Построение графика деформации породы и определение коэффициентов хрупкости и пластичности

Деформация – изменение линейных размеров, объема или формы, которые испытывает горная порода под воздействием внешних сил. Деформации могут быть: неразрушающими и разрушающими. Разрушающие деформации приводят к разделению породы на отдельные части; неразрушающие – изменяют размеры, форму и объем породы без нарушения ее сплошности. Неразрушающие деформации бывают упругие и пластичные. Один вид деформации может переходить в другой при возрастании напряжений или увеличении времени их воздействия.

В зависимости от соотношения вида деформаций горные породы подразделяются на упругие или хрупкие (пластическая зона практически не наблюдаются). Упругие – пластичные (разрушающей деформации предшествует зона пластической деформации) и пластичные (упругая деформация незначительна).

Пластичность увеличивает энергоемкость дробления и измельчения горных пород. В качестве технологического показателя пластичности принят параметр, определяющий, во сколько раз удельная работа разрушения реальной породы Ар при одноосном сжатии выше удельной работы разрушения идеально упругой породы А у с тем же пределом прочности.

Удельную работу разрушения рассчитывают по площади диаграммы напряжение – деформация. Коэффициент пластичности определяют по формуле:

Кпл=Ар/Ау=пл. OFCD/пл. ОАВ=2Е/Едеф – 1.

Для оценки хрупких свойств пород Л.И. Бароном предложен коэффициент хрупкости Кхр, представляющий собой отношение работы Ачу, затраченный на деформирование образца горной породы в чисто упругой области, к полной работе Ар, затраченной на разрушение образца.

Kхр=Ачу/Ар=пл.OFG/пл. OFCD < 1.

9. Определение крепости и показателя трудности разрушения горной породы.

Крепость горных пород – характеристика сопротивляемости пород их добыванию, т. е. технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М. М. Протодьяконовым (старшим), который для количественной оценки предложил коэффициент крепости f, в первом приближении пропорциональной пределу прочности породы при сжатии. Им была разработана шкала классификации горных пород по крепости, в соответствии с которой горной горные породы подразделены на 10 категорий [5, 6].

К первой категории относятся породы, имеющие наивысшую степень крепости (f=20), к десятой – наиболее слабые плывучие породы (f=0, 3). Пределы изменения крепости от 0, 3 до 20.

Коэффициент крепости можно определить также экспериментально, методом толчения, разработанный проф. М. М. Протодьяконовым (младшим).

Сущность метода толчения заключается следующем. Отбирается 5 образцов породы произвольной формы массой приблизительно по 40-60 г. Каждый образец дробят в стакане трубчатого копра гирей массой 2, 4 кг, сбрасываемой с высоты 0, 6 м. после 5-15-кратного сбрасывания гири, полученную мелочь просеивают через сито с отверстиями 0, 5 мм. Фракцию размером менее 0, 5 мм собирают с пяти образцов и насыпают в стакан объемомера диаметром 23 мм. Определяют высоту столбика пыли l(мм) в объемомере. Коэффициент крепости, который называют динамическим, вычисляют по формуле:

,

где n – число сбрасываний гири при испытании одного образца.

Имеющиеся в настоящее время, методики определение коэффициентов крепости скальных пород достаточно апробированы и находят широкое применение в практике ведения горных работ [5].

Из существующих методов определения крепости пород f наиболее распространенным является метод испытания образцов пород на временное сопротивление их одноосному сжатию ơ сж (МПа) с последующим вычислением его по известной формуле М. М. Протодьяконова [6]:

Впоследствии формула была уточнена Л. И. Бароном и представлена выражением:

+ ,

где ơ и ơ 1 - временное сопротивление образцов одноосному сжатию, соответственно, правильной и неправильной, МПа.

Общим недостатком формул способов является то, что затруднительно получить достоверные показатели коэффициента крепости многолетнемерзлых крупнообломочных пород (МКП). Так, по результатам наших исследований временное сопротивление на сжатие (МКП), представленных супесчаным суглинком с галькой и щебнем с включениями кварцевых булыжников при температуре -5ᵒ равно 6 МПа [7]. Тогда по формуле М.М. Протодьяконова:

f= =2.5

а по формуле Л.И. Бароном при ơ =25.16, ơ 1=3, 7

+