Стенд для определения характеристик напряженных горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

00 О5

О5

.i 1 Изобретение относится к аппарату ре, применяемой в исследованиях физ ко-механических свойств и горнотехнологических характеристик горны пород и других твердых сред, находя щихся в условиях сложного напряженн состояния. Известны устройства, позволяющие определять свойства горных пород, н ходящихся в условиях объемного напр женного состояния, с псУмощью которы можно создавать в исследуемом образ це горной породы только условия одн осного, двухосного или всестороннег сжатия или только одноосного растяжения Я . Недоста1ком данного устройства является невозможность создания условий двухосного или всестороннего растяжения. Наиболее близким к изобретению я ляется устройство для определения характеристик напрялсенньпс горных пород, включающее раму с пуансоном опорным кольцом 2J . Недостатком данного устройства является TOj что с его пог-ющью невозможно определить характеристики горных пород (твердость, абразивкость и др.), находяицихся в условиях растяжения, так как в нем отсутствуют нагрузочные устройства и измерительная аппаратура. Кроме тог При такой конструкции невозможно нагружение растянутой поверхности диска измерительным индз,ентором i-ши измерительным стержнем, так как нагружение этими измерительными инстр ментами во все точки диска (кроме лежацщх под площадью контакта пуансона с образцом породы) вызывает обратный прогиб пластины горной породы или срез ее что приводит к искажению нужного нам растянутог напряженного состояния образца. Цель изобретения - повьцпение информативности измерения за счет определения твердости и абразивнос горных пород, находящихся в напряженном состоянии под действием рас тягивающих напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем раму с пуансоном и опорным кольцом рама снабжена твердомером5измерителем абразивности и направляюш гмИ опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по на, правляющим, а- пуансон выполнен в в 642 де шарового сегмента, площадь которого больше или равна площади торца образца горной породы. На чертеже показан предлагаемый стенд, обпщй вид. Стенд для определения характеристик горных пород.состоит из рамы 1, направляющих 2 с гайками 3 опорного кольца 4j размещенного с возможностью осевого перемещения в нar paвJ Яющиx 2, пуансона 5 с рабочей поверхностью в виде шарового сегмента, цилиндрического образца горной породы 6 (пунктиром показан образец в рабочем положении)5 твердомераJ включающего измерительный индентор 7 с кагрузочHbiM устройством, состоящим из цилиндра 8, поршня со штоком 9, гиДрораспределителя -10 и манометра для определения усилия подачи 11. Твердомер закреплен на раме с помощью кронштейнаI2. Кроме того, стенд имеет измеритель абразивности, включающий измерительный стержень 13 с механизмом вращения 14 и нагрузочным устройством, состоящим из цилиндра 15, поршня со штоком 16, гидрораспределителя 17, манометра 18, и кронщтейна 19 для закрепления измерителя абразиЕНости на раме. Измерение твердости и абразивности горных пород с использованием предлагаемого стенда производится следующим образом. С помощью гаек 3 опорное кольцо 4 перемепщют до тех пор, пока поверхность образца 6 со стороны пуансона 5 не соприкасается со всей поверхностью пуансона 5. При этом образец 6 изгибается, и в нем создаются различные по знаку напряжения. В одной половине образца, прилегающей к пуансонз/, создаются сжимающие напряжения во второй со стороны опорного кольца 4 - растягивающие, величина которьк обратно пропорциональна радиусу рабочей поверхности пуансона 5. Затем с помощью нагрузочного устройства 8,9,10,, 11 w 12 к растянутой поверхности образца подводится измерительный индентор 7 твердомераJ к производится вдавливание его в образец. Таким образом, измеряется твердость образца горной породы, находящегося в растянутом состоянии. Усилие вдавливания определяется с помощью манометра 11, Измерение абразивности производится ан;злогичнь м образом. К предварительно растянутой поверхности образ ца породы с помощью нагрузочного ус ройства 15, 16, 17 и 18подводится измерительный стержень 13 измерител абразивности и нагружается до определенного усилия Р.С помощью механизма вращения 1А стержню придается вращение и производится измерение абразивности растянутой горной породы. Измерение твердости и абразив ности горной .породы может производится как последовательно, так и одновременно. Измерительный индентор и измерительный стержень устанавливаются на раме по нормали к рабочей поверхности пуансона. Это делается для того, чтобы они были также перпендикулярны и к поверхности образца после того, как последний нагружен опорным кольцом и приведен в рабочее состояние. Геометрические размеры образцавысота цилиндрической части выбирается таким образом, что внедрение измерительного индентора происходит только в растянутом слое. Использование предлагаемого стенда в научных исследованиях позволяет ; решить важные научные и практические задачи: механически моделировать напряженное состояние поверхностного слоя локально охлаждаемой горной породы ( при локальном охлаждении имеет место всестороннее растяжение на поверхности горной породы); исследовать влияние растягивающих напряжений, действующих на поверхность образца горной породы на его характеристики (твердость, абразивность и т.д.). Получить как качественную, так и количественную зависимость рсарактеристик горных пород от величины растягивающих напряжений в породе; определить оптимальное соотношение параметров механического и термического воздействия в инженерных расчетах и при проектировании термомеханических породоразрушающих инструментов и способов проходки,основанных на предварительном локальном охлаждении поверхности горных пород.

СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий раму с пуансоном и опорным кольцом, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности измерения за счет определения твердости и абразивности горных пород, находящихся в напряженном состоянии под действием растягивающих напряжений, рама снабжена твердомером, измерителем абразивности и направляющими, опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансон вьшолнен в виде шаровогь сегмента, площадь которого больше или равна площади торца образца, горной поросл ды.