Способ определения прочности сцепления пород

)ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Авторское свидетельство СССР И 903753, кл. С О 1 И 19/04, 1980,Авторское свидетельство СССР Н 1434104, кл, Е 21 С 39/00, 1987.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИСЦЕПЛЕНИЯ ПОРОД(57) Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляопределения свойств полезных ископаемых, при расчетах и конструйрованйивибротранспортных машин, конвейеров,окомкователей и других машин и механизмов, транспортйруюцих и перерабатывающих материалы с липкими свойствами, Цель - повышение точности17 Й 8026 30 дят по Формуле 35 40 45 50 55 определения сцепления за счет экспериментального измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы. При определении прочности сцепления пород, преимущественно образцов пород с поверхностью горного оборудования, измеряют влажность породы и класс шероховатости поверх ности горного оборудования, Прижимают сменный штамп 8 к образцу породыв герметичной камере 1. Предварительно, перед прижатием соэдают.в камере 1 избыточное давление гаэообраз ной среды не менее, чем в три раза превышающее атмосферное, Между поИзобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляопределения свойств полезных ископаемых.Известен способ определения процности сцегления покрытий с пористойподложкой, заключающийся в предварительном создании одинакового избыточного давления с обеих сторон подложки и выдержки подложки до выравнивания давления по всей ее толщине, Перепад давления создают путем снижения давления со стороны покрытия,Избыточное давление выбирают большим когезионного разрушения Подложки,0 прочности сцепления судят по величине перепада давления воздуха поразные стороны подложки в момент отрыва покрытия.Недостатком такого способа является то, цто он не обеспецивает достоверность сцепления покрытия с подложкой, так как он основан на когезионном разрушении покрытия. Приэтом на покрытие непосредственнооказывают механическое воздействиечерез отверстия в подложке, напримердавлением какой-либо среды или подвижными штырями. При мягких покрытиях (например, глина, тонкоизмельченные породы) избыточное давление, проходя через отверстие в подложке,прорывает глину только в местах отверстий, не отрывая ее на остальныхучастках,паиболее близким техническим решением является способ определенияпрочности сцепления сыпучих пород,верхностями образца 3 и штампа 8, засчет микронеровностей на поверхностях, образуются полости. После прижатия штампа 8 к образцу 3 и образования контактной зоны поднимают штамп 8с прилипшим образцом 3 над дном камеры 1, Снижают в камере 1 давлениесреды до момента отрыва образца 3 отштампа 8, Усилие отрыва определяютпо разности первоначального избыточного давления в камере и давления,при котором происходит отрыв образца3 от штампа 8. Способ позволяет испытывать твердые материалы не нарушаяих поверхность. 3 табл., 1 ил. заклюцающийся в измерении влажностиматериала и класса шероховатости поверхности оборудования, величины силы прижатия материала к рабочей поверхности и силы отрыва материала отрабочей поверхности. Производят измерение при помощи оптического микроскопа длины, ширины и глубины порна поверхности породы и определяютобъем пор. Силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования нахоНедостатком этого способа является трудоемкость определения прочности сцепления тонкоизмельценных влажнь 1 х пород, которая вызвана определением среднего объема пор поверхности породы, заключающаяся в измерении длинь 1, ширины и глубины каждой поры на поверхности породы. 1(роме того, силу отрыва породы от рабочей поверхности оборудования необходимо находить по определенной формуле. Целью изобретения является повыше" ние точности определения сцепленияза счет экспериментального измерения усилия отрыва при сохранении в процессе испытания первоначальной влажности и липкости породы,Использование изобретения позволяет испытывать твердые материалы, ненарушая их поверхность, образцы горной породы при измерении их сцепления с твердыми материалами не теряют исходной влажности, цто сохраняет свойство липкости породы, обеспецивая достоверность данных измерения,сокращает сроки проведения измерений,б 1748026 6а также повышает производительность риала для исключения прилипанияи точность при определении пройности образца к днищу камеры 1 и испытыва"сцепления за счет экспериментальногоемый образец 3,(а нв расчетного попрототйпу) опре Герметичная камера 1 снабженаделения усилия отрыва, велйчину ко- крышкой 4, которая закрывает камеруторого определяют по разности перво с помощью, например, резьбавогоначального избыточноо давления в ка- соединения. В крышке 4 размещены штокмере и давления, при которомпроисхо с. возможностью осевого перемещедит отрыв образца от штампа. 10 ния, клапан 6 и манометр 7, ШтоквПоставленная цель достигается тем, нижней части имеет соединение, начто в способе определения прочности пример резьбовое, со сменным штампомсцепления пород, преимущественно об, соответствующим по материалу и шеразцов пород с поверхностью горного роховатости горному оборудованию.оборудования, включающем измерение 15 Крышка 4 и камера 1 снабжена уплотвлажности породы и класса шерохо- нениями 9 и 10.ватости поверхности горного оборудо" Способ осуществляется следующимвания, прижатие к образцу породы образом.сменного штампа, рабочая поверхность Образец горной пор ь 3азец горной породы 3 размещаюткоторого соответствует по величине 20 в герметичной камер 1ичной камере на эластичнойшероховатости и материалу-рабочей прокладке 2 в углублении днища каповерхности оборудования, и опреде- меры 1 При снятой крышке 4 штамп 8ление усилия отрыва образца породы прикрепляют к механизму его перемвщеот штампа, по которому судят о проч- ния в виде штока 5. Закрывают камеруности сцепления, образец породы раз" 25 1 крышкой 4, при этом штамп 8 устамещают в герметичной камере на элас- новлен над образцом с зазором, истичной прокладке, устанавливают над ключающим прилипание образца 3 к дни"образцом с зазором штамп, связанный . щу камеры 1. Через клапан 6 накачис механизмом его перемещения, перед вают воздух в камеру в амеру , контролируяприжатием штампа к образцу создают 30 давление манометром 7. Создают изв камере избыточное давление газо"быточное давление г 3 бавление газоо разнои среобразной среды не менее, чем в три ды не менее чем в тенее чем в три раза превыраза превышающее атмосферное, после : шающее атмосферное, определено экс"прижатия штампа к образцу и образова" периментально), затем штоксония контактной зоны поднимают штамп .З штампом 8 прижимают к образцу 3 сс прилипшим образцом над дном камеры заданной силой мерным грузом наприУи снижают в камере давление среды до мер гирей (не показано), после чегомомента отрыва образца от штампа, а груз снимают со штока 5. После приуеилие отрыва спределяют по разностижатия штампа 8 к образцу 3 и образопервоначального избыточного давления щ вания контактной зоны поднимают штампв камвре и давления, при котором 8 с прилипшим образцом 3 над дномпроисходит отрыв образца от штампа. камерыи снижают в камере 1 давлеНа шиг.показана камеф . о азана камера, с помо" ние среды стравливанием воздуха черезщью которой реализуется способ опре" клапан б до момента отрыва образцаделения прочности сцепления пород со 1 от штампа,сменным штампом, соответствующим по . По манометру 7 ро манометру 7 определяют давлематериалу и шероховатости горному . . ние воздуха в камере 1. Усилие отрыоборудованию; на фиг, 2 схематически ва определяют по разности первонапоказано размещение образца на штам" чального избыточного давления в капе; на фиг. 3 - прижатие штампа к. 0 мере 1 и давления, при котором просвободной поверхности образца; наисходит отрыв образца 3 от штампа 8,фиг. 4 " отжатие образца от штампа Применение данного способа оснос образованием изолированных полос- .: вано на том, что при наложении шетей после снятия нагрузки,Камера 1 выполнена в виде цилинд" 5 фиг. 2) на поверхность штампа 8,ра из прозрачного материала, наприие- также имеющего минронеровности меж.из плексигласа. В днище камеры 1 вы" ду данными поверхностями образуютполнено углубление, в которое поме" ся полости 11 и 12. Прижатие поверхщается контейнер 2 из легкого мате- ности штампа 8 к свободной поверхности образца 3 приводит к выдавли-. ванию воздуха из полостей 11 в атмос", феру (Фиг. 3) В реультате пластичной деФормации стенок микронеровнос 5 тей поверхностного слоя образца 3 полости 11 смыкаются и становятся изолированными от окружающей среды. Реформируются стенки микронеровностей образца 3 и в полостях 12, а находящийся в данных полостях воздух сжимается, поскольку полости 12 не сообщаются с окружающей средой, После снятия нагрузки сжатый воздух в полостях 12 отжимает образец 3 от штампа 8 (Фиг, 1). При этом полости 11 (Фиг. Й), оставаясь изолированными от окружаоцей среды, частично увеличиваются в объеме эа счет деформации растяжения стенок микронеровностей свободной поверхности образца 3. Увеличение объема полостей 11 при неизменном количестве в нйх воздуха образует в данных полостях Разрежение относительно окружающей среды. Экс перименты показали,что если создать давление окружающей среды, равное давлению в указанных изолированных полостях, то образец отделится от. штампа, Помещать образец, в составе 30 которого имеется вода, в вакуум нельзя; так как в вакууме вода интенсивноиспаряется, что приводит к изменению свойства липкости образцаи, следовательно снижает достоверность измерения.Поэтомув предложенном способе прижатие штампа 8 к исследуемому образцу 3 для их слипания производят в камере 1 при повышенном давлении 40 воздуха, например ч ати, в камере 1. Пусть, например, после снятия нагруз-, ки давление в изолированных полостях 12 контактной зоны составляет 1 ати, т.е. в указанных полостях образуется пониженное давление по отношению к давлению в камере 1 (ч ати). Понизив давление воздуха в камере 1 до 3 ати произойдет отделение образца от штампа, т.е, разность величин первоначаль-, ного избыточного давления в камере и давления, при котором произошел .отрыв образца от штампа, дает величину прочности сцепления. ч ати - 3 ати= =1 ати.Эксперйментально определяется ми нимальная величине. избыточного давле" ния в камере (она должна быть не менее 3 ати). Исходя иэ того, что максимальная сила прижатия штампа составляеткг, так как при большей силе при- . жатия образец раздавливается, т.е. теряет первоначальную форму, Измеренное давление разрежения в изолирован" ных полостях контактной зоны слипшихся образца и штампа не превышало 2,85 ати. Таким образом, избыточное давление в камере должно быть выше атмосферного, по крайней мере в 3 раза.П р и и е р 1, Испытания проводили в лаборатории рудничного транспорта в герметичной камере при повышенном давлении воздуха. Выполняли 30 изме- . рений, на что было затрачено 17,8 ч. Определяли прочность сцепления каолинита (образца), входящего в состав большинства руд, й пород влажностью 22,56 с облицовочным материалом лотка виброконвейера - фторопластом, поверхность которого выполнена по 8 классу шероховатости (штампом). Си . ла прижатия образца и штампа - 5 кг, время прижатия 10 с.Образец - каолинит в контейнере устанавливали в углубление днища камеры, При снятой крышке камеры штамп- материал лотка из фторопласта жестко закрепляли на подвижном штоке и располагали в камере с зазором, исключающим контакт со свободной поверхностью образца (каолинита). После этого камеру закрывали герметично крышкой, ЧеРез клапан в крышке в камеру накачивали насосом воздух, контролируя это давление манометром. При достижении давления воздуха в камере 2,9 кг/смэ прижимали шток со штампом иэ фторопласта к образцу.в течение 10 с, Сила прижатия составля- ла 5 кг. После снятия нагрузки шток с прилипшим к штампу - фторопласту образцом йоднимали над дном камеры, снижали давление воздуха в камере через клапан до момента отделения образца от штампа, Давление воздуха в камере сравнялось с атмосФерным, но отделение образца не произошло.П р и м е р 2, Испытание проводили при достижении давления в камере 3 кг/сиз, При этом давлении прижимали шток со штампом - Фторопластом к образцу " каолиниту в течение 10 .с с силой 5 кг. Поднимали шток с при липшим к штампу образцом. Снижали давление воздуха в камере до момента9отделения образца от штампа, При снижении давления в камере до нуля отделение образца произошло. Сила сцепления составила 3 кг/см- О кг/см = 3 кг/смз. Измеренная влажность образца составила 22,563, т.е. влажность образца не изменилась.МП р и м е р 3. Проводили измерение прочности сцепления образца и штампа при давлении воздуха в камере 4 кг/см, Прижимали шток со штам пом"фторопластом к образцу-каолини" ту силой 5 кг в течение 1 О с. Поднимали шток со слипшимися образцом и штампом и снижали давление воздуха в камере; при давлении 1 кг/смз образец отделился от штампа. Прочность сцепления образца равна 4 кг/см " 1 кг/см = 3 кг/см, Измеренная влажность образца составила 22,564, т.е, влажность образца в процессе измерения не изменилась.Данные двух параллельных серий опытов при различном давлении воздуха в камере приведены в табл. 1. Таким образом, избыточное давлениев камере при измерении прочностисцепления слипшихся образца и штампа должно быть выше атмосферного,по крайней мере в 3 раза.Проведены испытания предлагаемогоспособа в сравнении с аналогом и прототипом, замеры которых сравнивалис базисным вариантом (контрольным)методом нормального отрыва образца"каолинита от штампа-подложки,, Результатыиспытаний приведены втабл. 2 иПрименение предлагаемого способапо сравнению с контрольным сокраща"ет время измерения одного цикла в8 раз, ошибка измерений составила0,М, что свидетельствует о высокойдостоверности измеренных величйн.Предлагаемый спосбб повь 1 шает производительность измерений за счетуменьшения трудоемкости определенияпрочности сцепления образцов.Анализ полученных данных позволя"ет сделать вывод о преимуществепредложенного способа по сравнениюс прототипом, заключающемся в повышении точности определения прочности сцепления пород при сохранении ихвлажности и липкости.Способ определения прочности сцепления пород, выполненный с образцом 48026 10каолинитом, обладает высокой достоверностьюизмеренных величин, повыша-ет производительность труда за счетуменьшения трудоемкости измеренияпрочности сцепления пород со штампами - твердыми материалами.данные измерения прочности сцеп"лений образцов - тонкоизмельчвнных1 О влажных Руд, пород, грунтов со штампами - рабочими поверхностями горно-го оборудования могут быть использованы при расчетах и конструйрованиивибротранспортных машин, конвейеров,окойкавателей и других машин и механизмов, транспортирующих и перерабатывающих материалы с липким свойством,Предложеннь 1 й способ определения20 сцепления пород с штампом"рабочейповерхностью горного оборудованияпозволяет испытывать твердые материалы не нарушай их поверхность; образцы породы при измерении их сцеп"25 лений со штампами-твердыми матери. алами не теряют исходной влажности,что сохраняет свойство липкости породы, обеспечивая достоверность данныхизмерения; сокращает сроки проведено ния измерений, а также повышает производительность при определениипрочности сцепления за счет уменьшения трудоемкости определения прочности сцепления, величину которойопределяют- сразу в момент отрыва испытуемого образца породы,от штампапо разности величин первочачальногоизбыточного давления в камере и давления, при котором происходит отрыв4 О образца от штампа. формула изобретения Способ определения прочности сцеп-лений пород, преимущественно образцовпород с поверхностью горного оборудования, включающий измерение влажности породы и класса шероховатостиповерхности горйого оборудования, що прижатие к образцу породы сменногоштампа, рабочая поверхность которогосоответствует по-величине шероховатости и материалу рабочей поверхностиоборудования, и определение усилия 5; отрыва образца породы от штампа, покоторому судят о прочности сцепления,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,сцелью повьшения точности определения.сцепления эа счет экспериментального11 1748026 12измерения ус ипия отрыва при сохране- ное, после прижатия штампа к образцунии в процессе испытания первоначаль- и образования контактной зоны подниной влажности,и липкости породы, об- . мают штамп с прилипшим образцом надразец породы размещают в герметичной дном камеры и снижают в камере дав"камере на эластичной прокладке, ус" ление среды до момента отрыва образцатанавливают над образцом с зазором от штампа, а усилие отрыва определяютштамп, связанный с механизмом егопе- по разнюсти первоначального избыточ-.ремещения, перед прижатием штампа к ного давления в камере и давления,образцу создают в камере избыточное 10 при котором происходит отрыв образцадавление газообразной среды не менее, от штампа,чем в три раза превышающее атмосферв У а б л и ц а 1 ю ю ее в в в вю в юДавлениевоздухав камеРе,кг/смзее Ч в ю е в ае Измеренное давление разрежения в изолиРованных полостях контактной зоны сли" пшихся образца и штампа, кг/смз Отрыв образца"каолинита от штампа-фторопласта Уровень понижения .давления в камере, кг/смз Перепаддавлений,кг/см 2 Не происходит Не происходит Не происходит Не происходит Не происходит ювееае еевввввюююююююююювюаеюееюювюююючееччюююювееееючюаеювеюючвюааюи 1 ююцц 3 ЦЧ вввввеееевюв 0 0 0 0,1 . 0,20,3 0,4 0,5 1) О.2,0Е ю в в ее в в ю ю в в в Ее ее 1,0 2,0 2)5 2,6 2,7 2,8 2,9 ,3,0 3,1 3,2 3,3Ц 3,5 4,0 5,0 2,86 2,84 2,86 2,86 2,86 2,862,86 2,86 2,86 2,86 2,86 2,862,86 2,86 2,86 1,0 2,0 2 5 2,62 7 2,8 2,9 3,0 3,0 30 3,0 3,0 3,0 3,0 3 0 Не происходит Не происходит Происходит Происходит Происходит Происходит Происходит Происходит Происходит Происходит17 ч 8026 Таблица 2 Прочность сцепления образца-каолинита со штампом-фторопластом, измеренная различнымкг/см 2методом, -"у прототип аналог контрольный 21,0 22,0 22, 56 23,0 2 ч,О 1 56А 25 0 26,0 Таблица Наименование Количество измерений одногоцикла 800 30 Измеренная прочность сцепления, кг/см 2 3,00 3 ф 01 Время измерения одного цикла, ч 17,8 Себестоимость измерения одного цикла 134, 1 ВлажностькаолинитаЩ 28100 2,95100 Д 0 100 3 05100 315100 3,25 100 3,35100 278 97,8.182,3 2 80 80,0 2 2 ч 71,0 0,7 22,0 2 Д 5100 28 97 9 26 89,0 2 д 65 87,0 2 65 8 й,о 2,67 82,0 268 80,0 Контрольныйспособ предлагаемый способ 285100 2 9 ч 99,63 аи 1 Оа,3 05100 3"100 335100 Предлагаемыиспособ/иг,21 РСоставитель Э.КорнетРедактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор З,Салкоаеее е е е ее ееееееееаееаааеееееаеееееееЗаказ 1300 Тираж . Подписное311 ИИЛИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям При ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101