Устройство для контактного испытания горной породы

Устройство для контактного испытания горной породы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,Я0„„1099074

3ШЕ21С390О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1S»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

s s orcsovv с @ с @ (21) 3390229/22-03 (22) 01. 02. 82 (46) 23.06.84. Бюл. М 23 (72) М.П. Зборщик, Е.И. Назимко и В.В.Назимко (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 622.35 (088.8) (56) 1 ° Шрейнер Л.А. Твердость хрупких тел. N.-Л., АН СССР, 1949, с.37.

2. Методические указания по определению механических свойств и напряжений в массиве приборами ИГД.

Л е, ВНИМИ, 1 979 (прототип) ° (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОГО

ИСПЫТАНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ, включающее рабочий пуансон цилиндрической формы, установленный на гидродомкрате, соединенном иаслопроводом через блок управления с маслонасосом, о т л ичающееся теи, что, с целью повышения точности определения параметров напряженного состояния породы, оно снабжено дополнительным пуансоном, выполненным коаксиально с основныи и соединенным с независииым гидропроводом, нри этом рабочая поверхность дополнительного пуансона выполнена коничес-. кой.

1 10

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при определении деформационных и прочностных свойств горных пород на месте нх разработки.

Известно устройство для контактных испытаний горных пород состоящее из штампа, устанавливаемого под пресс, которым вдавливают штамп в поверхность горной породы (1), Однако это устройство имеет ограниченную область применения и используется только в лабораторных условиях.

Нзиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для контактного испытания горной породы конструкции ВНИИИ, включающее рабочий пуансон цилиндрической формы, установленный на гидродомкрате, соединенном маслоприводом через блок управления с маслонасосом (2 1, Недостатком известного устройства 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 пуансона,.примыкавший к поверхности, испытывает боль-, шие касательные напряжения,в результате которых он разрушается с характерным выпучиванием. Одновременно с. выпучиванием породы, окружающей пуансон, раздавливается защемленный столбик породы под пуансоном, в результате чего образуется характерная лунка контактного разрушения породы.

Таким образом, разрушение породы возникает всегда на ветви сжатия, увеличения давления пуансона. Поскольку форма и размер пуансона остаются неизменными, механизм деформирования и разрушения породы всегда идентич-. ны. Это сужает возможности прибора и снижает эффективность исследований .

Целью изобретения является повышение точности определения параметров напряженного состояния породы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контактного испьггания горной породы, включающее рабочий пуансон щ линдрической формы, установленный на гидродомкрате„ соединенном с маслонасосом через блок

99074 2 управления с маслонасосом, снабжено дополнительным пуансоном, выполненным 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

3 пуансоны. Поршни 4 и 5 пуансонов

2 и 3 размещены в гидравлических камерах 6 и 7. Камеры б и 7 соединены 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

l3 и 14 установлены также между внутренним пуансоном 2 и корпусом гидродомкрата 1 и между внешним пуансоном 3 и корпусом гидродомкрата

Устройство работает следующим образом.

При подаче масла через маслопровод 8 в гидравлическую камеру 6 давление действует на поршень 4 и выдвигает внутренний пуансон 2.

При передвижении пуансона 2 поршень

4 вьггесняет масло из камеры 6 через маслопровод 9 в блок управления, измеряющий перемещение пуансона 2.

При подаче масла через маслопровод 10 в камеру 7 давление воэдействуя на,поршень 5 перемещает внешний пуанс он 3 . Величину пер емещений измеряет блок управления по объему масла, вьггесненного через маслопровод 1 .. Извлечение застрявшего внутреннего пуансона 2 из породы производят с помощью внешнего пуансона 3. Для этого масло подают через маслопровода l0 и 9. Таким образом, необходимость во вспомогательном пуансоне отпадает.

Внешний пуансон 3 позволяет создавать различный уровень напряжений при испьггании свойств породы внут— ренним пуансоном 2. Таким образом г возникает воэможность исследования свойств породы контактным методом не только в режиме, близком к одно10990 осному напряженному состоянию, но и в объемных состояниях при любом уровне напряжений. Опыт работы с прибором ИГД конструкции BHHMH показал, что диаметр лунки при разрушении по- 5 роды не превышает двух диаметров пуансона, поэтому диаметр внешнего пуансона 3 должен быть равен двум диаметрам внутреннего пуансона 2.

Для расширения возможностей устройства необходимо рабочую контактную поверхность пуансона 3 делать конусообразной. При наклоне образующнх конуса к центру пуансона во время нагружения породы 15 внешним

15 пуансоном 3 создается повышенный уровень боковых сжимающих напряжений в породе (фиг. 3) . При наклоне образующих конуса в сторону периметра пуансона 3 (фиг. 4) в испытуемом объ- 2О еме породы 15 возникают растягиваю-щие боковые напряжения.

Степень изменения боковых напряжений регулируют углом наклона образующих конической рабочей .поверхности внешнего пуансона 3.

Стендовые испытания модели предлагаемого коаксиального пуансона показали, что при проскальзывании рабочей 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 напря1 жения под рабочим индентором (при ..

40 одинаковой конусности) . Угол конусности зависит от модуля упругости и прочности породы. Для прочных хрупких упругих пород типа песчаников, имеющих модуль упругости порядка

74

50-100 ГПа, и прочность на сжатие свыше 60-80 ИПа, угол конусности целесообразно принимать не более

0,018 рад.

Для испытания слабых пластичных пород типа аргиллитов, имекяцих модуль упругости 1-10 ГПа, прочность 20—

50 ИПа и обладающих ярко выраженными пластическими свойствами угол конусности необходимо увеличить до

0,060 рад . При меньших углах в пластичных породах происходит нивелирование конусности внешнего индентора 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 нельзя измерять при помощи известного устройства.

Таким образом, указанные технические преимущества повьппают возможности предлагаемого устройства, на

30-40Х снижают трудоемкость испытаний механических свойств пород.

1099074

Составитель Г.Алексеева

Редактор Г.Волкова Техред ©.Веце Корректор А.Ференц

Заказ 4336!28 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4