Способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению. Способ включает воздействие на горную породу твердосплавным индентором с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения породы. Индентор представляет собой прямой круговой цилиндр, диаметр которого равен его длине, а торцы цилиндра имеют закругления радиусом, равным радиусу цилиндра. Указанный индентор взаимодействует с породой в скважине по образующей цилиндра, которую направляют параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины. Технический результат заключается в обеспечении возможности осуществления измерений в скважинных условиях и в снижении трудоемкости проведения исследований. 1 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению.

Известна группа методов определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению, реализуемая посредством вдавливания различных инденторов в нешлифованную (естественную) поверхность породного образца с фиксацией хрупкого разрушения под индентором (выкола) - это метод, предложенный Л.И. Бароном и Л.Б. Глатманом, метод Института горного дела АН УССР, метод Новочеркасского политехнического института, метод Хуштадта. Под термином «выкол» понимается локальное хрупкое разрушение горной породы под индентором с образованием лунки.

Известный метод Института горного дела АН УССР реализуется вдавливанием в забой неравносторонней четырехгранной пирамиды. Число твердости при этом определяется как отношение величины нагрузки, воздействующей на индентор, к площади боковой поверхности его внедренной части [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 171].

Известный метод Новочеркасского политехнического института основан на вдавливании в уголь пики на заданную глубину с дальнейшим вычислением числа твердости как отношения максимального усилия внедрения к площади поперечного сечения пики [Барон, Л. И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 175].

Известный метод, предложенный Хуштадтом, реализуется вдавливанием конического индентора диаметром 30 мм с углом приострения 30° в стенку скважины диаметром 105 мм, пробуренной в массиве. Оценка твердости при этом осуществляется по величине усилия, необходимого для внедрения индентора на глубину 22 мм [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 177].

Общим недостатком части выше приведенных методов (метод Института горного дела АН УССР, метод Новочеркасского политехнического института, метод Хуштадта) является использование заостренных инденторов, в результате чего снижается точность определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению, так как взаимодействие индентора и горной породы осуществляется по слагающим ее зернам.

Наиболее близким к предлагаемому, является метод Л.И. Барона и Л.Б. Глатмана, согласно которому определение свойств горной породы осуществляется посредством вдавливания цилиндрического штампа с плоским основанием в нешлифованную (естественную) поверхность породного образца с фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения (выкола) горной породы [Барон, Л.И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л.И. Барон, Б.М. Логунцов, Е.З. Позин. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 332 с., стр. 167].

Недостатком этого метода является потребность обеспечить значительные усилия для вдавливания индентора в связи с тем, что его контактная поверхность выполнена плоской. В результате этого, использование метода в производственных условиях достаточно затруднительно, так как требует специального оборудования, способного создать значительное воздействие на индентор. Кроме того, описываемый метод не может быть адаптирован к измерениям в условиях скважины, так как в этом случае взаимодействие индентора с горной породой будет осуществляться лишь по концентратору напряжений, образованному цилиндрической поверхностью и основанием индентора, что приведет к искажению результатов измерения. Отсутствие возможности адаптации метода Л.И. Барона и Л.Б. Глатмана к измерениям в скважинах не позволяет производить исследования в различных точках массива горных пород, что значительно сужает область применения метода.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении трудоемкости проведения исследований, а также обеспечении возможности осуществления измерений в скважинных условиях.

Техническая проблема решается тем, что в предлагаемом способе, включающем воздействие на горную породу твердосплавным индентором с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения породы (выкола), согласно изобретению, индентор представляет собой прямой круговой цилиндр диаметром равным его длине, взаимодействующий с породой по образующей цилиндра, при этом торцы цилиндра имеют закругления радиусом равным радиусу цилиндра.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении возможности осуществления измерений в скважинных условиях и в снижении трудоемкости проведения исследований.

Указанный технический результат достигается тем, что индентор представляет собой прямой круговой цилиндр диаметром, равным его длине, а взаимодействие с породой осуществляют по образующей цилиндра, при этом торцы цилиндра имеют закругления радиусом равным радиусу цилиндра.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемой, где изображен индентор с прилагаемым к нему усилием воздействия.

Индентор, используемый для реализации заявляемого способа определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению, имеет: тело 1 индентора, выполненное в виде прямого кругового цилиндра диаметром D, равным его длине L; торцы 2 индентора, имеющие закругления радиусом R, равным радиусу прямого кругового цилиндра, составляющего тело 1 индентора (т.е. D=2⋅R).

Воздействие индентора на разрушаемую породу 3 осуществляется по образующей прямого кругового цилиндра, составляющего тело 1 индентора с приложением усилия Р.

Процесс определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению посредством предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Индентор располагается относительно исследуемой горной породы 3 таким образом, что его взаимодействие с ней осуществляется по образующей цилиндра, составляющего тело 1 индентора. Далее на индентор осуществляется силовое воздействие с усилием Р до момента хрупкого разрушения (выкола) горной породы 3, расположенной под ним.

Величина усилия, необходимого для разрушения (выкола) горной породы 3 под индентором, фиксируется в момент хрупкого разрушения (выкола) породы. Она и является мерой сопротивляемости породы хрупкому разрушению.

Таким образом, в соответствие с предлагаемым способом, становится возможным определение сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению. При этом выполнение торцов индентора закругленными радиусом равным радиусу прямого кругового цилиндра, образующего тело индентора, позволяет исключить наличие концентратора напряжений. В результате этого становится возможным получать приемлемые результаты измерения без основательного обеспечения параллельности образующей цилиндра и горной породы.

Взаимодействие индентора с испытуемой горной породой на начальном этапе проведения измерения осуществляется лишь по образующей прямого кругового цилиндра, составляющего тело 1 индентора. В результате этого становится возможным производить внедрение индентора в испытуемую горную породу при меньшем усилии в сравнении с прототипом, что снижает трудоемкость проведения исследований.

Заявляемый способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению может быть адаптирован к скважинным измерениям в случае расположения индентора таким образом, что образующая цилиндра, составляющего тело индентора, направляется параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины.

Способ определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению путем воздействия на горную породу твердосплавным индентором с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения (выкола) породы, отличающийся тем, что индентор представляет собой прямой круговой цилиндр диаметром, равным его длине, взаимодействующий с породой по образующей цилиндра, направленной параллельно образующей цилиндрической поверхности скважины, при этом торцы цилиндра имеют закругления радиусом, равным радиусу цилиндра.