книги / Совершенствование разработки калийных месторождений
..pdfМетод определения К 1С путем индентирования [5 ,6 ] заключается
вследующем. В полированную поверхность образца вдавливают индентор
вформе пирамиды (индентор Виккерса). Нагрузку подбирают таким об разом, чтобы после вдавливания в поверхность образца из вершин от печатка шли трещины (рисунок).
Рис. Развитие радиальных трещин из вершин отпечатка, образующихся при индентировании пирамидой Виккерса
В работе [7 ] установлена линейность связи между суммарной длиной трещины, исходящих из вершин отпечатка, и нагрузкой, при ложенной к индентору.
На основе этого, в работе [6] разработана принципиальная схе ма определения вязкости разрушения. В результате анализа поля на
пряжений под внедряемым индентором выявлена связь между |
и па |
||
раметрами первоначального разрушения: |
|
||
|
|
£_г |
(I) |
|
|
|
|
где |
- |
а |
|
половина длины трещины (см. рисунок); |
|
||
|
- |
расстояние от источника напряжений до точки определе- |
1*
а- половина длины диагонали отпечатка;
здесь |
- |
безразмерные функции; |
G r - |
предел текучести; |
|
ff7 |
- |
радиус пластической воны; |
$ |
- |
коэффициент Пуассоне; |
JL |
- |
коэффициент трения между индентором и испытываемш |
|
|
материалом. |
После некоторых преобразований, введя
Цвет каменной соли
Светлосерый
прозрачный
Серый с пятнеми молочного цвета
Серый
Темно-серый
Темно-серый с пятнами молоч
ного цвета
Светло-коричне-
вый с прозрач ными участками
Светло-коричне вый
Розово-коричне вый
Предельные зна |
Нагрузка |
Число испыта |
Половина |
|
Полудлина |
Вязкость |
|
чения диаметров |
на ннден- |
ний |
длины диаго |
трещины |
разруше |
||
се^ни^ерен |
тор, |
|
нали отпе |
сг-ю ^ Т - |
ния AVc |
||
|
Р - К Г 1 Н |
|
чатка |
,А |
#м |
|
МН*м~3' 2 |
|
|
а -ю |
|
|
|||
15-1Ю |
|
5 |
3,77 |
|
|
5,78 |
2,4 |
20-130 |
0,080х * |
2 |
0,43 |
|
|
0,58 |
1.0 |
20-130 |
0,200 |
3 |
0,68 |
|
|
0,91 |
1.3 |
20-130 |
5 |
2 |
3,52 |
|
|
13,40 |
0,3 |
20-130 |
5 |
I |
3,61 |
|
|
10,50 |
1.0 |
20-130 |
5 |
2 |
3,52 |
|
7,30 |
1.8 |
|
5-90 |
0,200 |
3 |
0,70 |
|
|
0,85 |
1,5 |
5-90 |
5 |
3 |
3,60 |
|
8,20 |
1.5 |
|
20-110 |
5 |
9 |
3,60 |
|
|
6,80 |
2.0 |
10-70 |
5 |
4 |
3,61 |
|
6,52 |
2.1 |
|
10-70 |
10 |
3 |
5,24 |
|
H ..I |
2,0 |
|
2-7 |
0,070 |
4 |
0,37 |
|
|
0,56 |
1,0 |
3-10 |
0,200 |
3 |
0,65 |
|
1,03 |
1,2 |
|
1-6 |
0,200 |
3 |
0,65 |
|
0,74 |
1.6 |
|
1-6 |
5 |
6 |
3,39 |
|
|
4,04 |
3.2 |
2-5 |
0,200 |
2 |
0,67 |
|
|
0,84 |
1.4 |
Испытания с нагрузкой менее Ю Н проводились на ПМТ-З, с нагрузкой более 10 Н - |
на |
ТП-7р-1 |
_ |
Зависимость /С>с |
от цвета образцов не обнаружена, но замет |
||
на зависимость К 1С от |
соотношения между размером индентора и ди |
||
аметром сечения (плоскостью шлифа) вернв: при |
CL'rd^ значение |
||
К 1с оказалось вш е. Не исключено, что при |
o < d ^ |
намерение |
|
вязкости разрушения производится в объеме одного кристаллита. |
|||
В монокристаллах трещины не ортогональны к поверхности образце |
|||
(следствие анизотропии) |
и поэтому при расчете |
/<1С |
необходима |
поправка на разориентацию путем использования соотношения механи ки разрушения для наклонной плоскости к однородному полю растяги вающих напряжений [8 ] . Вводя поправку, учитывающую угол наклона между плоскостью трещины и поверхностью, можно получить значения
С |
|
|
поликристаллов. При CL > d ^ |
измере |
|
, близкие к таковым для |
|||||
ния К 1С |
проводятся для полвкриоталла. |
|
|||
Значение /<1С |
для монокристалла |
Na.Ce в плоскости |
|||
{100} и |
по направлению С10X3 было получено этим методом и соот |
||||
ветствовало 0,4 М Н * м п р и |
твердости |
по Виккерсу 0,24 ГПа С5]. |
|||
Несмотря на то, |
что приведенные абсолютные значения |
*1С |
имеют по1решность, результаты для набора структурных разностей являются достовернши из-за применения единой методики расчета и измерений. Этим методом можно оцределять К 1С на образцах произ вольной формы.
Для образцов размером 50x100x450 мм коэффициенты трещиноетойкости, определенные ранее методом трехточечного изгиба К 1С «= * (0,67 * 0,09) МН*м” 3//2. Излом в таких образцах имел смешанный характер (транскристаллитный и интеркристаллитный), частично про ходил по межаереиному пространству, заполненному глиной, поэтому значение K ic в среднем оказалось ниже, чем полученное методом индентирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Прикладные вопросы вязкости разрушения / Пер. с англ. -
И.: Мир, 1968. - 552 с.
2.Волков Г.С . Анализ характера разрушения образцов в испы таниях на трещиноетойкость // Трещиностойкость материалов и эле ментов конструкций / Тр. Всесоюз.симпоз. - Киев: Паукова думка, 1980. - С. 76-83.
3* |
Фудзни Т. 9 Дзако М. Механика разрушения композиционных |
||||||||||||
материалов / Пер. с японок. - |
М.: Мир, 1982. - |
232 с. |
|
||||||||||
4. |
Зильберомидт В .Г ., |
Тимофеев В .В ., |
Спиркова С.И. Опреде |
||||||||||
ление параметров трещиностойкости соляных горных пород // Тез. |
|||||||||||||
дохл. П Всесоюз. симпоз. по механике разрушения. Кйев, |
15-17 окт., |
||||||||||||
1985. - |
С. 31. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Strans |
A.G., Chaies &.А., |
Fzactuze |
toughness |
||||||||||
detezm i n a tio n |
By |
in d e n ta tio n . 'J. |
А/пег. Cezccm. |
||||||||||
SO C . , V |
. 5 9 , 1976, |
N 7 - 8 , |
p . |
3 7 1 -3 7 2 . |
|
|
|||||||
6. |
&tXans |
A. G ., |
W it s h a u r |
T. P ., Q u a s i - s t a t i c |
|||||||||
SOBLCL |
p a z tic B e |
d a m a g e |
i n |
B z ittB e |
|
s o B i d s , Acta |
|||||||
m e t . , |
v. 2 4 , |
1976, |
N 1 0 , |
p |
9 3 9 - 9 5 6 . |
|
|
||||||
7. |
Pcti/nytrist |
S J e t n i o n t o z e t s , |
A n n ., |
V. /41, |
|||||||||
S . 300. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
S l k |
О. C ., |
H andB ook |
Of |
S t z e s s |
i n t e n s i t y |
|||||||
F a cto zs, |
i n s t i t u t e |
o f |
F z a ctu z e |
a n d |
SoBid |
M ech a |
|||||||
n i c s , |
L e h ig h |
U n ic e z s it y , |
fo e th te h e m , |
Pa., |
1973. |
УДК 622.023.24
Г .Г . Зарецкий-Феоктистов9 А.Г.Лопушняк, В.П.Терещенко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ (ХПЗДВЛЕНИЕ КОЭМИЩЕНТА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ШИННОВ СОЛИ
(Ленинградский горный институт)
Выбор в качестве реологической для калийной ооля модели течения вязкой кидкооти, находящейся в объемном напряженном сос тоянии при достаточно высоком уровне действующих напряжений» позволяет получить достаточно простое описание поведения соля ных массивов, в частности затекания выработок маосива во времени. Математически такой переход эквивалентен переходу от модели изо тропного несжимаемого упругого материала, описываемого системой
уравнений:
ez-e=2&tx ,
6y-e =2 b t y ,
( I )
бг-е=2&£г,
|
д и |
д а |
+ д и г |
|
(2) |
|
|
д х |
д у |
В г |
* |
||
|
|
|||||
к системе уравнений для компонент скорости: |
|
|||||
|
e x - |
|
e |
z x y ~ J x i * y ' > |
|
|
|
<5y ~ e = |
^ * ' y ' |
Zy%= JA’ t y f > |
(3) |
||
|
|
|||||
|
&z - 6 - 2J *.£2 , |
|
i x ■> |
|
||
|
|
|
|
|
|
(4) |
где <8 |
- среднее упругое напряжение; |
|
|
|||
JL |
- коэффициент динамической вязкости; |
|
||||
|
% г х |
- компоненты скорости вязких деформаций. |
|
Так как в шахтных условиях деформации горного массива очень мала, то можно считать, что напряжения находятся в статическом равновесии и динамическими эффектами можно пренебречь. Коэффици ент ус принимается постоянным, независящим от времени. Таким образом, можно сформулировать следущие критерии, позволявшие идентифицировать принадлежность исследуемого материала к классу, описываемому модельв вязкой жидкости:
1)поведение материала под нагрузкой должно описываться уравнением (2 );
2)коэффициент Пуассона материала должен быть равен 0,5;
3) |
объемное разрыхление |
Л в * 0; |
4) |
должно выполняться уравнение неразрывности £ » 0. |
|
Для обоснования метода, |
используемого для экспериментально |
го изучения поведения коэффициента динамичеокой вязкости калий ной соли, воспользуемся ренениеи о сжатии тонкого слоя вязкой жидкости между плоскостями1^. Рассматривалась следующая симмет ричная 8адача: найти ранение уравнения
2 |
2 |
(5) |
V V |
Ч)=0 |
при оледунщих граничных условиях
Д) Наши А. Пластичность я разрушение твердых тел. - U. : М 1954. - 547 о.
|
|
* « Л , |
|
|
(Г— |
(f0 ^ c o n s t , |
|
||
|
|
2 = - Л ,7 |
|
(J= |
<J„О= |
C o n s t , 1 |
|
||
здесь V |
- |
функция тока |
для указанной вше |
задачи; |
|||||
2/г |
- |
толщина |
слоя; |
|
|
|
|
|
|
J |
- |
осевая компонента скорости, |
направленная вдоль |
||||||
|
|
оси. |
V |
|
|
|
|
|
|
Выбирая для |
представление в виде полинома |
||||||||
|
|
|
yjs: CjZ2% +С2 %2 г 3 |
|
(7) |
||||
подучим сдедущие |
выражения для компонент упругих напряжений: |
||||||||
|
|
|
|
3 м * / 2 2 у 2 |
. 2 \ |
||||
|
|
в г =<3г |
^ г |
( г - а |
_ 4 z |
+ 2 h If |
^ |
, 2 2 „ 2 ,/2\ |
Gi=-fjT-(*-a +2г -4А ), |
|
|
(8) |
г , = - |
г % , |
'гг |
2 h 3 |
|
Р = - - ^ - ( 6г + е ь + 6*)>
где О. - радиус образца в виде тонкого сдоя.
Постоявши интегрирования С1 в С2 |
определены нэ условия |
равенстве нулю величины среднего давления Р = 0 в точках |
|
г=а, % = О . Отсюда можно получить распределение давления в |
|
средней плоскости 2 = 0: |
|
Р ’ Р т а ж ^ - ^ ) ' |
(9) |
Тогда требуемая для сдавливания цилиндрического вязкого одоя ра диуса а полная осевая нагрузка
_ Jjrju<roa* |
(Ю) |
Р ~ 8h3
Учитывая условие несжимаемого материала |
сдоя h a |
из выражения (Ю ) можно подучить соотношение, |
свяаывапцее JL с |
нагрузкой: |
|
|
^ т 6 |
А |
2 |
vт*Л |
|
(7 - 0 |
(И) |
|
|
I, a |
■ f г А « |
2 |
|||||
|
|
|||||||
|
|
|
О |
о |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
w О |
|
|
|
где <3= |
- |
среднее напряжение, придожеиное ж цилнндрнческо- |
||||||
|
|
му одою; |
|
|
|
|
||
А,,0.е - |
значения Л я а. в момент t « 0. |
|
||||||
Изложенное решение справедливо только для малых по сравне |
||||||||
ние с толщиной сдоя омещений и в предположении, что |
толщине олоя |
|||||||
много меньше его поперечных размеров. Теним образом, |
формула ( I I ) |
|||||||
дает возможность определить |
значение коэффициента J* |
на основе |
зкепернментадьных данных. Режим испытаний при атом должен быть следующий: тонкий диск из исследуемого материала подвергается
ожатию при условии & = const. В ходе эксперимента измеряется |
|||||
значение осевой £ г (t) и поперечной |
£ г (t) деформаций как функ |
||||
ций времени. Величина ji определяется по формуле ( I I ) . |
|
||||
Испытания проводились на универсальной установке НУ-58 кон |
|||||
струкции ВНИИ? на образцах калийной ооли |
(Солигорек), |
их рудников, |
|||
выполненных в виде дисков диаметром 30 ш |
и толщиной 6-8 ш . Вели |
||||
чины компонент скоростей деформации |
^ f x |
и |
~ f * |
определя |
|
|
ла |
|
« с |
|
£z (t). |
лись графическим дифференцированием зависимости |
£х (t) и |
||||
Некоторые результаты экспериментов представлены на рис. |
1,2. |
||||
Авали8ируя графаки изменения деформаций и скоростей деформа |
|||||
ций от времени, видим, что наибольшее изменение приходится на |
|||||
начальный участок времени испытания |
t ж 0*60 мин. При t > 60 мин |
кривая окорооти практически постоянна, позтому длительность испы таний в данном цикле последований была ограничена тремя часами. Величина окорооти деформации определяется уровнем приложенной нагрузки. Для более детальной характеристики механизма деформи рования материала образцов о целью выяснения выполнимости усло вий, соответствующих модели вязкой жидкости, были исследованы за
висимости коэффициента Пуассона £ |
и объемного разрыхления л В |
||||
от времени и уровня нагрузки. Козффициент ? |
при |
<& |
» 60 МПа |
||
не участке стабилизации равен 0,44, |
при <5 * 80 МПа |
$ |
« 0,47. |
||
При 0 < 60 МЦа значение |
$ существенно меньше в приближается к |
||||
упругому пределу. В ходе |
экспериментов била |
зафиксирована зависи |
мость уплотнения последуемого образхр до 1,5^ приблизительно по линейному закону от времени.
|
|
|
|
Рис. 2. Зависимость коэф |
|
|
|
|
фициента динамической вяз |
различных уровнях осевого |
кости от времени при раз |
|||
личных уровнях осевого |
||||
давления: f - е |
= 30 МПа; 2 - |
давления (обозначения см. |
||
& |
■ 40 МПа; 3 |
- |
б' =60 МПа; |
на рис. I) |
4 |
- <3" =. 80 МПа |
“ |
- - £, , |
|
|
|
^2 ) |
|
|
|
Проведенные исследования позволяют сделать следующие вы |
|||
воды: |
|
|
|
|
|
1. Поведение калийной соли |
в тонких слоях, находящихся в |
||
объемном напряженном состоянии, |
при уровнях осевой нагрузки бо |
лее 60 МПа достаточно хорошо соответствует модели вязкой жидкос ти с коэффициентом динамической вязкости JJL = (0,055+0,17) •
• ГО8 кг«с/см2.
2. При давлении 30-60 МПа можно говорить о кввзижидкостной модели для калийной соли. При этом значение JL зависит от уровня нагрузки, а коэффициент Пуассона существенно меньше 0,5.
3. Указанные выводы справедливы только для объемного напря женного состояния, при котором уровень касательных напряжений Х г% одного порядка с радиальными нормальными напряжениями. При
испытаниях на сжатие образцов, находящихся в одноосном напряжен ном состоянии или при боковых л простатических давлениях 6 г порядка 30 МПа, наблюдается разрыхление материала образца, а зна чение коэффициента поперечной деформации составляет более 0,5.
4. Изложенная методика может быть использована для натур ных измерений коэффициента динамической вя8кооти на достаточно тонких слоях калийной ооли на целиках с отношением диаметра к высоте более 5.
РАатпа а. охрана ТРУДА И РУДНИЧНАЯ ВЕЯПИЯШИ
УДК 622.815:622.363.7
Л.А . Захарове, Н.И. Захаров
ОВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗА СУЗЛЯРШХ ГАЗОБЫДШНЙР) (Пермский политехнический институт)
Особенностью калийных месторождений является наличие газонасыщенных зон, при отработке которых могут иметь место суфдярные газовыделения и внезапные выбросы соли и rasa. Суфляры час то проявляются при бурении шпуров иди скважин. Поэтому для обес печения безопаонооти труда необходимо научиться предсказывать эти
явления. Однако в настоящее время еще не разработаны методы прогно за суфлярных газовндедений. Поэтому нами были начаты исследования по поиску признака, который мог бы послужить основой метода прог ноза суфляров. Выполнены теоретические и шахтные исследования в этом направлении. Прежде всего тщательно изучена геологическая
обстановка, в которой происходили оуфдярные газовыделения на Индерском борно-калийном месторождении. Отмечено, что наиболее час то такие газовыделения происходили из каменной соли, имеющей зна чительное количество цроодоек глинисто-ангидритовой породы.
Обследование вскрытых горными работами полостей суфляров показало, что стенки их покрыты сдоем глинистого вещества, а в зоне чаотых суфлярных гавовыделений всегда отмечается значитель ное количество глинистого вещества.
Как известно, глинистый материал содержит в своем составе
радиоактивные |
элементы, |
являющиеся |
источниками |
ионизирую |
|
щих излучений. |
Поэтому |
было сделано |
предположение, |
что |
|
в газах, содержащихся в газонаснщенннх вонах, могут |
образовывать |
ся активные аэрозоли. Подвижность активных аэрозолей значительно выше, чем остальных модевдд газа, следовательно, активные компо ненты газа должны проникать по мельчайшим трещинам через породную стенку и могут регистрироваться соответствующей аппаратурой. Та ким образом, повышение концентрации активных аэрозолей в забое будет свидетельствовать о повышенной вероятности суфддрного газо выделения или внезапного выброса.
Работа выполнена под руководством и при учаотии Подлинной Г.Д .
89