Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

41 страница

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Методика предназначена для геологоразведочных, научно-исследовательских, учебных и проектно-конструкторских организаций, занимающихся изучением механических свойств горных пород. В документе изложены сущность и назначение метода определения прочности горных пород на образцах полуправильной формы, рассмотрены требования, предъявляемые к отбору проб горных пород, даны рекомендации, относящиеся к аппаратуре, порядку, технике выполнения и подсчету результатов испытаний

 Скачать PDF

Оглавление

Введение

Назначение, сущность и главные особенности методики

Отбор проб

Оборудование, аппаратура и материалы

Подготовка к испытаниям

Выполнение испытаний

Обработка результатов

Приложение 1. Краткое обоснование методики

Приложение 2. Применение методов в горном деле и практике геологоразведочных работ

     Применение методов для решения вопросов механики пород и горного дела

     Практическое использование методов научно-исследовательскими институтами Академия наук СССР и союзных республик, министерств угольной промышленности, цветной, черной металлургии, геологической службы СССР и другими организациями

Литература

 
Дата введения01.01.2021
Добавлен в базу01.01.2019
Актуализация01.01.2021

Этот документ находится в:

Организации:

21.01.1975УтвержденМинистерство угольной промышленности СССР
РазработанИнститут горного дела им. А.А. Скочинского
РазработанИОТТ
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

(расного Знамени

ИНСТИТУТ


ГОРНОГО

ДЕЛА

имени


А. И. БЕРОН. М. И. КОЙФМАН, С. Е. ЧИРКОВ, И. А. СОЛОМИНА


ААСхочннского


МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОБРАЗЦАХ ПОЛУПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ



Министерство угольном промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела нм. А. А. Скочинскоги

Лаборатория физико-механических свойств углей и горных пород


Утверждена зам. начальника Технического управления Минуглепрома СССР А. А. Сурпачевым 21 января 1975 г.


Проф., докт. техн. наук А. И. БЕРОН, проф., докт. техн. паук М. И. КОЙФМАН, докт. техн. наук С. Е. ЧИРКОВ инж. И. А. СОЛОМИНА


МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОБРАЗЦАХ ПОЛУПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ

Москва

197(>

Таблица 2.2

Диаметр керна, мм

Суммарная длина кернов, см

рекомендуемая

минимальная

До 70

Не менее 20

10

Свыше 70

и н 30

15

В разведочном бурении для испытаний прочности пород, представленных слоями, мощность которых меньше 10 см, а также при детальном изучении изменчивости пород или при недостаточном выходе керна допускается отбирать пробы в виде цилиндрических кернов меньшей длины (соответственно мощности испытуемого слоя породы), а также в виде обломков,

2.15,    Каждый кусок керна должен быть пронумерован. Должен быть отмечен его верхний торец и указана глубина отбора пробы в скважине. Номера проб наносят на кернах в двух-пяти местах (в зависимости от длины керна).

2.16,    На каждую пробу горной порода составляют паспорт. В сопроводительных документах для мест отбора проб должна быть дана геологическая, а на шахте или разрезе по возможности также маркшейдерская характеристика участка.

В паспорте пробы, отобранной в шахте или разрезе, должны быть отмечены характер обнажения (забоя, горной выработки), условия залегания породы, наличие пропластков, прожилков и включений. Должно быть указано время отбора пробы.

2.17,    Транспортировку и хранение проб слабых и весьма пористых пород производят с соблюдением правил консервации (посредством обильного парафинирования и упаковки в полиэтиленовые мешочки). Высокопрочные нетрещиноватые порода, влагонасыщение которых не превышает 1%, можно хранить и перевозить без консервирования.

Пробы, предназначенные для транспортировки в испытательные лаборатории, расположенные на значительном расстоянии от места их отбора, упаковываются в плотные ящики. Свободное пространство заполняется древесными опилками, стружкой или аналогичными по свойствам материалами. Монолиты и керны весьма слабых, а также весьма хрупких и трещиноватых пород следует при укладке в ящики отделять от стенок ящика слоем заполнителя толщиной 3-4 см, а друг от друга прокладками или слоем заполнителя.

Внутрь ящиков, которые следует пронумеровать, под крышку помещают завернутые в пленку или кальку паспорта проб. Вторые

10

ПАСПОРТ ПРОШ ГОРНОЙ ПОРОДЫ, отобранной для физико-механических испытаний

Шахтоуправ ление Участок _

Бассейн, район

Объединение, комбинат __

Шахта (разрез) .

Горная выработка (скважина)

Пласт (наименование, геологический индекс) _______

Глубина залегания ________________ м Мощность пласта __ м

Угол падения ____________

Петрографическая характеристика породы, включающая сведения о слоистости и трещиноватости    _

Приложение: разрез пласта или геологическая колонка в месте отбора пробы.

Пробу отобрал    Подпись

Главный геолог шахта, разреза    Подпись

Дата и время отбора

II


экземпляры паспортов проб с указанием номера ящика» в который помещены пробы» высылаются в испытательную лабораторию почтой.

Пробы пород (особенно слабых) при транспортировке не должны подвергаться резким динамическим воздействиям (сбрасыванию, ударам). Следует предохранять их также от значительного воздействия атмосферных факторов (многократного увлажнения и высыхания, замерзания и т.п.).

3. ОБОРУДОВАНИЕ, АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

3.1. В зависимости от величины образцов, прочности пород» условий выполнения испытаний и оснащенности лабораторий соответствующим оборудованием применяют следующие испытательные машины и устройства:

а)    стационарную испытательную машину - испытательный пресс с гидравлическим приводом, универсальную испытательную машину или другой испытательный прибор, - включающую нагружающее устройство с максимальными усилиями, на 20-30# превышающими силы, разрушающие наиболее прочные испытуемые образцы пород, и силоизмерительное устройство с точностью измерений ±2#.

Испытательная машина должна обеспечивать плавное, без рывков повышение нагрузки в указанных выше пределах, а также регулировку скорости приложения нагрузки. Целесообразно применять стационарную испытательную машину на различную предельную нагрузку с переключающимися шкалами, снабженную силоизмерительным устройством, которое позволяет непрерывно наблюдать и фиксировать максимальное усилие при разрушении испытуемого образца.

Для правильной и равномерной передачи нагрузки на образец породы испытательная машина должна быть снабжена установочно-центрирующим устройством с подвижной оферической опорой;

б)    портативные (переносные) испытательные машины любой конструкции, включающие нагружающее и силоизмерительное устройство с точностью измерений ±2# и максимальными усилиями, на 20-30# превышающими силы, разрушающие наиболее прочные из образцов породы (с установочно-центрирупцими приспособлениями).

Такие испытательные машины предназначаются для проведения испытаний пород на растяжение и одноосное сжатие главным образом в полустационарных лабораториях, обслуживающих шахты, разрезы и геологоразведочные партии;

12

в) устройство для раскалывания, устанавливаемое на испытательных машинах, включающее два встречных ножа (клина) с радиусом закругления лезвий 3 мм или два встречных цилиндрических стержня диаметром 6 мм из закаленной стали.

3.2.    При проведении испытаний на растяжение методами направленного раскалывания нельзя применять изношенные ножи-клинья. Следует пользоваться устройствами, конструкция которых обеспечивает их действие в одной плоскости и полный контакт рабочей части клиньев или стержней с поверхностью испытуемого образца и соответственно равномерную передачу нагрузки. Желательно применять устройства со сменными рабочими органами.

3.3.    Необходимое вспомогательное оборудование и материалы:

а)    камнерезная машина с рабочими органами в виде вращающихся режущих дисков (с несколькими параллельно установленными или с одним диском) любой конструкции;

б)    абразивно-алмазные отрезные диски или абразивные отрезные диски из мелкозернистого карбида кремния минимальной толщины. Диаметр отрезных дисков должен соответствовать величине исходных проб;

в)    шлифовальный станок для обработки плоских поверхностей образцов, включающий чугунный диск, вращающийся вокруг вертикальной оси (любой надежной конструкции);

г)    штангенциркуль;

д)    лекальная линейка;

е)    стойка с индикатором;

ж)    порошкообразный карбид кремния черный (шлифзерно, шлиф-порошок марки КЗ по ГОСТ 3647-71 & 80-230).

Примечание. При отсутствии карбида кремния указанной зернистости допускается замена его другими абразивными материалами той же или близкой к ней зернистости.

4. ПОДГОТОВКА К Иа/ЫТАНШИ

4.1. Подготовка и хранение образцов пород перед испытания к должны выполняться в условиях, обеспечивающих сохранение ;х представительности, строения и состава. Этому требованию удовлетворять такх.е качество оборудования, применяемого для подготовки проб.

13

4.2. Технология подготовки образцов для проведения испытаний, камнерезные машины, инструменты и режимы обработки должны обео-печивать минимум повреждений породы.

4*3* Глыбы-монолиты (шахтные пробы или пробы, отделенные от массива на открытых разработках) разрезают на плоскопараллельные пластины. Керны разведочного колонкового бурения разрезают на диски (цилиндры) круглой формы или эллиптических очертаний в плане. Пробы осадочных анизотропных пород разрезают в направлении, параллельном и перпендикулярном к слоистости (с учетом текстуры, свойств пород и порядка выполнения испытаний).

4.4. Высота дисков, вырезаемых из кернов колонкового бурения перпендикулярно к оси керна (круглых в плане) или под углом к его оси (эллиптических в плане), указана в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Диаметр кернов, мм

Рекомендуемая высота дисков*-* в долях диаметра керна

Минимальная высота дисков, мм

До 70

0,45

10-15

70-100

0,45

15-20

Свыше 100

0,2-0,45

20-25

Внсота пластин, дисков крупнокристаллических горных пород не должна быть меньше 7*10 линейных размеров зерен породообразующих минералов. Это относится и к табл. 4.2*

4.5. Рекомендуемая высота плоскопараллельных пластин, вырезаемых из кусков (блоков), представляющих шахтные пробы, указана в табл. 4.2.

Горные породы

Высота пластин, мм***

Однородные, средней и большей прочности ($сЖ>200 кгс/см*)

20-25

Умеренно неоднородные любой прочности. Однородные малой прочности (нсж °т 50 до 200 кгс/cwO

25-40

Весьма неоднородные любой прочности. Однородные и умеренно неоднородные „ весьма малой прочности кгс/см^)

40-70

хх)

См. сноску к табл. 4.1.


Таблица 4.2

14

4.6* Количество пластин или дисков, используемых для проведения испытаний, определяется степенью неоднородности пород и проявлениями анизотропии.

В преобладающем большинстве случаев достаточно испытать количество пластин или дисков, указанное в табл. 4.3 (для анизотропных пород в двух, а для макроскопически изотропных - в одном

направлении).    _    .

Таблица 4.3

Горные породы

Кодичеетбо пдастин из блоков

Количество дисков

Однородные

Не менее 2

Не менее 3

Умеренно неоднородные

« п 3

и л 4

Неоднородные

и и 4

н л 5

4.7.    Когда порода залегает в виде прослоев малой мощности, небольших жил или включений, для ее испытания можно сократить размеры или количество пластин, хотя это и связано со снижением достоверности полученных результатов.

4.8.    При отсутствии камнерезного оборудования приближенные определения прочности горных пород при растяжении и сжатии могут быть выполнены на образцах полуправильной формы, полученных из отдельных штуфов (кусочков) порода посредством образования двух противоположных параллельных граней (с применением для этой цели способа подшлифовки последних).

Т а б д и ц а 4.4

Ширина пластин, мм

Выпуклость или вогнутость

Отклонения от параллельности, мм

До 60

0,0015

0,5

60-120

0,0010

1.0

Свыше 120

0,0008

2,0


4.9.    Контактные поверхности исходных образцов (пластин или дисков), воспринимающие давление ножей-клиньев (при раскалывании) или сжимапцих плит (при сжатии), должны быть тщательно обработаны, а в ответственных случаях дополнительно доведены до плоскостности посредством шлифовки с применением мелкозернистого абразивного материала. Выпуклость или вогнутость (величина стрелки кривизны в долях диаметра или меньшего поперечника контактной поверхности), а также отклонения от параллельности по длине каждого из двух взаимно перпендикулярных размеров образца не должны быть больше величин, указанных в табл. 4.4.

15

Шероховатость рабочих поверхностей образцов должна быть не ниже 4-го класса (по ГОСТ 2784-51)•

4.10.    Выпуклость или вогнутость образцов контролируется посредством индикатора часового типа, установленного на стейке, и лекальной линейки, степень шероховатости - посредством индикатора и индикаторной стойки. Отклонение от параллельности проверяется штангенциркулем или микрометром.

4.11.    Ориентировку относительно слоистости следует отмечать карандашом на контактных поверхностях образцов, подготовленных для испытаний.

4.12.    В настоящее время в качестве характеристик прочности слабых и средней крепости горных пород на растяжение и одноосное сжатие принимают величины, полученные при испытаниях консервированных проб. Условно допускается, что эти величины отражают механические свойства горной породы в состоянии "пластовой” влажности.

Для получения строго определенных и сопоставимых данных о прочности различных разновидностей пород и в целях установления (в дальнейшем) более совершенных правил механических испытаний пород в отношении их влажности и склонности к размоканию рекомендуется по возможности уже в настоящее время определять характеристики отдельных типичных разновидностей пород как в воздушно-сухом состоянии, так и в состоянии искусственного насыщения водой. Б этом случае следует вырезать соответственно большее количество образцов (гластин) для испытаний.

4.13.    На подготовленных пластинах горных пород и остатках пробы (особенно в связи с геологоразведочными работами и инженерно-геологическими изысканиями) следует выполнить минералогопетрографические исследования вещественного состава и текстурноструктурных особенностей пород.Краткая литолого-петрографическая характеристика пород обязательна.

5. ВЫПОЛНЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

5.1. На одной стороне пластины или диска, изготовленного из горной породы, наносят карандашом сетку линий, по которым следует произвести опыты растяжения-раскалывания.

Расстояние между направлениями раскалывания на кубовидные образны принимают равным Еысоте пластины или диска. Диски круг-1C

лой формы, высота которых равна 0,45 диаметра, раскалывают по двум взаимно перпендикулярным диаметрам на четыре равных сектора* Диски эллиптической формы раскалывают в направлении двух полуосей или частично на кубовидные образцы.

5.2.    Кубовидные или секторовидные образцы, сохранившие две параллельные тщательно обработанные плоские поверхности, испытывают на одноосное сжатие без смазки. Рабочими гранями образцов, прилегающими к плитам пресса, служат две параллельные обработанные поверхности.

Центрировка образцов производится совмещением центров тяжести их оснований с центрами давильных плит. Центр тяжести основания секторовидного образца располагается на оси симметрии сектора на расстоянии 0,37г от середины его дуги.

5.3.    Скорость нарастания напряжения при растяжении-раскалывании и сжатии должна быть в пределах от 5 до 20 кгс/слft в секун-ду. Бремя нагружения до разрушения испытуемых образцов при испытаниях пород различной прочности и размера должно примерно соответствовать данным табл. 5.1.

Таблица 5.1

Раз рушащая сила F

Время нагружения, с

кН

тс

До 50

До 5

10-30

50-100

5-10

20-60

Свыше 100

Свыше 10

30-90

5.4.    При проведении испытаний на сжатие рекомендуется применять прокладки из закаленной стали. Периодически по мере износа прокладок их следует выравнивать посредством шлифовки.

5.5.    При проведении испытаний на растяжение-раскалывание и одноосное сжатие фиксируют:

предельные разрушающие нагрузки;

линейные размеры испытуемых образцов (длину и высоту поверхностей отрыва, поперечные размеры меньшего основания и высоту кубовидных образцов по ду правильно й формы, подвергаемых одноосному сжатию; диаметр и высоту вырезанных из керна дисков, средние радиусы или площадь контактной поверхности образцов секторовидной формы).

Предельные разрушающие нагрузки и линейные размеры разрушаемых образцов фиксируют с точностью до 256, при приближенных испытаниях - до 3$.

17

5.6. При проведении испытаний в пластинах, вырезанных из штуфов (блоков), в большинстве случаев для получения достоверных средних значений достаточно выполнить количество повторных опытов, указанное в табл. 5.2, с надежностью определений не ниже 0,95.

Таблица 5.2

Количество опытов

Горные породы

для определения прочности на растяжение при

ддя определения проч-ности на сжатие

разрыве по контактам слоев или в плоскости напластования

разрыве по поверхностям, перпендикулярным к слоистости

Однородные

6-8

4-6

4-6

Умеренно неоднородные

8-10

6-8

6-8

Весьма неоднородные

10-14

8-10

8-10

5.7.    Испытания макроскопически изотропных изверженных и других однородных горных пород допускается производить в одном направлении (с учетом условий их залегания в горном массиве).

5.8.    Испытания анизотропных, осадочных, слоистых и им подобных пород производят с учетом их текстурной анизотропии. Определения прочности на растяжение выполняют при атом в направлении: а) перпендикулярном к слоистости (напластованию) и ослабленным контактам и б) параллельном слоистости. Испытания на одноосное сжатие выполняют, как правило, в одном направлении (перпендикулярно к слоистости или с регистрацией направления действующих сил по отношению к направлению слоистости).

5.9.    Когда объем исходных проб недостаточен для производства повторных опытов в количестве, указанном в табл. 5.2, допускается выполнение приближенных испытаний при меньшем числе повторных опытов (при соответственно пониженной достоверности результатов).

5.10.    Слабые и расслаивающиеся породы должны быть испытаны не более чем через 7-10 дней после извлечения проб из массива.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

6.1. Предел прочности горных пород на растяжение при раскат-лывании пластин Rp (в кгс/см ) вычисляют по формуле

18

£

F7


Rp =


где Fp - предельное значение раскалывающего усилия, вызывающего разрыв при раскалывании, кгс;

Л - высота раскалываемой пластины, см;

£ - средняя длина плоскости отрыва, см;

- переводный масштабный коэффициент согласно табл. 6.1.

6.2. Предел прочности при одноосном сжатии образцов кубовидной формы /?сж (в кгс/с&^) вычисляют по формуле

п    1*    „с

Rc* ~ ~a~VK

где £    - предельное значение разрушающей нагрузки при одноосном

сжатии образца, кг с;

а - ширина образца, см;

$    - длина образца, см;

- переводный масштабный коэффициент согласно табл. 6.1.

6.3. Предел прочности при одноосном сжатии секторовидных образцов, получаемых при раскалывании, по п. 5.1 (в кгс/см2) вычисляют по формуле3^

где FC)K - предельное значение разрушающей нагрузки при одноосном сжатии секторовидного образца, кгс;

X - средний радиус сектора, см;

- переводный масштабный коэффициент согласно табл. 6.1.

6.4.    Вычисленные по приведенным формулам в кгс/см^ значения Rp и RCJK пересчитываются в Н/к2 путем умножения результата на 9,8-ICf4** 10s.

6.5.    Коэффициенты вариации параллельных определений (в %) вычисляют по формуле

--

R    R

Дэ пускается производить расчет прочности по отношению суит разру-иирт сил ко всему сечению диска.

19

УДК 622.02

Настоящая методика является руководством по определению прочности горных пород при растяжении и сжатии на образцах полу-правильной формы. Она составлена на основе исследований, выполненных в ИГД им.А.А.Скочинского, и обобщения опыта применения данного метода другими организациями. При составлении методики учтены замечания, полученные в отзывах на временное руководство, изданное в 1973 г.

Изложены сущность и назначение метода определения прочности горных пород на образцах полуправильной формы, рассмотрены требования, предъявляемые к отбору проб горных пород, даны рекомендации, относящиеся к аппаратуре, порядку, технике выполнения и подсчету результатов испытаний.

В приложениях даны краткое обоснование методики, рекомендации к использованию метода для решения горнотехнических вопросов, а также некоторые сведения о практическом использовании предложенных ИГД им.А.А.Скочинского методов определения прочности при растяжении (по приншту раскалывания) и сжатии на образцах полуправильной формы некоторыми научно-исследовательскими институтами, геологоразведочными и другими лабораториями для изучения пород угольных, рудных и других месторождений.

В исследованиях и составлении методики кроме авторов принимали участие инж.Н.И.Пожидаев, лаборанты Е.Т.Рамзаева и В.Т.Кор-шунова (ИГД им.А.А.Скочинского), канд. гео л.-минер, наук Г.С.Сенатская (ИОТТ).

О

Методика предназначена для геологоразведочных, научно-исследовательских, учебных и проектно-конструкторских организаций, занимающихся изучением механических свойств горных пород.

Институт трного дела им. А. Л. Скочинского (ИГД им. Л. А. С коми нс кого), 1М7Н

где Rl - отдельные значения предела прочности;

R - среднее значение предела прочности; п - количество определений; б - среднее квадратическое отклонение.

6.6. Значения прочности пород, полученные по формулам раздела 6, приведены к единому размеру кубовидных образцов (площади сечения 5*5 = 25 см2), для чего в формулы введены масштабные коэффициенты, значения которых указаны в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Площадь сечения рас называемо го образна, см^

Кр

км.

Площадь сечения сжимаемого кубовидного образца, см2

к«

4

0,74

4

0,83

9

0,83

9

0,90

16

0,90

16

0,94

25

1,00

25

1,00

36

1,10

36

1,07

49

1,15

49

1*11

64

1,22

64

1,15

81

1,30

81

1,21

100

1,37

100

1,25

321

1,44

144

1,52

Большие размеры образцов методи

169

1,58

кой не предусмотрены

196

1,64

225

1,71

Для действительных значений площади сечения раскалываемого или сжимаемого образца значения и к* определяются интерполяцией ближайших табличных значений.

20

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении длительного времени физико-механические свойства горных пород изучались главным образом для строительных целей. В течение последних 40-50 лет исследования в этом направлении широко развиваются применительно к горному делу, геологии и геофизике.

На первых этапах в горнодобывающей промышленности для данных исследований применялись в основном методы строительной механики. Прочность пород изучалась главным образом на образцах правильной формы сравнительно большого размера.

Извлечение крупных проб с больших глубин земных недр в подземных рудниках и шахтах, а также изготовление из горных пород точно обработанных образцов для испытаний сопряжены с большими трудностями. Поэтому раздел механики пород, относящийся к изучению их физико-механических свойств для горнодобывающей промышленности, развивался медленно. В XIX веке и первой половине XX века были сделаны только первые шаги в этом направлении. Большая часть пород угольных и рудных месторождений оставалась неисследованной. Недостаточно изучены они и до сих пор.

При изучении изменяющихся в широких пределах механических свойств горных пород как сложных (с особыми свойствами) сред требуется особый подход. Необходимы новые, более простые и доступные методы исследований.

Положительным является значительное развитие в Советском Союзе методических разработок, направленных на изучение механических свойств горных пород и углей. Отмечая эффективность этого направления в целом, следует указать, что чрезмерное разнообразие рекомендаций и вариантов методов исследований, предложенных многими авторами, имеет и отрицательную сторону. Данные о механических свойствах пород, полученные разными методами, часто несопоставимы, что в значительной степени обесценивает их. Поэтому необходима унификация существующих методов.

3

Известно, что важные механические свойства горных пород, имеющие общетехническое значение, определяются величинами, характеризующими прежде всего их прочность при сжатии и растяжении.

В ИГД им.А.А.Скочинского проф. ,докт.техн.наук М.И.Койфманом и докт.техн.наук С. Е. Чирковым разработан комплексный метод определения прочности на растяжение (по принципу раскалывания) и одноосное сжатие образцов полуправильной формы. Применение его в горном деле, и в частности в угольной промышленности, Есе более расширяется. Однако не все вопросы, относящиеся к практическому использованию методов, достаточно детально изучены и окончательно решены. Применяются гос различные методические варианты и модификации. Для унификации метода испытаний пород на образцах полуправильной формы, а также для расширения области его применения и предназначаются настоящие методические указания.

В данных методических указаниях изложены только рекомендации по комплексным испытаниям горных пород на растяжение и сжатие, выполненным на образцах полуправильной формы. Методические рекомендации по испытаниям прочности горных пород на растяжение по принципу раскалывания необработанных кернов буровых скважин, а также образцов-кусков породы неправильной формы находятся в стадии детальной разработки и апробирования. Они будут подготовлены и выпущены ИГД им.А.А.Скочинского дополнительно в виде отдельной методики.

Подробное обоснование настоящих рекомендаций изложено в отчете по теме 0150-1974 г., этап 7 (научный фонд ИГД им.А.А.Скочинского, арх. & 14305).

I. НАЗНАЧЕНИЕ, СУЩНОСТЬ И ГЛАВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ

I.I. Настоящие методические указания предназначаются в основном для проведения испытаний механических свойств горных пород угольных и рудных месторождений. Их можно использовать также для изучения пород месторождений горючих сланцев, горнохимического, неметаллорудного минерального сырья, месторождений нефти л газа.

Рекомендации предназначены для горных, геологоразведочных и инженерно-геологических целей. Систематические массовые испытания пород данными методами могут производиться на стадии разведки месторождений, а также при строительстве и эксплуатации шахт и разрезов предприятий горнодобывающей промышленности.

4

Испытания могут выполняться как в лабораторных (стационарных), так и в полустационарных и шахтно-полевых условиях с использованием соответствующей разным условиям аппаратуры и приборов.

1.2.    Сущность методики испытаний заключается в проведении последовательно:

определения пределов прочности (разрушающих напряжений) на растяжение посредством многократного направленного раскалывания образцов горных пород в виде пластин с двумя плоскопараллельными гранями любых очертаний в плане (в том числе в виде дисков круглой иди эллиптической формы);

определения пределов прочности (разрушающих напряжений) при одноосном сжатии образцов полуправильной формы, имеющих две параллельные плоские грани (используются кубовидные или секторо-видные образцы, полученные при испытаниях на растяжение-раскалывание исходных пластин или дисков в двух взаимно перпендикулярных направлениях).

1.3.    Физическая основа рекомендуемого способа определения предела прочности пород на растяжение заключается в измерении предельных разрывающих напряжений при раскалывании образцов пород преимущественно линейно-приложенными силами, вызывающими растягивающие напряжения и, в конечном счете, отрыв в заданной плоскости.

Физическая основа методов испытаний пород на сжатие с применением образцов полуправильной формы принципиально близка к основе аналогичных испытаний на образцах правильной формы.

1.4.    Для определения прочности особенно сильно рассланцо-ванных и некоторых других горных пород, при раскалывании которых возникают, помимо плоскостей раскалывания, явления расслаивания, данный метод не рекомендуется. Для испытаний таких пород может быть использован только способ определения прочности на растяжение по принципу раскалывания (без последующего определения прочности на сжатие).

1.5.    Принципиальными особенностями предлагаемых методов определения прочности пород (а также углей) для горнодобывающей промышленности являются вытекающие из теоретических представлений и практического опыта:

а) выполнение испытаний на растяжение (разрыв) по принципу многократного направленного раскалывания, который дает вполне достоверные данные и практически легко осуществим;

5

<5) проведение испытаний на растяжение с учетом и с целью количественной оценки весьма существенной для большинства горных пород (особенно осадочных пород угольных месторождений) текстурной анизотропии - слоистости, сланцеватости и расслаиваемости по контактам;

в)    выполнение испытаний прочности на одноосное сжатие преобладающего большинства пород (из которых можно изготовить плоскопараллельные пластины или диски) на образцах, обладающих только двумя плоскими контактными поверхностями. Этим образцам, получившим наименование образцов полуправильной формы, можно придать контактные поверхности, отличающиеся повышенной точностью обработки. Когда в результате раскалывания плоскопараллельных пластин большого размера получаются кубовидные образцы, выпуклость их плоских торцевых поверхностей минимальна, что способствует повышению точности измерений прочности на сжатие;

г)    изучение и оценка прочности пород с учетом проявления масштабного эффекта;

д)    создание возможности проведения испытаний основных характеристик прочности большинства пород угольных, рудных и других месторождений (особенно при проведении геологоразведочных работ) на пробах небольшого объема, в частности на кернах разведочного бурения, в том числе и малого диаметра;

е)    определение (главным образом, при изучении размокающих пород) изменения прочности пород под действием насыщения их водой;

ж)    проведение комплексных испытаний прочности на растяжение и сжатие, когда это представляется необходимым и возможным.

Все вышеизложенное способствует увеличению объема необходимой информации, а также повышению полноты и достоверности данных о свойствах пород. Еместе с тем значительно уменьшаются затраты на изучение пород.

1.6. Существенной особенностью настоящей методики, что отличает ее от большинства ранее разработанных, является дифференциация величин: исходных проб, размеров и количества образцов с учетом прежде всего различной степени неоднородности пород на основе признаков, приведенных в табл. I.I. Величину образцов рекомендуется выбирать разной также в зависимости от прочности образцов (см. табл. 2.1 и 4.2).

Таблица 1.1

Горные порода

Признаки неоднородности пород (для испытаний на прочность)

Однородные

Кристаллы, верна, включения, ингредиенты или поры равномерно распределены в породе и имеет линейные размеры до 0,2 см

Умеренно неоднородные

Кристаллы, зерна, включения, ингредиенты или поры равномерно распределены в породе и имеют линейные размеры 0,2-0,6 см

Весьма неоднородные

Кристаллы, зерна, включения, ингредиенты или поры распределены неравномерно и имеют линейные размеры больше 0,6 см

Однородные и большой прочности породы целесообразно испытывать на образцах меньшего объема, а неоднородные и слабые - на образцах большего объема.

1.7.    С целью получения сопоставимых значений прочности методические указания предусматривают применение масштабных переводных коэффициентов.

1.8.    Данные методические указания относятся к определению прочности пород на образцах, отделенных от массива. Результаты этих испытаний с учетом трещиноватости, неоднородности пород и закономерностей проявлений масштабного эффекта могут быть использованы для приближенной оценки прочности пород в массивах.

1.9.    Рекомендуемыми методами можно получить данные о прочности пород с достаточной для инженерных расчетов точностью (в дальнейшем такие испытания именуются методами испытаний нормальной надежности). Когда объем отобранной породы невелик и поставленной задаче удовлетворяют приближенные сведения о прочности пород или углей, методы могут быть использованы также для определения прочности пород с пониженной надежностью, т.е. с меньшей степенью достоверности полученных результатов.

1.10.    На шахтах и разрезах Министерства угольной промышленности СССР испытания пород по данной методике должны выполняться с учетом рекомендаций, изложенных в утвержденной Ьишуглепро-мом СССР Инструкции по работам геологической службы.

2. ОТБОР ПРОБ

2.1. Отбор проб горных пород и их документирование должны производиться при участии или под наблюдением геолога.    „

2.2.    Места отбора проб вскрытых месторождений, а также интервалы глубины скважин, из которых отбираются пробы горных пород для определения их прочности данными методами, определяются с учетом горногеологических условий месторождения или участка, целями испытаний и действующими инструкциями (Минуглепрома СССР и УССР, Министерств геологии СССР и союзных республик, ВКЗ при Совете Министров СССР, а также других министерств, в ведении которых находятся соответствующие предприятия горнодобывающей промышленности).

2.3.    Места отбора и каждая проба горной породы, отобранная для испытаний, должны быть типичными в геолого-литологическом и горнотехническом отношении и представительными для месторождения, участка или интервала глубины скважины.

2.4.    Породы, представленные в одной пробе несколькими монолитами (кусками) или кернами, должны быть одинаковыми по вещественному составу, петрографическим особенностям и состоянию.

2.5.    Разрушенные, поврежденные или подвергавшиеся выветриванию поверхностные слои пород из обнажений горных выработок, где производится отбор проб, должны быть, как правило, предварительно (до отбора пробы) удалены. Это не исключает выполнения специальных испытаний выветрелых пород в тех случаях, когда это представляется необходимым.

Пробы горных пород, отличающихся слоистостью и упорядоченной трещиноватостью, следует отделять от массива с учетом их слоистости и трещиноватости.

2.6.    Пробы извлекаются из массива в виде:

а)    монолитов параллелепипедообразной или кубовидной формы;

б)    кернов цилиндрической формы с неровными торцевыми поверхностями.

2.8. Технология отбора проб из горных выработок должна в максимальной степени исключать дополнительные повреждения, разрушение или их расслоение. С этой целью для извлечения проб горных пород из массива следует применять режущие устройства, бурильные устройства вращательного действия, буровые коронки и пробоотборники, обеспечивающие минимум технологических повреждений. В отдельных случаях допускается обуривание монолитов и отделение их от массива посредством клиньев. При этом должны соблюдаться соответствующие меры предосторожности. Отделять пробы от массива посредством взрывов не следует.

Технология отбора проб из массива и их консервирование должны быть такими, чтобы в пробах была по возможности сохранена природная влажность породы.

2.9. Исходные пробы породы, отобранные в шахтах или карьерах, при достаточной мощности испытуемого пласта должны представлять собой монолиты (глыбы), верхняя и нижняя поверхности которых (или хотя бы одна из них) были более или менее параллельными слоистости. Объем проб определяется согласно табл. 2.1.

Таблица 2.1


Горние породи


Объем кусков (дм3) при испытаниях


нормальной пониженной надежности надежности


Однородные средней и большой прочности (*СЛС> 200 кгс/см2)


Умеренно неоднородные любой прочности. Однородные малой прочности (Йсж от 50 до 200 кгс/см2)

Весьма неоднородные любой прочности. Однородные и умеренно неоднородные весьма малой прочности (Л£к<5° кгс/снР)


3-5


5-8

10-15


I


2


4


2.10.    Пробы горных пород неоднородного состава и строения должны быть представлены не менее чем двумя блоками.

2.11.    Верхняя и нижняя поверхности монолитов осадочных пород, отобранных в горных выработках, должны совпадать со слоистостью пород.

2.12.    На монолитах отмечается юс верхняя поверхность. Несмываемой краской наносят на эту поверхность номер пробы.

2.13.    Одновременно с отбором монолитов из горных выработок для проведения испытаний их прочности рекомендуется отбирать пробу породы для определения содержания природной (пластовой) влаги в условиях залегания породы в массиве. Соответствующая проба в виде нескольких кусочков общим весом 150-200 г должна быть извлечена в местах, отдаленных от поверхностных слоев, т.е. из участка массива, который не подвергался высушиванию или дополнительному увлажнению. Эту пробу герметически упаковывают.

Содержание влаги в породе определяют известными методами.

2.14.    Исходные пробы, отобранные для испытаний при разведочном колонковом бурении, должны представлять собой один или несколько кусков керна, суммарная длина которых указана в табл.2.2.


9