Динамическая прочность горных пород

Показатели	Группы пород
I	II	III	IV	V	VI
Динамическая прочность Fg	8 и менее	8-16	16-24	24-32	32-40	40 и более
Степень динамической прочности	Малая	Умеренная	Средняя	Прочная	Очень прочная	Исключительно прочная

Где п- число ударов по одной пробе: - высота столбика разрушенной породы, мм.

Математическое описание процесса взаимодействия идентора с горной породой можно дать лишь для простейших случаев.

Первый случай. По поверхности горной породы наносится удар свободно падающим ударником массой в виде цилиндра с плоским основанием. В момент контакта скорость движения ₀ сила взаимодействия при упругом деформировании прямо пропорционально смещению поверхности:

Р= _п ,

Где _п коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств горной породы или жесткость породы или жесткость породы:

Максимальная сила Р _max взаимодействия будет иметь место при наибольшем смещении ₀ поверхности. При этом потенциальная энергия деформирования составит

= ½ Р _{max 0}=1/2 _п ² ₀

Т = m² ₀/2

Из условия =Т, можно определить

₀= ₀m/_п

 

Рис. 1.

Наибольшую силу

Р _max = ₀ m_п

При упругом деформировании горной породы штампом модуль деформации при вдавливании

С= Р/₀

Тогда жестокость породы

_п =Сd

Второй случай. К рассмотренному в первом случае ударнику приложена постоянно действующая сила Р₁, тогда баланс энергии =Т при = ₀ запишется в виде

=Т+ Р₁

_п² ₀ = m² ₀+2 Р₁₀ ² ₀ - 2 Р₁ /_{п 0} - m² ₀ /_п =0

Решение уравнения имеет вид

₀ = Р₁ /_п (Р₁ /_п)² + m² ₀/ _п

Умножает обе стороны уравнения на _п полумаксималь

Р _max = Р₁+ Р₁ + _п m² ₀

₀ =0 Р _max =2Р₁

т.е. имеет место так одной случай внезапного действия (мгновенного приложения нагрузки.

Рассмотрим разрушение горных пород при динамической вдавливание штампа по результатом исследований, выполненных под руководством проф. Мавлютова М.Р. Испытания пород проводит на копре типа Педжа с записано на осцилюграфе сил Р_ғ возникающих в ударной штанге при ударе штампа о горную породу. Характерные зависимости от Р₂ при ударе о мрамор приведены на рис.2. Графики получена при постоянной массе ударника и переменной начальной скорости удара ₀ = 2gh

Рис. 2. Зависимости глубины погружения штампа от динамической нагрузки при ударе «лргким» (а) и «тяжелым» (б) ударниками (диаметр штампа 1,95 мм).

Энергия удара, Дж: 1 — 0,77; 2 — 2,32; 2' — 2,26; 3—4,64: 4'— 6,24; 5 — 10,53, 5' — 10,6

Рис. 3. Схема развития зон разру­шения породы при динамическом вдав­ливании штампа: /— лунка разрушения; 3 — сечение обломка— поверхность контакта породы со штам­пом

Из графиков видно, что по мере увеличения энергии удара и следовательно начальной скорости изменяется характер зависимостей от Р₂ при малых значения энергии удара (Т_п) зависимость от Р₂ представляет собой узкую петлю, напоминающую петлю упругого гистерезиса. По мере увеличение энергии удара наблюдается более существенное расширение петле, чем рост ее в высоту, уменьшается угол наклона кривой к оси абсцисс, образуется выступы на участке разгрузки кривая 2 сопоставление графиков, полученных при легком и тяжелом ударнике, показывает, что одинаковых нагрузках при тяжелом ударнике несколько большое внедрение штампа, чем при ударе «легким» ударнике.

Изучения механизма разрушения горных пород при динамическом вдавливании, показано, что отличие его от механизма разрушения при статическом вдавливании не имеет принципиального характера (рис.3). При малой энергии удара (рис.Б) на поверхности горных пород виден лишь след штампа в виде зоны трещин, зависимость б от Р₂ имеет вид узкой петли (см.рис., кривая 1). При дальнейшем увеличении энергии удара появляются круговой скан породы за котурном штампа, образуются обломки породы. Наличие экстремумов на кривой б от Р₂ отражает скачано образность процесса разрушения горных пород.

В процессе разрушения горных пород долотами доля усталостного разрушения очень велика и возрастает с увеличением глубины бурения. На первом этапе от нагружения к нагружению формируются зоны предельного состояния в горной породе. На втором этапе вокруг ядра разрушения образуется кольцевая трещина. Третьи этап разрушения характеризуется появлением хрупкого выкопа и обломков вокруг индентора, аналогично форме динамического разрушения.

На рис. Приведено зависимость разрушающих напряжений _у от числа циклов нагружения N (усталостное кривая) Эта зависимость описывается уравнения.

_у ^m N= C_у

Где m –показатель степень усталости кривой; C_у -постоянное усталостной кривой.

Рис. 4. Усталостная кривая.

Для горных пород базовое число циклов рекомендуется брать не больше чем 15-20.

Дата добавления: 2014-01-07