Динамические характеристики определяются по известным скоростям похождения упругих волн через образец:
Vр = 2000 м/с - скорость распространения продольной волны.
Vs = 1250 м/с - скорость распространения поперечной волны.
Динамический коэффициент Пуассона μд
μд=(0,5-(Vs/ Vр)2)/(1-(Vs/ Vр)2)
Vр - Скорость продольной волны;
Vs- Скорость поперечной волны;
μд = (0,5-(1250/2000)2) / (1-(1250/2000)2) = 0,18
Определение динамического модуля Юнга, Ед
Ед = (VР2*ρ *(1+ μ д)*(1-2* μ д))/(1- μ д); кгс/см2, Па
где Vр - скорость продольной волны;
ρ - объемная масса в естественном состоянии;
μд - коэффициент Пуассона;
Ед = (20002*2201,26 *(1+0,18)*(1-2*0,18))/(1-0,18) = 0,81*1010 Па =0,81*104 МПа
Динамический модуль сдвига Gд
Gд = Ед/(2*(1+ μ д)); кгс/см2, МПа
где Ед - динамического модуля Юнга;
μ д – динамический коэффициент Пуассона;
Gд = 0,81*1О4 /(2*(1+0,18)) = 3,4*103 МПа
Динамический модуль всестороннего сжатия К^
Кд = ЕД / (3*(1 - 2* μ д)); кгс/см2, Мпа
где Ед - динамического модуля Юнга;
μ д - динамический коэффициент Пуассона;
Кд= 0,81*104 /(3*(1-2*0,18)) = 0,42 * 104 МПа
Результаты расчетов сводим в таблицу 5:
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ДЕФОРМАЦИИ ПОРОДЫИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ХРУПКОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ
Деформация - это изменение линейных размеров, объема или формы, которые испытывает горная порода под воздействием внешних сил. Деформации могут быть: разрушающими. Разрушающие деформации приводят к разделению породы на отдельные части; неразрушающие - изменяют размеры, форму и объем породы без нарушения ее сплоченности. Неразрушающие деформации бывают упругие и пластичные. Один вид деформации может переходить в другой при возрастании напряжений или увеличении времени их воздействия.
В зависимости от соотношения вида деформаций горные породы подразделяются на упругие или хрупкие (пластическая зона фактически не наблюдается). Упруго-пластичные (разрушающей деформации предшествует зона пластической деформации) и пластичные (упругая деформация незначительна).
|
Определение коэффициента хрупкости и пластичности
Коэффициент пластичности - отношение общей работы затраченной на разрушение горной породы к работе упругих деформаций до разрушения.
Коэффициент пластичности - отношение работы деформации в чисто упругой области к общей работе, затраченной на разрушение горной породы.
Коэффициенты пластичности и хрупкости горной породы определяются из графика деформаций.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРЕПОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЯ ТРУДНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ
Коэффициент крепости породы f:
Так как коэффициент крепости в наибольшей степени отражает только разрушение породы от сжимающих нагрузок, а в реальных условиях часто используется растягивающие и скалывающие усилия, возникает необходимость введения иных показателей трудности технологического разрушения пород. Такой показатель предложен академиком В.В. Ржевским
f = σсж/100
где σсж=251,57 кгс/ см2 - предел прочности породы на сжатие;
f=2,5
Крепость горных пород – характеристика сопротивляемости пород их добыванию - технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М.М. Протодьяконовым (старшим), который для количественной оценки предложил коэффициент крепости Г, в первом приближении пропорциональный пределу прочности породы при сжатии. Им была разработана шкала классификации горных пород по крепости, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой категории относятся породы, имеющие наивысшую степень крепости (f=20), к десятой - наиболее слабые плывучие породы (f=0,3). Пределы изменения коэффициента крепости от 0,3 до 20. Мергели относится к V категории пород по крепости – средние породы (f = 3).
|
Определение показателя трудности разрушения горных пород - это комплексный параметр для оценки сопротивляемости горных пород разрушению. В реальных условиях разрушение пород (бурение, взрывание, дробление) всегда сопровождается их перемещением, на что так же затрачивается работа. В связи с этим при оценке трудности разрушения пород в технологических процессах необходим учет их объемного веса. В итоге показатель относительной трудности разрушения пород Птр может быть выражен следующим образом:
Птр= 0,005 * Кт * (σсж + σр+τсдв) + 0.5 * γ,
где К т= (1,2 * 1ср + 0,2) - коэффициент трещиноватости;
1ср = 0,45 м — средний линейный размер естественной отдельности в массиве;
σсж = 251,57 кгс/ см2 - предел прочности породы на сжатие;
σр = 28,3 кгс/см2 - предел прочности породы на растяжение;
τсдв ≈ τ0 = 4,2 МПа = 42 кгс/см2 - предел прочности породы на сдвиг;
γ =2,2 гс/см3 - объемный вес;
Кт.=(1,2*0,45+0,2)=0,74
Птр=0,005*0,74*(251,57 +28,3+42)+0,5*2,2=2,29
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БУРИМОСТИ И ВЗРЫВАЕМОСТИ
ГОРНОЙ ПОРОДЫ
Определение буримости
Бурение трудоемкий и дорогостоящий процесс, особенно в скальных весьма трудноразрушаемых породах.
Буримость — степень сопротивляемости породы разрушению буровым инструментом. Она включает в себя в скрытом виде такие механические характеристики пород, как упругие свойства, прочность, пластичность, а также технологические показатели твердости.
|
Буримость принято оценивать по длине шпура или скважины, пробуренной в исследуемой породе за 1 мин. чистого времени бурения в стандартных условиях, или, наоборот, по количеству чистого времени бурения 1м. шпура или скважины при тех же условиях.
Буримость можно оценивать не только экспериментально определенной скоростью бурения, но и расчетным показателем трудности бурения Птб
Так как разрушение возможно только при постоянном удалении буровой мелочи забоя, скважины при оценке буримости учитывается удельный вес 0.
Птб=0,007*(σсж + τсдв) +0,7* γ
где σсж = 251,57 кгс/ см2 - предел прочности породы на сжатие;
τсдв ≈ τ0 = 4,2 Мпа = 42 кгс/см2 - предел прочности породы на сдвиг;
γ =2,2 гс/см3 - объемный вес;
Птб=0,007*(251,57+42) +0.7*2,2 = 3,6
Мергели по трудности бурения относится к 1 классу, легкобуримые.
Определение взрываемости
Взрываемость - это степень сопротивляемости горной породы разрушению взрывом.
Сопротивление пород действию взрыва принято оценивать удельным расходом взрывчатого вещества qэ, (кг/ м2) — количеством ВВ, необходимым для разрушения 1 м3 породы.
qэ=0,1 * Кт *(σсж + σр+ τсдв) +40* γ
где Кт=(1,2* 1ср+0,2) - коэффициент трещиноватости;
1ср=0,45 м;
σсж = 251,57 кгс/см2 - предел прочности породы на сжатие;
σр = 28,3 кгс/см2 - предел прочности породы на растяжение;
τсдв ≈ τ0 = 42 кгс/см2 - предел прочности породы на сдвиг;
γ =2,2гс/см3 - объемный вес;
Кт=1,2*0,45+0,2=0,74
qэ =0,1*0,74*(251,57 +28,3 +42)+40*2,2=111,82 г/м3
Группа породы по трудности взрывания 3, характеристика - довольно крепкие, трудновзрываемые.
Удельная энергоемкость взрывного разрушения Ар=1,1182 МДж/м3
Ар-энергия перешедшая в полную идеальную работу взрыва.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Справочник физических свойств горных пород. Н.В.
Мельников и др. М.: Недра. 1975
2. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных
пород. М.: Недра. 1984
3. Турчанинов И.А., Медведев Р.В., Панин В.И. Современные методы комплексного определения физических свойств горных пород. Л.: Недра, 1967
4. Курс общей физики И.В. Савельев том2 М.: Наука 1982
5. Интернет