Визначення показників механічних властивостей гірських порід методом статичного втискування штампа

Метод втискування штампа дає змогу не тільки визначати твердість гірських порід, але й оцінювати їх пружні і пластичні властивості. Цей метод став загальновизнаним і навіть затверджений стандартом ГОСТ 12288–66. При визначенні механічних властивостей гірських порід використовують циліндричні штампи з плоскою основою (рис. 10.11). При випробовуванні дуже твердих порід доцільно використовувати штампи у вигляді конуса з кутом при вершині до 60 °, площею 1 мм² (рис. 10.11, б), які повністю виготовлені з твердого сплаву.

а) б) а) – для м’яких і середніх порід; б) – для твердих порід Рисунок 10.11 − Циліндричні штампи

Для щільних і однорідно пористих порід слід використовувати циліндричні штампи площею 2 мм² (рис. 10.11, а). Штампи площею 3 – 10 мм² використовують для сильно пористих і неміцних гірських порід.

Всі гірські породи за характеромповедінки при втискуванні штампу поділені на три класи: І –крихкі (рис. 10.12, а), ІІ –пластично-крихкі (рис. 10.12, б), ІІІ – сильно пластичні і

а) – крихка порода (кварцит); б) – пластично-крихка порода (ангідрит); в) – сильно пластична і дуже пориста порода (глина). Рисунок 10.12 − Графіки "Навантаження – глибина втискування штампа"

Визначати показники механічних властивостей порід методом втискування штампа можна на гідравлічних пресах з граничним навантаженням не менше 10000 Н, або на спеціальних установках УМГП-3 і УМГП-4. Випробування проводяться при дуже малій швидкості навантаження штампа, через що в літературі широко використовується друга назва методу – метод статичного втискування штампа.

Твердість. Твердість за штампом р_шт визначається як відношення навантаження в момент руйнування Р_р до контактної площі штампу f_{ш т} (рис.10.13): (10.17)

де d_шт – діаметр штампа, м. Для порід ІІІ класу твердість за штампом не визначають, оскільки при втискуванні індентора в породи цього класу немає крихкого руйнування.

Межа пружності. Межа пружності р₀ визначається як відношення навантаження Р_о в точці переходу від чисто пружних деформацій до змішаних(точка А) до контактної площі штампу ¦_шт (10.18)

Для порід І класу межу пружності не визначають, оскільки її значення дорівнює твердості за штампом.

Для порід ІІІ класу межа пружності є показником, за яким оцінюють твердість гірської породи.

Коефіцієнт пластичності. Коефіцієнт пластичності k_пл визначається співвідношенням загальної роботи, затраченої на руйнування А_{за г} до енергії пружних деформацій А_{п р}. Оскільки площа під кривою «навантаження-де­формація» пропорційна енергії, то коефіцієнт пластичності визначається співвідношенням площ S_{OABC O} і S_OMGO (рис. 10.13).

(10.19)

Модуль Юнга. Модуль Юнга можна розрахувати за формулою

, (10.20)

де Р¢^’ – довільно вибране навантаження, Н; e ¢ _пр – пружна деформація, яка відповідає наван­таженню Р¢, м.

Об’ємна енергоємність руйнування. Об’ємна енергоємність руйнування А_v є питомою витратою енергії на одиницю об’єму зруйнованої породи і визначається як відношення загальної роботи А_{за г} до об’єму лунки V_л