CC BY
29
ЮЛ* ШИРМ АН КИН С.А.ТОЛМАЧЕВ Н. Т. БЕДАР ЕВ
Определение пределов прочности пород при объемном сжатии для обоснования моделирования на эквивалентных материалах
На ш.«Зенковская» ассоциации «Про-копьевскгидроуголь» проводили инструментальные исследования при отработке свиты пластов Садового, Пионер и Юнгор с целью изучения характера и количественных величин проявлений горного давления.
В условиях Прокопьевске-Киселевского района Кузбасса про одному шахтному эксперименту сложно давать рекомендации для всего района. Поэтому наиболее целесообразно сверять полученные результаты с исследованиями на моделях из эквивалентных материалов, позволяющих легко менять условия экспериментов.
При моделировании горных процессов необходимо соблюдать максимум условий подобия [1,2], особенно при выборе материалов-эквивалентов, где важнейшим условием считается подбор подобия по С0, <р0,]и, (Сцепление, угол внутреннего трения, коэффициент Пуассона, Е — модуль пропорциональности). Однако в геологической документации шахты указанных величин не оказалось.
В этой связи для проведения испытаний при объемном сжатии готовили цил-линдрические образцы диаметром 40-42 мм (для испытаний в камере запредельного деформирования БВ 21) и 45-75 мм (для испытаний в стабилометре), при этом соотношение высоты к диаметру составляло не менее 2, в соответствии с ГОСТом [3].
Для построения паспорта прочности пород строили круги напряжений Мора в координатах нормальных а и касательных I х напряжений при различных значениях °бок (в основном испытания проводились при боковом давлении 0 =10 МПа).
На рис Л приведены наиболее характерные круги Мора, огибающая их кривая и обозначены основные параметры, определяемые по паспорту прочности.
Рис, 1 Построение паспорта объемной прочности пород
Круги Мора 1,2,3 построены: 1 — при одноосном растяжении по ГОСТу [4], 2 — при одноосном сжатии по ГОСТу [5], 3 — при объемном сжатии при наличии бокового распора сгбок= 10 МПа, по ГОСТу [3].
Предельное сопротивление срезу г0 (сцепление С0) при отсутствии боковых напряжений, т.е. о^ * 0 и составляющий угол внутреннего трения <рп (коэффициент внутреннего трения <р0) — постоянные величины.
Условное сцепление С при различных напряжениях 06ок и соответствующий угол внутреннего трения (р (коэффициент внутреннего трения) — переменные величины.
Задача подбора материалов-эквивалентов для геометрического масштаба 1:100 решалась в соответствии с работами [1,2].
Для имитации вмещающих пород свиты из трех пластов (песчаники, алевролиты, уголь) за основу были приняты гипсопесчаные смеси с добавлением извести пушонки и столярного клея.
Испытания различных компонентов материалов-эквивалентов показали, что образцы, заформованные без разделения на слои, имеют большую прочность и срок их высыхания составляет 16-17 суток, а образцы, заформованные слоями высотой 1,0-1,5 см, разделенные микой (молотой слюдой) имеют прочность в 1,5-2,0 раза ниже, а срок высыхания (набор конечной прочности) составляет 11-12 суток. При этом объемный вес ум в конечной стадии для однородных образцов составляет 2,0-2,1 г/см3, а для слоистых образцов 1,7-1,8 г/см3, т.е. при среднем объемном весе на-
у
турныхпородун~2,2т/м3, отношение=
• н
У
0,95 в однородных образцах, и ^ * 0,8 —
У к
в слоистых образцах. Таким образом, выбор был остановлен на слоистых образцах, которые, как оказалось, легче подбирать для соблюдения условия подобия по коэффициенту Пуассона углу внутрен-
него трения <рм=<рн и величине сцепления
I у
/1 _ г> М'М
* нХ'тн
1м ,
где у- = 1 /100 - отношение линейного раз-
я
мера модели к линейному размеру натуры* Для соблюдения указанных условий подобия слоистых образцов (диаметром 5 см и высотой 8 см) и варьируя компоненты испытывали методом косого среза в матрицах с углом наклона 45о и 60о по схеме, рекомендованной в работе [6]. По средневзвешенным данным строили графики для получения величин См щ> м, а образцы диаметром 5,3 см высотой 11,0 см испытывали на одноосное сжатие, растяжение для определения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона /г.
На основании проведенных исследований натурных пород и их эквивалентов получены исходные данные для имитации горных пород на моделях.
В табл.1 представлены вмещающие свиту пластов горные породы и компоненты из материалов-эквивалентов на базе гипсо-песчаных смесей в соотношении вода-гипс в/1^0,7 и гипс-песок в соотношении г/п=1:16 (для угля) ,1:14 (для алевролита) и 1:13 (для песчаника) с добавлением извести-пушонки и столярного клея (применительно к модели размером 1,4 х 0,27 м для слоя толщиной 1,0 см).
Таблица 1
ВМЕЩАЮЩИЕ СВИТУ ПОРОДЫ И СОСТАВ КОМПОНЕНТОВ их материалов-эквивалентов
Наименование компонентов Количество компонентов, кг
Уголь Алевролит Песчаник
7(07 : 5.47
Гипс 0.442 0,442 0.442
вода . 0,31 :
Известь-пушон- ка 0,05 0.05 0,05
Клей столярный о.ооз 0.0035: 0,004
| Мика 0.3 0,028 0.025
В табл.2 представлены физико-механические характеристики шахтных пород и их эквивалентов. Анализируя данные табл.2 можно заключить, что физико-механические характеристики материалов-эквивалентов в пересчете на натуру (при линейном масштабе 1:100), как по прочностным характеристикам так и по характеристикам сопротивления срезу (Со, <ро) и коэффициенту Пуассона р (отношение относительных поперечных и продольных деформаций) и Е близки к данным, полученным при испытании образцов, отобранных на шахте «Зенковская».
Таким образом, представляется возможным (в допустимых пределах) сравнить данные шахтных экспериме-нтов с аналитическими расчетами и с данными моделирования на эквивале-нтных материалах.
Таблица 2
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАТУРНЫХ ПОРОДНИХ ЭКВИВАЛЕНТОВ (НА БАЗЕ
ГИПСОПЕСЧАНЫХ СМЕСЕЙ)
NN п.п. вмещающих пород и их эквивалентов Физико-механические характеристики
<7раст' МПа Осж, МПа ж. объем МПа Е, кг/см*" рЫ.град С0, МПа Л
Уголь {пл.Садовый, Пионер, Юн гор) 0.7-1,2 6.2-10,8. , 7.8-1,3. 0,016-0.027 2,4-2,8 : 2,8-3,6 0.14-0,19
1. Мэтер.-эквивалент 0,08(1,0) 0,8(10) — 0,001 (0,01) 24 0,024 (3,0) 0,15
2. Алевролит (непосредственная и основная почва, кровля пл.Садовый, Юнгор, непоср.кровл я и почва • ПЛ.Пионер) :: 35-55 58.3-70,1 0,03*0,06 31-36 8.9-12,0 0.14-0,19
Матер.-эквивалент 0,031 (4) 0,36 (45) — 0,004 (0,04) 35 0,08 (10) 0,15
3. Песчаник (основная кров?. ля пл;Пионер) 7,8 85 120 0.04-0,08 37 17,8 0,4
Матер.-эквивалент 0,064 (8) 0,064 (80) — 0,005 (0,05) 37 1,36(16,9) 0.43
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Требования по технике и методике моделирования методом эквивалентных материалов. Л., 1973, 55 с.
2. Методические указания по исследованию проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов. Л., 1976.
3. ПОРОДЫ ГОРНЫЕ. Определение прочности пород при объемном сжатии. ГОСТ 21153.8-88. М., Государственный комитет по стандартам, 15 с.
4. ПОРОДЫ ГОРНЫЕ- Определение прочности пород при одноосном растяжении. ГОСТ 21153.3-85. М., Государственный комитет СССР по стандартам, 14 с.
5. ПОРОДЫ ГОРНЫЕ. Определение прочности пород при одноосном сжатии. ГОСТ 21153.2-84. М., Государственный комитет СССР по стандартам, 9 с.
6. Прочность и деформируемость горных пород. М., «Недра», 1979, 268 с.
© Ю.Л.Ширманкин, С.А.Толмачев, Н.Т.Бедарев
, БИОГРАФИИ ВЕЩЕЙ
Наручные часы появились сравнительно недавно, в конце первой мировой войны. До того часы носили в кармане, в специальных сумочках, либо на шее, подвесив на цепочку. Правда. Лет сто пятьдесят назад, когда мастера стремились неточность часов компенсировать оригинальностью и красотой отделки, дамски часики иногда встраивали в драгоценные браслеты, но широкого распространения такая конструкция не получила, оставаясь лишь редким и дорогим ювелирным украшением.
Имя изобретателя наручных часов история на сохранила. Им был безвестный солдат (французы считают, что французский, немцы - что немецкий), первым прикрепивший свои карманные часы для удобства на руку. В 1918 году швейцарский часовщик Жан Шатну начал делать небольшие часы в корпусе с двумя ушками, снабжая их широким кожаным или металлическим браслетом.
Удобная наручная модель сначала стала популярной среди спортсменов, а затем ее преимущества были оценены всеми.
