7.2 Контактная прочность

Контактная прочность характеризует сопротивление породы разрушению при внедрении в её поверхность твёрдого тела.

Для большинства пород используется метод определения контактной прочности, разработанный в ИГД им. А. А. Скочинского.

Согласно этого метода, вдавливание цилиндрического штампа с плоским основанием производится в не шлифованную поверхность породного образца. В связи с тем, что получаемые результаты существенно отличаются от значения твёрдости при вдавливании штампа, этот показатель назвали контактной прочностью.

Образец породы объемом 150-200 кубических сантиметров и толщиной не менее 100-120 мм (в противном случае возможно раскалывание породы при вдавливании штампа) должен иметь примерно параллельные грани. При необходимости поверхность образца подвергается обдирке на абразивном круге или грубой околке. Замеряется площадь S вдавливаемой в породу части штампа. Образец помещается под пресс, с помощью которого производится вдавливание штампа.

Нагружение образца производится в один приём со скоростью 315 мм/мин до появления лунки выкола. По шкале сило измерителя пресса определяется усилие вдавливания P, необходимое для образования лунки выкола. Нагружение образца производится на разных участках одной поверхности не менее 25-30 раз. Показатель контактной прочности определяется в кгс/мм по формуле

, (7.5)

где Р_і – разрушающее усилие для образования лунки выкола для і -го испытании, кгс;

n – количество испытаний;

S – сечение рабочей поверхности штампа, мм.

По величине показателя контактной прочности все породы разделены на 12 классов. Например, I класс пород называется «слабые» и имеет Р_к < 30 кгс/мм², а XII класс, «крепчайшие» – Р_к > 565 кгс/мм².

7.3 Абразивность

Абразивность характеризует способность породы изнашивать при трении о неё инструмент (горных машин или оборудования). От абразивности пород в большой степени зависит производительность буровых машин, добычных и проходческих комбайнов.

Абразивность оценивается по износу материала, контактирующего с горной породой. Различают абразивность пород в массиве и в разрушенном (раздробленном состоянии). Во втором случае величина абразивности существенно выше.

Известные методы определения абразивности можно разделить на две группы:

– лабораторные (основаны на измерении массового износа при истирании породного образца о наждачную шкурку или стального эталонного стержня, трущегося о породу);

– производственные (абразивность породы оценивается по изменению осевого усилия при сверлении породы с постоянным усилием подачи).

Сущность лабораторного метода измерения относительной износостойкости пород заключается в следующем. К вращающемуся полому цилиндру, обтянутому наждачной шкуркой, с помощью специальных грузов прижимают образец горной породы. По результатам испытаний строят графики зависимости массового износа образца от времени при заданных усилиях прижатия образца к поверхности цилиндра и угловой скорости вращения. Затем, по ним определяют относительные износостойкость и абразивность. Такой метод испытаний часто применяется для оценки износостойкости различных строительных материалов.

Для горных пород, испытуемых на абразивность, чаще используется следующая методика, разработанная в ИГД им. А.А. Скочинского. Сущность метода заключается в истирании эталонного цилиндрического стержня из термически необработанной стали (марка стали У8А) диаметром 8 мм об естественную поверхность породного образца на переоборудованном настольном сверлильном станке при осевом усилии 0,15 кН и скорости вращения 400 об/мин. За показатель абразивности породы (А), принята потеря массы эталонного стержня в мг за 10 мин испытаний. Перед испытанием эталонный стержень взвешивается с точностью до 0,1 мг (G1). После этого, образец породы массой от 0,1 до 4,0 кг зажимают между деревянными прокладками в станочных тисках, так, чтобы верхняя поверхность была горизонтальной. Затем шпиндель, с закреплённым в патроне эталонным стержнем длиной 50-70мм опускают на образец и включают привод станка на 10 мин. По окончании опыта эталонный стержень взвешивают (G2). Показатель абразивности вычисляют по формуле

(7.6)

По величине показателя абразивности все породы разделены на 8 классов (таблица 7.3).

Таблица 7.3 – Шкала абразивности горных пород

Класс абразивности	Наименование класса	Показатель абразивности, А, мг
I	Весьма малоабразивные	<5
II	Малоабразивные	5-10
III	Ниже средней абразивности	10-18
IV	Средней абразивности	18-30
V	Выше средней абразивности	30-45
VI	Повышенной абразивности	45-65
VII	Высокоабразивные	65-90
VIII	Высшей степени абразивности	>90

Для определения абразивности пород в производительных условиях применяют прибор ПТА.

Для разрыхлительных (рыхлых) горных пород выделяют 2 показателя, характеризующих абразивность: абразивность трения и ударную абразивность. Абразивность трения характеризует износ контактирующего с породой рабочего инструмента при его перемещении. Ударная же абразивность характеризует износ поверхности при ударах о них кусков породы.