Способ определения твердости горной породы Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

X XsVfi VZ

////////////////

фаг,

Изобретение относится к способам определения механических свойств горных пород.

По основному авт. св. № 853103 известен способ определения твердости горной породы, заключающийся в том, что на плоском обнажении горной породы высверливают цилиндрическую лунку глубиной, равной 3-4 -м ее диаметрам, вдавливают рядом с лункой цилиндрический пуансон, а о твердости горной породы судят по усилию вдавливания в момент разрушения боковой стенки лунки 1.

Однако указанный способ характеризуется низкой точностью, связанной с отсутствием учета различных видов напряженного состояния горных пород в массиве.

Целью изобретения является повышение точности результатов испытаний при разных видах объемного напряженного состояния.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения твердости горной породы в отверстии устанавливают вкладыш из пластического материала и прикладывают независимые друг от друга усилия на вкладыш и на плоское обнажение породы. Вкладыш выполнен из пластического материала.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа контактных испытаний пластических горных пород; на фиг. 2 - то же, способ хрупких пород.

Пример 1. Для испытаний прочности на сжатие в объемном напряженном состоянии известняка, коэффициента бокового распора, а также изучения зависимости модуля объемной деформации от разности нормальных напряжений на плоском обнажении известняка 1 (фиг. 1) сверлят кольцевую лунку 2 глубиной 5 см, имеющую внешний диаметр 2 см, внутренний - 1 см. Устанавливают в лунке 2 кольцевой вкладыш 3 из капрона, в который заранее вплавили тензометрическийизмеритель поперечных деформаций 4. На торец керна 5 установили цилиндрический пуансон б диаметром 0,95 мм. На вкладыш 3 устанавливают пуансон 7. К пуансону 6 прилагают усилие, создающее напряжение 6 , к пуансону 7 - напряжение 02 Вертикальные деформации пуансонов 6 и 7 измеряют соответственно деформометрами 8 и 9 Поперечную деформацию керна 5 измеряют тензометрическим измерителем 4. В таблице приведены результаты измерений.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ по авт. св. N° 853103, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов испытаний при разных видах объемного напряженного состояния, в отверстии устанавливают вкладыш из пластического материала и прикладывают независимые друг от друга контактные усилия на вкладыш и на плоское обнажение породы.

Из таблицы следует, что при боковом давлении О МПа предел прочности на одноосное сжатие - 55 МПа, при боковом давлении - 40 МПа, предел прочности на объмное сжатие - 108 МПа. Коэффициент бокового распора равен 0,62-0,63 и не зависит от уровня напряжений при всестороннем сжатии. Модуль объемной деформации сильно зависит от вида напряженного состояния. Так в допредельной области породы модуль уменьшается при увеличении разности нормальных напряжений, а в момент разрушения меняет знак на противоположный, что свидетельствует о дилатинсии (увеличении объема) породы. Пример 2. Для испытаний хрупкого песчаника на породном обнажении 10 (фиг. 2) сверлят цилиндрическую лунку 11 диаметром 1 см. В лунке 11 устанавливают свинцовый вкладыш 12 с вплавленным тензометрическим индикатором 13 поперечных деформаций. На вкладыщ 12 установили цилиндрический пуансон 14 с проточкой 15, через которую пропускают проводники 16 от тензометрического индикатора 13. С помощью пуансона 14 создают во вкладыше 12 напряжение 6,, кольцевым пуансоном 17 создают в породе напряжение б .

В результате испытаний получены следующие значения искомых параметров.

Предел прочности на одноосное сжатие при боковом давлении 10 МПа-110 МПа; при 15 МПа-150 МПа; при 20 МПа- 180 МПа. Коэффициент бокового распора- 042 (коэффициент Пуассона - 0,29) Модуль объемной деформации при нормальных напряжениях 20 МПа, и при главном нормальном напряжении 100 МПа равен .

Использование вкладышей из материалов с хорошо изученными свойствами позволяет создать контролируемую боковую нагрузку на породное обнажение и обеспечить разные режимы объемного нагружения. При использовании высокопластичного материала - капрона, имеющего коэффициент бокового распора, равный 1, в боковое давление передается все усилие пуансона. При необходимости создания высоких

нагрузок для испытаний особо прочных пород (крепких песчаников и др.) для вкладыша используют свинец. Схема испытаний со сверлением кольцевой лунки и образованием керна целесообразна для пластичных пород. В хрупких породах керн разрушается во время сверления лунки, поэтому используют схему со сверлением цилиндрической лунки.

Предлагаемый способ контактных испытаний позволяет повысить точность испытаний при разных видах напряженного состония на 10-15% за счет надежного контроля нагрузок, передаваемых испытуемому объему породы и более точного определения прочности и модуля деформации при сложных видах объемного нагружения.

Вследствие этого производят более точный расчет подземных сооружений, исполнительных органов горных машин, что позволяет сэкономить материалы для крепления выработок, усиления органов комбайнов и др.

ф1/г.2