Определение прочностных характеристик методом толчения

Определение коэффициента крепости методом толчения основано на принципе пропорциональности работы, затрачиваемой на дробление определенной пробы горной породы, величине вновь образованной при этом поверхности. Эта закономерность была сформулирована в конце XIX в. Риттингером. Согласно этому закону, при разрушении (дроблении) какого-либо хрупкого материала, определенной работе, затраченной на разрушение, соответствует пропорциональная ей вновь образованная поверхность получившихся при этом отдельных кусочков материала.

 

Рис. 2.8. Построение участка паспорта прочности горных пород по данным прочности горной породы на одноосное сжатие s_сж и растяжение s_р

 

Если работу дробления оставлять неизменной, можно предположить, что величина вновь образованной поверхности для различных материалов будет меняться обратно пропорционально их крепости. Чем прочнее материал, тем меньше вновь образованная поверхность и наоборот. При дроблении хрупкого материала разрушение его происходит в сложном напряженном состоянии, при котором материал подвергается сжатию, растяжению, сдвигу и изгибу одновременно. Показатель прочности, полученный при дроблении, представляет собой интегральную характеристику прочности, близкую ко многим практическим случаям нагружения горных пород, особенно при их разрушении взрывом, при резании и скалывании зубками врубовых машин, комбайнов и буровых установок.

Для измерения коэффициента крепости горных пород методом толчения предназначен специальный прибор ПОК (прибор для определения крепости), общий вид которого представлен на рис. 2.9. Испытаниям подвергают последовательно одну за другой 20 отдельных навесок, каждая из которых имеет массу 40-60г и набрана из кусочков породы произвольной формы размером 10-40мм. Каждую навеску помещают в стакан 1 направляющей трубы 2 и измельчают сбрасыванием гири 3массой 2, 4кг с высоты 0, 6м. Число сбрасываний гири может изменяться от 1 до 30, для мягких пород оно уменьшается, а для прочных увеличивается. Образующиеся в результате толчения каждых пяти навесок продукты дробления просеивают сквозь сито с отверстиями 0, 5мм. Просеянный материал засыпают в мерный цилиндр 4 и измеряют высоту засыпки. Величина коэффициента крепости исследуемой горной породы вычисляется по отношению затраченной на дробление работы к вновь образованной поверхности по эмпирической формуле: f = 20n / h, (2.4)

где, f -коэффициент крепости породы; n, - число ударов гири по одной навеске; h - высота столбика продуктов дробления в объемомере, мм.

В формуле (2.4) - 20 n - пропорционально работе, затраченной на дробление навески, а (h) - пропорционально вновь образованной поверхности.

Общая работа, затрачиваемая на дробление одной навески исследуемой породы методом толчения, выражается уравнением: где G - вес гири, Н; H - высота сбрасывания гири, м; n - число сбрасываний гири.

Метод толчения позволяет производить определение коэффициента крепости пород непосредственно в любых производственных условиях, однако является грубым и применяется только в случае невозможности использования других методов, например, при отсутствии породных проб необходимой крупности для изготовления образцов требуемых геометрических размеров. Кроме того, метод пригоден лишь для испытаний невязких пород прочностью до 80 МПа.

 

Рис. 2.9. Прибор для определения крепости горных пород методом толчения: а – общий вид, б – объемомер.

 

Оборудование и материалы: прибор ПОК, сито №5 (ГОСТ6613-73), лабораторные весы, образцы исследуемой породы.

Порядок выполнения работы. Подготавливают 20 - 25 навесок из кусочков исследуемой породы. Поочередным дроблением пяти навесок первого опыта устанавливают режим испытаний. Для этого первую навеску помещают в стакан 1 и измельчают. Начинают опыт с 15-ти сбрасываний гири.

Продукты дробления просеивают через сито, засыпают в мерный цилиндр, уплотняют легким постукиванием и измеряют высоту столбика.

Для последующих четырех навесок первого опыта число сбрасываний гири либо уменьшают, либо увеличивают, корректируя режим дробления таким образом, чтобы высота столбика измельченной породы от пяти навесок была в пределах 20 – 70мм,

Оставшиеся навески (15 – 20 штук) дробят последовательно в установленном режиме. Образующиеся в результате толчения каждых пяти навесок продукты дробления объединяют, просеивают сквозь сито, засыпают в мерный цилиндр, уплотняют и измеряют высоту засыпки.

Обработка результатов. Прочностные показатели породы вычисляют для каждого из 4-5 опытов. Каждый опыт состоит из пяти испытываемых навесок. Коэффициент крепости рассчитывают по формуле (2.4). Предел прочности породы на сжатие может быть определен из выражения, МПа: s_сж = 10 f.

Результаты исследований подвергаются аналитической обработке для определения среднего значения показателей, доверительного интервала и коэффициента вариации. За окончательные результаты испытаний принимаются средние арифметические значения показателей, полученных при проведении 4-5 опытов. Один опыт – пять навесок.

Порядок оформления работы. Результаты работы представляются в виде таблицы замеров по приведенной ниже форме 11.