Грубые методы
Метод определения коэффициента крепости по Протодьяконову
Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной на дробление горной породы к вновь образованной при дроблении поверхности, оцениваемой суммарным объемом частиц размером менее 0.5 мм.
Для проведения испытания применяют: прибор ПОК, состоящий из стакана, вставленного в него трубчатого хопра, внутри которого свободно помещается гиря массой 2.4 ± 0.01 кг с ручкой, привязанной к гире шнуром. Трубчатый копер имеет в верхней части отверстия, в которые вставляются штифты, ограничивающие подъем гири. К комплект прибора входит объемомер, состоящий из стакана и плунжера со шкалой измерений с диапазоном показаний от 0 до 150 мм вдоль его продольной оси; сито с сеткой № 05 по ГОСТ 6613-73 для просеивания породы после дробления. Пробу горной породы раскалывают молотком до получения кусков размером 20-40 мм. Из измельченного материала пробы отбирают 20 навесок массой 40-60 г каждая.
Число сбрасывания гири на каждую навеску устанавливают при дроблении первых пяти навесок. Каждую навеску отдельно дробят в стакане гирей, падающей с высоты 60 см. Число сбрасываний гири принимают в зависимости от ожидаемой крепости породы, обычно от 5 до 15 сбрасываний на каждую навеску.
При очень мягких породах число сбрасываний может быть сокращено до 1, а при очень крепких - увеличено до 30.
Правильность выбранного режима испытания контролируют после просеивания первых пяти раздробленных навесок на сите до прекращения выделения подрешетного продукта и замера его объема в объемомере. При получении столбика мелочи высотой 20-100 мм по шкале плунжера число сбрасываний на каждую навеску сохраняют для оставшихся 15-ти навесок. При меньшей или большей высоте столбика мелочи в объемомере число сбрасываний корректируют соответственно в большую или меньшую сторону.
Оставшиеся 15 навесок дробят в приборе последовательно в установленном режиме испытания: при постоянном числе сбрасываний гири n и высоте подъема гири 60 см.
После дробления каждых пяти навесок их просеивают на сите, подрешетный продукт сита ссыпают в объемомер, замеряют плунжером высоту столбика мелочи и записывают ее.
Коэффициент крепости горной породы (f) вычисляют по формуле
f = 20 · n / h, где
20 - эмпирический числовой коэффициент, обеспечивающий получение общепринятых значений коэффициента крепости и учитывающий затраченную на дробление работу;
n - число сбрасываний гири при испытании одной навески;
h - высота столбика мелкой фракции в объемомере после испытания пяти навесок, мм.
За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов четырех определений.
Данный метод применяется, когда для определения предела прочности при сжатии пород со значительной структурной нарушенностью ни один из вышеперечисленных методов не приемлем. Метод по надежности относится к грубым и пригоден лишь для испытания невязких пород и углей.
Методы определения предела прочности
горных пород при растяжении
а) Метод раскалывания цилиндрических образцов по образующей
(“бразильский” метод)
Сущность метода заключается в определении максимальной разрушающей силы, приложенной перпендикулярно к образующей цилиндрического образца породы, в результате чего в образце возникают растягивающие напряжения, приводящие к его разрушению в плоскости продольного сечения.
Для проведения испытания образец породы кладут боковой поверхностью без каких-либо прокладок и смазки в центре опорной плиты пресса или испытательной машины (Рис.6).
Нагружение производят плавно до разрушения образца. После разрушения образца плиты пресса разводят, вынимают обе половины образца и штангенциркулем измеряют размеры плоскости его разрушения в двух направлениях: по образующей и диаметру.
Предел прочности горной породы при растяжении в Па вычисляют по формуле:
Rp = 0.64 · Pmax / (d · h )· 105 ,
гдеPmax - максимальная разрушающая нагрузка в кг;
d - диаметр образца , см;
h - высота образца, см.
Преимуществом метода является его простота, а к недостаткам относятся: потребность в большом количестве кернового материалами невозможность определения предела прочности породы при при растяжении перпендикулярно к слоистости, а также трудность точной обработки боковой поверхности образцов.
б) Метод разрыва соосными пуансонами образцов
дисковой формы с отверстием
Метод применим к породам с прочностью при растяжении от 5 до 120·105 Па.
Для проведения испытания применяются оборудование, инструменты и материалы, указанные в п.3.5.1. и дополнительно резиновые цилиндры диаметром 11.3-12 мм, которые вставляют в отверстие, просверленное в центре образца.
Форма образцов круглая цилиндрическая диаметром от 30 до 100 мм с плоскопараллельными торцами - сторонами диска, с концентрическим отверстием диаметром в пределах 11.35-11.45 мм. Толщина диска 10-12 мм с допустимым отклонением от параллельности, плоскости и шероховатости в пределах 1.1 мм. Отверстие должно быть точно притерто и на его краях не должно быть отколов. В отверстие вставляют резиновый цилиндр, а пуансоны устанавливают непосредственно на торцы этого цилиндра. Пресс приводится в действие и в результате давления на резинку соосных пуансонов образец подвергается радиальному разрыву. Растягивающие напряжения в нагрузочном образце аналогичны напряжениям в стенках толстостенного сосуда и по величине зависят от усиления давления пуансонов Р кг и диаметров образца D, см, и отверстия d, см. Радиальный разрыв начинается вблизи стенок отверстия и трещина появляется по радиусу образца, разрывая его на секторы.
Предел прочности при растяжении породы (Rr) в Па вычисляют по формуле:
Rr = Р / В · 105,
где В - расчетная площадь (см2).
Среднее значение предела прочности породы и коэффициент его вариации вычисляют по общепринятым формулам.
Метод имеет ограниченное применение из-за его трудоемкости.
Метод определения предела прочности при изгибе
Сущность метода заключается в определении разрушающей силы при изгибе образца породы, опирающегося на металлическое кольцо, при воздействии на него вертикальной нагрузки, передаваемой через кольцевой пуансон.
Образец горной породы кладут на опорное кольцо, а сверху на него ставят кольцевой пуансон. Отцентрировав испытательное устройство с образцом по вертикальной оси, помещают его между плитами пресса так, чтобы вертикальная ось устройства совмещалась с продольной осью пресса. Отклонения между осями при установке допускается не более 1-2 мм.
Пресс приводят в действие и образец плавно нагружают до его разрушения.
Предел прочности горной породы при изгибе
Rи = 0.75· Рmax /h · 105, где
Рmax - максимальная разрушающая сила, кг;
h - толщина образца, см.
Для практических расчетов с погрешностью не более 10% с учетом, что h = 1 см, предел прочности при изгибе вычисляют по формуле
Rи = 0.75 · Рmax · 105, Па