Устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород

 

Изобретение относится к исследованию механических свойств горных пород. Задачей изобретения является устранение ударных явлений в устройстве при его деформировании и повышение достоверности определения энергоемкости разрушения горных пород. Устройство содержит станину, перфорированный стакан для помещения в него испытуемого образца горной породы, пуансон и поршень нагрузочного гидроцилиндра, которые выполнены с возможностью их относительного осевого смещения. В полость, образованную между пуансоном и поршнем нагрузочного гидроцилиндра, установлены упругий элемент с переменной жесткостью, например, в виде конической пружины, стягивающей болт, и удерживающая цилиндрическая пружина. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для исследования механических свойств горных пород. Оно может быть использовано для определения энергоемкости разрушения различных по крепости горных пород.

Известны различные устройства для определения энергоемкости разрушения горных пород, например устройство в виде вертикального копра [1], где на горную породу сбрасывается груз известной массы с известной высоты, а энергоемкость определяется как энергия, затраченная на разрушение, отнесенная к объему разрушенной породы.

Недостатком такого устройства является сложность определения объема разрушенной горной породы и неточность определения подведенной энергии.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения энергоемкости [2], состоящее из станины, стакана для помещения испытуемого образца горной породы, пуансона и поршня нагрузочного цилиндра.

При этом пуансон и поршень нагрузочного цилиндра выполнены с возможностью их относительного осевого смещения.

Его недостатком является неточность фиксируемых аппаратурой сигналов вследствие возникающих в процессе работы устройства ударных процессов. Удары возникают из-за того, что при частичном разрушении образца горной породы происходит высвобождение упругой энергии, запасенной штоком пресса во время воздействия на образец. Эта энергия не фиксируется измерительной аппаратурой и поэтому не учитывается при определении энергоемкости разрушения. Дело в том, что толкатель, жестко связанный с поршнем нагрузочного цилиндра, при воздействии на горную породу, нагружаясь, деформируется, запасая в себе энергию упругой деформации, разрушение испытуемого образца горной породы происходит внезапно и толкатель, высвободив упругую энергию, воздействует на образец ударом, что меняет условие эксперимента и приводит к неучтенным затратам энергии.

Задачей настоящего изобретения является устранение ударных явлений в устройстве при его деформировании и увеличение достоверности определения энергоемкости разрушения горных пород.

Решение задачи достигается тем, что стакан выполнен перфорированным, а в полости, образованной между пуансоном и поршнем нагрузочного цилиндра, установлены упругий элемент с переменной жесткостью в виде, например, конической пружины, стягивающeй болт, и удерживающая цилиндрическая пружина.

Hа фиг. 1 изображено устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород; на фиг. 2 изображен упругий элемент 6.

Устройство состоит из станины 1, зажимного замка 2, служащего для удержания перфорированного стакана 3, в котором располагается испытуемый образец горной породы 4, пуансона 5, воздействующего на горную породу, упругого элемента 6, расположенного между пуансоном 5 и поршнем нагрузочного гидроцилиндра 7. Упругий элемент 6 в свою очередь состоит из конической пружины 8, стягивающего болта 9 и удерживающей цилиндрической пружины 10.

Устройство работает следующим образом.

Под поршень 7 нагрузочного гидроцилиндра подается под давлением жидкость, и поршень начинает движение в сторону испытуемого образца, пока пуансон не соприкоснется с испытуемым образцом. Далее начинается воздействие пуансона на горную породу, при этом упругий элемент 6 начинает сжиматься, воспринимая на себя ту же нагрузку, что и испытуемый образец. Появляется относительное осевое перемещение поршня и пуансона. В момент скола горной породы пуансон за счет упругой энергии упругого элемента остается прижатым к образцу, и удара по образцу не происходит. Линейное перемещение пуансона 5 измеряется реостатным датчиком перемещения и записывается самописцем. Далее согласно показаниям датчика усилия и перемещения самописцем строится диаграмма деформации. Площадь диаграммы представляет собой работу, затраченную на разрушение. Делением затраченной работы на объем разрушенной породы определяют энергоемкость разрушения горной породы. Собственные частоты упругого элемента подобраны так, чтобы они были существенно ниже собственных частот испытуемого образца, а нелинейная коническая пружина дает возможность избегать резонансные частоты во всем диапазоне крепостей испытуемых горных пород.

Источники информации 1. SU 415371, кл. E 21 C 39/00, 24.06.1974.

2. SU 964165, кл. E 21 C 39/00, 07.10.1982.1

Формула изобретения

Устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород, включающее станину, стакан для помещения в него испытуемого образца горной порода, пуансон и поршень нагрузочного гидроцилиндра, выполненные с возможностью их относительного осевого смещения, отличающееся тем, что стакан для помещения в него испытуемого образца горной породы выполнен перфорированным, а в полости, образованной между пуансоном и поршнем нагрузочного цилиндра, установлены упругий элемент с переменной жесткостью в виде, например, конической пружины, стягивающей болт, и удерживающая цилиндрическая пружина.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2