Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Горной породы.




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 f, в первом приближении пропорциональный пределу прочности породы при сжатии. Им была разработана шкала классификации горных пород по крепости, в соответствии с которой горные породы подразделены на 10 категорий [5,6].

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.

Коэффициент крепости можно определить также, экспериментально, методом толчения, разработанным проф. М.М. Протодьяконовым (младшим).

Сущность метода толчения заключается в следующем. Отбирается 5 образцов породы произвольной формы массой приблизительно по 40-60 г. Каждый образец дробят в стакане трубчатого копра гирей массой 2,4 кг, сбрасываемой с высоты 0.6 м. После 5–15 – кратного сбрасывания гири, полученную мелочь просеивают через сито с отверстиями 0,5 мм. Фракцию размером менее 0,5 мм собирают с пяти образцов и насыпают в стакан объемомера диаметром 23 мм. Определяют высоту столбика пыли (мм) в объёмомере. Коэффициент крепости, который называют динамическим, вычисляют по формуле:

(9.1)

где n -число сбрасываний гири при испытании одного образца.

Имеющиеся в настоящее время, методики определения коэффициентов крепости скальных пород достаточно апробированы и находят широкое применение в практике ведения горных работ [5].

Из существующих методов определения крепости пород f наиболее распространенным является метод испытания образцов пород на временное сопротивление их одноосному сжатию (МПа) с последующим вычислением его по известной формуле М.М. Протодьяконова [6]

 

= 79,6/10=7,96 (9.2)

Впоследствии формула (9.2) была уточнена Л.И. Бароном и представлена выражением:

(9.3)

где σ и σ1 – временное сопротивление образцов одноосному сжатию, соответственно, правильной и неправильной формы, МПа.

Общим недостатком формул (9.2) и (9.3) способов является то, что затруднительно получить достоверные показатели коэффициента крепости многолетнемерзлых крупнообломочных пород (МКП). Так, по результатам наших исследований временное сопротивление на сжатие (МКП), представленных супесчаным суглинком с галькой и щебнем с включениями кварцевых булыжников при температуре -50 равно 6 МПа [7]. Тогда по формуле (9.2)

,

 

а по формуле (9.3) при σ =6 , σ1 =3,7 .

 

Вместе с тем по шкале буримости горных пород предложенной Министерством Геологии СССР данные породы отнесены к V1-X категории с коэффициентом крепости 4-5 [8]. Результаты определения коэффициентов крепости пород по формулам (9.2) и (9.3) не отражают реальное физико-механическое состояние многолетнемерзлых крупнообломочных пород и дают заниженные данные о прочностных свойствах таких пород. Таким образом, определение коэффициентов крепости f по вышеприведенным формулам может привести к необоснованным техническим решениям по выбору техники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых.

Авторами предлагается способ определения коэффициента крепости f осуществлять следующим образом [9]: от массива пород, сложенных многолетнемерзлыми крупнообломочными породами, берутся пробы методом бороздового опробования. Вес одной пробы должен быть не менее 3 кг. Материал собирается на брезент, тщательно перемешивается и затем осуществляется отбор проб на определение гранулометрического состава методом квартования. Породу взвешивают, высушивают и просеивают по фракциям. Твердые включения более 2 мм отделяют от заполнителя, группируют по фракциям, определяют их процентное содержание относительно объема твердых включений в пробе, с учетом которого определяют коэффициенты крепости пород, составляющих образец. Сущность предлагаемого метода заключается в суммировании коэффициентов крепости заполнителя и твердых включений, составляющих образец из выражения:

 

или , (9.4)

 

где - коэффициент крепости заполнителя;

 

- коэффициент крепости пород отдельных составляющих испытываемого образца;

- временное сопротивление на одноосное сжатие соответственно заполнителя, 1-й и n –й фракции крупнообломочных пород составляющих испытываемый образец;

n1…nn –содержание 1-й и n –й фракции крупнообломочных пород относительно общего объема.

Рассмотрим пример определения коэффициента крепости (МКП) представленных твердыми включениями (50%) и заполнителем (50%), характерных для россыпных месторождений Якутии. В таблице 6 приведены результаты определения гранулометрического состава пробы, принятые и расчетные значения коэффициента крепости.

Таблица 6

 

Результаты определения значений крепости пород

 

Название пород Температура пород, оС Влажность, % Гранулометрический состав, мм Предел прочности на сжатие, МПа Содержание в долях единицы Коэфф. крепости ¦
по Протодьяконову по предлагаемой методике
Заполнитель.              
Супесчаный суглинок - 5о <2 0,5 0,6 0,6
Твердые включения.              
Кварцевые булыжники - 5о - 50-100 0,1
Галька, щебень песчанистых сланцев - 5о 10-50 0,4 2,4

 

Значение коэффициента крепости кварцевых булыжников равно f =20, но в данном примере с учетом его содержания в долях единицы относительно объема твердых включений составляющего всего 0,1, принимается значение f =2. Таким же образом определяется значение коэффициента крепости для песчанистых сланцев, которое с учетом содержания пород в долях единицы с коэффициентом крепости f =6, (0,4) принято f =2,4. Коэффициент крепости заполнителя (песок, супесь, суглинок) определяется прямым испытанием на сжатие или при наличии данных ранее проведенных исследований используются их значения в зависимости от отрицательной температуры и влажности пород с применением формулы (9.2).

В нашем примере f = 0,6. При этом, значение коэффициента крепости заполнителя определяется без учета его процентного содержания, так как по нашим и по исследованиям В.Н. Тайбашева (ВНИИ-1) для пород, крупнообломочная фракция в которых составляет менее 70% общего веса скелета породы, прочностные и деформационные свойства определяются только составом заполнителя [7,10].

 

 

где fзап – коэффициент крепости заполнителя,

f1 – коэффициент крепости кварцевых булыжников,

f2 – коэффициент крепости гальки и щебня песчанистых сланцев,

n1 –содержание в долях единицы кварцевых булыжников относительно твердых включений,

n2 –содержание в долях единицы гальки и щебня песчанистых сланцев относительно твердых включений.

Итак, значение коэффициента крепости для МКП, представленных супесчаным суглинком с галькой и щебнем с включениями кварцевых булыжников равно 5.

Предлагаемый способ определения общего коэффициента крепости f позволяет получить достоверное значение крепости для данных пород. Еще одним немаловажным преимуществом такой оценки общего коэффициента крепости f является то, что его значение можно определить косвенным путем, зная состав отдельных фракций и их процентное содержание с помощью справочных материалов по прочностным свойствам с соответствующим коэффициентом крепости f, а затем суммируя их получить общий коэффициент крепости для многолетнемерзлых крупнообломочных пород.

Достоверность определения коэффициентов крепости МКП, предлагаемым способом, можно подтвердить на следующем примере. В единых нормах выработки (времени) Министерства геологии СССР на горнопроходческие работы 1969 г. принята единая классификация горных пород с разделением на 20 категорий, в которой многолетнемерзлые крупнообломочные породы отнесены к VI категории с коэффициентом 4-5 [4].

Определение показателя трудности разрушения основывается на том, что в разрушении горной породы в равной степени принимают участие сжимающие, растягивающие и скалывающие усилия [1].

В реальных условиях разрушение пород (бурение, взрывание, дробление) всегда сопровождается их перемещением, на что также 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:

 

вместо этой формулы использовал эту(в прошлом году так решили лабораторную работу):

Птр = 0,005´ктр´(sсж + sр + tсдв) + 0,5´g

Птр = 0,005*0,8*(79,6+0,79+1,185)+0,5*2,88=0,47

где ктр = 1,2´lср + 0,2 – коэффициент трещиноватости горного массива;

ктр = 1,2*0,5+0,2=0,8

tсдв = 1,5sр=1,5*0,79=1,185

 

 

Все породы по относительной трудности разрушения разделены на пять классов и 25 категорий.

I класс – полускальные, плотные, мягкие, сыпучие (Птр=1¸5), категории: 1, 2, 3, 4, 5;

II класс – скальные легко разрушаемые (Птр=5,1¸10), категории: 6, 7, 8, 9, 10;

III класс – скальные средней трудности разрушения, (Птр=10,1¸15) категории: 11, 12, 13, 14, 15;

IV класс – скальные трудноразрушаемые (Птр=15,1¸20), категории: 16, 17, 18, 19, 20;

V класс – скальные весьма трудноразрушаемые (Птр=20,1¸25), категории: 21, 22, 23, 24, 25

Редко встречающиеся породы с Птр>25 относятся к внекатегорийным.

 

 

№ п.п. Наименование Числовые значения Единицы измерения
Предел прочности на растяжение 0,79 МПа
Предел прочности на сжатие 79,6 МПа
Предел прочности на сдвиг 1,185 Мпа
Коэффициент крепости 7,96
Показатель трудности разрушения 0,47
Категория крепости породы  
Категория породы по трудности разрушения -  
Класс породы по трудности разрушения - I
Степень крепости породы    
Степень трудности разрушения породы   Легко разрушаемые

 

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 117; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты