книги / Физико-механические свойства горных пород
..pdf'с.кГ/смг
То'60
Рлс. 1. Паспорта прочности 'бурых углей уступа 2
кГ/см?
Рис. 2. Паспорта прочности бурых углей экспериментального участка
8 Зак. 3184
ноосного сжатия и растяжения), одинаково и примерно равно то«60 кГ/см2, а угол внутреннего трения в первом случае меньше, чем во втором.
На рис. 3 приведена зависимость между временным сопротив лением углей разрыву ор кГ/см и площадью разрыва образца F см2, из которой видно, что с увеличением площади разрыва бо лее чем в 13 раз временное сопротивление разрыву заметно умень шается. Это дает основание полагать, что временное сопротивле ние угля разрыву в забое будет ниже среднеарифметического его значения, полученного при разрыве отдельных сравнительно не больших образцов.
dp,кГ/см 2
тивления разрыву сгр кГ/см2 бурых углей
от площади разрыва образца F см2
Результаты проведенных исследований по породе сведены в табл. 2, из которой видно, что для песчаника средняя величина вре менного сопротивления сжатию равна 1050 кГ/см2 (при колеба ниях от 630 до 1360 кГ/см2), а для алевролитового сланца дсж=^ «870 кГ/см2 (с колебаниями от 560 до 1350 кГ1см2).
Величина временного сопротивления разрыву для этих же по род соответственно составляет сг« 125 и 88 кГ/см2.
Паспортное сопротивление срезу (рис. 4) для песчаника и алев ролитового сланца соответственно составляет То^ЗОО и 280 кГ/см2, а для песчаника с прослойками алевролита То~330 кГ/см2.
Коэффициент крепости /, определенный методом толчения, для песчаников изменялся от 6,8 до 7,8, а для алевролитового сланца /«5,2.
Угол внутреннего трения для пород изменялся от 33 до 34°. Объемный вес пород колебался от 2,6 до 3 г/см3.
102
№ образца
Порода
Прочностные свойства горных пород Ирша-Бородннского угольного разреза |
Т а б л и ц а |
2 |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
Временное сопротивление пород |
Площадь образца |
|
Временное сопротивление пород |
|
|||||||||
|
С) |
сжатию |
|
|
|
при сжатии F, см2 |
|
|
растяжению |
|
|
|||
|
u |
CI |
коэффи циентвари |
ацииV, % |
числоопы товп |
|
средняя |
колебания |
Ср,кГjсм2 |
о * |
коэффи циентвари ацииV, % |
числоопы |
птов |
|
« |
г* |
t» |
|
|||||||||||
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
iT4 |
|
|
|
||
S |
^ |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
са |
^ |
* |
|
|
|
колебания |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
ье |
Я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
о> |
|
*=с |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
(U |
*+• |
|
|
|
|
|
|
|
сх ^ |
|
|
|
сх |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Песчаник |
|
|
630—1360 |
1046 |
17 |
22 |
4,5—6,7 |
5,5 |
80—192 |
125 |
|
22 |
41 |
||
2 |
Алевролнтовып |
560—1350 |
.870 |
23 |
19 |
4,6—5,9 |
5,3 |
41—145 |
88 |
|
30 |
33 |
||||
3 |
сланец |
с |
про |
620—1260 |
1050 |
15 |
19 |
со со |
О Ъ |
4,5 |
52—133 |
91 |
|
22 |
43 |
|
Песчаник |
|
|||||||||||||||
|
слойками |
|
алев |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ролита |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь образца при |
Паспортное сопротивление |
U |
|
|
|
Продолжение |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
растяжении F, см2 |
|
срезу |
|
|
а |
^ |
Коэффициент |
О |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(D |
|
|
||
СО |
|
|
|
|
|
С1- |
С1 |
|
|
SL |
^ |
крепости по шкале |
CQ |
|
^СЖ |
|
с* |
Порода |
|
|
|
П |
3 |
|
|
|
|
проф. М. М. Про- |
|
|
|||
СО |
|
|
К |
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
со |
|
|
|
|
О |
|
|
Т0 |
|
|
тодьяконова |
(мето |
|
|
||
о* |
|
|
|
колебания |
UZ |
С |
С* |
|
3 |
2 |
*5 |
|
1 |
|||
о |
|
|
|
к |
|
_/ |
дом толчения) / |
О |
*2, |
|||||||
о |
|
|
|
|
** |
|
о |
|
u0 |
^ |
5 |
|
||||
|
|
|
|
|
<и |
о |
|
|
|
|
|
чо |
^ |
|
||
t |
|
|
|
|
СХ |
|
|
|
|
СХ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
О |
<\э |
|
||
1 |
Песчаник |
|
|
4,2—24,0 |
8,4 |
300 |
190 |
|
1,57 |
33 |
7,8 |
|
2,61 |
8,3 |
||
2 |
Алевролнтовый |
3,8—18,9 |
8,6 |
280 |
140 |
|
2,14 |
33 |
5,2 |
|
3,05 |
9,9 |
||||
3 |
сланец |
с |
про |
3,6—20,4 |
7,8 |
330 |
160 |
|
2,25 |
34 |
6,8 |
|
2,63 |
11,5 |
||
.Песчаник |
|
|
||||||||||||||
|
слойками |
алев |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ролита |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из приведенных цифр видно, что испытанные породы можно от нести к категории крепких пород. Весь комплекс исследований, проведенный на углях, показывает, что все они мало отличаются друг от друга как по своим прочностным характеристикам [приве денным в табл. 1 и в построенных паспортах прочности (см. рис. 1 и 2)], так и по петрографической характеристике, указывающей на весьма незначительные отличительные особенности в строении раз личных проб угля. Поэтому все испытанные угли можно отнести
*С,кГ/смг
Рис. 4. Паспорта прочности:
/ —песчаника; 2—алевролитового сланца; 3—песчаника с прослой ками алевролита
к категории слабых и хрупких, для которых—221 колеблется в пре-
°р
делах от 14,3 до 17,2.
ЛИТЕРАТУРА
1. П р о т о д ь я к о н о в М. М. Обобщенное уравнение огибающих к пре дельным кругам напряжений Мора. В сб.: «Исследование физико-механических свойств горных пород применительно к задачам управления горным давлением». Изд-во АН СССР, 1962.
2. И л ь н и ц к а я Е. И. Определение сопротивления углей сдвигу и разрыву.
Всб.: «Труды Института горного дела», т. I. Изд-во АН СССР, 1954.
3.К о й ф м а н М. И. Скоростной комплексный метод определения механиче ских свойств горных пород. В сб.: «Механические свойства горных пород». Издво АН СССР, 1963.
4. П р от о д ь я к о н о в М. М. Определение крепости углей на шахтах. «Уголь», 1950, № 9.
104
Г. С. СЕНАТСКАЯ, О. И. КВАШНИНА
НОВЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ХРУПКО-ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
Хрупко-пластические свойства являются важными физико-ме ханическими характеристиками горных пород.
Для исследования хрупко-пластических свойств горных пород были отобраны изверженные породы гранитного и габбрового со става. Чтобы проследить влияние структуры горных пород на их хрупкость и пластичность были выбраны разновидности от грубо зернистого пегматита из Забайкалья, корнинского и Новоданилов ского гранитов (с Украины) до кварцевого порфира и липарита.
Было исследовано также вулканическое стекло кислого соста ва—обсидиан (из Армении). Для группы габбро были выбраны разновидности от грубозернистого лабрадорита и крупнозернисто го габбро Головинского месторождения до мелкозернистого диа база Мончегорского месторождения.
Была испытана также средняя эффузивная порода—андезит. Для всех этих пород были определены: прочность на одноосное сжатие и на разрыв (по принципу раскалывания), коэффициент крепости методом толчения, динамическая прочность методом дробления шарами в стальных цилиндрах, динамическая твердость по Шору, пористость и показатели хрупко-пластических свойств. Все эти данные сведены в табл. 1.
В зависимости от условий деформирования и разрушения хруп ко-пластические свойства пород могут характеризоваться различ ными показателями. В качестве характеристики, количественно оценивающей хрупко-пластические свойства пород в условиях объемного разрушения, М. И. Койфманом была предложена вели
чина Дд|Ш, т. е. отношение удельной работы при динамическом
5 СЖ
разрушении (методом толчения и др.) ад11„ к прочности при стати ческом сжатии осж. По аналогии с этой величиной нами определя
лись величины ——и ———,где /—коэффициент крепости, определен-
асж асж
ный методом толчения [1], a D—показатель динамической проч ности, определенный методом дробления шарами в стальных ци линдрах. Последний разработан М. И. Койфманом и О. И. Кваш ниной и является простым и удобным. Мерой динамической проч ности по методу дробления служит обратная величина процентно го выхода фракции меньше 0,5 мм.
График, построенный по данным ситового рассева продуктов дробления горных пород шарами, характеризует дробимость, а также и хрупкость пород: чем больше выход мелкой фракции, тем хрупкость породы выше (рис. 1).
105
исследований горных nnnnn
ПрОЧ!юсть |
Проч |
Динамиче |
|||
иа с » еатие, |
|||||
ская проч |
|||||
кГ/'см2 |
ность на |
||||
ность |
|||||
|
|
растяже |
|||
|
|
|
|
||
полуправильдляохсжформыной |
правильнойдля 2Сжсформы |
ние (при |
толпокрепость чению |
дробпокрепость шарамилениюJD |
раскалы
вании)
Р
S
кГ[ см2
|
|
_____ 1 а о л и ц а |
1 |
||
|
Испытания |
Условные показатели |
|||
|
методом |
хрупкости (пластич |
|||
твер |
соударения |
|
ности) |
|
|
хрупкости и |
|
|
|
|
|
|
показатель |
|
|
|
|
показатель |
пластичности |
|
f |
D |
D |
Гшдости |
/ |
||||
|
|
||||
|
|
с1сж |
С*СЖ с1сж |
с2сж |
|
I |
Е-Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нет |
|
|
|
|
Нет дан |
Нет- |
Нет |
|
дан 13,4 |
100 |
3,2 |
3,8 |
84* |
||||
ных |
13,5 дан |
0,24 дан 0,29 |
||||||
ных |
|
|
|
|
|
ных |
ных |
|
|
|
|
|
|
|
1750 |
1030 |
127 |
4,2 |
5,5 |
89* |
То |
; |
7,1 0,24 0,41 0,31 0,53 |
|
|
|
|
|
|
ке |
2210 1610 |
120 |
3,4 |
4,2 |
91* |
» |
11,1 0,15 0,21 0,14 0,26 |
1280 1550. |
ПО |
4,4 |
4,0 |
86* |
> |
11,8 0,28 0,29 0,25 0,26 |
2440 |
1780 |
140 |
6,4 |
5,9 |
90* |
82,2 91,4 11,2 |
0,26 |
0,35 |
0,24 |
0,33 |
Нет |
260 |
Нет- |
Нет |
дан 2290 |
11,5 10,0 70,3 74 94 27,0 даи- |
0,50 дан 0,45 |
|
ных |
|
ных |
ных |
2170 |
1380 |
190 |
7,1 |
9,9 |
78* |
83,6 92,0 10,0 |
0,33 |
0,51 |
0,45 |
0,72 |
107
С о с т а в |
Размер зерен, мм |
п |
|
|
|||
|
|
|
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
|
щл |
|
|
|
|
|
|
|
CJ |
|
|
Порода, |
чО |
1 |
|
|
СО |
а |
|
<и |
|
5S |
|
|
|||
|
O'- |
а |
|
и |
о |
|
|
|
|
|
Я |
|
|||
месторождение |
аГ |
й) |
|
Ш |
а> |
О) |
|
3 |
|
я |
я |
Я |
|||
|
£5 |
СП |
|
о |
|
эЯ |
|
минералы |
a |
а |
|
сЗ |
Я |
Н |
|
Я |
Я |
|
а |
Я |
О |
||
|
a |
|
а |
а |
ог. |
||
|
я |
5 |
|
Я |
кг* |
||
|
Qu |
|
\о |
Я |
я |
О |
|
|
<D |
|
|
о |
о» |
Я |
я |
|
g |
си |
а |
CL) |
(4 |
О) |
CU |
|
си |
\о |
5 |
о |
|||
|
а |
с |
я |
а |
О |
и |
|
Липаритовый порОсновная масса |
(кварц 68 |
<0,001 |
0,0011 |
|
|
|
фир (Армения) |
полевошпатовый) |
10 |
0,2—1 |
|
1 Нет дагшшл |
||||
|
|
Вкрапленники кварца |
0,9 |
||||||
|
|
Вкрапленники |
полевого |
18 |
0,3—2 |
1,0 |
|
|
|
|
|
шпата |
|
цветных |
4 |
0,1—0,5 |
0,2 |
) |
|
|
|
Вкрапленники |
|
||||||
|
|
минералов |
|
|
|
|
|
|
|
Обсидиан |
(Арме- |
Вулканическое стекло |
He |
раскристал- |
— |
2,36 2,40 1,7 |
|||
ния) |
|
|
|
|
|
лизовано |
|
|
|
Лабрадорит |
Лабрадор |
|
88 |
0,8—75 |
60 |
) |
|
||
(Украина) |
Оливин |
|
|
8 |
. 0,8—8,0 |
3 |
2,74 2,88 4,8 |
||
|
|
Магнетит |
|
|
4 |
0,5—5,0 |
2,5 |
J |
|
Габбро-норит |
Лабрадор |
|
75 |
0,2—5,0 |
2,5 |
) |
|
||
слинчинский |
Пироксены |
|
22 |
0,1—1,0 |
0,1 |
2,92 3,02 3,3 |
|||
|
|
Акцессорные |
|
3 |
0,08—0,5 |
1 |
|
||
Тешенит |
(Кавказ) |
Плагиоклаз |
|
48 |
0,08—0,8 |
0.3 |
>1 |
|
|
|
|
Анальцим |
|
28 |
0,3—0,9 |
0,5 |
2,56 2,68 4,5 |
||
|
|
Пироксен |
обманка |
6 |
0,1—5,0 |
1 |
|||
|
|
Роговая |
11 |
0,9—3,0 |
1 |
|
|
||
|
|
Магнетит |
|
|
7 |
0,1—2,0 |
0,5 |
|
|
Диабаз |
(Монче |
Основная |
масса (поле 42 |
<0,001 |
<0,001 |
|
|||
горск) |
|
вой шпат, |
хлорит, се |
|
|
|
|
|
|
|
|
рицит) |
|
|
37 |
0,2—2 |
1 |
3,04 3,12 2,2 |
|
|
|
Плагиоклаз |
|
||||||
|
|
Магнетит |
|
|
7 |
0,1—1 |
0,3 |
|
|
|
|
Реликтовые зерна темно- |
14 |
0,1—0,6 |
0,5 |
|
|
||
|
|
цветных |
минералов |
|
|
|
|
|
|
|
|
(пироксенов и амфибо |
|
|
|
|
|
||
|
|
лов) |
|
|
|
|
|
|
|
Долерит (оливино- |
Плагиоклаз |
|
67 |
0,1—0,4 |
0,2 |
12,68 2,86 6,2 |
|||
<вый |
базальт) |
Авгит |
|
|
13 |
0,04—0,2 |
0,09 |
||
(Армения) |
Оливин |
|
|
6 |
0,03—20 |
0,6 |
1 |
|
|
|
|
Магнетит |
|
|
4 |
0,02—0,15 0,08 |
|
||
|
|
Вулканическое стекло |
10 |
Не раскристал- |
Нет данных |
||||
|
|
|
|
|
|
лизовано |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* Показатели твердости, полученные путем вычисления.
108
Результаты изучения хрупко-пластических свойств некоторых горных пород приведены в табл. 2.
Изученные горные породы по их хрупко-пластическим свойст вам можно подразделить на три группы: умеренно хрупкие поро ды; хрупкие породы и весьма хрупкие породы.
В условиях местного разрушения при динамическом вдавлива нии применялся метод повторных ударов в одну точку посредст вом склероскопа Шора [2]. При единичных ударах высота отскока бойка после соударения с горизонтальной плоскостью породы
Рис. 1. Суммарные кривые распределения продук тов дробления шарами в стальных цилиндрах:
/ —обсидиан; 2—пегматит; 3—Новоданиловский гранит; 4—коршшский гранит; 5—лабрадорит; кварцевый пор фир; 7—тешеннт; 3—андезит; 9—липарит; /3—диабаз
служит мерой динамической твердости. При повторных же ударах в одну точку происходит местное контактное уплотнение породы. Для хрупких пород величина контактного уплотнения незначитель на, для пластичных она заметно увеличивается.
По данным опытов построены графики, иллюстрирующие пове дение различных горных пород при динамическом вдавливании в зависимости от их хрупкости и пластичности (рис. 2). Как и при объемном разрушении здесь можно выделить умеренно хрупкие, хрупкие породы и весьма хрупкую породу—обсидиан. Таким об разом, показатели хрупкости, определенные различными метода ми, вполне удовлетворительно коррелируют между собой.
Анализ хрупко-пластических свойств исследованных горных пород позволяет установить следующее.
ЛЮ