Определение показателей механических свойств гонных пород стандартным методом вдавливания штампа

Для определения механических свойств горных пород методом вдавливания штампа необходимо иметь образцы пород (в виде кернов или кубиков) высотой 30-50 мм и диаметром 40-60мм. Эти образцы должны иметь две плоско- параллельные поверхности, которые получаются шлифованием с помощью абразивного порошка.

В подготовленные образцы горных пород вдавливаются штампы, форма и размеры которых показаны на рис. 1. штампы изготовляются из инструментальной стали с последующей закалкой (рис.1, а) или из твердого сплава (рис.1,б). Штампы из твердого сплава используют для испытания очень твердых пород.

При испытании плотных и однородно пористых пород можно использовать штампы площадью до 2 мм², а для пород с величиной зерна больше 0,25мм лучше использовать штампы площадью 3мм². Для сильнопористых и мало прочных пород необходимы штампы с площадью основания 5мм² и более. Эти площади примерно соответствуют практической тупизне зубьев шарошечных долот.

Рис. 1. Цилиндрические штампы.

Показатели механических свойств пород методом вдавливания определяют на специальных установках (прессах). Испытания ведутся при весьма макай скорости нагружения штампа.

Штамп в образец породы вдавливается до тех пор, пока при некоторой предельной нагрузке не произойдет хрупкое разрушение породы под штампом или не будет исчерпана величина внедрения.

Обработка результатов испытаний. Горные породы по характеру зависимости нагрузки на штамп от глубины его внедрения делят на три класса: 1 – хрупкие, 11- пластично-хрупкие, 111-высокопластичные и сильнопористые.

На рис.2 а приведена характерная зависимость нагрузки от погружения штампа для хрупких горных пород. Из рис.2. а, видно, что при деформировании вплоть до момента хрупкого разрушения соблюдается закон Гука. По наибольшей нагрузке Р_ш определяют твердость по штампу Р_ш породы:

Р_ш = Р_ш /F

Где F- площадь основания вдавливаемого штампа (площадь контакта штампа с горной породой).

На рис. 2 б, показан характерный график деформирования пластично –хрупких пород. В данном случае при нагрузке, большей Р₀, закон Гука нарушается. Это явление первоначально целиком связывалось с развитием пластических деформаций. Позднее было показано, что большую роль, а в некоторых случаях и основную играет уплотнение породы в зоне предельного состояния.

Рис. 2 Характерные графики, нагрузка-глубина вдавливания штампа для пород: а – хрупких (кварцит); б – пластично-хрупких (ангидрит); в – высокопластичных и сильнопористых; δ_л - глубина лунки, δ_у – упругий прогиб.

Для пластично –хрупких пород, помимо твердости по штампу, определяется предел текучести Р₀ породы:

Р₀ = Р₀ /F.

В качестве показателя пластичности пород принято отношение (коэффициент пластичности)

К_пл = А_р/А_у,

Где А_р - работа деформирования до момента разрушения; А_у -работа упругого деформирования.

Для пород первого класса ₁=_у, следовательно, К_пл =1. Величины работ А_р и А_у определяют, как правило, графически путем измерения площадей, т.е.

А_р =S _OABCm; А_р= S _ODEm,

Где m- масштаб графика нагрузка – глубина вдавливания штампов в размерности работы.

Тогда формула примет вид

К_пл =S _OABC /S _ODE.

Этот показатель Л.А. Шрейнер и О.П. Петрова назвали коэффициентом пластичности.

В случае необходимости в формулу может быть введена поправка на упругое деформирование штампа. Чаще всего работа упругого деформирования штампа оказывается незначительной по сравнению с А_р и А_р и в расчетах не учитывается.

Дата добавления: 2014-01-07