом с гидродомкратами 4 и 5. На образце 1 закрепляют тензометрические датчики 6 деформации и акустические датчики 7, над образцом устанавливают силоизмеритель 8, акустический датчик 7 и гидродомкраты 4 и 5 соединены с соответствующими преобразователями 9 — 11.

Преобразователи 9 — 11 подключены к аналоговой вычислительной машине 12 (АВМ).

АВМ также подключена к преобразователю 13 управляющего сигнала, имеюгцего связь с регулируемым дросселем 14. Дроссель подключен между гидродомкратами 4 и 5 и маслостанцией !5.

Вначале плитами пресса 2 и 3 создают в образце сжимающее напряжение и плавно его увеличивают (со скоростью 0,5—

1,0 МПа/мин). При этом давление в гидродомкратах 4 и 5 равно нулю (равна нулю соответственно и жесткость нагрузочной характеристики). В момент возникновения акустической эмиссии от образца, фиксируют ее датчиком 7 и передают сигнал на преобразователь 9 — накопитель энергии сигналов.

АВМ вычисляет текущую жес1кость нагрузочной характеристики по показаниям силоизмерителя 8 и преобразователя II, а также необходимую жесткость по показаниям акустического датчика 7. Затем АВМ сравнивает значения текущей и необходимой жесткостей нагрузочной характеристики.

Если значение текущей жесткости меньше необходимого уровня, АВМ выдает управляющий сигнал через преобразователь 13 на дроссель 14, открывая его, в результате чего давление от маслостанции 15 попадает в гидродомкраты 4 и 5.

Анализ имеющихся результатов показал, что коэффициент жесткости нагрузочной характеристики и2 удобно определять по следующей зависимости

lO= N jl+VOo. где И, — начальное значение жесткости;;

Я вЂ” коэффициент пропорциональности; — приведенная к единице давления удельная энергия акустической эмиссии (энергия, излучаемая единицей объема породы при приложении единичной нагрузки), Дж/м з/МП а.

Под коэффи циентом жесткости н а груз очной характеристики понимают величину, определяемую из уравнения: цр Ь Р

Рп где Р, — общая нагрузка от пресса, МПа;

Є— полезная часть нагрузки, приложенная к образцу 1 и фиксируемая силоизмерителем 8

Для образцов с пределом прочности на сжатие не более 50 МПа близкую к абсо-, 1076581 з лютной жесткую нагрузочную характеристику нагружения удается создать лишь прн условии ю 4 8 — 10. Этому значению соответствует коэффициент пропорциональности

К = (1,6 — 2).107.

Таким образом, при моделировании раз5 рушения образца в слабых трещиноватых породах коэффициент пропорциональности между энергией акустической эмиссии и жесткостью нагрузочной характеристики следует принимать равным около 2 10т. 10

При моделировании процесса разрушения образца в прочных монолитных породах (например, для имитации горных ударов) коэффициент необходимо уменьшить до (0,7 — 1,0) 10 .

Использование предлагаемого способа испытаний механических свойств горных пород позволяет повысить точность результатов исследований за счет приближений жесткости нагрузочной характеристики к реальным условиям. В частности, способ позволяет более полно оценивать удароопасность горных пород, поскольку последняя изменяется не только от скорости деформирования и механических свойств породы, но и от жесткости нагрузочной характеристики вмещающего массива. При учете последнего обстоятельства погрешность оценки уменьшается в 1,5 — 2 раза. Так, при оценке удароопасности путем нагружения образца известным способом жесткость характеристики при нимается максимально возможной на весь период испытаний. Это приводит к весьма опасной погрешности, так как при идеально жестком нагружении удароопасные породы могут быть переведены в разряд неудароопасных. Испытания кварцевого песчаника по известной методике с поддержанием максимальной жесткости нагружения показали, что его предел прочности иа сжатие равен 72 МПа, а коэффициент хрупкости 0,58, что позволило отнести песчаник к неудароопасному. Испытание этого же песчаника предлагаемым способом дало следующие результаты: средний предел прочности

66,3 МПа, коэффициент хрупкости 0,87, т.е. песчаник — удароопасен. Удароопасность песчаника подтвердилась и при определении ее по методике ВНИМИ.

Редактор П. Макаревич

3а каз б95/29

Составитель Г. Алексеева

Техрел И. Верес Корр«ктор О. Ги ч

Тираж 5б4 Полиисио

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная. 4