Рис. 7 .2 . Нагрузочная характеристика
доломита (F — сила; I — деформа* ция)
Рис. 7.3. Зависимость величины пере* мещення Aj подвижного груза от вы* соты сбрасывания Я*
После проверки и подготовки прибора к работе приступают к определению свойств горной породы. Груз с индентором сбрасывают на горную породу с постоянно увеличивающейся высоты с интерва лом 2—3 см, при этом высота сбрасывания увеличивается до тех пор, пока не произойдет первый выкол породы (при выколе величина перемещения подвижного груза стабилизируется, хотя высота сбра сывания увеличивается). При каждой высоте сбрасывания произво дится несколько замеров в различных точках поверхности горной породы. Затем определяются средние показания прибора при каждой высоте сбрасывания. При каждом ударе (сбрасывании) регистрирует ся величина перемещения подвижного груза указателями перемеще ний 16 и 17, а также глубина внедрения индентора в породу посред ством индикатора 19.
Для замера глубины разрушения породы индентором (без упру гих деформаций) необходимо отвернуть зажимной винт и подвести указатель перемещений 18 до толкателя 4.
Получив средние значения показателей при различных высотах сбрасывания производят построение нагрузочных характеристик испытываемой породы. Для этого по оси ординат откладывают силу при ударе индентора по породе, а по оси абсцисс величину внедрения индентора в горную породу (рис. 7.2).
Кроме того строится второй график (рис. 7.3), на оси ординат ко торого откладываются величины перемещения подвижного груза с учетом и без учета отскока, а на оси абсцисс высота сбрасывания (или скорости в момент удара). Последний график необходим для опреде ления момента первого выкола. При первом выколе перемещение подвижного груза становится постоянным, а показания перемещений (указателями 16 и 17) становятся приблизительно одинаковыми.
Средняя сила при выколе определяется по формуле
F = mv 2/l,
где m — масса падающего груза, Н -с2 /м; v — скорость в момент уда ра индентора о породу, м/с; I — глубина внедрения индентора в поро
ду, м.
Динамическая твердость (Н/м2)
= rrw^KlS),
где S — площадь штампа, м 2. Динамическая жесткость (Н*с/м)
= ^кр/икр»
где v кр —скорость индентора при первом выколе, м/с.
Кроме этого можно определить объемную и контактную работы разрушения и другие показатели.
Необходимое число измерений
п = *2*вар/*доп»
где kBtp — коэффициент вариации, %; kROn — допустимая ошибка, %; t —нормированное отклонение.
Величина t принимается в зависимости от заданной степени надеж-
ности. |
|
|
|
|
|
|
Задаваемая надежность.................... . . . |
0,60 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
0,9 |
Нормированное отклонение t . . . . . . . |
1 |
1,04 |
1,15 |
1,28 |
1,44 |
1,65 |
Задаваемая надежность.................... . . . |
0,95 |
0,955 |
0,99 |
0,997 |
0,999 |
|
Нормированное отклонение t . . . . . . . |
1,96 |
2,0 |
2,58 |
3,0 |
4 |
|
Определение нагрузочных характеристик горных пород произво дится на образцах в виде блоков кубообразной или цилиндрической формы с двумя параллельными гранями.
Непараллельность граней не должна превышать 5—7°, размеры образца не менее 120x120x120 мм для кубообразной формы и для цилиндрической формы диаметром цилиндра не менее 75 мм и высо та не менее 150 мм.
Поверхность образца, в которую производится внедрение инден тора подвергается незначительной обработке (достаточно обработать алмазным диском).
Перед испытанием на обработанную поверхность образца, по кото рой будет ударять индентор, карандашом наносится сетка со сторо ной квадрата 0,5—1 см с тем, чтобы один выкол не контактировал с другим соседним выколом породы. Внедрение индентора производит ся по углам нанесенных квадратов.
На приборе ПДС-5, разработанном совместно с В.П. Архиповым, график сила—деформация записывается при ударе на экране электрон ного осциллографа, у которого трубка с послесвечением. Принципи альная схема нагружения отличается от предыдущей тем, что удар по породе наносится через промежуточный элемент, в котором вмонти рован пуансон (рис. 7.4). Блок-схема прибора показана на рис. 7.5.
Рис. 7.4. Схема динамического нагружения через промежуточный элемент:
1 — ударник; 2 — промежуточный элемент;
3 — пластины емкостного датчика; 4 — тен зодатчик; 5 —горная порода
Рис. 7.5. Блок-схема прибора ПДС-5: |
|||
1 — тензометрический датчик сопротивле |
|||
ния; 2 — емкостный датчик; 3 —усилитель; |
|||
4 — преобразователи перемещений емкост |
|||
ного датчика; |
5 |
— усилитель |
постоянного |
напряжения; |
6 |
— катодный |
осциллограф |
Запись |
|
деформации |
породы |
под |
|
|
||||
штампом |
производится |
с помощью |
|
|
||||||
емкостного датчика 3, а напряжение |
|
|
||||||||
во время удара записывается тензо |
|
|
||||||||
датчиком 4, наклеенным на конце |
|
|
||||||||
пуансона. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Емкостный |
датчик |
(рис. |
7.6) |
|
|
|||||
представляет собой конденсатор, ко |
|
|
||||||||
торый служит элементом колебатель |
|
|
||||||||
ного контура. Одна из пластин датчи |
|
|
||||||||
ка жестко соединена с пуансоном, а |
|
|
||||||||
вторая |
соединена |
неподвижно |
с |
|
|
|||||
базой копра. Емкость такого конден |
Рис. 7.6. Конструкция емкостно |
|||||||||
сатора |
изменяется |
путем |
изменения |
|||||||
расстояния между |
пластинами. Рас |
го датчика: |
|
|||||||
1 —неподвижная обойма из текс |
||||||||||
стояние между пластинами изменяет |
||||||||||
ся вследствие |
внедрения |
пуансона в |
толита; 2, 3 — пластины емкост |
|||||||
ного датчика; |
4 — промежуточ |
|||||||||
породу, что влечет за собой отклоне |
||||||||||
ный элемент; |
5 — место для на |
|||||||||
ние луча |
катодного |
осциллографа. |
клейки тензодатчика |
|||||||
Имея |
тарировочный |
график можно |
|
|
||||||
определить величину внедрения пуансона в породу. |
|
|||||||||
Такой |
емкостный датчик работает надежно при глубине внедре |
|||||||||
ния 1—1,5 мм, для больших величин внедрения (до 10 мм) применя лись емкостные датчики, основанные на изменении площади взаимо действия пластин.
Этим прибором по описанной методике испытаны сотни разновид ностей горных пород, взятых из основных горнодобывающих бассей нов страны.
Для определения динамической твердости ударник 1 неоднократ но сбрасывается на промежуточный элемент с постоянно увеличива ющейся высоты. В промежуточном элементе встроен пуансон, кото
рый внедряется в образец горной породы, при этом на экране осцил лографа записывается график сила—деформация.
Техническая характеристика прибора ПДС-5 |
|
Максимальная допустимая скорость удара, м /с ............................................... |
5 |
Диаметр ударника и промежуточного элемента, м м ............................................ |
30 |
Длина ударника и промежуточного элемента, мм .......................................... |
150 |
Штамп конической формы с углом приострения, град .................................. |
60 |
Диаметр штампа, м м .................................................................................................... |
2 |
Нижний конец ударника закален (38—40 по Роквеллу), сферический с ра |
|
диусом закругления, м м ............................................................................................ |
60 |
Верхний конец промежуточного элемента плоский, каленый (до |
38—40 |
по Роквеллу) |
|
Динамическая твердость определяется из графика путем деления нагрузки, полученной при первом выколе породы, на площадь штам па по формуле
рд= щлпт,
где Рд — динамическая твердость, Па; Р|Д — динамическая твердость для отдельного измерения, Па; N — число измерений (ударов); S — площадь штампа, м3.
Результаты испытаний горных пород по указанной методике по казывают, что показатель динамической твердости значительно выше твердости по штампу. Коэффициент вариации при определении дина мической твердости на приборе ПДС-5 не превышал 10—15 %.
Анализ полученных графиков (рис. 7.7) показал, что стабилиза ция силы для различных пород не одинакова. Чем выше прочность породы, тем большая сила требуется для первого выкола, тем выше критическая скорость соударения.
В целом нагрузочные характе ристики всех исследованных пород можно разделить на три типа (рис. 7.8).
Для первого типа кривых ха рактерен больший угол наклона и незначительная деформация при первом выколе. Эти кривые отно сятся к наиболее хрупким поро-
.дам, таким как песчаник, магнетит, гранит.
Для второго типа нагрузочных кривых характерен меньший угол наклона начала кривой к оси аб сцисс и более значительная дефор мация породы. К этим породам относятся алевролиты и некоторые марки углей (антрациты).
Для третьего типа нагрузочных
РкЮН
h
Рис. 7.8. Типы нагрузочных кривых, полученных на приборе ПДС-5:
О— наиболее хрупких пород; б —пород средней хрупкости; в плас* тичных пород