28 Июл

МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ НЕСПЛОШНЫХ СРЕД СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ ПРИРОДНОГО МАССИВА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Проведение всякой выработки вызывает изменение напряжений, существовавших в породах.[2] Поэтому нужно составить представление о первоначальном, естественном напряженном состоянии  пород.

По мере увеличения глубины напряженное состояние пород будет приближаться к предельному.

Рассмотрим прочностные свойства углей и пород, чтобы провести сравнительный анализ.

Таблица 1 [3, с.53].

Прочностные свойства углей разной степени нарушенности.

Приделы прочности угля (кгс/см) при степени нарушении угля
                    V-IV                     III                      II-I
                                                            На разрыв
                     
                                                           На сдвиг
                                     
                                                   На одноосное сжатие
          

В таблице мы видим,  что усилие  на одноосное сжатие для угля в среднем равно 3.9 МПа.

Теперь  посмотрим на прочностные характеристики для других минералов.

Таблица 2.

Физико-механические свойства пород [4, с.17]. 

Порода Предел прочности при сжатии , МПа Модуль деформации при сжатии , МПа Коэффициент

Пуассона

Угол внутреннего трения , градус
Аргиллиты 38-110 1-4,5 0,17-0,25 30
Алевролиты 40-100 1-3 0,2-0,3 30
Песчаники 72-100 0,2-0,4 0,1-0,3 38
Глинистые сланцы 14-58 1-4 0,22
Песчанистые сланцы 35-83 1-3 0,15-0,4
Известняки 120-250 0,4-0,8 0,27 27
Глинистые грунты 1,50-7,0 0,0016-0,005 0,3 5-30

Для песчаников предел прочности на одноосное сжатие несколько выше, он равен в среднем при переводе в систему си 86МПа.

Для алевролитов 70МПа.

Для аргиллитов  75 МПа.

Сравнивая  данные прочностных свойств углей  и   пород, мы видим, что породы имею прочность примерно на порядок выше.

Далее сравним данные с прочностными свойствами сплошной среды, т.е. металлами.  Как известно при решении задач методами механики сплошных сред  необходимо выполнять требования  к параметрам элементарного объема. Он должен сохранять все характерные свойства исследуемого тела и быть достаточно малым по сравнению с размерами тела [5].  Ниже приведена таблица с прочностными свойствами некоторых сталей.

Таблица 3 [6].

Механические свойства разных видов сталей

Марка Предел прочности при растяжении , МПа Относительное удлинение , % Твердость, HB
08 330 33 131
10 340 31 143
15 380 27 149
20 420 25 163
25 460 23 170
30 500 21 179
35 540 20 207

Для стали 8 усилие на 1мм. одноосное растяжении будет равным  330 кг/см.  От сюда видно что пределы прочности угля на два порядка ниже, мы делаем предположение что при нагружении горного массива нагрузками достаточными для разрушения, нет зоны пластической деформации и участка текучести, горная порода практически сразу начинает разрушатся.

Исследование процесса разрушения несплошных сред образцов природного массива.

 

 Рассмотрим несколько работ проведенных на угле и песчанике и проведем экспериментальную наработку на образцах угля.

Свободный объем в угольном массиве может доходить до 25%, это подтверждается одной и наработок [7, с.2].

Рис.2 Изменение объема под давлением [7, с.2].

На представленной зависимости показано,  изменение объема от приложенной нагрузки  на угль. В этом эксперименте на образец действовали высоким давлением, показав таким образом, присутствие  свободного объема. При пересчете в процентное соотношение получили такие  данные,  25-30% от общего размера образца. С помощью эксперимента показано присутствие свободного объема в минерале взятого из природного массива.

Рассмотрим процесс развития нарушенности при одноосной нагрузке в кубическом образце угля из следующей работы.

Ниже показана зависимость разрушения кубического образца угля с гранями 55мм.

Рис.3  Зависимость деформации от приложенной нагрузки  кубического  образца угля   105 мПа [8, с. 71].

В данном случае процесс развития нарушенности в образце, это участок Б-В,  находиться в пределе 0,65 %. Это позволяет нам говорить что оценивать, таким образом упругие свойства материала затруднительно, здесь в большей степени было оценено развитие нарушенности так как  наблюдается не обратимость процесса, после приложения нагрузки.

Приступим к экспериментальной наработке, в которой рассмотрим усилия разрушения пластинки угля толщиной 1 см.

Для подготовки  эксперимента был подготовлен  образец размерами 9,5x1x7,5см который нагружали по следующей схеме

Рис. 6 Схема нагруженния образца угля.

Усилия приложенные  для разрушения образца  достигло отметки 0.5 атм., что равносильно 25 МПа.

Поле проведения эксперимента мы рассмотрели разрушенный образец, на котором отчетливо просматривается структура материала в месте излома, рисунок ниже.

Рис.7 Последствия нагружения образца.

Делая вывод по экспериментальной, наработке мы видим, что уголь является довольно хрупким материалом и выделить упругие свойства  достаточно проблематично.

Выводы.

Результаты прогноза напряженно состояния вмещающего массива при ведении очистных работ в первую очередь зависят от его строения состава и мощности слоев.

Отметим, что без  понимания механических свойств, пород и минералов невозможно прогнозировать их поведение при выборке ископаемых.  Все существующие методы расчета, так или иначе, привязаны к сплошным средам, (методы расчета накладывают на несплошную среду), что в свою очередь приводит к погрешностям в расчетах.

В работе мы показали, что фиксировать  упругую фазу разрушения практически не возможно.

Рассматривая экспериментальные наработоки, делаем заключение, что на природный массив следует смотреть с позиции несплошности.

Список литературы:

  1. 1.Охрана капитальных выработок от влияния очистных работ. Издательство «Техніка»,1983г.
  2. С.Г. Аверешин “Горные удары” 233 c.
  3. Б.М.Иванов, Г.Н.Фейт, М.Ф.Ясносвская, “Механические и физико-химические свойства углей выбросоопасных пластов”. Издательство “Наука” Москва 1979г.
  4. И.В. Баклашов, Б.А. Картозия “ Механика подземных сооружений и конструкций крепей”. Москва “Недра” 1984г.
  5. Гудков В.М, Катков Г.А. «Неделя горняка-2007».
  6. В.И. Анурьев “Справочник конструктора машиностроителя”. Москва “Машиностроение” 2001г.
  7. Способ определения общей пористости ископаемого угля: Декларационный патент на изобретение 2001128887. Украина, МКИ G01N1/04,G01N7/00/ Поляков П.И., Слюсарев В.В., №49528А; Заявлено 21.12.2001; Опубл. 16.09.2002, Бюл.№ 9-2с.
  8. Влияние неравнокомпонентности объемного нагружения и глубины залегания на физико-механические свойства углей. Молодецкий А.В. 2012г.
    . Породы и минералы существенно отличаются от твердых тел, прежде всего, дефектностью, пористостью, трещиноватостью своей структуры, большой изменчивостью физико-механических свойств, образуя в целом несплошную среду. В данной работе мы произведем сравнительный анализ несплошных и сплошных сред, используя экспериментальные наработки.» author=»Нескреба Денис Анатолиевич, Поляков Петр Иванович» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-12″ edition=»euroasia-science_28_28.07.2016″ ebook=»yes» ]