Разрушение горных пород

В этой главе описаны возможности улучшения эффективности бурения инструмента на основе анализа механизмов разрушения горных пород и рассматривается некоторые методы теории информации. Рассматриваются физические механизмы разрушения твердых пород и пластика в различных условиях механической нагрузки. Некоторые физические эффекты, которые позволяют улучшить эффективность бурового инструмента, приведены и способы улучшения инструмент. Экспериментально установлено, что эффективность бурения бурового инструмента может быть улучшена путем использования взаимодействия между системами трещины из соседних разрезов. Было предложено применять методы теории информации для моделирования сложных процессов разрушения горных пород и инструмент взаимодействия. Приведено несколько примеров использования методов теории информации (распределение напряжений в неупорядоченных породах, эффект индексации, износ инструмента, оптимизации сложных инструментов).

Инструменты для механического разрушения горных пород используются практически на всех этапах и процессах горного производства. Для повышения эффективности разрушения, инструмент является одним из важнейших источников улучшения добычи и, следовательно, одним из первых областей применения механики разрушения горных пород. В этой работе рассматриваются следующие проблемы: механизмы разрушения под механической нагрузкой (как это происходит в простых и не очень простых случаях), физические эффекты, которые могут быть использованы для улучшения разрушения, (основным из них является износ инструмента) и некоторые современные методы разрушения пород иулучшение породы инструментом взлома. Повреждения и разрушения под механической нагрузкой.

Рассмотрим сначала механизм разрушения фрагментации при вдавливании индентора в осесимметричном объекте. Поверхность упругая. Разрушение горной породы под индентором происходит следующим образом: во-первых, порода в непосредственной близости от поверхности контакта деформируется и появляются небольшие трещины или микротрещины поверхности. Формируется слой разрушенной породы под контактной поверхностью, а в дальнейшем слой измельчается. Начинается объем разрушения горной породы. Зона неупругих деформаций формируется под контактной поверхностью (это зона соответствует области гидростатического давления), а также трещине Герца, конус инициирует и растет. Порода в зоне гидростатического давления под индентором разрушается . Затем порошок. Разрушение породы под индентором начинает расширяться и передает нагрузку на остальные горные породы. После этого образуются осеваятрещины. Конус трещина меняет направление роста и/или отраслей, что приводит в конечном итоге к растрескиванию из некоторого объема горных пород. После некоторого объема из выкрошенной породы, образуется порошкообразный камень. Начинается следующая фаза, однако, камень под инструмент содержит осевые трещины от предыдущей погрузки и некоторый объем щебня из измельченной зоны, который отскочил друг от друга. Вот почему поведение породы во время следующего цикла отличается количественно (но не качественно). Этот процесс описан, происходит (деформация горных пород и образование трещин).

Рассмотрим теперь воздействие породы на пластичность. Как было показано пластичность породы радикально изменяет механизм разрушения. Он показал, что в целом преобладают две зоны предельного состояния горных пород при инденторе: в контуре контактной поверхности и в некоторой глубине под поверхностью контакта. Рост в первой зоне приводит к образованию конуса трещины. Рост второй приводит к созданию полумесяца пластической зоны в соответствии с контактной поверхностью. Первая зона имеет доминирующую роль в фрагментации хрупких пород, во второй зоне фрагментации пород пластиковые. Уничтожение пластиковых пород в осесимметричных доходах отступа следующее: зона необратимой деформации формируется под контактной поверхностью на глубине, примерно равной радиусу контактной поверхности. Зона растет и принимает форму полумесяца. Одновременно подавлена порода в зоне. Затем зона достигает свободной поверхности, что приводит к зазубриванию. В этом случае конус формы остается достаточно маленьким. Формаи ндентора влияет на механизм фрагментации породы в большой степени. Фрагментация породы происходит наиболее интенсивно, когда жесткие хрупкие породы загружены для сферического индентора, жесткий пластик породы конический, для слабых пород клиновидный один (статическая нагрузка). При небольших ударных нагрузках, ударный дает максимальный кратер по сравнению с другими формами наконечников на той же нагрузке.

На больших ударных нагрузках однако, наблюдается наиболее интенсивное дробление породы под нагрузкой с помощью цилиндрического ударника. В углублении сферическом, немного трещин, начинаются в центре контакта поверхности, а не на контуре поверхности контакта. Призматический бит приведет к более интенсивной фрагментации породы, жесткой, вязкой, не потрескавшейся скалы, в то время как цилиндрические из них предпочтительнее для трещины, хрупкой, слабой породы. Трещины начинаются в непосредственной близости от короткой стороны контактной поверхности, они растут и образуют большие эллиптические трещины, которые могут рассматриваться как трещины соответствующего конуса в осесимметричных отступах. Формирование трещин в углубление прямоугольного инденторатакже описаны.

Таким образом, разрушение горной породы под механической нагрузкой является очень сложным процессом, который обусловлен взаимодействием между ними на многих уровнях повреждения (местные ножницы, рост многих макротрещины, растрескивание и т. д.) и зависит от многих факторов, в том числе случайные, как состав горных пород, наличие микродефектов и т. д. Вариации формы индентора, свойства горных пород и другие параметры приводят к коренным изменениям в механизме разрушения горных пород. Очень важно при механической поломке пород брать инструмент породоразрушающий. Несмотря на потерю энергии за счет трения и износа режущего,способ более эффективен,чем при воздействии на разрушение горных пород перспективного метода породоудаления. Это обусловлено тем, что процесс резки проходит непрерывно или почтинепрерывно. Основным недостатком резки, есть быстрый износ и притупление инструмента в связи с непрерывной работой. Взаимодействие инструмента с породой могут быть преодолены в короткие сроки, в связи с развитием новых износостойких и высокопрочных материалов или использовании самозатачивающихся инструментов.

Породоразрушающие механизмы. Среди особенностей резки, отличаются, не вертикальное направление нагрузки, неосесимметричная форма инструмента, взаимодействие, непрерывности процесса, удаление чипов (хотя чип разрывной). Все это факторы изменения. Механизма разрушения горных пород достаточно, для того чтобы исследовать особенности образования трещин при резке вызванных вышеперечисленными факторами, был осуществлен ряд экспериментов. Эксперименты проводились на стекле, чтобы сделать возможным наблюдение трещины распределения. Особенности резки по сравнению с отступом могут быть разделены на особенности, связанные с неассиметричной формой резцов, вызванные поступательным непрерывным движением резцов. Для выделения особенностей трещины вызванной только по форме резака, был также проведен вертикальный отступ от катера. Скорость отступа составляет 1 мм/с. Углубление глубиной примерно в 2 мм. Появление трещин, образовавшихся в стекле в углублении описаны в различных источниках. Можно видеть, что в обоих процессах резки, образуются ни конус трещин Герца, ни окружные трещины, а все трещины формы копейки. Таким образом, можно сделать заключение, что зона, содержащая трещины формы копейки (повреждение зоны), формируется под катер хрупких материалов. Глубина зоны может быть в несколько раз больше, чем глубина разреза. Из приведенного выше наблюдения и обзор Mishnaevsky младший, сделал заключение, что трещины в системе резки включают в себя трещины, которые достигают свободной поверхности (трещины выкрашивания чипа, основные трещины, обеспечивающие удаление камня), трещины, которые остаются под катом (трещины поврежденной зоны) и зона высокой поврежденности (измельченности) материалов.

Усилие резания. Рассмотрим теперь силы резания. Удаление пород в резки определяет разрывной процесс растрескивания сегментов чипа. Для определения энергии, необходимой для растрескивания можно использовать приближенную формулу, полученную на основе вероятностного анализа. Трещины удаленные от контакта указывают на свободную поверхность: 16,7 Ga2/Kbr, где G глубина резания, Kbr является хрупкостью коэффициента породы (который был введен Ржевским как характеристика пластика, т. е. хрупкие свойства породы и определяется как отношение между энергией образования новой поверхности и общей энергии деформации в механической нагрузке породы), а G является конкретным. Поверхностная энергия породы. Средняя резка ПК может быть определена как резка энергии (которая является суммой чип-выкрашивания энергии трения в расстояние, равное шагу выкрашивания (шаг выкрашивания LS – расстояние между двумя последовательными точками, в которых чип элементов выкрошенных, которые рассчитываются по формуле: Ls= 8,2*(G /BГКЛКБР) 1/2 где ГКЛ является удельная энергия дробления камня, В – сокращение ширины. Таким образом можно использовать модель упругого трения (например сила трения должна быть пропорциональна вертикальной составляющей загрузки силы).
1. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин M.B. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия. Горный журнал – Mining Journal. 1989, № 1.
2. Гершенкоп А.Ш. Технологические свойства, совершенствование схем. Оптимизация процессов обогащения минерального сырья (технологические свойства вермикулита руды и улучшение схем обогащения). Процесс оптимизации минерального сырья). Апатиты: КНЦ РАН, 2001.
3. Крашенинников О.Н., Журбенко Г.В. Оогнеупорный бетон пепла вермикулита для футеровки алюминиевых электролитических ванн. Цветные металлы. 2000, № 5.