Способ определения прочности многолетнемерзлых горных пород в натурных условиях

Способ определения прочности многолетнемерзлых горных пород в натурных условиях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 922279

Союз Советскмк

Соцмаимстмческмк

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

1 (22)Заявлено 13.08.79 (21) 2812031/22-03 (5I)M. Кл. с присоединением заявки ЭЙ

Е 21 С 39/00

9вударвтаениый квинтет

СССР ав делам нзверетеннй н вткрытнй (23)Приоритет

Опубликовано 23. 04. 82. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 23.04.82 (533 УДК 622. 35 (088. 8}

М.А.Розенбаум, Г.А.Иванов, В.П.Круг и А.И.Украинский (72) Авторы изобретения ов

I ,)!

ot

Всесоюзный ордена Трудового Красног исследовательский институт горной г и маркшейдерского дела ВНИМИ Минист промышленности СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРОЧНОСТИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ

ГОРНЫХ ПОРОД В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

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 необходимость 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 тем, что 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 фор.муле и загс/см2 h сж

"к Rc

rpe Rc предел прочности блока àñ сива на сжатие, Ъ;ж сж=

hn h

Rq <с

Размеры, мм

IN серии опытов и материал образца

Толщина прослоев льда Л, мм

Среднее значение прочности на сжатие, яХх, кгс/смх

d/h

Уголь

40 80

40 80.220

0

1:,0

1,00

0,40

3 9222

Ея - предел прочности льда при условно мгновенном нагружении, кгс/см, 2

Rc - значение разрушающей нагруз.ки, полученное при испытании блока массива с ледяным слоем, hù - высота испытуемого элемента беэ ледяного слоя;

h, - полная высота испытуемого, о блока;

hä - толщина ледяного слоя.

На чертеже изображена схема реализации способа.

Испытание горных пород производят 1з следующим образом.

В массиве угля или породы вынимают нишу 1 и с помощью боковых вертикальных щелей 2 оконтуривают испытуемый блок массива 3. Затем на его поверх- 2В ность укладывают слой 4 льда. На него устанавливают опорную плиту 5 и нагружающий домкрат 6, с помощью гидронасоса 7 производят нагружение породы.

Перед нагружением измеряют высоту ис-.рз пытуемого блока массива 3 и толщину ледяного слоя 4, а также устанавлива.ют индикаторы измерения деформаций 8.

Нагружения массива производят до его разрушения, а разрушающее усилие фик- зв сируют с помощью манометра 9, укрепленного на гидронасосе 7, После проведения испытаний опреде- . ляют предел прочности массива по формуле

35 физическая сущность явления, позволяющего снизить значения разрушающей нагрузки при испытании образцов пород с ледяными прослоями íà íàrpyжаемых поверхностях, состоит в том, что в силу специфики свойств, лед яв-, ляется идеально пластичным материалом при длительном приложении нагруз79 4 ки и в то же время он имеет вполне 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 ocu и проходящими примерно в середине опорных поверхностей, т.е. происходит как бы разрыв образца. Известно, что прочность на растяжение образцов пород обычно в 10-20 раз меньше прочности их на сжатие. 8следстзие этого, при таком характере нагружения, происходит разрушение образцов при меньших усилиях по сравнению с обычными способами испытаний.

Испытаний образцов горных пород проводились в холодильной камере ВНИНИ.

Целью испытаний являлось установление закономерности снижения абсолютного знасс чения разрушающей нагрузки при нали» чии на нагружаемой поверхности образцов горных пород ледяных слоев. Испытывались образцы горных пород, изготовленные из угля, диабаэа, мрамора и известняка. Ледяные слои располагались на торцовых поверхностях образцов.

Перед испытаниями пород с ледяными слоями был определен .предел прочности льда на сжатие при -5 4С. Среднее его значение по 10 опытам соста.вило 24 кгс/см . Испытания образцов горных пород проводились в режиме условно мгновенного нагружения на

10-тонном прессе БУ-47.

Результаты испытаний приведены в таблице.

922279

Среднее значение прочности на сжатие, Ы кгс/см

2,0

0,25

0 5

0,19

0 5

5,0

0,16

9,0

0 5

15,0

0,12

27.0 5

Уголь

0,36

1,0 80

1,0

0,32

1 ° 5

1,0

0.,23

2,0

1,0

0,6

0,5 135

10 76

1,5 66

40 22

1 5.

0«35

40 22

40 22

1«5

1 «5

0,30

Известняк

1,00 0 5

500

390

0,4

0,78

0 5

0,66

330

3 о

0 5

0,65

0 5

325

5,0

36 72

36 l2

36 72

0,36

10,0

180

0 5

0,25

125

20,0

0 5

КраМОР

650

1,00

40 80

0 5

0,68

3 о

0 5

40 . 80

0 5

0,65

420

5 0

40 80

40 . 80

0 «58

0 37

0,5

380

10,0

240

l3,0

1,0

40 40

ВГ серии опы- тов и матери ал образца

Размеры, мм

11 d/h

40 80

40 80

40 80

40 80

40 40

40 40

40 40

36 72

36 72

36 72

ТОЛЩИНд прослоев льда мм

Продолжение таблицы

922279

Продолжение таблицы

N>N серии опытов и

Размеры, мм

Толщина прослоев льда Т мм

Среднее значение прочности на сжатие, 3Д кгс/см

d/h материал образца

0,18

0,12

1,00

20,0 120

18,0 86

0 1640

5,0 630

10,0 500

20,0 400

6 40

7 40

1 30

2 40

3 40

4 40

2,0

4,0

60

0>5

0,38

0>5

0,30

0,5

0 5

0,24

П р и м е ч а н и е Rx и R - предел прочности на сжатие при испытаниях образцов горных пород соответственно с ледяными прослоями и без них; Й вЂ” диаметр образцов, h - высота, A - толщина ледяных прослоев.

Как видно из таблицы, при нали- затрат на испытания, на нагружаечии на торцовых поверхностях образ- мую поверхность выделенного блока цов ледяных прослоев разрушающая

30 перед испытанием укладывают слой льда, нагрузка уменьшалась в 2-8 раз, после чего производят нагружение блов зависимости от толщины прослоев. ка массива до его разрушения и фикОбработка результатов испытаний об- сируют значение разрушающей нагрузразцов горных пород, представленных ки, а прочность пород определяют по в таблиЦе, позволила полУчить Ука- З5 фоРмУле 11м „„ 2 занную формулу для определения проч-, сж ности образцов на сжатие с ледяныR Rс ми слоями, расположенными на их где сж

В - предел прочности элемента нагружаемых поверхностях. массива на сжатие;

Предлагаемый способ по. сравне- 40 и - и едел прочности льда при л нию с известным обладает меньшеи условно мгновенном нагрутрудоемкостью, не требует громоздко- жении, кгс/см го оборудования,. так как создание

R - значение разрушающей нагрузс сравнительно незначительного разру- . I, луч шающего усилия можно достичь с по- 45 нии блока массива с ледяным мощью простых механических устройств, слоем, например винта, клина, автомобильвысота испытуемого элемента ного домкрата, и позволяет проводить без ледяного слоя, испытание с помощью давильной уста- h — - полная высота испытуемого новки пород весьма значительной 50 блока, прочности . hq- толщина ледяного слоя. формула изобретения Источники информации, Способ определения прочности мно- принятые во внимание при экспертизе голетнемерзлых горных пород в натур- l . Авторское свидетельство СССР ных условиях, включающий выделение 55 У 401803, кл. Е 21 С 39/00, !97 из массива испытуемого блока и его 2. Бич Я .А. и др. Об определении прочности- пластов угля на сжатие.

Труды ВНИИИ. С6.8 50, 1963(прототип) .

922279

Тираж б24 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2532/41

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

Составитель Е. Борисова

Редактор О. Половка Техред А. Бабинец КорректорС.Шекмар,