Методика испытания горных пород вдавливанием штампа

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – овладеть методикой определения показателей механических свойств горных пород методом статического вдавливания штампа (методом Л.А. Шрейнера).

Метод статического вдавливания штампа позволяет определить прочностные, упругие, пластические показатели механических свойств породы и ее энергоемкость разрушения в стандартных условиях.

Для определения показателей механических свойств горных пород методом вдавливания штампа необходимы образцы пород (керны) высотой 30-50 мм и диаметром не менее 40 мм, которые должны иметь две плоскопараллельные шлифованные поверхности.

При испытании горных пород в качестве инденторов используются штампы с плоским основанием (рисунок 1).

Рисунок 1 – Конструкции штампов

Штампы изготавливают или из инструментальной стали с последующей закалкой (рисунок 1, а) или из стали со вставкой из твердого сплава (рисунок 1, б). Штампы со вставкой из твердого сплава используют для испытания очень твердых пород, в которых возможно разрушение штампа. Поэтому вставку выполняют в виде усеченного конуса. Основной геометрической характеристикой штампов является диаметр d рабочей поверхности.

При испытании плотных и однородно-пористых пород можно использовать штампы с площадью рабочей поверхности до 2 мм², а для пород с размером зерен больше 0,25 мм лучше использовать штампы с площадью рабочей поверхности 3 мм². Для испытания сильнопористых и малопрочных пород необходимы штампы с площадью рабочей поверхности 5 мм² и более.

Методика испытания горных пород вдавливанием штампа

В настоящее время испытания горных пород проводятся на установках УМГП-3 и УМГП-4 с автоматической записью зависимости нагрузки на штамп от глубины его внедрения. Установка УМГП-3 рассчитана на нагрузку 0 − 0,98; 0 − 2,45; 0 – 4,9 и 0 – 9,81 кН с предельной величиной внедрения штампа в породу 0,75 мм. Испытание ведется при весьма малой скорости нагружения штампа, поэтому в литературе широко используется другое название метода – метод статического вдавливания штампа.

На рисунке 2 приведены схемы взаимодействия штампа с горной породой при вдавливании.

а б

Рисунок 2 - Схемы вдавливания штампа в поверхность породы

Цилиндрический штамп 1 диаметром d вдавливается в подготовленную поверхность образца горной породы 2 силой F, которая медленно увеличивается от 0 до F_тах и при которой происходит либо хрупкий выкол породы вокруг штампа с образованием лунки, либо глубина вдавливания штампа достигает предельного значения 0,75 мм, если ранее хрупкого разрушения не было.

В процессе испытания установка УМГП-3 автоматически записывает график зависимости F от h. Пример графикаприведен на рисунке 3.

Прямая ОА характеризует упругое деформирование (прогиб) поверхности горной породы. Кривая АВ характеризует одновременное и упругое, и пластическое деформирование породы под штампом. Правее т. Вначинается, а в т. F заканчивается хрупкое разрушение поверхности горной породы с отколом обломков 3 и с образованием лунки разрушения 4 (см. рисунок 2, б).

Рисунок 3 – Вид зависимости F от h при вдавливании штампа

Различных классов

В нормативной документации по технологии бурения широко используется оценка твердости пород в категориях. Наиболее просто задача определения твердости Н в категориях решается, если известны твердость или предел текучести по штампу:

Н = 12(1 – ехр(-0,00487 ·р_ш ^0,666)), кат.; (15)

Н = 12(1 – ехр(-0,0349 ·р₀ ^0,433)), кат. (16)

Зависимости (15) и (16) получены при условии, что величина Н, равная 12 кат.,является их горизонтальной асимптотой. Формула (16) используется для расчета твердости в категориях пород 3-го класса.

Категория 1 2 3 4

С· 10^-2, МПА < 25 25-50 50-100 100-250

Категория 5 6 7 8

С· 10^-2, МПА 250-500 500-750 750-1000 >1000

По коэффициенту пластичности при вдавливании все горные породы разделены на шесть категорий:

Категория 1 2 3 4 5 6

К 1 1-2 2-3 3-4 4-6 6-∞

К первой категории относятся хрупкие горные породы (первого класса), к категориям со второй по пятую – пластично-хрупкие (второго класса), а к шестой – высокопластичные и сильнопористые породы (третьего класса).

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – овладеть методикой определения показателей механических свойств горных пород методом статического вдавливания штампа (методом Л.А. Шрейнера).

Метод статического вдавливания штампа позволяет определить прочностные, упругие, пластические показатели механических свойств породы и ее энергоемкость разрушения в стандартных условиях.

Для определения показателей механических свойств горных пород методом вдавливания штампа необходимы образцы пород (керны) высотой 30-50 мм и диаметром не менее 40 мм, которые должны иметь две плоскопараллельные шлифованные поверхности.

При испытании горных пород в качестве инденторов используются штампы с плоским основанием (рисунок 1).

Рисунок 1 – Конструкции штампов

Штампы изготавливают или из инструментальной стали с последующей закалкой (рисунок 1, а) или из стали со вставкой из твердого сплава (рисунок 1, б). Штампы со вставкой из твердого сплава используют для испытания очень твердых пород, в которых возможно разрушение штампа. Поэтому вставку выполняют в виде усеченного конуса. Основной геометрической характеристикой штампов является диаметр d рабочей поверхности.

При испытании плотных и однородно-пористых пород можно использовать штампы с площадью рабочей поверхности до 2 мм², а для пород с размером зерен больше 0,25 мм лучше использовать штампы с площадью рабочей поверхности 3 мм². Для испытания сильнопористых и малопрочных пород необходимы штампы с площадью рабочей поверхности 5 мм² и более.

Методика испытания горных пород вдавливанием штампа

В настоящее время испытания горных пород проводятся на установках УМГП-3 и УМГП-4 с автоматической записью зависимости нагрузки на штамп от глубины его внедрения. Установка УМГП-3 рассчитана на нагрузку 0 − 0,98; 0 − 2,45; 0 – 4,9 и 0 – 9,81 кН с предельной величиной внедрения штампа в породу 0,75 мм. Испытание ведется при весьма малой скорости нагружения штампа, поэтому в литературе широко используется другое название метода – метод статического вдавливания штампа.

На рисунке 2 приведены схемы взаимодействия штампа с горной породой при вдавливании.

а б

Рисунок 2 - Схемы вдавливания штампа в поверхность породы

Цилиндрический штамп 1 диаметром d вдавливается в подготовленную поверхность образца горной породы 2 силой F, которая медленно увеличивается от 0 до F_тах и при которой происходит либо хрупкий выкол породы вокруг штампа с образованием лунки, либо глубина вдавливания штампа достигает предельного значения 0,75 мм, если ранее хрупкого разрушения не было.

В процессе испытания установка УМГП-3 автоматически записывает график зависимости F от h. Пример графикаприведен на рисунке 3.

Прямая ОА характеризует упругое деформирование (прогиб) поверхности горной породы. Кривая АВ характеризует одновременное и упругое, и пластическое деформирование породы под штампом. Правее т. Вначинается, а в т. F заканчивается хрупкое разрушение поверхности горной породы с отколом обломков 3 и с образованием лунки разрушения 4 (см. рисунок 2, б).

Рисунок 3 – Вид зависимости F от h при вдавливании штампа

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману