Определение свойств горных пород и оценка сопротивляемости горных пород разрушению

Вид материала

Документы

Содержание 1. Предел прочности при одноосном сжатии Рразр – величина разрушающей нагрузки; F Fу – условная площадь поперечного сечения образца, см (при D 2. Предел прочности на растяжение 3. Предел прочности на сдвиг 4. Плотность горных пород или их объемная масса 5. Коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову 1. В начале этого раздела отчёта необходимо привести исходные данные по соответствующему варианту. 2.

Подобный материал:

• Внеклассное мероприятие: «Вудивительном мире камня» (экскурсия знакомство с минералами, 69.88kb.
• Сибирское отделение ран, 599.36kb.
• Тема: Минералы и горные породы, 19.13kb.
• Экспериментальное обоснование прочности и разрушения насыщенных осадочных горных пород, 554.01kb.
• Прогнозирование прочности и устойчивости горных пород по фрактальной размерности линии, 305.61kb.
• Учебно-наглядный комплекс : Коллекция минералов и горных пород, презентация. Ход урока, 14.55kb.
• Испытания материалов и облицовочных изделий из горных пород на соответствие требованиям, 4.14kb.
• Развитие методов Оценки физико-механических свойств горных пород в массиве для геомеханического, 794.75kb.
• Основные вопросы, подлежащие разработке в курсовом проекте, 31.24kb.
• Методика оценки напряженного состояния краевой части рудного массива при отработке, 214.81kb.

Работа №2

Определение свойств горных пород и оценка сопротивляемости

горных пород разрушению


А. Общие положения


Определяющее влияние на сопротивляемость горных пород разрушению, а, следовательно, и на эффективность технологических процессов (бурение, взрывание, выемочно-погрузочные работы, транспортирование и др.), оказывают прочностные свойства пород, их плотность, трещиноватость пород в массиве и др.

Прочностные свойства, плотность и другие свойства горных пород в куске устанавливаются методами лабораторных испытаний [4], а свойства массива и другие технологические характеристики пород (трещиноватость массива, буримость, взрываемость пород и др.) устанавливаются либо также на основе результатов лабораторных испытаний, либо определяются путем проведения исследований в натурных условиях (непосредственно на карьерах).

Задачей данной работы является изучение методов определения некоторых базовых свойств горных пород на образцах и в массиве.


Б. Определение свойств пород в куске (на образцах)


1. Предел прочности при одноосном сжатии (σ_сж)

а) При испытаниях с использованием образцов правильной формы (рис.1) размеры образца прини-маются равными a×b×h = 41×41×41мм. Величина σ_сж определяется как

σ_сж = , МПа (кг/см²),

где Р_разр – величина разрушающей нагрузки;

F – площадь поперечного сечения образца, см².

б) При использовании плоских образцов применяется метод соосных пуансонов (рис.2). Образец – пластина из горной породы толщиной 10-12 мм, округлой формы с параллельными плоскостями и необработан-ными краями; поперечный размер пластины (диаметр) 30÷60 мм. Диаметр пуансона состав-ляет 11,27 мм.

σ_сж = , МПа (кг/см²),

где F_у – условная площадь поперечного сечения образца, см² (при D_обр= 40 мм – F_у = 1,79 см², при D_обр= 60мм – F_у = 2,26см²).

2. Предел прочности на растяжение (σ_раст)

а) прямой метод – растяжение специально подготовленного по форме образца до разрыва

σ_раст = , МПа (кг/см²)

Метод характеризуется сложностью подготовки образцов.

б) косвенный метод – разрушение (по образующей) цилиндрических образцов сосредоточенными сжимающими нагрузками (рис.3).

σ_раст = , МПа (кг/см²),

где Р_разр – величина разрушающей нагрузки;

l и d_обр – длина и диаметр образца, см;

k – коэффициент, величина которого для горных пород составляет 0,64.

3. Предел прочности на сдвиг (σ_сдв)

Разрушение (срез) образца правильной формы производится в матрицах (рис.4).

σ_сдв = , МПа (кг/см²)

где θ – угол среза образца, град;

F – площадь сечения образца, см².

Значения угла θ могут быть равны 25^°; 35^°; 45^°.

4. Плотность горных пород или их объемная масса (γ)

а) прямое взвешивание образцов правильной формы

γ = m / V, г/см³ (т/м³),

где m – масса образца, г;

V – объем образца, см³.

б) гидростатическое взвешивание образцов неправильной формы (взвешивание в воде)

γ = , г/см³ (т/м³),

где m₁ и m₂ – соответственно, масса образца в воздухе и в воде, г.

5. Коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову ( f )

f = или f =

σ_сж – в первом случае в кг/см², во втором в – МПа.

Более точно величину f можно определить по выражению

f =

Школа крепости горных пород по проф. д.т.н. М.М. Протодьяконову

категория	степень крепости	горные породы	коэффициент крепости, f
1	2	3	4
I	В высшей степени крепости	Кварциты, базальты и др.	20
II	Очень крепкие	Граниты, порфиры, песчаники	15
III	крепкие	Граниты, песчаники, известняки	8 - 10
IV	Довольно крепкие	Песчаники, сланцы, железные руды	5 - 6
1	2	3	4
V	средние	Некрепкие песчаники и сланцы, плотный мергель	3 - 4
VI - X	Довольно мягкие, сыпучие, плывуны	Мягкие сланцы, мел, глины, пески, плывуны	0,3 - 2

Примечания:

1. Шкала крепости пород проф. М.М. Протодьяконова используется для общей оценки пород.

2. При нормировании горных работ используются другие классификации:

по буримости, по экскавируемости, по СНиП – 82 и др.

Между σ_сж, σ_сдв и σ_раст существует достаточно устойчивая взаимосвязь, выражающаяся соотношениями:

σ_раст 0,2 σ_сж ; σ_сдв 0,1 σ_сж


В. Оценка трещиноватости породного массива


1. Метод непосредственных измерений на обнажениях пород в бортах карьеров.

Таким путем возможно установить следующие параметры трещиноватости:

– количество систем трещин;

– частоту трещин в каждой системе;

– азимуты простирания и падения трещин;

– углы падения трещин и др.

2. Косвенный метод оценки трещиноватости по пределу прочности породы на одноосное сжатие (может быть использован для осадочных пород):

с_е = ,

где с_е – толщина средней естественной отдельности.

По известному статистически устойчивому соотношению между толщиной (с_е ), длиной (а_е) и шириной( в_е )естественных отдельностей можно перейти к диаметру средней естественной отдельности (d_е), характеризующему интенсивность трещиноватости (блочность) массива:

d_e = 1,53 с_е (1+),

где k - коэффициент, равный 1; 2 или 3, соответственно, при линейном, планиметрическом и объемном методах измерения естественных отдельностей.

3. Оценка анизотропии трещиноватости массива

Может быть произведена методом кругового сейсмического зондирования – по скорости распространения упругих волн в массиве (рис.5).




По значению скоростей волн по различным направлениям строится кривая анизотропии трещиноватости массива, которая показывает направления с максимальным и минимальным значениями скоростей волн в массиве, соответствующим направлениям с минимальной и максимальной частотой трещин.


Классификация массивов горных пород по степени трещиноватости (междуведомственной комиссии по взрывному делу)

Таблица 2.

Категория трещинова- тости	Степень трещиноватости (блочности) массива	Среднее расстояние между трещинами всех систем (), м	Содержание (%)в массиве отдельностей размером, мм
			+300	+700	+1000
I	Чрезвычайно трещиноватый (мелкоблочный)	< 0,1	10	0	0
II	Сильнотрещиноватый (средней блочности)	0,1-0,5	10-70	< 30	< 5
III	Среднетрещиноватый (крупноблочный)	0,5-1,0	70-100	30-80	5-40
IV	Малотрещиноватый (весьма крупноблочный)	1,0-1,5	100	80-100	40-100
V	Практически монолитный (исключительно крупноблочный)	> 1,5	100	100	100

Д. Исходные данные и содержание задания


1. В начале этого раздела отчёта необходимо привести исходные данные по соответствующему варианту.

2. Определить относительный показатель трудности разрушения пород (по В.В. Ржевскому):

П_р = 0,05 [K_тр (σ_сж + σ_сдв + σ_раст)+ 10^-3 γ g],

где K_тр – коэффициент, учитывающий степень трещиноватости породного массива ( принимается по табл.1 приложения).

3. Установить класс и категорию породы по величине П_р.

4. Установить коэффициент крепости и категорию породы по шкале М.М. Протодьяконова.