Tog‘ jinslar mustaxkamlik o‘lchamlarini tog‘ jinsi mustaxkamlik pasportini tuzish orqali aniqlash 1. Ishdan maqsad. 1.1. Kon ishlari sharoitidam tog‘ jinslarining fizik-mexanik xossalarini aniqlash uchun uning mustahkamlik pasportini tuzish. 2. Ishni bajarish tartibi. 2.1. Tajriba pressda bajariladi, oldindan namunani yuklash oraliqlari tanlanadi (20T yoki 50T). 2.1.1. namunani siqishga tekshirish: a) namunaning kesim yuzasini aniqlash, m2; b) siqishga mo‘ljallangan namuna press plitasi markaziga joylashtiriladi; v) pressning tepa plitasini harakatga keltiruvchi qo‘L burandig‘i orqali press plitasi namuna ustiga 10 mm oraliq hosil qilguncha tushiriladi; g) namuna sekundiga 10÷15∙105 Pa tezlikda yuklanadi. Tanglangan yuklash tezligi namuna buzilgunga qadar saqlanadi. d) buzuvchi kuch F qiymatini press o‘lchagichining qayd qiluvchi qurilmasidan yozib olinadi. 2.1.2. namunani cho‘zishga tekshirish: a) namuna balandligi va diametrini o‘lchash, m2; b) namunani pressga joylashtirish (namunani yon boshi bo‘yicha press plitasi ustiga qo‘yish); v) namunani sekundiga 1÷6∙105 Pa tezlikda yuklash va ttanlangan tezlikni namuna buzilgunga qadar saqlash. d) buzuvchi kuch Ғ0 qiymatini press kuch o‘lchagichining qayd qiluvchi qurilmasidan yozib olinadi. 2.2. Tog‘ jinsi mustaxkamlik pasportini tuzish. Tog‘ jinsi mustaxkamlik pasporti namunalarni bir o‘q bo‘yicha siqish va cho‘zishga tekshirish natijalariga asoslanib qisman tuziladi. Bu usulda mustahkamlik pasporti τ va σ koordinatalar sistemasida σ sj va σр aniq bo‘lgan xolda quydagi tarzda bajariladi. σ o‘qi koordinata o‘qining ordinata o‘qi bo‘ylab chap va o‘ng tamonga qiymati jixatidan bir o‘q bo‘yicha cho‘zishga (chap tomonga) va siqishga (o‘ng tomonga) teng bo‘lgan qirqma joylashtiriladi. Chizma masshtabda chizilganligi sababli, planda 1 smda qancha kuchlanish qiymati borligini ifodalaydi. Bunda koordinata boshidan chap tarafga OA qirqim joylashtiriladi (uning qiymati cho‘zish σр ga teng) va koordinata boshidan o‘ng tarafga OV qirqim joylashtiriladi (uning qiymati siqishga qiymatiga σ sj ga teng). Joylashtirilgan OA va OB qirqmalari markazi aniqlanib, kuchlanganlik yarim yoylari chiziladi. Chizilgan yoylardan vektor chizig‘idan boshlab CD urinma o‘tkaziladi. Chizilgan CD yoy tog‘ jinsining mustaxkamlik pasporti bo‘lib hisoblanadi. CD urinmani 0τ o‘qi bilan kesishgan nuqtasidagi E qiymatini aniqlash uchun OE masofani masshtabga ko‘paytiriladi, OE=τ1 ga teng bu qiymat tog‘ jinsining tortishish kuchini ifodalaydi. CD urinmaga nisbatan normal kuchlanganlik o‘qiga paralell o‘tkazilgan chiziq bilan xosil qigan burchak tog‘ jinsining ichki ishqalanish (φ) burchagini ifodalaydi. 2.3. Tajriba asbob uskunalari. Laboratoriya ishlari bajarilayotganda quyidagi asbob-uskunalar qo‘llanildai: 1. gidravlik press PSU-50; 2. tog‘ jinsi namunasi; 3. o‘lchov asboblari (shtangatsirkul, transportyor). 3. Boshlang‘ich ma’lumotlar. 3.1. Boshlang‘ich ma’lumotlar variantlar bo‘yicha xar bir talabaga alohida alohida o‘qituvchi tomonidan tarqatiladi. 4. Uslubiy ko‘rsatmalar. Mustahkamlik - bu tog‘ jinslarni buzilishga olib keluvchi tashqi ta’sir etuvchi kuchga berilgan sharoitdagi qarshilik kuchi. Agar tog‘ jinslarini ichki zarrachalari bog‘lanishi buzilsa, u mustahkam bo‘lmay qoladi va buzilishi yoki plastik deformatsiyalanishi sodir bo‘ladi. Tog‘ jinsining buzilishini sodir etuvchi kuchlanganlik eng keskin qiymati tog‘ jinsining tashqi kuchlarga bo‘lgan mustahkamlik chegarasi deyiladi. Tog‘ jinslarini deformatsiyalanish tasnifiga ko‘ra tog‘ jinslar namunalarini bir o‘q bo‘yicha siqishga (σ), cho‘zishga (σ) va egilishga bo‘lgan mustaxkamlikning chegaraviy qiymatlari ko‘rsatgichlari o‘zaro farqlanadi. Tog‘ jinslarning mustahkamlik chegaraviy ko‘rsatkichi xalqaro o‘lcham birliklar (SI) tizimida N/m2 (Pa) o‘lchamlariga , tizimda bo‘lmagan o‘lchamda kg/sm2 ga ega. Tog‘ jinsi mustaxkamlik qiymatlari katta axamiyatga ega bo‘lgan ko‘pgina ichki va tashqi omillarga bog‘liq. Ular mineralni tashkil etuvchi ichki va tashqi tuzilmasi, namlik, na’muna xarorati, kuch ta’sir etish davomiyligi va uni joylashish tavsifidan iborat. Tog‘ jinsining mustaxkamligi, asosan ko‘p jihatdan tog‘ jinsi kristallarida minerall va minerallarni tashkil etuvchilarni bog‘lovchi ichki kuchlarga bog‘liq. Kristal mustaxkamligi ichki molekulyar kuchlar ta’siri, kristal panjara tuzilmasi va unda mavjud bo‘lgan nuqsonlar borligini inobatga olinigan holda aniqlanadi. Tog‘ jinslarida mavjud bo‘lgan mikro va makro nuqsonlar mustaxkamlikni 500–1000 va undan ko‘p marotaba kamaytiradi. Shuning uchun tog‘ jinslarining nazariy va xaqiqiy musaxkamliklari qiymati o‘zaro farq qilinadi. Tog‘ jinsining nazariy mustaxkamligi deganda uning ideal kristal to‘rini tashkil etuvchi elektron zarrachalarning o‘zaro bog‘liqligi tushiniladi. Tog‘ jinsining nazariy mustaxkamligi deganda, nuqsonsiz ideal tog‘ jinsi kristallarining elementar zarrachalarini o‘zaro tortishishi tushiniladi: ℓ2 R = —— , ( 1.1 ) 2 r bu yerda : R - ionlarning tortishish kuchi; ℓ- ( Kulon ) zaryad qiymati, K; r- o‘zaro yaqin musbat va manfiy zaryadlar oraliq masofasi. Real mustaxkamlik deganda real sharoitda mavjud bo‘lgan barcha mikro va makro nuqsonlarga ega bo‘lgan tog‘ jinsi mustaxkamligidan iborat. Haqiqiy kristallar ko‘pincha har hil nuqsonlarga ega, Bu nuqsonlar kristal to‘rlari zarrachalarini bog‘lovchi kuchlarini kamaytiradi. Qattiq jins kristallarida ikkita asosiy nuqsonlar o‘zaro farqlanadi, bular nuqtaviy va siljigan (dislakatsion ) nuqsonlar. Nuqtaviy nuqsonlar kristal to‘rlari tugunida atomlarni yo‘qligi yoki tugun oralariga suqulib kirgan atomlar mavjudligi bilan tavsiflanadi. Siljigan nuqsonlar kristal tanasining bir qismini boshqa qismiga nisbatan surilishi bilan tavsiflanadi. Barcha siljish nuqsonlari kristal to‘rining buzilgan qismini tashkil etadi va tashqi kuch qo‘yilishi ta’sirida juda yengil xarakatlanadi. Griffitsa va P.A.Rebnlar nazariyasiga ko‘ra tog‘ jinslarini mo‘rt buzilishini quydagi tarzda ta’savur qilish mumkin: namunani yuklashda darzliklar burchagida (mikro va makro nuqsonlar) va bir hil jinssizliklarda kuchlanganlikning mikrozichlanganligi sodir bo‘ladi. Kuchlanganlik maydonida mustakamlikning chegaraviy qiymatidan oshgan davrda namunmning berilgan nuqtasida mikro siljish sodir bo‘ladi. Bu jarayonni o‘sib, kengayib borishi tog‘ jinsini buzilishiga olib keladi. Ko‘pgina tog‘ jinslarda zarrachalarni o‘zaro tortishish mustaxkamligi zarrachalarning mustaxkamligidan kichik va uzilish chizig‘i, kristallar oralig‘i buzilishidan sodir bo‘ladi. Tog‘ jinsini tashkil etuvchi minerallar ichida katta mustaxkamlikka ega bo‘lgan mineral ̶ bu kvars mineralidir. Uning bardoshlik qiymati σsj > 500 MPa, shuning uchun tarkibida kvars bo‘lgan tog‘ jinslari yuqori mustaxkmalikka ega. Tarkibida kuchsiz (bo‘sh) minerallar masalan, kaltsiy, slyuda, kaolin bo‘lgan tog‘ jinslar kuchsiz mustaxkamlikka ega bo‘ladi. Sementlangan tog‘ jinslarining mustaxkamligi birinchi navbatda uni to‘ldiruvchi emas, sementning matritsasi mustaxkamliligi orqali aniqlanadi. Tog‘ jinslarni siqilishga bo‘lgan kuchlanishga bardoshliligi katta va cho‘zishga bo‘lgan kuchlanishga bardoshliligi kam. Shuning uchun cho‘zishga bo‘lgan mustakamlik siqishga qaraganda uning chegaraviy qiymati 8-12 marotaba kichik. Bu holat tog‘ jinslarni mo‘rtligi, bir hil jinslimasligi, ko‘p sonli buzilishlar va tog‘ jinsi zarrachalari o‘zaro (tortishish) bog‘lanish kuchi kuchsizligi bilan aniqlanadi. Tog‘ jinsi tavsifi uchun quydagi qonuniyat mos keladi. σsj>σizg>σр , ( 1.2 ) bunda: σsj , σizg , σр - tog‘ jinsini mos ravishda bir o‘q yo‘nalishida siqishga, egilishga va cho‘zishga bo‘lgan chegaraviy mustaxkamliligi. Tog‘ jinsini bir o‘q bo‘yicha siqishga bo‘lgan chegaraviy mustaxkamliligi quydagi ifoda orqali aniqlanadi. сж F , Па S ( 1.3 ) bunda: F - maksimal buzuvchi kuch qiymati, N; S - namunaning kesim yuzasi, m2. Tog‘ jinsini bir o‘q bo‘yicha cho‘zishga bo‘lgan chegaraviy mustaxkamlik qiymati quydagi formula bo‘yicha aniqlanadi. рас F0 , Па S0 (1.4) bunda: F0 - namunani cho‘zishga bo‘lgan maksimal kuch qiymati, N; S0 - cho‘zishga tekshirilayotgan namunaning kesim yuzasi, m2 . Tog‘ jinsi namunasini bir o‘q bo‘yicha cho‘zishga tekshirishda, namunani chekka tamonlarini press mashinasi iskanjasiga olish katta qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi (1.1– rasm). Shuning uchun oxirgi yillarda namunalarni cho‘zishga tekshirishni soddalashtirilgan (Braziliya) usuli qo‘llaniladi. Bu usulda silindr shaklidagi namunani tashkil etuvchisi yo‘nalishida ezish tarzida bajariladi. Diametri 30 mm dan kichik bo‘lmagan namunalar ezishga qo‘yiladi (yirik donali tog‘ jinislar uchun dona tuzilmaning kamida 7 o‘lchami) uzinlik diametrining (0.6 – 1.1) qiymatiga teng namuna o‘zaro teng yassi (tekis) yoki pona shaklidagi press bosimi diametr bo‘yicha hosil qiluvchi ikki chiziq bo‘yicha tog‘ jinsi yorilguncha yuklanadi (eziladi) (1.2 – rasm). 1.1– rasm. Tog‘ jinsi namunasini mustaxkamlikka tekshirish 1 – tog‘ jinsi namunasi, 2 - press plitasi 1.2 – rasm. Tog‘ jinsi namunasini cho‘zishga bo‘lgan mustaxkamlik chegarasini Braziliya usulida tekshirish 1 – tog‘ jinsi namunasi, 2 - press plitasi Silindr shaklidagi namunalarni bu tarzda siqilsa, siquvchi kuch yo‘nalishiga perpendikulyar yo‘nalishda namunani buzuvchi, cho‘zuvchi kuchlanganlik vujudga keladi. Bu usulda tekshirilgan tog‘ jinsi namunasining cho’zishgа bo‘lgan chegaraviy qiymati Gers formulasi asosida aniqlanadi. рас 2 F0 F 0.637 0 , Па dh dh (1.5) bunda: F0 - buzuvchi kuch, N; d - namuna diametiri, m; h - namuna balandligi, m. Qattiq jinslar mustaxkamligining bir necha nazariyasi ma’lum. Murakkab kuchlanganlik xolatda bo‘lgan jinslarning xar bir nuqtasidagi urinma va normal kuchlanganlik o‘zaro bog‘liqligiga asoslangan Morning mustaxkamlik nazariyasi tog‘ jinslariga muvofiq ravishda qo‘llash keng tarqalgan. Tog‘ jinsi chegaraviy kuchlanganlik xolatining xar hil vaziyatiga tuzilgan to‘g‘ri burchakli koordinatalar sistemasida normal va urunma kuchlanganlik qiymati asosida bir necha kuchlanganlik doiralari olish mumkin. Kuchlanganlik oralig‘ida bo‘lgan egri og‘uvchi aylanma mor og‘uvchisi egriligi deyiladi. Bu egrilik bir necha nuqtalar yig‘indisidan tashkil topgan bo‘lib tog‘ jinsini chegaraviy kuchlanganlik xolatini tavsiflaydi. Shunday qilib, tog‘ jinslarining xar qanday kuchlanganlik holati grafik va nuqtalar bilan tavsiflangan, agar kuchlanganlik og‘uvchi chiziq ichida bo‘lsa, berilgan tog‘ jinsi uchun buzmaydigan, agar og‘uvchi chiziq tashqarisida bo‘lsa, буzуvchi kuchlaganlik xolatida bo‘ladi. Kuchlanganlik ( , σ) grafigida bir o‘q bo‘yicha siqish va cho‘zish, toza siljish va shunga o‘xshash murakkab kuchlanganlik xolatiga mos keluvchi tog‘ jinsi kuchlanganlik xolatini chegaraviy doiralar tashkil etishi mumkin. 1.3 – rasmda Morning ko‘pincha axamiyatga ega bo‘lgan kuchlanganlikning chegareviy doiralari va uning og‘uvchi egriliklari keltirilgan. Amaliy ishlar ishlar bajarishda Morning og‘uvchi egriligini to‘g‘ri chiziq tarzida qabul qilish va quydagicha ifodalash mumkin: ( 1.6 ) 1 tgφ , Pa bunda: τ - tog‘ jinsini siljishga va buzilishga olib keluvchi mаksimаl urunma kuchlanish, Pa; τ1 - tog‘ jinsini normal kuchlanganlik bo‘lmagan holatidagi kesishga bo‘lgan mustaxkamligining chegaraviy qiymati (toza siljishda), ya’ni tog‘ jinsini tortishish xolati. σ - tog‘ jinsi siljish vaqtida ta’sir etuvchi (buzilish sirtida) nomal kuchlanish, Pa. φ - tog‘ jinsining ichki ishqalanish burchagi (tgφ=f0 ichki ishqalanish koeffitsiyenti)), gradus. (1.6) ifoda tog‘ jinsining mustaxkamlik tenglamasi deyiladi, u tog‘ jinsini buzilishida chegaraviy holatni ifodalaydi. Tog‘ jinsini ichki ishqalanish burchagi ko‘p xollarda tog‘ jinsini tashkil etuvchilariga, tuzilishiga, namliligiga va tog‘ jinsining kuchlanganlik xolatiga bog‘liq. Bir o‘qli kuchlanganlik xolatdan hajm kuchlanganlik xolatiga o‘tganda φ = 60 – 65 dan 30 – 36 % gacha. Tog‘ jinsi nam va uning tarkibida loy bo‘lsa, tog‘ jinsining ichki ishqalanishi kamayadi, chunki tog‘ jinsi zarralarini bir-biriga nisbatan o‘zaro siljishiga moyillik ko‘rsatadi. Mo‘rt tog‘ jinslari ichki ishqalanish burchagi tog‘ jinsining tabiiy qiyalik burchagini ifodalaydi. Barcha hisob ishlarini bajarib, Namunaning o‘lchov qiymatlaridan foydalangan holda uning mustahkamlik pasportini tuzilganidan so‘ng talaba tomonidan ishni bajarish tartibining qisqacha yozma va namuna pasportning grafik ko‘rinishi keltiriladi. Изучение построения паспорта прочности горных пород 1.Цель работы Целью работы является построение паспорта прочности горной породы, определение сцепления и угла внутреннего трения изучаемой породы. 2.Теоретические предпосылки Для оценки состояния пород в условиях сложного напряженного состояния пользуются паспортом прочности – огибающей предельных кругов напряжений породы для соответствующего напряженного состояния, построенных в координатах касательных и нормальных напряжений. Прямолинейный участок огибающей (паспорта прочности) вблизи начала координат характеризуется двумя параметрами: сцеплением С величиной предельных касательных напряжений при нормальных напряжениях 0 и углом внутреннего трения - углом наклона начального участка кривой f ( ) к оси абсцисс (рис. 2.1). Эти параметры также относятся к прочностным параметрам горных пород. Паспорт прочности может быть представлен в виде прямой, параболической и гиперболической зависимостей. Для случая прямолинейной формы паспорта прочности справедливы соотношения: С 0,5 сж р , Па (2.2) tg ( сж р ) 2 сж р . (2.3) Для случая параболической формы паспорта прочности 2arctg ( С В р , Па; 1 сж 45 0 ) , 2 B р В сж 1 1. р (2.4) (2.5) Точные величины сцепления С и угла внутреннего трения можно определить экспериментально методом среза породы со сжатием в наклонных матрицах при различных углах среза. Приближенные значения С и часто определяют графически из паспорта прочности или рассчитывают по выражениям (2.2…2.5). В натурных условиях наиболее часто применяют косвенные методы определения прочностных свойств горных пород, основанные на взаимосвязи между соответствующими параметрами прочности и другими, более легко определяемыми физическими характеристиками массива. Например, f (V p ) , где V p - скорость упругих волн. Применяют также приближенные методы, основанные, например, на вдавливании в массив различных твердых инструментов (инденторов) и использовании связи между глубиной проникновения индентора и пределом прочности породы при сжатии. Прочностные параметры горных пород оказывает существенное влияние на эффективность большинства технологических процессов горного производства (взрывание, бурение, выемка горной массы, дробление, измельчение горных пород перед обогащением и др.). Основные задачи, решение которых предполагает знание и использование прочностных свойств горных пород, следующие: - определение производительности породоразрушающих механизмов; - оптимизация конструктивных параметров средств разрушения горных пород и режимов их работы; - совершенствование существующих, разработка и создание новых эффективных средств разрушения горных пород. 3. Построение паспорта прочности породы Паспорт прочности горных пород строят по методике, изложенной в приложении к ГОСТ 21153.4-75 (см. Приложения к данной работе). По известным значениям р и сж можно построит паспорт прочности упрощенным способом (прямолинейная форма паспорта прочности). Для этого на миллиметровке в одном и том же масштабе откладывают по оси абсцисс нормальные напряжения , а по оси ординат – касательные напряжения . От начало координат (см. рис. 2.1) вправо откладывают величину сж , полученную по данным эксперимента. Из центра полученного отрезка радиусом 0,5 сж чертят окружность, представляющую собой предельный круг напряжений при сжимающей одноосной нагрузке для данной горной породы. Точно также слева от начала координат строят предельный круг напряжений для р . После этого проводят касательную к обоим кругам напряжений. Это и есть прямолинейный участок паспорта прочности изучаемой горной породы. На графике измеряют угол наклона касательной к оси абсцисс, являющийся углом - углом внутреннего трения породы, и величину отрезка на оси ординат от начала координат до точки пересечения касательной к предельным кругам напряжений с осью ординат, равного величине сцепления С (МПа). Производят расчеты С и по формулам (2.2 и 2.3) и сравнивают полученные значения со значениями, измеренными на паспорте прочности. 4. Метод построения паспорта прочности горных пород по ГОСТ 21153.4-75 (Приложения) Вычисляют отношение сж А. р (2.10) По табл. 2.3, используя полученное значение отношения А, определяют параметры q1, q2 и b. Вычисляют значения размерных параметров ар р 2 q1 ; aсж сж 2 q2 . (2.11) Вычисляют а 0,5(а р асж ) . (2.12) Рассчитывают max 0,73 а . : (2.13) Вычисляют точку пересечения огибающей кривой с осью абсцисс ор а b . (2.14) Записывают уравнение паспорта прочности породы в координатах max ( ор 2 ) ( ор 2 ) а 2 Приводят полученное математическому виду. 3 8 . выражение (2.15) к наиболее удобному Подставляя различные значения , находят значения и строят графический паспорт прочности горной породы. По графику определяют значения и С . Таблица 10 Параметры к расчету уравнения паспорта прочности породы А b q1 q2 3,25 0,1567 0,508 0,3477 4,10 0,1028 0,421 0,2218 5,04 0,0685 0,344 0,1448 6,08 0,0460 0,279 0,0960 7,35 0,0735 0,202 0,0566 8,34 0,0190 0,166 0,0388 10,0 0,0132 0,132 0,0267 12,5 0,0080 0,100 0,0163 14,5 0,0056 0,081 0,0114 17,4 0,0039 0,068 0,0080 19,9 0,0028 0,0557 0,0057 22,7 0,0023 0,0500 0,0045 32,0 0,00113 0,0362 0,00227 Рис1. Механической пятитонный пресс Рис2.Гидравлической тридцатитонный пресс