Способ определения прочности сцепления пород

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения свойств полезных ископаемых , при расчетах и конструировании вибротранспортных машин, конвейеров, окомкователей и других машин и механизмов , транспортирующих и перерабатывающих материалы с липкими свойствами . Цель - повышение точности

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 и 19/04, Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4837210/28 (22) И .06.90 (46) 15.07.92. Бюл. 1т" 26 (71) Научно-исследовательский горнорудный институт (72) Э.А.f. îðнет (53) 622 23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . N 903753, кл. G 01 N 19/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Н 1434104, кл. Е 21 С 39/00, 1987.

„., И „„ 1748026A1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

СЦЕПЛЕНИЯ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения свойств полезных ископаемых, при расчетах и конструйрованйи вибротранспортных машин, конвейеров, окомкователей и других машин и механизмов, транспортйруюц их и перерабатывающих материалы с липкими свойствами. Цель - повышение точности

1748026

30 дят по формуле

45

55 определения сцепления за счет экспериментального измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы. При определении прочности сцепления пород, преимущественно образцов пород с поверхностью горного оборудования, измеряют влажность породы и класс шероховатости поверх- !0 ности горного оборудования. Прижимают сменный штамп 8 к образцу породы

3 в герметичной камере 1. Предварительно, перед прижатием создают в камере 1 избыточное давление гаэообраз- !5 ной среды не менее, чем в три раза превышающее атмосферное, Между поИзобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения свойств полезных ископаемых.

Известен способ определения прочности сцегления покрытий с пористой подложкой, заключающийся в предварительном создании одинакового избыточного давления с обеих сторон подложки и выдержки подложки до выравнивания давления по всей ее толщине. Перепад давления создают путем снижения давления со стороны покрытия.

Избыточное давление выбирают большим когезионного разрушения Подложки.

0 прочности сцепления судят по величине перепада давления воздуха по разные стороны подложки в момент отрыва покрытия.

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает достоверность сцепления покрытия с подложкой, так как он основан на когезионном разрушении покрытия. При этом на покрытие непосредственно оказывают механическое воздействие через отверстия в подложке, например давлением какой-либо среды или подвижными штырями. При мягких покрытиях (например, глина, тонкоизмельченные породы) избыточное давление, проходя через отверстие в подложке, прорывает глину только в местах отверстий, не отрывая ее на остальных участках. паиболее близким техническим решением является способ определения прочности сцепления сыпучих пород, верхностями образца 3 и штампа 8, за счет микронеровностей на поверхностях, образуются полости. После прижатия штампа 8 к образцу 3 и образования контактной зоны поднимают штамп 8 с прилипшим образцом 3 над дном камеры 1. Снижают в камере 1 давление среды до момента отрыва образца 3 от штампа 8. Усилие отрыва определяют по разности первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв образца

3 от штампа S. Способ позволяет испытывать твердые материалы не нарушая их поверхность. 3 табл., 4 ил.

I заключающийся в измерении влажности материала и класса шероховатости поверхности оборудования, величины силы прижатия материала к рабочей поверхности и силы отрыва материала от рабочей поверхности. Производят измерение при помощи оптического микроскопа длины, ширины и глубины пор на поверхности породы и определяют объем пор. Силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования нахоНедостатком этого способа является трудоемкость определения прочности сцепления тонкоизмельченных влажных пород, которая вызвана определением среднего объема пор поверхности породы, заключающаяся в измерении длины, ширины и глубины каждой поры на поверхности породы. Кроме того, силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования необходимо находить по определенной формуле.

Целью изобретения является повыше" ние точности определения сцепления за счет экспериментального измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы.

Использование изобретения позволяет испытывать твердые материалы, не нарушая их поверхность, образцы горной породы при измерении их сцепления с твердыми материалами не теряют исходной влажности, что сохраняет свойство липкости породы, обеспечивая достоверность данных измерения, сокращает сРоки проведения измерений, б 1748 026 6 а также повышает производительность риала для исключения прилипания и точность при определении прочности образца к днищу камеры 1 и испытывасцепления за счет экспериментального емый образец 3. (а нв расчетного по прототйпу) or>pe- . Герметичная камера 1 снабжена деления усилия отрыва, велйчину ко- крышкой 4, которая закрывает камеру торого определяют по разности перво- 1 с помощью, например, резьбавого начального избыточно о давления в ка- соединения. 8 крышке 4 размещены шток мере и давления, при котором происхо- 5 с. возможностью осевого перемещедит отрыв образца от штампа, 1р ния, клапан 6 и манометр 7, Шток в

Поставленная цель достигается тем, нижней части имеет соединение, начто в способе определения Прочности пример Резьбовое, со сменным штампом сцепления пород, преимущественно об- 8, соответствующим по материалу и шеразцов пород с поверхностью горного роховатостй горному оборудованию. оборудования, включающем измерение 15 Крышка 4 и камера 1 снабжена уплотвлажности породы и класса шерохо- нениями 9 и 10. ватости поверхности горного оборудо" Способ осуществляется следующим вания, прижатие к образцу породы образом. сменного штампа, рабочая поверхность Образец горной пор ь 3 азец горной породы 3 размещают которого соответствует по величине 2О в герметичной камер 1 ичной камере на эластичной шероховатости и материалу-рабочей прокладке 2 в углублении днища каповерхности оборудования, и опреде- меры I.Ë ðè снятой крышке 4 штамп 8 ление усилия отрыва образца породы прикрепляют к механизму его перемвщеот штампа, по которому судят о проч- ния в виде штока 5. Закрывают камеру ности сцепления, образец породы раз" 25 1 крышкой 4, при этом штамп 8 устамещают в герметичной камере на элас- . новлен над образцом с зазором, истичной прокладке, устанавливают над ключающим прилипание образца 3 к дниобразцом с зазором штамп, связанный - щу камеры 1. Через клапан 6 накачис механизмом er î перемещения, перед вают воздух в камер у в амеру, контролируя прижатием штампа к образцу создают 30 давление манометром 7. Создают изв камере избыточное давление газо" быточное давление г з б авление газоо разнои среобразной среды не менее, чем в три ды не менее чем в т енее чем в три раза превыраза превышающее атмосферное, после : шающее атмосферное, (определено экс" прижатия штампа к образцу и образова- периментально, затем шток 5 со ния контактной зоны поднимают штамп .З штампом 8 прижимают к образцу 3 с с прилипшим образцом над дном камеры заданной силой мерным грузом наприУ и снижают в камере давление среды до мер гирей (не показано}, после чего момента отрыва образца от штампа, а . груз снимают со штока 5. После при- . увилие отрыва спределяют по разности жатия штампа 8 к образцу 3 и образопервоначального избыточного давления 1и вания контактной зоны поднимают штамп . в камвре и давления, при котором " 8 с прилипшим образцом 3 над дном происходит отрыв образца от штампа. камеры 1 и снижают в камере 1 давлеНа п>иг. l показана каме ф . о азана камера, с помо" ние среды стравливанием воздуха через щью которой реализуетсй способ опре" клапан 6 до момента отрыва образца деления пРочности сцепления поРод со 45 от штампа. сменным штампом, соответствующим по По манометру 7 р о манометру 7 определяют давлематериалу и шероховатости горному . ние воздуха в камере 1. Усилие отрыоборудованию; на фиг. 2 схематически ва определяют по разности первонапоказано размещейие образца на штам" чального избыточного давления в капе; на фиг. 3 - прижатие штампа к gp мере 1 и давления, при котором просвободной поверхности образца; на . . исходит отрь>в образца 3 от штампа 8. фиг. 4 " отжатие образца от штампа Применение данного способа оснос образованием изолированных полос- : вано на том, что при наложении шетей после снятия нагрузки.

Камера 1 выполнена в виде цилинд" 5 (фиг. 2) на поверхность штампа 8, ра из прозрачного материала, наприме- также имеющего минронеровности межности .из плексигласа. В днище камеры 1 вы" ду данными поверхностями образуютполнено углубление, в которое поме" ся полости 11 и 12. Прижатие поверхщается контейнер 2 из легкого мате- : ности штампа 8 к свободной поверхно1748026 сти образца 3 приводит к выдавли-.< ванию воздуха из полостей 11 в атмос", феру (Фиг. 3). В реультате пластичной деформации стенок микронеровнос5 тей поверхностного слоя образца 3 полости 11 смыкаются и становятся изолированными от окружающей среды. Реформируются стенки иикронеровностей образца 3 и s полостях 12, а находящийся в данных полостях воздух сжимается, поскольку полости 12 не сообщаются с окружающей средой.

После снятия нагрузки сжатый воздух в полостях 12 отжимает образец от штампа 8 {фиг. 4}. При этом полости

11 {фиг. 4), оставаясь изолированными от окружака1ей среды, частично увеличиваются в объеме за счет деформации растяжения стенок микронеровностей свободной поверхности образца 3. увеличение объема полостей 11 при неизменном количестве в нйх воздуха образует в данных полостях разрежение относительно окружающей среды. Экс- 25 перименты показали, что если создать давление окружающей среды, равное давлению в указанных изолированных полостях, то образец отделится от. штампа. Помещать образец, в составе 30 которого имеется вода, в вакуум нельзя; так как в вакууме вода ин1 енсивно"испаряется, что приводит" к изменению свойства липкости образца и, следовательно снижает достоверность измерения.

Поэтому в предложенном способе прижатие штампа 8 к исследуемому образцу 3 для их слипания производят в камере 1 при повышенном давлении 40 воздуха, например 4 ати, в камере i, Пусть, например, после снятия нагруз-, ки давление в изолированных полостях

12 контактной зоны составляет 1 ати, т.е. в указанных полостях образуется 45 пониженное давление по отношению к давлению в камере 1 (4 ати}. Понизив давление воздуха в камере 1 до 3 ати произойдет отделение образца от штампа, т.е. Разность величин первоначаль-, ного избыточного давления в камере и давления, при котором произошел отрыв образца от штампа, дает величину прочности сцепления.. 4 ати - 3 ати=

=1 ати.

Эксперйментально определяется минимальная величина. избыточного давле- ния в камере (она должна быть не менее 3 ати).

Исходя из того, что максимальная сила прижатия штампа составляет

5 кг, так как при большей силе прижатия образец раздавливается, т.е. теряет первоначальную форму. Измеренное давление разрежения в изолированных полостях контактной зоны слипшихся образца и штампа не превышало

2,85 ати. Таким образом, избыточное давление в камере должно быть выше атмосферного, по крайней мере в

3 раза.

П р и и е р 1. Испытания проводили в лаборатории рудничного транспорта в герметичной камере при Повышенном давлении воздуха. Выполняли 30 изме- . рений, на что было затрачено 17,8 ч.

Определяли прочность сцепления каолинита (образца), входящего в состав большинства руд, и пород влажностью

22,56 ; с облицовочным материалом лотка виброконвейера - фторопластом, поверхность которого выполнена по

8 классу шероховатости (штампом). Си ла прижатия образца и штампа - 5 кг, время прижатия 10 с.

Образец - каолинит в контейнере устанавливали в углубление днища камеры. При снятой крышке камеры штампматериал лотка из фторопласта жестКо закрепляли на подвижном штоке и располагали в камере с зазором, исключающим контакт со свободной поверхностью образца (каолинита). После этого камеру закрывали герметично крышкой. Через клапан в крышке в камеру накачивали насосом воздух, контролируя это давление манометром.

При достижении давления воздуха в камере 2,9 кг/см2 прижимали шток со штампом из фторопласта к образцу.в течение 10 с, Сила прижатия составля- ла 5 кг. После снятия нагрузки шток с прилипшим к штампу - фторопласту образцом йоднимали над дном камеры, снижали давление воздуха в камере через клапан до момента отделения образца от штампа. Давление воздуха в камере сравнялось с атмосферным, но отделение образца не произошло.

Пример 2. Испытание проводили при достижении давления в камере

3 кг/см2. При этом давлении прижимали шток со штампом - фторопластом к образцу " каолиниту в течение 10 .с с силой 5 кг. Поднимали шток с при. липшим к штампу образцом. Снижали давление воздуха в камере до момента

9 17 отделения образца от штампа. При снижении давления в камере до нуля отделение образца произошло. Сила сцепления составила 3 кг/см 0 кг/см = 3 кг/см . Измеренная влажность образца составила 22,563, т.е. влажность образца не изменилась.

М

Пример 3. Проводили измерение прочности сцепления образца и штампа при давлении воздуха в камере 4 кг/см . Прижимали шток со штам пом-фторопластом к образцу-каолиниту силой 5 кг в течение 10 с. Поднимали шток со слипшимися образцом и штампом. и снижали давление воздуха в камере: при давлении 1 кг/смз образец отделился от штампа. Прочность сцепления образца равна 4 кг/см 1 кг/см = 3 кг/см . Измеренная влажность образца составила 22,g6g, т,е. влажность образца в процессе измере- . ния не изменилась.

Данные двух параллельных серий опытов при различном давлении воздуха в камере приведены в табл. 1.

Таким образом, избыточное давление в камере при измерении прочности сцепления слипшихся образца и штампа должно быть выше атмосферного, по крайней мере в 3 раза.

Проведены испытания предлагаемого способа в сравнении с аналогом и прототипом, замеры которых сравнивали с базисным вариантом (контрольным) методом нормального отрыва образца" каолинита от штампа-подложки.

; Результаты испытаний приведены в табл. 2 и 3.

Применение предлагаемого способа по сравнению с контрольным сокращает время измерения одного цикла в

8 раз, ошибка измерений составила

0,43, что свидетельствует о высокой достоверности измеренных величйн.iПредлагаемый cnocb6 повышает производительность измерений за счет уменьшения трудоемкости определения прочности сцепления образцов.

Анализ полученных данных позволя" ет сделать вывод о преимуществе предложенного способа по сравнению с прототипом,,заключающемся в повы шении точности определения прочности сцепления пород при сохранении их влажности и липкости.

Способ определения прочности сцепления пород, выполненный с образцом

48026 10 каолинитом, обладает высокой достоверностью измеренных величин, повышает производительность труда sa счет уменьшения трудоемкости измерения прочности сцепления пород со штампами - твердыми материалами.

Данные измерения прочности сцеплений образцов - тонкоизмельчвнных

1О влажных руд, пород, грунтов со штампами - рабочими поверхностями горно- го оборудования могут быть использованы при расчетах и конструйровании вибротранспортных машин, конвейеров, окойкавателей и других машин и механизмов, транспортирующих и перерабатывающих материалы с липким свойством.

Предложенный способ определения

20 сцепления пород с штампом-рабочей поверхностью горного оборудования позволяет испытывать твердые материалы не нарушая их поверхность; образцы породы при измерении их сцеп25 ления со штампами-твердыми матери. алами не теряют исходной влажности, что сохраняет свойство липкости породы, обеспечивая достоверность данных измерения; сокращает сроки проведеgO ния измерений, а также повышает производительность при определении прочности сцепления за счет уменьшения трудоемкости определения прочности сцепления, величину которой определяют- сразу в момент отрыва испытуемого образца породы,от штампа по разности величин первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв

4О образца от штампа. формула изобретения

Способ определения прочности сцепgg ления пород, преимущественно образцов пород с поверхностью горного оборудования, включающий измерение влажности породы и класса шероховатости поверхности горйого оборудования, щ прижатие к образцу породы сменного штампа, рабочая поверхность которого соответствует по-величине шероховато сти и материалу рабочей поверхности оборудования, и определение усилия

55 отрыва образца породы от штампа, по которому судят о прочности сцепления, о т s) и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения точности определения. сцепления эа счет экспериментального

jj 1748026 12 измерения усипия отрыва при сохране- ное, после прижатия штампа к образцу нии в процессе испытания первоначаль- и образования контактной зоны подни» ной влажности и липкости породы, об- . мают штамп с прилипшим образцом над разец породы размещают в герметичной дном камеры и снижают в камере давкамере на эластичной прокладке, ус- ление среды до момента отрыва образца танавливают над образцом с зазором от штампа, а усилие отрыва определяют штамп, связанный с механизмом егопе- по разности первоначального избыточ-. ремещения, перед прижатием штампаа к ного давления в камере и давления, образцу создают в камере избыточное 10 при котором происходит отрыв образца давление газообразной среды не менее, от штампа, чем в три раза превышающее атмосферХ а б л и ц а 1

«а

Измеренное давление разрежения в изолированных полостях контактной зоны слипшихся образца И штампа, кг/смз

Отрыв образцакаолинита от штампа-фторопласта

Давление воздуха в камере, кгlсмз

Уровень понижения .давления в камере, кг/смз

Перепад давлений, кг/cM2! ч «ее ее sa ««ее ее «ч «еа «« « «а» Ч as aa aa «В L aa 36 Ю Q Ч

«еа ае ° ее

° ае «ч «««е ° ее еа ч ° ее «а««ее

««««ае«

Не происходит

Не происходит

Не происходит

Не происходит

Не происходит

Не происходит

Не происходит

1,0

2,0

Происходит

Происходит

0,1. 0,2

0,3

0,4 .

0,5

1,0

2,0

Происходит

Происходит

Происходит

Происходит

Происходит

Происходит

» «ее ееss «ss«аа«ss ««« Еа««е ««

2, .

2,6

2,7

2,8

2,9

3 0

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

4,0

5,0

2,86

2,84

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

2,86

1,0

2,0

2 5

2,6

2 7

2,8

2,9

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

1748026

Таблица 2

Прочность сцепления образца-каолинита со штампом-фторопластом, измеренная различным кг/см2 методом, --у--предлагаемый способ прототип аналог ко нтрольный

21,0

22,0

22,56

3,0

100

23,0

32. 5

100

24,0

25,0

26,0

Таблица 3

Наименование

Количество измерений одного цикла

800

Измеренная прочность сцепления кг/см2

3,00

3,01

Время измерения одного цикла, ч

144

17,8

Себестоимость измерения одного цикла

434,1

Влажность каолинита

2 8

100

«2 955

100

3< 055«

100

3А15

100

3 25

100

3,«35

100

2 78

97,8

4,>

А9z

82,3

2 80

80,0

2 24

71,0

«ОА«74

22,0

2Д5

100

2 8)

97,9

2 67

89,0

2 65

87,0

2 65

8 >,0

2 67

82,0

2 68

80,0

Контрольный способ

2 85

100

2 94

99,6

3 05

100

3,24

99,6

),«35 100

Предлагаемый способ

1 48026

Реда ктор Н. Каменская

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 4 00

311ИИЛИ Государственного

113035, В фб, б г

Составитель Э.Корнет

Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Тираж . Подписное комитета ло иэобретениям и открытиям При ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5