Способ определения прочности многолетнемерзлых горных пород в натурных условиях Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

I

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при определении временного сопротивления сжатию многолетнемерзлых горных пород.

Известен способ определения прочности горных пород в натурных условиях с помощью давильной установки 1 .

Основными недостатками этого способа являются громоздкость и высокая стоимость оборудования, недостаточная в ряде случаев величина создаваемого давления, а вследствие этого и ограниченность размеров испытуемых блоков, что снижает точность харак-. теристик пород.

Известен также способ определения прочности многолетнемерзлых горных . пород в натурных условиях, включающий выделение из массива испытуемого блока и его нагружение 2 .

Недостатками этого способа являются необходимогть создания значительной нагрузки при испытании

крепких пород, что требует применения нескольких давильных цилиндров , высоконапорных насосов, соединительных трубок высокого давления и вследствие этого высокие затраты на проведение испытаний.

Целью изобретения является снижение затрат на испытания горных пород.

Поставленная цель достигается

10 тем, что на нагружаемую поверхность выделенного блока перед испытанием укладывают слой льда, после чего производят нагружение блока массива до его разрушения и фиксируют

15 значение разрушающей нагрузки, а прочность пород определяют по формуле

пгс/см

сж

20

. J2 Rn RC

где RC« предел прочности блока массива на сжатие; 39 предел прочности льда при условно мгновенном нагружении, кгс/см, значение разрушающей нагруз ки , полученное при испытании блока массива с ледяным слоем; высота испытуемого элемента без ледяного слоя; полная высота испытуемого блока; толщина ледяного слоя. На чертеже изображена схема реализации способа. Испытание горных пород производят следующим образом. В массиве угля или породы вынимаю нишу 1 и с помощью боковых вертикаль ных щелей 2 оконтуривают испытуемый блок массива 3- Затем на его поверхность укладывают слой k льда. На нег устанавливают опорную плиту 5 и нагр жающий домкрат 6, с помощью гидронасоса 7 производят нагружение породы. Перед нагружением измеряют высоту ис пытуемого блока массива 3 и толщину ледяного слоя k а также устанавлива ют ийдикаторы измерения деформаций 8 Нагружения массива производят до его разрушения, а разрушающее усилив фик сируют с помощью манометра 9 укрепленного на гидронасосе 7После проведения испытаний опреде ляют предел прочности массива по формуле о Лсжфизическая сущность явления, позволяющего снизить значения разрушающей нагрузки при испытании образцов пород с ледяными прослоями на нагружаемых поверхностях, состоит в том. что в силу специфики свойств, лед яв . . ляется идеально пластичным материалом при длительном приложении нагруз 9 и в то же время он имеет вполне ки определенные значения прочности при условно мгновенном приложении нагрузки. Кроме того, при воздействии нагрузки лед может течь, оставаясь льдом и сохраняя все присущие ему свойства. При приложении нагрузки к поверхности образца, на которую уложен ледяной слой, лед начинает течь, при этом на поверхности образца возникают касательные напряжения, направленные от середины к краю опорной поверхности.. Это подтверждается характером разрушения образцов, которые разрушаются вертикальными трещинами, расположенными вдоль его оси и проходящими примерно в середине опорных поверхностей, т.е. происходит как бы разрыв образца. Извест- : но, что прочность на растяжение образцов пород обычно в 10-20 раз меньше прочности их на сжатие. В с;ледстаие этого, при таком характере нагруж ния, происходит разрушение образцов при меньших усилиях по сравнению с обычными способами испытаний. Испытания образцов горных пород проводились в холодильной камере ВНИМИ. Целью испытаний являлось установление закономерности снижения абсолютного значения разрушающей нагрузки при наличии на нагружаемой поверхности образцов горных пород ледяных слоев. Испытывались образцы горных пород, изготовленные из угля, диабаза, мрамора и извест|чяка. Ледяные слои располагались на торцовых гюверхностях образцов. Перед испытаниями пород с ледяными слоями был определен предел прочности льда на сжатие при . Среднее его значение по 10 опытам составило 2 кгс/см. Испытания образцов горных пород проводились в режиме условно мгновенного нагружения на 10-тонном прессе БУ-47. (fc Результаты испытаний приведены в таблице.

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы

Примечание X и испытаниях .с ледяными резцов, h Как видно из таблицы, при наличии на торцовых поверхностях образцов ледяных прослоев разрушающая нагрузка уменьшалась в 2-8 раз, в зависимости от толщины прослоев. Обработка результатов испытаний образцов горных пород, представленных в таблице, позволила получить указанную формулу для определения проч ности образцов на сжатие с ледяными слоями , расположенными на их нагружаемых поверхностях. Предлагаемый способ по. сравнению с известным обладает меньшей трудоемкостью, не требует громоздко го оборудования, так как создание сравнительно незначительного разрушающего усилия можно достичь с помощью простых механических устройст например винта, клина, автомобильного домкрата, и позволяет проводит испытание с помощью давильной установки пород весьма значительной прочности . Формула изобретения Способ определения прочности мно голетнемерзлых горных пород в натур ных условиях, включающий выделение из массива испытуемого блока и его нагружение, отличающийс я тем, что, с целью снижения едел прочности на сжатие при зцов горных пород соответственно оями и без них; d - диаметр обота; Л толщина ледяных прослоев. затрат- на испытания, на нагружаемую поверхность выделенного блока перед испытанием укладывают слой льда, после чего производят нагружение блока массива до его разрушения и фиксируют значение разрушающей нагрузки, а прочность пород определяют по формуле „ h,, ,,гс/см2 предел прочности элемента массива на сжатие; Rj, - предел прочности льда при условно мгновенном нагружении, кгс/см, RC - значение разрушающей нагрузки, полученное при испытании блока массива с ледяным слоем, Ищ- высота испытуемого элемента без ледяного слоя, полная высота испытуемого блока, Ьд- толщина ледяного слоя. Источники информации, принят| е во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № / 01803. кл. Е 21 С 39/00, 19712.Бич Я.А. и др. Об определении прочности-пластов угля на сжатие. Труды ВНИМИ.Сб.№50, 19бЗ (прототип) .