Реферат: Определение свойств горных пород и оценка сопротивляемости горных пород разрушению

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 (σсж)

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

σсж = , МПа (кг/см2),

где ^ Рразр – 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.

σсж = , МПа (кг/см2),

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

^ 2. Предел прочности на растяжение (σраст)

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

σраст = , МПа (кг/см2)

Метод характеризуется сложностью подготовки образцов.

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

σраст = , МПа (кг/см2),

где Рразр – величина разрушающей нагрузки;

l и dобр – длина и диаметр образца, см;

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

^ 3. Предел прочности на сдвиг (σсдв)

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

σсдв = , 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 =

σсж – 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 σсж, σсдв и σраст существует достаточно устойчивая взаимосвязь, выражающаяся соотношениями:

σраст 0,2 σсж ; σсдв 0,1 σсж


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):

се = ,

где се – толщина средней естественной отдельности.

По известному статистически устойчивому соотношению между толщиной (се ), длиной (ае)и шириной( ве )естественных отдельностей можно перейти к диаметру средней естественной отдельности (dе), характеризующему интенсивность трещиноватости (блочность) массива:

de = 1,53 се (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):

Пр = 0,05 [Kтр (σсж + σсдв + σраст)+ 10-3 γ g],

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

3. Установить класс и категорию породы по величине Пр.

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