Лекция 6. Таблица 2-2 - Классификация добываемости горных пород Класс пород Категория пород Название пород Легко добываемые 1-5 Песок

Таблица 2-2 - Классификация добываемости горных пород

Хрупкость и пластичность пород.Известно, что пластичность пород увеличивает энергоемкость дробления и измельчения породы. Так как пластические свойства пород и обратные им – хрупкие существенно сказываются на процессах разрушения, в практике горного производства используют различные горно-технологические показатели пластичности и хрупкости.

В качестве технологического показателя пластичности принимают параметр, определяющий, во сколько раз удельная работа разрушения образца реальной породы А_р при одноосном сжатии выше удельной работы разрушения идеально упругой породы А_у с тем же пределом прочности при сжатии.

Удельную работу разрушения по площади диаграммы напряжение-деформация (Рис. 2-5).

Коэффициент пластичности определяют по формуле

2-48

Хрупкость - способность горных пород к разрушению без заметных пластических деформаций (не более 5 % от величины деформаций разрушения).Для оценки хрупких свойств пород введен коэффициент хрупкости k_хр,, представляющий собой отношение работы А_у, затраченной на деформирование образца в чисто упругой области, к полной работе А_п, затраченной на разрушение образца

2-49

Определенный по данной методике коэффициент хрупкости для мрамора составляет 0,13, известняка 0,23, железистого кварцита 0,38.с ростом прочности пород на одноосное сжатие коэффициент хрупкости возрастает.

2-50

или по отношению предела упругости σ_Е и предела прочности при сжатии σ_сж

2-51

k_хр - равный отношению σ_сж/σ_р и равный отношению удельной энергии упругого деформирования породы к удельной энергии её разрушения.

Более полно с физической точки зрения характеризует хрупкость породы k_хр , т. к. базируется на комплексе физических свойств (прочностных, упругих, пластических), напрямую связанных с процессом разрушения. Идеально пластичные и хрупкие породы имеют соответственно k_хр = 0 и к_хр = 1,0. У реальных пород к_хр = 0,05 - 0,6 (например у мрамора 0,067; роговика 0,19; джеспилита 0,5). Как правило, более высокие значения коэффициента хрупкости имеют породы с большими значениями сжимающих напряжений и модулями Юнга. Знание коэффициента хрупкости горных пород позволяет объективно оценивать предрасположенность горных пород к хрупкому разрушению в процессах горного производства позволяет (бурение, дробление, взрывание, управление горным давлением, прогнозирование горных ударов и выбросов).

Твердость горных пород определяет сопротивляемость горных пород внедрению в них острого инструмента, сопротивление горных пород разрушению при точечном контактом нагружении. Твердость минералов оценивают по шкале Мооса. В зависимости от того, вдавливается инструмент в породу при постепенно увеличивающейся нагрузке или ударе, различают статистическую Н_сти динамическую Н_д твердость. Причем статистическая твердость не равна динамической (.Н_ст ≠ Н_д).

Для большинства горных пород применяют метод определения статической твердости p_t, основанный на хрупком выколи лунки в шлифовальной поверхности породы под действием приложенной к специальному штампу нагрузки.

Твердость поры можно определить методом контактной прочности p_k.По этому методу производится вдавливание цилиндрического штампа с плоским основанием и диаметром 2-3 мм в не шлифованную поверхность образца. Контактная твердость образца определяется по величине нагрузки в момент хрупкого разрушения, отнесенной к площади штампа. Статичная и контактная прочности связаны между собой соотношением:

С увеличением пластичности пород твердость их уменьшается. Твердость пород всегда выше предела прочности при одноосном сжатии, так как она соответствует прочности породы при сложном всестороннем сжатии, причем характер объемного сжатия в значительной степени зависит от упругих и пластических свойств породы.

С ростом пластичности породы величина коэффициента k уменьшается с 20 до 5, т.е. численные значения твердости приближаются к значениям σ_сж. Значение контактной прочности можно вычислить по формуле:

2-54

Динамическая твердость может быть определена методом Шора, сущность которого заключается в том, что на поверхность испытуемой породы с определенной высоты сбрасывается боёк со сферическим алмазным наконечником. За показатель твердости принимается высота отскока бойка.

Твердость пород указывает на их сопротивляемость разрушению при воздействии бурового инструмента и поэтому определяет производительность буровых установок.

Вязкость - способность горных пород необратимо поглощать энергию в процессе их деформирования. Вязкость обусловлена пластичной деформацией и неупругостью горных пород. При пластичной деформации вязкость количественно определяется как отношение величины касательных напяжений , возникающих в сдвигаемом слое, к скорости пластического течения и изменяется от 1013 - 1020 Па×с. Величина вязкости, связанная с неупругостью (упругое последействие, термоупругий эффект, упругий гистерезис) горных пород, пропорциональна коэффициенту механических потерь (декременту затухания), значения которого колеблются от 10-1 до 10-3.

При разрушении вязкость оценивается как работа деформирования горных пород, отнесенная к единице площади образца. Определяется по результатам ударных испытаний образцов на копре (ударная вязкость). Может быть рассчитана как произведение коэффициента пластичности на предел прочности горных пород. На практике определяют коэффициент относительной вязкости (специальными отрывниками заделываемыми в испытуемый массив) как отношение усилия, требуемого для отделения некоторой части горных пород от массива, к величине усилия, необходимого для отделения от массива известняка, принятого за эталон. Величина коэффициента изменяется от 0,5 до 3 (например, для мрамора 0,7; песчаника 1,2; гранита 1,3; кварцита 1,9; базальта 2,2). С увеличением вязкости возрастает поглощение упругих волн, уменьшаются ползучесть и пучение пород, возрастает энергоемкость процесса дробления и измельчения пород при переработке полезных ископаемых и взрывных работах. Породы, имеющие высокую прочность и большую зону пластической деформации, являются вязкими. Такие породы плохо поддаются разрушению. Общепризнанных физических методов определения вязкости до сих пор не существует. Так как вязкость породы прямо пропорциональна произведению пластичности породы на её прочность, эту величину можно принять в качестве физического аналога вязкости пород В:

2-55

Взрываемость горной породы характеризует сопротивляемость ее разрушению действием взрыва. Это комплексная характеристика, которая изменяется в широких пределах и зависит от крепости, хрупкости, пластичности, трещиноватости, слоистости, степени выветривания и других свойств. Однако попытки напрямую связать взрываемость, например с буримостью, часто приводят к ошибкам, так как во многих случаях легкобуримые и труднобуримые породы по отношению к взрывному разрушению оказываются равнозначными.

Взрываемость горных пород оценивается по показателю трудности разрушения горных пород П_р. Для расчета трудности разрушения горных пород необходимо знание плотностных и прочностных характеристик горных

П_р=0,05*[k_т*(σ_сж + τ_сдв + σ_раст) + γ*g],

где k_т – коэффициент трещиноватости;

σ_сж – предел прочности горной породы при одноосном сжатии, МПа;

τ_сдв – предел прочности при сдвиге;

σ_раст – предел прочности при растяжении, Мпа;

γ – плотность породы.

Удельный эталонный расход ВВ [q_э, г/м³] рассчитываем по прочностным и плотностных свойствам горных пород q_э=0.2[(σ_сж + τ_сдв + σ_раст) + γ*g], г/м³,

Характеристикой взрываемости является «удельный расход ВВ»- заряд эталонного ВВ, необходимый для разрушения 1 куб.м породы до кусков определенной крупности при стандартных условиях взрывания.

Взрываемость может быть определена также расходом эталонного ВВ на образование воронки нормального выброса зарядом определенной формы. Условия проведения испытаний: заряд помещают в шпур диаметром 40 мм, пробуренный под углом 45° к горизонтальной свободной поверхности при глубине заложения 1 м.

Все горные породы по трудности взрывания подразделяют на 5 классов (табл.2-5).

Таблица 2-5. Классификация пород по трудности взрывания

Дробимостьвыражает энергоемкость процесса дробления породы приложением к ней динамической нагрузки и, как показывают исследования, лучше коррелирует с динамическими методами разрушения пород, чем предел прочности при одноосном нагружении. Дробимость Д – параметр обратный вязкости, поэтому для его оценки по механическим свойствам можно пользоваться уравнением

2-56

Буримость горной породы. Совокупность физико-механических свойств горных пород определяет их буримость, т. е. способность горной породы сопротивляться проникновению в неё бурового инструмента, или интенсивность образования в породе шпура (скважины) под действием усилий, возникающих при бурении. Буримость породы характеризуют механической скорость бурения (мм/мин), реже — продолжительность бурения 1 м шпура (мин/м).

В настоящее время известно большое число классификаций горных пород по буримости) Все они связаны друг с другом и с коэффициентами крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова приближёнными корреляционными связям

Буримость горных породизменяется по мере развития технических средств и технологии бурения. Она зависит от физико-механических свойств пород, способа бурения скважин, конструкции и качества породоразрушающего инструмента, диаметра, глубины и направления скважины, технологических параметров режима бурения, состояния технических средств, квалификации рабочих и уровня организации труда.

Показатель буримостипород определяют по значениям прочностных характеристикам пород, таких как предел прочности породы на сжатии ипредел прочности породы на сдвиг

где σ_сж – предел прочности породы на сжатие, МПа; τ_сд – предел прочности породы на сдвиг, МПа;

γ – плотность горных пород, MN/м³.

По показателю буримости (П_б) определяется класс горных пород:

Абразивностьхарактеризует способность пород изнашивать при трении инструмент. Абразивность оценивают по износу материала, контактирующего с горной породой. К испытываемому образцу прижимают вращающееся кольцо из материала, по отношению к которому определяют абразивность породы. Кольцо взвешивают до начала эксперимента и после определенного количества оборотов. Вычисляют износ ΔV_с материала кольца, приходящийся на 1 м пути его движения по породе. Коэффициент абразивности k_аб в см³/(Н·м) определяют по формуле

где F – сила, с которой кольцо прижимается к породе.

Например, показатель абразивности составляет для мрамора 400-500 мг, известняка – 800 - 900 мг, гранита – 1000 - 2000 мг, кварцита – 2100 - 2500 мг. Для малоабразивных пород (до 5 мг), например угля, показатель абразивности определяют путем истирания стандартного эталона (при постоянном давлении на контакте) о раздробленную навеску породы. Горные породы в зависимости от их абразивности разделены на 8 классов (по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову). Наиболее абразивны корундсодержащие породы, порфирит, диорит, гранит. Абразивность влияет на эффективность бурения, резания, скалывания, черпания горных пород.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 987; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!