Решение большинства горнотехнических задач невозможно без точных сведений о механических параметрах горных пород. Информация необходима для расчетов несущей способности стенок и стволов горных выработок, для подбора крепежа, способного удержать горные массивы в карьерах, шахтах, рудниках. Кроме того, данные используются для прогнозирования затрат по разработке ископаемых, выбора наиболее экономичного способа добычи и обеспечения безопасности персонала.
Испытания горных пород – рациональный, максимально информативный способ получения сведений о свойствах магматических, метаморфических, осадочных образований ввиду неравномерного распределения характеристик в пластах.
Определение показателей механических прочности горных пород
Механические воздействия, сопровождающие разработку горных выработок, негативно отражаются на упругом деформировании горных пород, приводят к хрупкому разрушению вмещающих пластов. Лабораторные исследования позволяют получить объективные данные о поведении пластов во время бурения, взрывных работ, механической разработке. Анализ характеристик позволяет подбирать оптимальную технологию, степень динамической и статической нагрузки.
Ключевые механические характеристики, определяемые при тестировании горных пород:
- Устойчивость к одноосному сжатию. Сжимающую нагрузку полускальным и скальным материалам передают плоские плиты или соосные пуансоны с плоской рабочей частью. Усилие прилагают до разрушения, определяют предел прочности. Метод устанавливает ГОСТ 21153.2-84.
- Сопротивляемость сжатию при насыщении водой. Испытаниям подвергаются каменные облицовочные материалы. Уменьшение прочности определяется как разность между показателем в сухом состоянии и после насыщения водой. Способ регламентирует ГОСТ 30629-99.
- Прочность при многократном раскалывании со сжатием. Образец в форме куба многократно раскалывают с применением клиньев, после чего сжимают в прессе. Измеряют максимальную нагрузку, вызвавшую разрушение. Технология установлена в ГОСТ 21153.4-84.
- Сопротивление растягивающим усилиям. Исследованиям подвергаются цилиндрические образцы, нагрузку прикладывают в направлении слоистости до момента разрушения. Определяют прочностные параметры горных пород полускального и скального типа с учетом сечения проб. Методику регламентирует ГОСТ 21153.3-84.
- Устойчивость к срезу со сжатием. Тесты на сопротивляемость разрушающей силе, приложенной к цилиндрическому образцу из твердой горной породы, требуются для построения паспорта прочности. Образцы помещают в приспособление с наклонными матрицами. Способ установлен ГОСТ 21153.5-88.
- Стойкость к изгибающим усилиям. Испытания проводят для измерения пределов прочности призматических образцов твердых пород при воздействии изгибающими нагрузками с приложением в 3-х и 4-х точках. Технологию регламентирует ГОСТ 30629-99.
- Прочность при воздействии встречными инденторами. Тесты предполагают двустороннее приложение давящего усилия, передаваемого 2-мя сферическими наконечниками с противоположных сторон образца произвольной формы. Правила испытаний устанавливает ГОСТ 21153.3-84.
- Сопротивляемость вертикальным ударам. Прочность проверяют падающим сверху грузом, последовательно увеличивая высоту на 5 см. Определяется высота разрушения. Способ регулируется ГОСТ 30629-99.
- Энергоемкость при ударах. Цель испытаний заключается в измерении расхода энергии на разрушение единичным ударом, совершаемым маятниковым копром.
- Контактная прочность. Испытания заключаются во вдавливании прессом стального штампа до формирования лунки выкола. Определяется величина вязкости разрушения, измеряется затраченная энергия.
Важное технологическое значение имеет изучение влияния нагрева на дробление и измельчение ископаемого строительного материала. Исследования проводят на вертикальном копре. Перед испытанием образцы нагревают в муфельной печи или в установке для термомеханических испытаний.
Машины и сопутствующие атрибуты для испытаний горных пород
Чтобы получить достоверные показатели механических характеристик природного камня, потребуются следующие технические средства:
Специалисты компании «ГОСТ» с профессиональным статусом экспертов помогут в выборе основной испытательной техники и дополнительных атрибутов, а также детально проконсультируют по возникшим вопросам.