Стенд для определения характеристик напряженных горных пород

 

СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий раму с пуансоном и опорным кольцом, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности измерения за счет определения твердости и абразивности горных пород, находящихся в напряженном состоянии под действием растягивающих напряжений, рама снабжена твердомером , измерителем абразивности и направляющими, опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансон вьшолнен в виде шаровогь сегмента, площадь которого больше или равна площади торца образца, горной поросл ды.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 А (51) Е 21 С 39/00 (® I ..„°,, Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3563660/22-03 (22) 18.03.83 (46) 15.04.84 Бюл. )) 14 (72) А.Н.Москалев, В.М.Ткаченко, Л.Г.Керекилица, Н.Я.Трохимец, Ю.Н.Вахалин и В.A.Ïoïêoâ (71) Институт геотехнической механики АН УССР (53) 622.235 (088.8) (56) 1. Ильницкая Е.И. и др. Свойства горных пород и методы их определения. M., "Недра", 1969, с. 215-245.

2. Барон Л.И. и др. Сопротивляемость горных пород отрыву. Киев, "Наукова Думка", 1974, с. 48 (прототип) . (54) (57) СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий раму с пуансоном и опорным кольцом, отличающийся тем, что, с целью повьппения информативности измерения sa счет определения твердости и абразивности горных пород, находящихся в напряженном состоянии под действием растягивающнх напряжений, рама снабжена твердомером, измерителем абразивности и направляющими, опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансон выполнен в виде шарового сЕгмента, площадь которого больше или равна площади торца образца, горной породы.

1086 164 пород, включающее раму с пуансонам и ог орным кольцам Ц .

Недостатком данного устройства является та что с его помощью невозможно определить характеристики горньгх пород (твердость, абразивность и др. находящихся в усло-виях растяжения, так как в нем отсутствуют нагрузочные устройства и -::.змерптельная аппаратура. Кроме того, при такой конструкции невозможно нагружение растянутой поверхности диска измерительным индентором или измерительным стержнем, так как нагружение этими измерительными инструментами во все точки диска (кроме лежащих под площадью контакта пуансона с образцом породы) вызывает обратный прогиб пластины гарной породы или срез ее, что приводит к искажению нужного нам растянутого напряженного состояния образца.

Цель изобретения — повышение информативности измерения за счет определения твердости и абразивности горных пород, находящихся в напря-женном сос" îÿíèÿ под действием растягивающих напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем раму с пуансоном и опорным ксльцам, рама снабжена твердомером,измерителем абразивности и направляюшдми, опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансон выполнен B ви40

Изобретение относится к аппаратуре, применяемой в исследованиях физико-механических свойств и горнотехнологических характеристик горных пород и других твердых сред, находящихся в условиях сложного напряженного состояния.

Известны устройства, позволяющие определять свойства горных пород, находящихся в условиях объемного напря- 10 женного состояния, с по иощью которых можно создавать в исследуемом обраэце горной породы только условия одноосного, двухосного или всестороннего сжатия или только одноосного растяжения (11.

Недоста .ком данного устройства является невозможность создания условий двухосного или всестороннега растяжения. 20

Наиболее близким к изобретению является устройства для определения характеристик напряженных горных де шарового сегмента, площадь которого больше или равна площади торца образца горной породы.

На чертеже показан предлагаемый с тенд, общий вид .

Стенд для определения характеристик горных пород. состои-. из рамы направляющих 2 с гайками 3, опорного кольца 4> размещенного с возможностью

oceBGãо перемещения в направляющих

2, пуансона 5 с рабочей поверхностью в виде шарового сегмен "a, цилиндрическо""о образца горной породы 6 (пунктиром показан образец в рабочем положении), твердомгра, включающего измерительный индентор . с нагрузочным устройством, состоящим из цилиндра 8, г:оршня со штокам 9, гидрораспреде.;:=теля 10 и манометра для опрсделения усилия подачи 11.

Твердомер закреплен на раме с помощью кронштейна 12. Кроме того, стенд имеет измеритель абразивности, включающий измерительный стержень

13 с механизмом вращения 14 и нагрузочным устройством, состаяцим из цилиндра 15, поршня са штоком 16, гидрораспределителя 17, манометра 18, и кранштеина 19 для закрепления измерителя абразивнасти на раме.

Измерение твердости и абразивности горных пород с использованием предлагаемого тенда производится следующим образом.

С помощью гаек 3 опорное кольцо

4 перемещают до тех пор, пока поверхность образца 6 со стороны пуансона 5 не соприкасается со всей поверхностью пуансона 5, При этом образец 6 изгибается, и в нем создаются различные по знаку напряжения. В одной половине образца, прилегающей к пуансону, создаются сжимающие напряжения, во второй со стороны опорного кольца 4 — растягивающие, величина котарьгх обратно пропорциональна радиусу рабочей поверхности пу— янсона 5. Затем с помощью нагрузо гного устройства 8,9, 10„11 и 12 к растянутой поверхности образца подводится измерительный индентор 7 твердомера, и производится вдавливание er о в образец. Таким образом, измеряется твердость образца горной породы, находящегося в растянутом состоянии. Усилие вдавливания определяется с помощью манометра 11.

Измерение абразивности производится аналогичным образом. К предвари1086164 тельно растянутой поверхности образца породы с помощью нагрузочного устройства 15, 16, 17 и 18 подводится измерительный стержень 13 измерителя абразивности и нагружается до определенного усилия P.Ñ помощью механизма вращения 14 стержню придается вращение и производится измерение абразивности растянутой горной породы. Измерение твердости и абразив- 10 ности горной .породы может производится как последовательно, так и одновременно.

Измерительный индентор и измери-.,1 тельный стержень устанавливаются на раме по нормали к рабочей поверхности пуансона. Это делается для того, чтобы они были также перпендикулярны и к поверхности образца после того, как последний нагружен опорным кольцом и приведен в рабочее состояние.

Геометрические размеры образца- д5 высота цилиндрической части выбирается таким образом, что внедрение измерительного индентора происходит только в растянутом слое.

Использование предлагаемого стенда в научных исследованиях позволяет; решить важные научные и практические задачи: механически моделировать напряженное состояние поверхностного слоя локально охлаждаемой горной породы { при локальном охлаждении имеет место всестороннее растяжение на поверхности горной породы); исследовать влияние растягивающих напряжений, действующих на поверхность образца горной породы на его характеристики (твердость, абразивность и т.д.). Получить как качественную, так и количественную зависимость характеристик горных пород от величины растягивающих напряжений в породе; определить оптимальное соотношение параметров механического и термического воздействия в инженерных расчетах и при проектировании термомеханических породоразрушающих инструментов и способов. проходки, основанных на предварительном локальном охлаждении поверхности горных пород.

1086164

Составитель Н.Якимович

Редактор Г.Гербер ТехредМ.Тепер Корректор А.Ильин

Заказ 2209/33 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"., r . Ужгород, ул. Проектная, 4