ЛЕКЦИЯ 12

ВЯЗКОСТЬ, ДРОБИМОСТЬ И АБРАЗИВНОСТЬ ПОРОД

Наиболее трудно поддаются разрушению породы, имеющие высокую прочность и большую зону пластической деформации. Такие породы являются вязкими.

Технологический показатель вязкости горных пород при разрушении пропорционален сопротивлению породы силам, стремящимся разъединить ее частицы. Он определяется пластическими свойствами породы, отношением пределов прочности при растяжении и сжатии, а также значением предела прочности породы при сдвиге. Общепризнанного метода определения вязкости не существует. Так как вязкость прямо пропорциональна произведению пластичности породы на ее прочность, эту величину можно принять в качестве физического аналога вязкости В пород:

(4.11)

Вязкость горных пород при разрушении не равноценна вязкости деформирования — коэффициенту внутреннего трения т), который в соответствии с законом Ньютона является коэффициентом пропорциональности между приложенными касательными напряжениями т и скоростью деформирования dе/dt:

(4.12)

Эта величина для горных пород очень велика и составляет 10¹¹ -5-10¹³ Па•с (для сравнения: вязкость глицерина составляет 0,85 Па-с).

В ряде случаев к горным породам применяют понятие ударной вязкости, используемое в металловедении. Ударная вязкость— это работа разрушения надрезанного образца при ударном изгибе на копре. Она выражается в Дж/м².

Дробимость выражает энергоемкость процесса дробления породы приложением к ней динамической нагрузки и, как показывают исследования, лучше коррелирует с динамическими методами разрушения пород, чем предел прочности при одноосном нагружении под прессом σ_сж.

Современные лабораторные методы определения дробимости пород обычно основываются на оценке удельного расхода энергии на дробление единицы объема породы. Так, по одному из методов, предложенному Л. И. Бароном, дробимость пород определяется одиночным сбрасыванием на образец груза массой 16 кг с высоты 0,5 м. Дробимость устанавливается по объему V_msx образованных в результате удара частиц диаметром менее 7 мм. Так, легко дробимая мартитовая руда имеет V_max, равный 13,4 см³, а трудно дробимый джеспилит — всего 2 см³.

Дробимость Д — параметр, обратный вязкости, поэтому для

его оценки по механическим свойствам можно воспользоваться уравнением

(4.13)

Абразивность характеризует способность пород изнашивать при трении инструмент. Абразивность оценивают по износу материала, контактирующего с горной породой. Исследование абразивность по методу Л. А. Шрейнера производится следующим образом. К испытываемому образцу породы прижимают вращающееся кольцо из материала, по отношению к которому определяется абразивность породы. Кольцо взвешивают до начала опыта и после определенного количества оборотов. Вычисляют износ AV_C (в см³/м) материала кольца, приходящийся на 1 м пути его движения по породе. Коэффициент абразивности 6_аб в см³/(Н-м) определяют по формуле

(4.14)

Где F — сила, с которой кольцо прижимается к породе.

В ИГД им. А. А. Скочинского разработана упрощенная методика определения относительной абразивности горных пород. Сущность ее заключается в истирании о поверхность образца горной породы в течение 10 мин торца вращающегося стержня из незакаленной стали и последующих определений износа массы стержня.

За критерий абразивности принимают суммарную потерю массы стержня (в мг) при истирании поочередно обоих его концов, которое производится при осевой нагрузке 150 Н и частоте вращения 400 мин^-1.

Наиболее абразивными горными породами являются порфириты, диориты, граниты и корундсодержащие породы. Так, k_аб гранитов, корундов и сиенитов достигает 90 мг, песчаников— 18—30 мг, в то время как у известняка и мрамора k_аб = 2—5 мг.

Абразивность по методике Л. А. Шрейнера (относительностали У8) составляет у известняка и доломита (20—22) X10^-7 см3/(Нм), у полевошпатовых пород—(35—40) X10^-7 см3/(Н-м), а у кварцевых пород — (50—90) X•10^-7см3/(Н-м).

Как и в предыдущих случаях, коэффициенту абразивности k_аб можно подобрать соответствующий аналог k_аб', основанный на комплексе механических свойств пород. Действительно, степень истирания инструмента породой зависит от формы минеральных частиц в породе (например, острые или округлые) и твердости этих частиц Н_м.₃. Так как форма частиц— это структурный показатель, физическими параметрами, обусловливающими абразивность пород, таким образом, становятся пределы прочности при сжатии минеральных частиц

σ_сж._м., а также их модули деформации Е_{деф. м} и упругости Ем, т. е.

(4.15)

Анализ показывает, что между k_аб' и k_аб существует достаточно хорошая связь.

Абразивность пород можно определить также другими способами, в частности, радиоактивным методом, при котором определяется потеря массы радиоактивного эталона при его трении о породу.