Стенд для определения характеристик напряженных горных пород

(19) (111 1 А д) Е 21 С 39/00 ЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕВАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 71 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт геотехнической механики АН УССР(56) 1. Ильницкая Е.И. и др. Свойствагорных пород и методы их определения. М., "Недра", 1969, с. 215-245.2. Барон Л.И, и др. Сопротивляемость горных пород отрыву. Киев,"Наукова Думка", 1974, с, 48 (прототип),(54) (57) СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД,включающий раму с пуансоном и опорным кольцом, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппения информативности измерения за счет определения твердости и абразивности горныхпород, находящихся в напряженномсостоянии под действием растягивающнх напряжений, рама снабжена твердомером, измерителем абразивностии направляющими, опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансонвыполнен в виде шарового сйгмента,площадь которого больше или равнаплощади торца образца, горной породы.парад, включающее раму с пуансоном иопорным кольцом Я ,Недостаткам данного устройстваявля та чта с его помощью невозможно определить характеристикигарньгх пород (твердость, абразивность и др,), находящихся в усло-.виях растяжения, так как в нем отсутствуют нагрузочные устройства иизмерительная аппаратура. Кроме того,при такой конструкции невозможнона;ружение растянутой поверхностидиска измерительным индентором илиизмерительным стержнем, так как нагружение этими измерительными инструментами во все точки диска (кромележащих под площадью контакта пуансона с образцом породы) вызываетобратный прогиб пластины горнойпороды или срез ее, что приводитк искажению нужного нам растянутогонапряженного состояния образца.Цель изобретения - повышениеинформативности измерения за счетопределения твердости и абразивностигорных пород, находящихся в напряженном состояния пад действием растягивающих напряжений,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве, включающемраму с пуансоном и опорным кольцам,рама снабжена твердамером,измерителем абразивнасти и направляюпп,ми,опорное кольцо выполнено с возможностью осевого перемещения по направляющим, а пуансон выполнен в ви 40 Изобретение относится к аппаратуре, применяемой в исследованиях физико-механических свойств и горно- технологических характеристик горных пород и других твердых сред, находящихся в условиях сложного напряженного состояния.Известны устройства, позволяющие определять свойства горных пород, находящихся в условиях объемного напря женного состояния, с псВощью которых можно создавать в исследуемом обраэце горной породы только условия адноосного, двухосного или всестороннего сжатия или только одноосного растяжения 11 .Недоста.ком данного устройства является невозможность создания условий двухосного или всестороннегарастяжения. 20Наиболее близким к изобретению является устройства для определения характеристик напряженных горных де шарового сегмента, площадь которого больше или равна площади торца образца горной породы,На чертеже показан предлагаемыйстенд, общий вид.Стенд для определения характеристик горных пород. состои-. из рамынаправляющих 2 с гайками 3, опорногокольца 4 размещенного с возможностьюосевого перемещения в направляющих2, пуансона 5 с рабочей поверхностьюв виде шарового сегмента, цилиндрического образца горной породы 6(пунктирам показан образец в рабочемположении), твердомгра, включающегоизмерительный индентар , с нагрузочным 5 стройством, соящ излиндра 8, поршня со штокам 9, гидрораспределителя 10 и манометра дляапрсделения усилия подачи 11.Твердомер закреплен на раме спомощью кронштейна 12. Кроме того,стенд имеет измеритель абразивнасти,включающий измерительный стержень13 с механизмом вращения 14 и нагрузочным устройством, состоящим из цилиндра 15, поршня са штоком 16, гидрораспределителя 17, манометра 18,и кронштеина 19 для закрепления измерителя абразивнасти на раме,Измерение твердости и абразивностигорных пород с использованием предлагаемого стенда производится следуюшим образом,С помощью гаек 3 опорное кольцо4 перемещают до тех пор, пока поверхность образца 6 со стороны пуансона 5 не соприкасается со всей г 1 аверхностью пуансона 5, При этом образец 6 изгибается, и в нем создаются различные по знаку напряжения, Водной половине образца, прилегающейк пуансону, создаются сжимающие напряжения, во второй са стороны опорного кольца 4 - растягивающие, величина которьгх обратно пропорциональна радиусу рабочей поверхности пуансона 5. Затем с помощью нагрузо 4 ного устройства 8,9, 1011 и 12 крастянутой поверхности образца подводится измерительный индентор 7твердомера, и производится вдавливание его в образец. Таким образом,измеряется твердость образца горнойпороды, находящегося в растянутомсостоянии, Усилие вдавливания определяется с помощью манометра 11.Измерение абразивности производится аналогичным образом. К предвари 1086164тельно растянутой поверхности образца породы с помощью нагрузочного уст. ройства 15, 16, 17 и 18 подводится измерительный стержень 13 измерителя абразивности и нагружается до определенного усилия Р.С помощью механизма вращения 14 стержню придается вращение и производится измерение абразивности растянутой горной породы, Измерение твердости и абразив ности горной .породы может производится как последовательно, так и одновременно,Измерительный индентор и измери-.,15 тельный стержень устанавливаются на раме по нормали к рабочей поверхности пуансона. Это делается для того, чтобы они были также перпендикулярны и к поверхности образца 20 после того, как последний нагружен опорным кольцом и приведен в рабочее состояние.Геометрические размеры образца- р 5 высота цилиндрической части выбирается таким образом, что внедрение измерительного индентора происходиттолько в растянутом слое.Использование предлагаемого стенда в научных исследованиях позвопяет, решить важные научные и практические задачи: механически моделировать напряженное состояние поверхностного слоя локально охлаждаемой горной породы ( при локальном охлаждении имеет место всестороннее растяжение на поверхности горной породы); исследовать влияние растягивающих напряжений, действующих на поверхность образца горной породы на его характеристики (твердость, абразивность и т.д.). Получить как качественную, так и количественную зависимость хаоактеристик горных пород от величины растягивающих напряжений в породе; определить оптимальное соотношение параметров механического и термического воздействия в инженерных расчетах и при проектировании термомеханических породоразрушающих инструментов и способов. проходки, основанных на предварительном локальном охлаждении поверхности горных пород.каз 2209/33 4писноеВНИИПИ нн Р 113035 тент"., г, Ужгород, ул. Проектная Филиал ППП Тираж 56 Государстве елам изобрет осква, ЖПодого комитета СССий и открытийРаушская наб д