Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

Лекция № 6


Тема : ОБОБЩЁННЫЕ ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОРОД


План лекции (с.74-78/1/):

1. 
   Крепость горных пород.
   
2. 
   Хрупкость и пластичность пород.
   
3. 
   Твёрдость горных пород.
   

1. 
   Крепость горных пород.
   

Крепость горных пород – характеристика сопротивляемости пород их добыванию – технологическому разрушению. Для количественной оценки крепости предложен коэффициент крепости f, в первом приближении пропорциональный пределу прочности при сжатии. Разработана шкала горных пород по крепости (Протодьяконов М.М.), 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 о 20.
Так как f связан с прочностью пород, его можно рассчитать по σ_сж в простейшем случае по формуле


f = σ_сж·10^-7

Существуют и другие формулы взаимосвязи коэффициента крепости пород с их прочностными параметрами. Коэффициент крепости можно определить также экспериментально.

Так как коэффициент крепости в наибольшей степени отражает только разрушение породы от сжимающих нагрузок, а в реальных условиях часто используются растягивающие и скалывающие усилия, возникает необходимость введения иных показателей трудности технологического разрушения пород.


2. Хрупкость и пластичность.
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 рассчитывают по площади диаграммы напряжение-деформация (рис. 1)




Рис.1 К расчёту коэффициентов пластичности и хрупкости пород (tgα, tgά - соответственно модули Юнга и полной деформации)
Коэффициент пластичности определяется по формуле


k_пл = пл. ОСD/ пл. ОАВ = 2Е/Е_деф – 1


Коэффициент хрупкости представляет собой отношение работы А_у, затраченной на деформирование образца в чисто упругой области, к полной работе А_п, затраченной на разрушение образца (см рис. 1)


k_хр = А_у/А_п = пл.OFG/пл.OCD ≤ 1

С ростом предела прочности при одноосном сжатии коэффициент хрупкости возрастает.

3. Твёрдость горных пород
Твёрдость горных пород определяет сопротивляемость пород внедрению в них острого инструмента, т.е. разрушению при точечном (контактном) нагружении. Твёрдость минералов принято оценивать по известной шкале Мооса. Так как породы состоят из многих минералов и их твёрдость является агрегатной, для её определения используют методы, основанные на вдавливании особых штампов в породу.
В зависимости от того, вдавливается ли инструмент в породу при постепенно увеличивающейся нагрузке или ударе различают статическую Н_ст и динамическую Н_д твёрдость, причём Н_ст ≠ Н_д.
Для большинства горных пород применяется метод определения статической твёрдости р_ш, основанный на хрупком выколе лунки в шлифованной поверхности породы под действием приложенной к специальному штампу нагрузки.
Если во время опыта фиксируется деформация, то попутно может быть определён модуль упругости породы.
Метод контактной прочности - производится вдавливание цилиндрического штампа с плоским основанием и диаметром 2-3 мм в нешлифованную поверхность образца. Контактная прочность р_к (твёрдость) образца определяется по величине нагрузки в момент хрупкого разрушения (выкола лунки под штампом), отнесённой к площади штампа.
р_ш ≈ (2,5 – 3,0) р_к
С увеличением пластичности пород твёрдость их уменьшается.
Твёрдость пород всегда выше предела прочности при одноосном сжатии, так как она соответствует прочности породы при сложном всестороннем сжатии, причём характер объёмного сжатия в значительной степени зависит от упругих и пластических свойств породы.
Динамическая твёрдость может быть определена методом Шора – на поверхность испытуемой породы с определённой высоты сбрасывается боёк со сферическим алмазным наконечником. За показатель твёрдости принимается высота отскока бойка.
Твёрдость пород указывает на их сопротивляемость разрушению при воздействии бурового инструмента и поэтому определяет производительность буровых установок.