Библиотека

3.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

Исследованию физико-механических свойств горных пород посвящено большое количество научных исследований. Классические труды И.С. Успенского, М.М. Протодьяконова, И.А. Остроушко, Л.А. Шрейнера, P. M. Эйгелеса, Л.И. Барона, Н.И. Любимова, Б.И. Воздвиженского и других ученых легли в основу методик, доказавших свою эффективность при разработке нового высокопроизводительного породоразрушающего инструмента.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ОДНООСНОМУ СЖАТИЮ

Испытание горных пород на одноосное сжатие - наиболее распространенный метод общей оценки прочностных свойств горных пород. Максимальная нагрузка, приходящаяся на единицу площади сжимаемого образца в момент его разрушения, является временным сопротивлением породы одноосному сжатию σ_сж или пределом прочности породы на одноосное сжатие.

Сущность определения σ_сж заключается в следующем. Для испытания готовят образцы правильной формы (кубической или цилиндрической), при этом плоскости образцов, к которым прикладывают нагрузку, должны быть параллельны и отшлифованы.

Нагрузку на образцы создают с помощью гидравлического пресса.

22 марта 1961 г. в Праге на Международном совещании был принят текст Основных положений по определению прочности горных пород на одноосное сжатие, ставший общепринятым международным стандартом. Для определения σ_сж рекомендовано использовать образцы керна диаметром и высотой 40-50 мм с отношением d / h = 1. Торцовые поверхности должны быть обработаны на шлифовальном круге, отклонение от параллельности и перпендикулярности к оси образца допускается не более 0,05 мм.

Испытания должны проводиться при скорости нагружения в пределах 50-100 Н/(см² с).

Если отношение d / h не равно единице, тогда рекомендуется сделать перерасчет предела прочности на сжатие по формуле

    (3.1)

где σ_d - показатель прочности, полученный на образце с нестандартным отношением диаметра к высоте образца.

Для коррекции показателя прочности на сжатие, полученного на образце нестандартного диаметра, может быть использована формула Л.И. Барона

    (3.2)

где σ_сж - показатель прочности породы при диаметре образца d₂ ; σ_сж1 - показатель прочности породы при диаметре образца d₁.

При определении временного сопротивления горных пород одноосному сжатию большое значение имеет соблюдение стандартных условий опытов, важнейшими среди которых являются следующие.

Величина коэффициента трения между торцами образцов породы и плитами пресса. При уменьшении коэффициента трения (использование прокладок из картона, свинца, парафина) предел прочности на сжатие уменьшается в 2-3 раза. Использование прокладок стандартом не предусмотрено.

Направление приложенной нагрузки по отношению к напластованию пород. При сжатии пород перпендикулярно к напластованию σ_сж в 1,5 - 1,7 раза больше показателя, полученного при сжатии параллельно напластованию.

Скорость нагружения образцов пород. При увеличении скорости перемещения пуансона пресса от 0,03 до 50 мм/мин значение σ_сж возрастает в 1,8 раза. При увеличении скорости возрастания нагрузки на образец свыше 200 Н/{см² с) показатель предела прочности особенно резко возрастает.

В связи с трудоемкостью подготовки образцов горных пород к испытаниям в России в Институте горного дела им. А.А. Скочинского был разработан метод определения сопротивления раздавливанию σ_сж на образцах неправильной формы, который также был рекомендован международным совещанием в Праге. Образцы объемом примерно 100 см³ , размеры которых отличаются друг от друга не более чем в 1,5 раза, раздавливают на прессе со скоростью 5-15 мм/мин. При этом приложенная нагрузка должна быть направлена вдоль максимального размера образца и перпендикулярно к напластованию (испытывают 15-20 образцов).

Сопротивление раздавливанию (единица силы/единица площади) образцов горных пород неправильной формы вычисляют по формуле

    (3.3)

где Р - максимальное усилие раздавливания; V_об- объем образца.

Установлено, что в среднем

    (3.4)

"Разведочное бурение" / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев, "Недра" М 2000

Вернуться в списку статей