УДК 625.12.033.38

 

Ахметова Гульбану Акмолдиновна – инженер КУПС (Астана)

Казахский университет путей сообщения, г. Алматы,

Республика Казахстан

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

 

Как уже отмечалось выше, использование образцов горных пород правильной геометрической формы требует больших затрат времени, а также применение квалифицированного труда и громоздкого оборудова­ния. Кроме того, породы сложенные из алевролитов, углистых сланцев, серицито-кварцевых сланцев и полиметаллических руд не поддаются резке и разрушаются при попытке придать им правильную форму. Это предопределило использование образцов горных пород полуправильной призматической формы, которые легко можно отобрать из действующих забоев. При этом особо важное значение для получения наиболее истинных прочностных данных имеет правильная методика отбора проб горных пород.

Разработанные методики позволили в определённой степени улучшить степень точности определения физико-механических свойств горных пород в лабораторных условиях. Однако они имеют отдельные недостатки, которые выражаются, например, в выборе образцов, а затем изготовлении из них правильной геометрической формы. Отдельные методики посвящены определению свойств только углей. Эти обстоятельства позволили, основываясь на разработанных и использованных методах принять новую методику для отбора проб, применительно к условиям проходки транспортных и разведочных горных выработок на любом объекте.

Отбор образцов полуправильной формы на обследованных объектах осуществлялся по методике сопоставительного опробования одних и тех же строго определенных и характерных для рассматриваемого массива горных пород.

В целях повышения степени достоверности сопоставительного способа отбора образцов, работы проводились только в действующих выработках, которые являются достаточно изученными в геологическом отношении. Это позволило методически правильно, на наш взгляд, подойти к определению интервалов опробования и выявлению целевых участков вмещающих горных пород. Помимо этого, во время отбора образцов соблюдались следующие основные требования:

- отбор осуществлялся только в действующих блоках предварительно обуренных, однако образцы брались без видимых нарушений тектоничес­кого и эксплуатационного происхождения;

- из каждого блока отбирались не менее двадцати образцов горных пород, причем по высоте участка и забоя образцы извлекались из разных точек, в целях получения наиболее истинной картины влияния физико- механических свойств на разрушение, а также для проведения достаточ­ного количества экспериментов;

- отобранные образцы горных пород должны быть представительными и охватывать по возможности все основные типы пород исследуемого участка;

- образцы, имеющие повышенную влажность в естественных условиях залегания, подвергались немедленному испытанию или упаковывались в полиэтиленовые мешки для сохранения влажности до момента испытания.

После отбора проб полуправильной призматической формы они подверглись предварительному визуальному исследованию, затем штан­генциркулем тщательно замеряли размеры и подсчитывали объем каждого образца. С каждого участка образцы горных пород помещались в отдельные приспособленные ящики с кратким геологическим паспортом, в котором указывалось:

- место и время отбора проб;

- название горной породы;

- краткая геологическая характеристика;

- основные размеры и объем.

Доставленные образцы горных пород в лаборатории механических испытаний детально изучались и подвергались испытанию на сжатие, срез и ударное разрушение.

В лабораторных условиях определяли наиболее характерные физико- механические свойства горных пород, которые в определенной степени влияют на эффективность разрушения взрывом, а также на работоспо­собность железнодорожного пути т. е.:

- предел прочности при одноосном сжатии;

- прочность пород при срезе;

- удельная энергия разрушения динамическим ударом.

Эксперименты показали, что в процессе одноосного сжатия в образце горной породы образуется неоднородное состояние. Такое состояние возникает из-за влияния касательных напряжений, которые имеют место от трения образцов горных пород о плиты пресса. В этом случае результаты испытаний определяют только несущую способность образца определенных размеров и форм. Однако истинная характеристика прочности горных пород одноосному сжатию является необходимой для решения ряда горно-технологических проблем. Некоторыми исследователями установлена зависимость прочности образцов на сжатие от размеров последних. Так в работах [1-2] показано, что при увеличении отношения высоты образца к диаметру прочность снижается по закону близкому к гиперболическому. Однако для различного типа пород величина предела прочности должна изменяться по разному.

Для образцов полуправильной призматической формы сжимающие напряжения равны

 

                                                                                     (1)

 

где sсж - среднее напряжение сжатия;

e0 - средняя относительная деформация образца, найденная в середине образца, соответствующая области чистого сжатия;

 - средняя относительная деформация всего образца;

eу - средняя относительная деформация поперечного сечения;

 - величина пригрузочного бокового напряжения, вызванного силами трения по торцам образца.

Чтобы получить численные значения исследуемых величин, экспери­ментальным путем определяли три величины (eу, e0, ). Остальные неизвестные определяются совместным решением двух уравнений, полученных из равенства.

 

МПа,                                                                                          (2)

 

где Т – разрушающая тангенциальная нагрузка, кН;

Результаты определения физико-механических свойств горных пород в массиве

Значения относительных деформаций, находят сжатием образцов на реконструированном прессе, который имеет необходимые приспособле­ния для замера деформаций. Средняя квадратичная ошибка находилась по способу наименьших квадратов, а всего на сжатие было испытано 260 образцов горных пород.

Математическая обработка результатов экспериментальных исследований показала, что величина предела прочности на сжатие s для различных образцов горных пород может быть описана зависимостью вида

 

                                                                                             (3)

 

где а, в- коэффициенты, зависящие от типа горной породы;

l - отношение высоты образца к его ширине.

При определении предела прочности пород при срезе эксперименты показали следующее:

При испытании образцов крупных размеров касательные напряже­ния убывают. Это объясняется тем, что образец, имеющий большие размеры, обладает более высокой внутренней нарушенностью, которые при испытании несколько уменьшают прочность срезу.

При срезе возникают растягивающие напряжения.

Наблюдается высокая концентрация напряжений под срезывающей кромкой.

Вывод. Срез матриц может рассматриваться, как технологическая проба, использованная для определения относительной характеристики горных пород. В горной промышленности предлагаемый нами метод может быть использован как стандарт по испытанию на срез.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Попов С.Н., Евдокимов Б.А. Новая конструкция повышает стабильность пути. Путь и путевое хозяйство, 1976, № 5 , с. 12-14.

2. Коуп Д.Л. Исследование работы пути на асфальтовом основании. Железные дороги мира, № 5, 1982, с. 50-52.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сведения об авторе:

Ахметова Гульбану Акмолдиновна – инженер КУПС (Астана)

Казахский университет путей сообщения, ст. преподаватель

г. Алматы, Республика Казахстан

Технические науки, Транспорт

7 статей в изданиях Казахстана,

Изобретений нет

050063, г. Алматы, мкр. «Жетiсу-1», 32А, Гузееву М.Н.

.   8-(727) – 376-74-78

・ 8-(727) – 376-74-81