7.2.5. Микротвердость и микрохрупкость

Микротвердость– это характеристика сопротивления угля внедрению острого инструмента, в результате чего на микроскопических участках поверхности образуется отпечаток без образования трещин. Микрохрупкость - то же, но с образованием трещин и выколов породы. Микротвердость и микрохрупкость каменных углей и антрацитов определяется по ГОСТ 21206-75.

С тандарт основан на методе определения твердости по Виккерсу. Поэтому величина микротвердости вычисляется при заданном усилии по размеру диагонали отпечатка (рис. 7.8а). Микротвердость групп мацералов каменных углей и антрацитов находится в следующих пределах: для витринита – 200…350 МПа, семивитринита – 250…420 МПа, липтинита – 80…250 МПа и инертинита – 500…2300 МПа. Бурые угли обладают наименьшей микротвердостью, например, микротвердость подмосковного угля составляет порядка 60 МПа.

Микрохрупкость оценивается по количеству отпечатков с трещинами и сколами в серии испытаний, проводимых в порядке возрастания усилий с постоянным шагом вплоть до момента, когда все отпечатки будут с трещинами и сколами (рис. 7.8б).

Параметры микротвердости и микрохрупкости по малым пробам угля позволяют судить о степени его метаморфизма (по данным, полученным в результате испытаний витринита), а также о прочности, размолоспособности, дробимости и др.

7.2.6. Абразивность (истирающая способность)

Абразивность как горно-технологический параметр горных пород, способ определения абразивности по методу Л.И. Барона и А.В. Кузнецова и классификация пород по абразивности были рассмотрены в §7.1.4. Применительно к углям существуют другие способы определения абразивности: способ согласно документу «Методика и аппаратура для определения абразивности угольных пластов». ИГД им А.А. Скочинского, Москва, 1973» и способ согласно ГОСТ 30827-2002.

В первом случае оцениваются абразивные свойства угля и вмещающих пород, а также пород, содержащих прослойки угля, по отношению к процессам резания (извлечения из массива). В качестве эталона используется кольцевой стержень, истираемый о порошок угля с минеральными включениями, имеющий тот же минералогический состав, что и исследуемый пласт угля. Согласно ГОСТ 30827-2002 оценивается абразивность твердого минерального топлива по отношению к конвейерному, дробильному (в значительной мере) и складирующему оборудованию.

Р ассмотрим первый способ. Согласно методике испытуемая навеска формируется из фракций угля крупностью 2…5 мм и твердых включений крупностью 1…2 мм в пропорциях, соответствующих их объемному содержанию в пласте. Испытания проводятся на установке (рис. 7.9) при следующих условиях. Давление, оказываемое эталоном на навеску должно составлять 30 кгс/см² или 3 МПа (регулируется с помощью масла в цилиндре), частота вращения эталона – 30…40 об/мин, время истирания – 5 мин. В качестве величины показателя абразивности принимается потеря массы эталона (в мг), приведенная к 1 км пути трения.

В угольных пластах наибольшей абразивностью обладают минеральные компоненты, состоящие из кварца, песчаника и пирита (сульфида железа).

В приближении средневзвешенного показатель абразивности пласта рассчитывается по формуле

, (7.9)

где , и - показатели абразивности угля, пропластков и включений, а , и - объемное содержание (в долях единицы) соответствующих компонент угольного пласта.

Классификация угольных пластов по абразивности согласно рассмотренному способу приведена в табл. 7.7.

Таблица 7.7

Классификация угольных пластов по абразивности

Класс	Наименование класса	Показатель абразивности, мг/км
I	Малой абразивности	<40
II	Невысокой абразивности	40…70
III	Средней абразивности	70…110
IV	Выше средней абразивности	110…170
V	Высокой абразивности	170…270
VI	Весьма высокой абразивности	270…450
VII	Чрезвычайно высокой абразивности	>450

Примечания: ¹⁾ - Согласно документу «Методика определения абразивности угольных пластов сложного строения. Классификация угольных пластов по абразивности». Авторы Е.З. Позин, М.Ф. Кунтыш, Э.Л. Баронская. ИГД им А.А. Скочинского, Москва, 1979 г.; ²⁾ – Средние значения показателя абразивности для некоторых компонент угольных пластов в мг/км: прослойки - углистый аргиллит – 50, алевролит – 500, песчаник – 5800; твердые включения – карбонатные – 220, карбонатно-пиритные – 1100, пиритные – 3100, кремнистые – 24300. ³⁾ – В зависимости от минерализации показатель абразивности угольных пластов простого строения – 20…400 мг/км. Нижняя граница абразивности характерна для слабоминерализованных углей Челябинского и Кузнецкого бассейнов. При этом примерно 2/3 шахтопластов имеют абразивность до 100 мг/км и лишь около 5% шахтопластов свыше 300 мг/км.

Для определения истирающей способности твердого топлива по ГОСТ 30827-2002 используется лабораторная мельница, в которой в горизонтальной плоскости вращаются 4 ножа в форме квадрата со стороной 38 мм (рис. 7.10), изготовленные из углеродистой стали Ст3 (ГОСТ 380-94).

С тандартными условиями испытания являются: частота вращения – 23,8 с^-1, количество оборотов – 200. Испытуемая проба представляет собой находящееся в воздушно-сухом состоянии топливо, которое предварительно было просеяно через сито с размером отверстий 7 мм.

Величиной показателя абразивности или истирающей способности служит убыль массы всех 4-х ножей в миллиграммах, измеренная с точностью не хуже 0,2 мг, в расчете на 1 кг топлива. Практическая размерность параметра - мг/кг. Для твердого топлива абразивность находится в пределах от единиц до нескольких десятков (и выше) мг/кг.