RU2731746C1 - Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению - Google Patents
Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731746C1 RU2731746C1 RU2019124165A RU2019124165A RU2731746C1 RU 2731746 C1 RU2731746 C1 RU 2731746C1 RU 2019124165 A RU2019124165 A RU 2019124165A RU 2019124165 A RU2019124165 A RU 2019124165A RU 2731746 C1 RU2731746 C1 RU 2731746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- indenter
- rock
- rocks
- resistance
- length
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению. В предлагаемом способе, включающем воздействие на горную породу твердосплавным индентором, при котором его ось направляется параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины, с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения (выкола). При этом длина полосы контакта, образующейся при взаимодействии индентора с горной породой, обеспечивается постоянной за счет использования индентора в форме прямого кругового цилиндра диаметром, равным его длине. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению. 1 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Известна группа методов определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению, реализуемая посредством вдавливания различных по форме инденторов в нешлифованную (естественную) поверхность породного образца с фиксацией усилия, необходимого для достижения хрупкого разрушения (выкола) горной породы под индентором. Это метод Института горного дела АН УССР, метод Новочеркасского политехнического института, метод Хуштадта, метод, предложенный Л.И. Бароном и Л.Б. Глатманом, а также способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению.
Известный метод Института горного дела АН УССР основан на вдавливании в забой неравносторонней четырехгранной пирамиды. Число твердости при этом определяется как отношение величины нагрузки, воздействующей на индентор, к площади боковой поверхности его внедренной части [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 171].
Известный метод Новочеркасского политехнического института реализуется посредством вдавливания в уголь пики на заданную глубину с дальнейшим вычислением числа твердости как отношения максимального усилия внедрения к площади поперечного сечения пики [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 175].
Известный метод, предложенный Хуштадтом, осуществляется вдавливанием конического индентора диаметром 30 мм с углом приострения 30° в стенку скважины диаметром 105 мм, пробуренной в массиве. Оценка твердости при этом производится по величине усилия, необходимого для внедрения индентора на глубину 22 мм [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 177].
Известный метод, предложенный Л.И. Бароном и Л.Б. Глатманом, реализуется посредством вдавливания цилиндрического штампа с плоским основанием в нешлифованную (естественную) поверхность породного образца с фиксацией усилия, необходимого для достижения хрупкого разрушения (выкола) горной породы под индентором. Контактная прочность горной породы при этом определяется как отношение величины нагрузки, воздействующей на индентор в момент хрупкого разрушения (выкола), к площади контактной поверхности индентора [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 167].
Общим недостатком части выше приведенных методов (метод Института горного дела АН УССР, метод Новочеркасского политехнического института, метод Хуштадта) является использование заостренных инденторов, в результате чего снижается точность определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению, так как взаимодействие индентора и горной породы осуществляется по слагающим ее зернам.
Недостатком известного метода, предложенного Л.И. Бароном и Л.Б. Глатманом, является отсутствие возможности проведения измерений в условиях скважины, так как в этом случае взаимодействие индентора с горной породой будет осуществляться лишь по концентратору напряжений, образованному цилиндрической поверхностью и основанием индентора, что приведет к искажению результатов измерения. Таким образом, этот метод не позволяет производить исследования в различных точках массива горных пород, что значительно сужает область его применения.
Наиболее близким к предлагаемому, является способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению [Патент №2686783, от 30.04.19]. Он реализуется посредством вдавливания в горную породу индентора, представляющего собой прямой круговой цилиндр диаметром равным его длине, торцы которого имеют закругления радиусом равным радиусу цилиндра. Таким образом, форма индентора представляет собой комбинацию трех геометрических фигур: двух шаровых слоев, между которыми расположен прямой круговой цилиндр диаметром равным его длине. При этом шаровые слои образованы в результате сечения шара, построенного радиусом, равным радиусу прямого кругового цилиндра, плоскостями, одна из которых проходит через центр шара.
Шаровым слоем называют часть шара, заключенную между двумя пересекающими шар параллельными плоскостями [Советский энциклопедический словарь [Текст]. - М.: Советская энциклопедия, 1980. - 1600 с., стр. 1517].
В процессе проведения измерений в соответствии со способом определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению [Патент №2686783, от 30.04.19] индентор располагается таким образом, что его ось направляется параллельно поверхности образца горной породы или образующей цилиндрической поверхности скважины, пробуренной в горной породе.
У способа определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению [Патент №2686783, от 30.04.19] имеется несколько существенных недостатков.
1. Значительное влияние чистоты поверхности образца горной породы на размеры контактной области между индентором и породой, а следовательно и на усилие, необходимое для хрупкого разрушения (выкола). Так, в случае испытания образца горной породы с поверхностью, близкой к шлифованной, контакт будет происходить только по цилиндрической части индентора. В случае испытания образца с поверхностью, имеющей неровности, взаимодействие, в отличие от первого случая, будет осуществляться и по цилиндрической части индентора и по шаровым слоям. В результате этого, для одной и той же горной породы могут быть получены различные значения усилия, необходимого для хрупкого разрушения (выкола) породы под индентором, что в конечном итоге приведет к снижению точности определения показателя сопротивляемости механическому разрушению.
2. Сложность в воспроизводимости способа, обусловленная отсутствием указаний на соотношение между размерами высоты шаровых слоев и диаметром (длиной) цилиндрической части индентора. Под высотой шарового слоя здесь понимается кратчайшее расстояние между его плоскими поверхностями. В результате этого становится возможным использование при проведении измерений инденторов с неодинаковой геометрией, что приводит к снижению точности определения показателя сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении точности определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Техническая проблема решается тем, что в предлагаемом способе, включающем воздействие на горную породу твердосплавным индентором, при котором его ось направляется параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины, с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения (выкола), согласно изобретению, длина полосы контакта, образующейся при взаимодействии индентора с горной породой, обеспечивается постоянной, за счет использования индентора в форме прямого кругового цилиндра, диаметром равным его длине.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Указанный технический результат достигается тем, что при проведении измерений в соответствии с заявляемым способом длина полосы контакта между индентором и породой обеспечивается постоянной вне зависимости от чистоты поверхности образца горной породы за счет использования индентора в форме прямого кругового цилиндра диаметром равным его длине.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемой, где обозначено: 1 - индентор, выполненный в форме прямого кругового цилиндра диаметром D, равным его длине L, 2 - исследуемая горная порода, 3 - скважина, пробуренная в ней, Р - усилие, приложенное к индентору, XX - ось индентора, В - ширина полосы контакта между индентором и горной породой.
В процессе проведения исследований индентор 1 воздействует на горную породу 2 под действием усилия Р таким образом, что его ось XX направляется параллельно поверхности образца горной породы или образующей цилиндрической поверхности скважины, пробуренной в горной породе.
Процесс определения сопротивляемости горной породы механическому разрушению посредством заявляемого способа осуществляется в следующей последовательности. Индентор 1 располагается таким образом, что его ось XX направляется параллельно поверхности образца горной породы 2 или образующей цилиндрической поверхности скважины 3, пробуренной в нем. Далее, на индентор 1 осуществляется нарастающее во времени силовое воздействие Р. В процессе взаимодействия индентора 1 и горной породы 2 между ними образуется контактная полоса длиной L и шириной В. Длина контактной полосы L при этом остается постоянной вне зависимости от чистоты поверхности образца горной породы 2, и определяется лишь длиной индентора 1.
Нарастающее во времени силовое воздействие Р на индентор 1 осуществляется до момента достижения хрупкого разрушения (выкола) горной породы 2 под ним. Величина усилия, необходимого для разрушения горной породы 2 под индентором 1 фиксируется в момент хрупкого разрушения (выкола). Она является мерой сопротивляемости горной породы механическому разрушению.
Таким образом, в соответствие с предлагаемым способом, становится возможным определение сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Использование при этом индентора в форме прямого кругового цилиндра диаметром равным его длине обеспечивает постоянство длины полосы контакта между индентором и горной породой вне зависимости от степени чистоты поверхности образца породы, за счет чего повышается точность определения усилия, необходимого для хрупкого разрушения (выкола) горной породы под индентором. В результате этого повышается точность определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению.
Claims (1)
- Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению путем воздействия на горную породу твердосплавным индентором, при котором его ось направляется параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины, с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения (выкола), отличающийся тем, что длина полосы контакта, образующейся при взаимодействии индентора с горной породой, обеспечивается постоянной за счет использования индентора в форме прямого кругового цилиндра диаметром, равным его длине.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019124165A RU2731746C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019124165A RU2731746C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731746C1 true RU2731746C1 (ru) | 2020-09-08 |
Family
ID=72421698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019124165A RU2731746C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731746C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3738161A (en) * | 1970-01-19 | 1973-06-12 | American Chain & Cable Co | Microficial hardness tester indenter |
| SU1104271A1 (ru) * | 1982-11-23 | 1984-07-23 | Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского | Способ испытани горных пород на прочность (его варианты) |
| RU98111898A (ru) * | 1998-06-22 | 2000-04-10 | Красноярская государственная академия цветных металлов и золота | Способ испытания металлов и сплавов инденторами |
| RU2163012C2 (ru) * | 1999-03-22 | 2001-02-10 | Самарский государственный технический университет | Способ определения механических характеристик конструкционных и композитных материалов |
| RU2686783C1 (ru) * | 2018-04-18 | 2019-04-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению |
-
2019
- 2019-07-25 RU RU2019124165A patent/RU2731746C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3738161A (en) * | 1970-01-19 | 1973-06-12 | American Chain & Cable Co | Microficial hardness tester indenter |
| SU1104271A1 (ru) * | 1982-11-23 | 1984-07-23 | Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского | Способ испытани горных пород на прочность (его варианты) |
| RU98111898A (ru) * | 1998-06-22 | 2000-04-10 | Красноярская государственная академия цветных металлов и золота | Способ испытания металлов и сплавов инденторами |
| RU2163012C2 (ru) * | 1999-03-22 | 2001-02-10 | Самарский государственный технический университет | Способ определения механических характеристик конструкционных и композитных материалов |
| RU2686783C1 (ru) * | 2018-04-18 | 2019-04-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| КУЗНЕЦОВ Е.А. Напряженно-деформированное состояние неоднородного полупространства с коэффициентом Пуанссона, которое изменяется под давлением индентора в форме кругового цилиндра, Украина, * |
| КУЗНЕЦОВ Е.А. Напряженно-деформированное состояние неоднородного полупространства с коэффициентом Пуанссона, которое изменяется под давлением индентора в форме кругового цилиндра, Украина, 1984. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Walsh et al. | A fracture criterion for brittle anisotropic rock | |
| US9702798B1 (en) | Method for evaluating fracture toughness using instrumented indentation testing | |
| CN109738311A (zh) | 一种岩石i型断裂裂纹扩展速度及分形维数的测定方法 | |
| SU897122A3 (ru) | Способ определени механических напр жений в металлической детали | |
| Viktorov et al. | Micro-and nano-indentation approach to strength and deformation characteristics of minerals | |
| Chaudhri | Subsurface plastic strain distribution around spherical indentations in metals | |
| CN104833590A (zh) | 岩石ii型断裂韧度测试的新方法 | |
| RU2731746C1 (ru) | Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению | |
| Kaklis et al. | Experimental investigation of the size effect on the mechanical properties on two natural building stones | |
| RU2521116C1 (ru) | Способ определения механических свойств образцов горных пород и материалов | |
| RU2686783C1 (ru) | Способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению | |
| Boutrid et al. | Strength hardness rock testing | |
| Shlyannikov et al. | Surface crack growth in cylindrical hollow specimen subject to tension and torsion | |
| Shlyannikov et al. | Surface crack growth rate under tension and bending in aluminum alloys and steel | |
| Galvan et al. | Correlation between the point load index, $ I_ {s (50)} $, and the resistance to unconfined compression in limestone from the comunidad Valenciana, Spain | |
| RU2724353C1 (ru) | Способ определения сопротивления деформации металлических материалов при индентировании конусом | |
| RU2447284C2 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона горных пород | |
| RU2596694C1 (ru) | Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций | |
| RU2676046C1 (ru) | Способ определения прочности горных пород в водонасыщенном состоянии | |
| SU870710A1 (ru) | Способ определени прочности горных пород на раст жение и образец дл определени физико-механических свойств горных пород | |
| RU2571305C1 (ru) | Способ определения толщины наклепанного слоя | |
| RU2280852C1 (ru) | Способ испытания грунтов | |
| RU2725162C1 (ru) | Способ определения параметров трещиностойкости бетона в изделии | |
| RU2721314C1 (ru) | Способ определения относительного сужения после разрыва | |
| RU2727068C1 (ru) | Способ определения предельного равномерного сужения |