Способ определения прочности сцепления пород Советский патент 1992 года по МПК G01N19/04 E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения свойств полезных ископаемых.

Известен способ определения прочности сцепления покрытий с пористой подложкой, заключающийся в предварительном создании одинакового избыточного давления с обеих сторон подложки и выдержки подложки до выравнивания давления по всей ее толщине. Перепад давления создают путем снижения давления со стороны покрытия. Избыточное давление выбирают большим когезионного разрушения подложки О прочности сцепления судлт по величине перепада давления воздуха по разные стороны подложки в момент отрыва покрытия.

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает достоверность сцепления покрытия с подложкой, так как он основан на коге- зионном разрушении покрытия. При этом на покрытие непосредственно оказывают механическое воздействие через отверстия в подложке, например давлением какой-либо среды или подвижными штырями. При мягких покрытиях (например, глина, тонкоизмельченные породы) избыточное давление, проходя через отверстие в подложке, прорывает глину только в местах отверстий, не отрывая ее на остальных участках.

Наиболее близким техническим решением является способ определения прочности сцепления сыпучих пород,

5

0

5

заключающийся в измерении влажности материала и класса шероховатости поверхности оборудования, величины силы прижатия материала к рабочей поверхности и силы отрыва материала от рабочей поверхности. Производят измерение при помощи оптического микроскопа длины, ширины и глубины пор на поверхности породы и определяют объем пор. Силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования находят по формуле.

Недостатком этого способа является трудоемкость определения прочности сцепления тонкоизмельченных влажных пород, которая вызвана определением среднего объема пор поверхности породы, заключающаяся в измерении дли- 0 ны, ширины и глубины каждой поры на поверхности породы. Кроме того, силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования необходимо находить по определенной формуле.

Целью изобретения является повышение точности определения сцепления за счет экспериментального измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы.

Использование изобретения позволяет испытывать твердые материалы, не нарушая их поверхность, образцы горной породы при измерении их сцепления с твердыми материалами не теряют исходной влажности, что сохраняет свойство липкости породы, обеспечивая достоверность данных измерения, сокращает сроки проведения измерений,

5

0

5

а также повышает производительность и точность при определении прочности сцепления за счет экспериментального (а не расчетного по прототипу) определения усилия отрыва, величину которого определяют по разности первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв образца от штампа.

Поставленная цель достигается тем что в способе определения Прочности сцепления пород, преимущественно образцов пород с поверхностью горного оборудования, включающем измерение влажности породы и класса шероховатости поверхности горного оборудования, прижатие к образцу породы сменного штампа, рабочая поверхность которого соответствует по величине шероховатости и материалу рабочей поверхности оборудования, и определение усилия отрыва образца породы от штампа, по которому судят о прочности сцепления, образец породы размещают в герметичной камере на эластичной прокладке, устанавливают над образцом с зазором штамп, связанный с механизмом его перемещения, перед прижатием штампа к образцу создают в камере избыточное давление газо образной среды не менее, чем в три раза превышающее атмосферное, после прижатия штампа к образцу и образования контактной зоны поднимают штамп с прилипшим образцом над дном камеры и снижают в камере давление среды до момента отрыва образца от штампа, а усилие отрыва определяют по разности первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв образца от штампа.

На фиг. 1 показана камера, с помощью которой реализуется способ определения прочности сцепления пород со сменным штампом, соответствующим по материалу и шероховатости горному оборудованию; на фиг. 2 схематически показано размещение образца на штампе; на фиг. 3 прижатие штампа к свободной поверхности образца; на фиг. b - отжатие образца от штампа с образованием изолированных полостей после снятия нагрузки.

Камера 1 выполнена в виде цилиндра из прозрачного материала, наприме из плексигласа. В днище камеры 1 выполнено углубление, в которое помещается контейнер 2 из легкого мате0

риала для исключения прилипания образца к днищу камеры 1 и испытываемый образец 3.

Герметичная камера 1 снабжена крышкой k, которая закрывает камеру 1 с помощью, например, резьбового соединения. В крышке 4 размещены шток 5 с возможностью осевого перемещения, клапан 6 и манометр 7, Шток 5 в. нижней части имеет соединение, например резьбовое, со сменным штампом 8, соответствующим по материалу и шероховатости горному оборудованию.

5 Крышка 4 и камера 1 снабжена уплотнениями 3 и 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Образец горной породы 3 размещают

0 в герметичной камере 1 на эластичной прокладке 2 в углублении днища камеры 1,При снятой крышке штамп 8 прикрепляют к механизму его перемещения в виде штока 5. Закрывают камеру

5 1 крышкой А, при этом штамп 8 установлен над образцом с зазором, исключающим прилипание образца 3 к днищу камеры 1. Через клапан 6 накачивают воздух в камеру 1, контролируя

0 давление манометром 7 о Создают из быточное давление газообразной среды, не менее чем в три раза превышающее атмосферное, (определено экспериментально), затем шток 5 со

д штампом 8 прижимают к образцу 3 с заданной силой мерным грузом, например гирей (не показано), после чего груз снимают со штока 5. После прижатия штампа 8 к образцу 3 и образо0 вания контактной зоны поднимают штамп 8 с прилипшим образцом 3 над дном камеры 1 и снижают в камере 1 давление среды стравливанием воздуха через клапан 6 до момента отрыва образца

5 от штампа.

По манометру 7 определяют давление воздуха в камере 1. Усилие отрыва определяют по разности первоначального избыточного давлений в ка0 мере 1 и давления, при котором происходит отрыв образца 3 от штампа 8. Применение данного способа основано на том, что при наложении шероховатой поверхности образца 3 (фиг. 2) на поверхность штампа 8, также имеющего микромеровности, между данными поверхностями образуются полости 11 и 12. Прижатие поверхности штампа 8 к свободной поверхно-.

5

сти образца 3 приводит к выдавли-t ванию воздуха из полостей 11 в этнос феру (фиг. 3). В реультате пластичной деформации стенок микронеровностей поверхностного слоя образца 3 полости 11 смыкаются и становятся изолированными от окружающей среды. /Сформируются стенки микронеровностей образца 3 и в полостях 12, а находящийся в данных полостях воздух сжимается, поскольку полосги 12 не сообщаются с окружающей средой. После снятия нагрузки сжатый воздух в полостях 12 отжимает образец 1 от штампа 8 (фиг. k). При этом полости

11(фиг, гО, оставаясь изопированным от окружающей среды, частично увеличиваются в объеме за счет деформации растяжения стенок микронеровностей свободной поверхности образца 3. Увеличение объема полостей 11 при неизменном количестве в них воздуха образует в данных полостях разрежени относительно окружающей среды. Экс- перименты показали, что если создать давление окружающей среды, равное давлению в указанных изолированных полостях, то образец отделится от штампа. Помещать образец, в Составе которого имеется вода, в вакуум нельзя, так как в вакууме вода интенсивно испаряется, что приводит к измнению свойства липкости образца и, следовательно снижает достоверность измерения

Поэтому в предложенном способе прижатие штампа 8 к исследуемому образцу 3 для их слипания производят в камере 1 при повышенном давлении воздуха, например b эти, в камере 1. Пусть, например, после снятия нагрузки давление в изолированных полостях

12контактной зоны составляет 1 ати, т.е. в указанных полостях образуется пониженное давление по отношению к давлению в камере 1 (А ати). Понизив давление воздуха в камере 1 до 3 ати произойдет отделение образца от штампа, т.е. разность величин первоначал ного избыточного давления в камере

и давления, при котором произошел отрыв образца от штампа, дает величину прочности сцепления: b ати - 3 ати 1 ати.

Экспериментально определяется минимальная величина, избыточного давления в камере (она должна быть не менее 3 ати).

0

0

$

5

g

Исходя из того, что максимальная сила прижатия штампа составляет 5 кг, так как при большей силе прижатия образец раздавливается, т.е. теряет первоначальную форму. Измеренное давление разрежения в изолированных полостях контактной зоны слипшихся образца и штампа не превышало 2,85 эти Таким образом, избыточное давление в камере должно быть выше атмосферного, по крайней мере в 3 раза.

П р и м е р 1. Испытания проводили в лаборатории рудничного транспорта в герметичной камере при Повышенном давлении воздуха. Выполняли 30 измерений, на что было затрачено 17,8 ч. Определяли Прочность сцепления каолинита (образца), входящего в состав большинства руд, и пород влажностью 22,5&% с облицовочным материалом лотка виброконвейера - фторопластом, поверхность которого выполнена по 8 классу шероховатости (штампом). ла прижатия образца и штампа - 5 кг, время прижатия 10 с

Образец - каолинит в контейнере устанавливали в углубление днища камеры. При снятой крышке камеры штамп- материал лотка из фторопласта жестко закрепляли на подвижном штоке и располагали в камере с зазором, исключающим контакт со свободной по- 5 верхностью образца (каолинита). После этого камеру закрывали герметично крышкой. Через клапан в крышке в камеру накачивали насосом воздух, контролируя это давление манометром. При достижении давления воздуха в камере 2,9 кг/см2 прижимали шток со штампом из фторопласта к образцу в течение 10 с. Сила прижатия составля- ла 5 кг. После снятия нагрузки шток с прилипшим к штампу - фторопласту образцом поднимали над дном камеры, снижали давление воздуха в камере через клапан до момента отделения образца от штампа. Давление воздуха в камере сравнялось с атмосферным, но отделение образца не произошло.

П р и м е р 2. Испытание проводили при достижении давления в камере 3 кг/см2. При этом давлении прижимали шток со штампом - фторопластом к образцу - каолиниту в течение 10 с с силой 5 кг. Поднимали шток с при липшим к штампу образцом. Снижали давление воздуха в камере до момента

0

0

5

5

отделения образца от штампа При снижении давления в камере до нуля отделение образца произошло. Сила сцепления составила 3 кг/см2 0кг/см2 3 кг/см2. Измеренная влажность образца составила 22,56%, т.е„ влажность образца не изменилась.

П р и м е р 3. Проводили измерение прочности сцепления образца и штампа при давлении воздуха в камере k кг/см2. Прижимали шток со штам- пом-фторопластом к образцу-каолиниту силой 5 кг в течение 10 с. Поднимали шток со слипшимися образцом и штампом и снижали давление воздуха в камере: при давлении 1 кг/см2 образец отделился от штампа. Прочность сцепления образца равна 4 кг/см2 1кг/см2 3 кг/см2о Измеренная влажность образца составила 22,5&%, т.е. влажность образца в процессе измерения не изменилась.

Данные двух параллельных серий

каолинитом, обладает высокой достоверностью измеренных величин, повыш ет производительность труда за счет уменьшения трудоемкости измерения прочности сцепления пород со штампа ми - твердыми материалами.

Данные измерения прочности сцеплений образцов - тонкоизмельчвнных

10 влажных руд, пород, грунтов со штам пами - рабочими поверхностями горно го оборудования могут быть использо ваны при расчетах и конструировании вибротранспортных машин, конвейеров

15 окомкователей и других машин и меха низмов, транспортирующих и перераба тывающих материалы с липким свойством.

Предложенный способ определения

20 сцепления пород с штампом-рабочей поверхностью горного оборудования позволяет испытывать твердые матери алы не нарушая их поверхность; образцы породы при измерении их сцепопытов при различном давлении воздуха 25 ления со штампами-твердыми матери

74802610

каолинитом, обладает высокой достоверностью измеренных величин, повышает производительность труда за счет уменьшения трудоемкости измерения прочности сцепления пород со штампами - твердыми материалами.

Данные измерения прочности сцеплений образцов - тонкоизмельчвнных

10 влажных руд, пород, грунтов со штампами - рабочими поверхностями горно- го оборудования могут быть использованы при расчетах и конструировании вибротранспортных машин, конвейеров,

15 окомкователей и других машин и механизмов, транспортирующих и перерабатывающих материалы с липким свойством.

Предложенный способ определения

20 сцепления пород с штампом-рабочей поверхностью горного оборудования позволяет испытывать твердые материалы не нарушая их поверхность; образцы породы при измерении их сцеп

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения свойств полезных ископаемых, при расчетах и конструировании вибротранспортных машин, конвейеров, окомкователей и других машин и механизмов, транспортирующих и перерабатывающих материалы с липкими свойствами. Цель - повышение точности

в камере приведены в табл. 1.

Таким образом, избыточное давление в камере при измерении прочности сцепления слипшихся образца и штампа должно быть выше атмосферного, по крайней мере в 3 раза.

Проведены испытания предлагаемого способа в сравнении с аналогом и прототипом, замеры которых сравнивали с базисным вариантом (контрольным) - методом нормального отрыва образца- каолинита от штампа-подложки.

Результаты испытаний приведены в табл. 2 и 3Применение предлагаемого способа по сравнению с контрольным сокращает время измерения одного цикла в 8 раз, ошибка измерений составила 0,4%, что свидетельствует о высокой достоверности измеренных величин. Предлагаемый способ повышает производительность измерений за счет уменьшения трудоемкости определения прочности сцепления образцов.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о преимуществе предложенного способа по сравнению с прототипом, заключающемся в повы шении точности определения прочности сцепления пород при сохранении их влажности и липкости.

Способ определения прочности сцепления пород, выполненный с образцом

алами не теряют исходной влажности, что сохраняет свойство липкости породы, обеспечивая достоверность данных измерения, сокращает сроки проведения измерений, а также повышает производительность при определении прочности сцепления за счет уменьшения трудоемкости определения прочности сцепления, величину которой определяют сразу в момент отрыва испытуемого образца породы от штампа по разности величин первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв образца от штампа.

Формула изобретения

Способ определения прочности сцеп- ления пород, преимущественно образцов пород с поверхностью горного оборудования, включающий измерение влажности породы и класса шероховатости поверхности горного оборудования, прижатие к образцу породы сменного штампа, рабочая поверхность которого соответствует по величине шероховатости и материалу рабочей поверхности оборудования, и определение усилия отрыва образца породы от штампа, по которому судят о прочности сцепления, отличающийся тем, что,с целью повышения точности определения сцепления за счет экспериментального

1117Ш

измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы, образец породы размещают в герметичной камере на эластичной прокладке, устанавливают над образцом с зазорбм штамп, связанный с механизмом его перемещения, перед прижатием штампа к образцу создают в камере избыточное давление газообразной среды не менее, чем в три раза превышающее атмосфер12

ное, после прижатия штампа к образцу и образования контактной зоны подни мают штамп с прилипшим образцом над дном камеры и снижают в камере давление среды до момента отрыва образца от штампа, а усилие отрыва определяют по разности первоначального избыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв образца от штампа,

Таблица 1

2,85. 100

Too 2,9

100 3z25

Too

3,15 100

3,25

Too

3,35 100

Количество измерений одного

цикла800

Измеренная прочность сцепления, кг/см23,00

Время измерения одного цикла, ч1М

Себестоимость измерения одного цикла 3,1

Таблица 2

100

97,9

2,§Z 89,0

2Z65 87,0

2,65 8575

2,85

Too

2,9 3975

3xQlr 100,5

3,05 100

2Л5

100

2,67 82,0

2,68

3,2J 99,5

2i2S

100

Таблица 3

30 3,01 17,8 17,3

Фиг Ъ

ФигЗ

Фиг 4