Устройство для контактного испытания горной породы Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при определении деформационных и прочностных свойств горных пород на мес те их разработки. Известно устройство для контактных испытаний горных пород состояид из штампа, устанавливаемого под пресс, которым вдавливают штамп в поверхность горной породы 13. Однако это устройство имеет огра ниченную область применения и используется только в лабораторных условиях, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к Предлагаемому является устройство для контактного испытания горной породы конструкции ВНИШ, включающее рабочий пуансон цилиндрической формы, установленный на гидродомкрате, соединенном маслоприводом через блок управления с маслонасосом 2. Недостатком известного устройств является однообразный вид напряженного состояния, которое создают в породе во время ее испытаний. Под пуансоном возникает сжатие породы,, сопровождающееся расширением в стороны. Свободный ненагруженный объем породы вокруг пуансона5.примыкающрй к поверхности, испытывает большие касательные напряжения,в результа те которых он разрушается с характер ным выпучиванием. Одновременно с.вы пучиванием породы, окружающей пуансон, раздавливается защемленный стол бик породы под пуансоном, в результате чего образуется характерная лунка контактного разрушения породы Таким образом, разрушение породы в никает всегда на ветви сжатия, увеличения давления пуансона. Поскольк форма и размер пуансона остаются не изменнымИ5 механизм дефорьщрования и разрушения породы всегда идентич- ны. Это сужает возможности прибора и снижает эффективность исследований. Целью изобретения является повышение точности определения параметр напряженного состояния породы,, Поставленная цель достигается тем, что устройство для контактного испытания горной породы, включающее рабочий пуансон цилиндрической формы установленньй на гидродомкрате, сое диненном с маслонасосом через блок А управления с маслонасосом, снабжено дополнительнымпуансоном, вьшолненным коаксиально с основным и соединенным с независимым гидроприводом, при этом рабочая поверхность дополнительного пуансона выполнена конической. На фиг. 1 изображен гидродомкрат с пуансоном, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 и 4 составной пуансон, вид сбоку. Устройство для контактного испытания горной породы состоит из гидродомкрата 1, в котором коаксиально установлены внутренний 2 и внешний 3пуансоны. Поршни 4 и 5 пуансонов 2 It 3 размещены в гидравлических камерах 6 и 7. Камеры 6 и 7 соедиHBHfai маслопроводами 8-11 через блок управления (не показан) с маслонасосом (не показан), Для надежной герметизации между внутренним 2 и внешним 3 пуансонами установлено подвижное уплотнение 12. Уплотнения 13 и t4 установлены также между внутренним пуансоном 2 и корпусом гидродомкрата 1 и между внешним пуансоном 3 и корпусом гидродомкрата 1 . Устройство работает следующим образом. При подаче масла через маслопровод 8 в гидравлическую камеру 6 давление действует на поршень 4 и вьщвигйет внутренний пуансон 2. При передвижении пуансона 2 поршень 4вытесняет масло из камеры 6 через маслопровод 9 в блок управления, измерйющий перемещение пуансона 2. При подаче масла через маслопровод 10 в камеру 7 давление воздействуя на ,поршень 5 перемещает внешний пуансон 3. Величину перемещений измеряет блок управления по объему масла, вытесненного через маслопровод 11. Извлечение застрявшего внутреннего пуансона 2 из породы производят с помощью внешнего пуансона 3. Для этого масло подают через маслопровода 10 и 9, Таким образомо необходимость во вспомогательном пуансоне отпадает. Внешний пуансон 3 позволяет создавать различный уровень напряжений при испытании свойств породы внутренним пуансоном 2. Таким образом,; возникает возможность исследования свойств породы контактным методом не только в режиме, близком к одноосному напряженному состоянию, но и в объемных состояниях при любом уро не напряжений. Опыт работы с прибором МГД конструкции ВНИМИ показал, что диаметр лунки при разрушении по роды не превышает двух диаметров пу ансона, поэтому диаметр внешнего пу ансона 3 должен быть равен двум диа метрам внутреннего пуансона 2. Для расширения возможностей устройства необходимо рабочую контактную поверхность пуансона 3 делать конусообразной. При наклоне образую щих конуса к центру пуагисока во вре мя нагружения породы 15 внешним пуансоном 3 создается повышенный уровень боковых сжимающих напряжени в породе (фиг. 3). При наклоне обра зующих конуса в сторону периметра пуансона 3 (фиг. 4) в испытуемом об еме породы 15 возникают растягиваю- още боковые напряжения. Степень изменения боковых напряжений регулируют углом наклона образующих конической рабочей -поверхности внешнего пуансона 3. Стендовые испытания модели предлагаемого коаксиального пуансона по казапи, что при проскальзывании раб чей поверхности внешнего пуансона относительно горной породы более полно используются резервы конусности. Вдавливание конусного индентора через смазку, прокладки из полиэтилена фторопласта показали, что чем меньше коэффициент трения между индентором и породной поверхностью, тем больше удается изменить соотношение нормальных компонентов напряжения под рабочим индентором (при одинаковой конусности). Угол конусности зависит от модуля упругости и прочности породы. Для прочных хрупких упругих пород типа песчаников, имеющих модуль упругости порядка 4д 50-100 ГПа, и прочность на сжатие свьопе 60-80 МПа, угол конусности целесообразно принимать не более 0,018 рад. Для испытания слабых пластичных пород типа аргиллитов, имеющих модуль упругости 1-10 ГПа, прочность 20 50 Ша и обладающих ярко выраженными пластическими свойствами угол конусности необходимо увеличить до 0,060 рад. При меньших углах в пластичных породах происходит нивелирование конусности внешнего ивдентора и снижение эффективности работы устройства. Для связанных грунтов глин или размокших глинистых пород эффективные результаты достигаются при весьма больших углах конусности порядка 0,80 рад. Кроме того, предлагаемое устройство измеряет контактную прочность породы в зависимости от уровня сжимающих напряжений, результаты измерений показали, что с увеличением объемного обжатия контактная прочность породы возрастает практически до бесконечности. Тогда, как известное устройство измеряет только контактную прочность на свободной от напряжений поверхности горной породы. За.счет возможности регулирования соотношения давлений внешнего и внутреннего пуансонов предлагаемое устройство используют при измерении коэффициента бокового распора, который вообще нельая измерять при помощи известного устройства. Таким образом, указанные технические преимущества повышают возможности предлагаемого устройства, на 30-40% снижают трудоемкость испытаний механических свойств пород.

01482

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОГО ИСПЫТАНИЯ ГСЯРНОЙ ПОРОДЫ, включающее рабочий пуансон гршиндрической формы, установленный на гидродомкрате, соединенном маслопроводом через блок управления с маслонасосом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения параметров напряженного состояния породы, оно снабжено дополни тельным пуансоном, выполненным коаксиально с основным и соединенным с независимьв4 гидропроводом, при этом рабочая поверхность дополнительного пуансона выполнена кокичес-. кой. H-v. .-. .. -, . ,}.Ч,/ Г-- .I

-:.-. Фие.З :.......ff.fC.r......;.«. . ::;-r i /л:.--/ Фш.