Определение удельной энергоемкости выколи в зависимости от энергии удара

Целью работы является экспериментальное определение удельной энергоемкости объемного разрушения в режиме вы-кола поверхностного слоя горной породы при различной энергии удара.

Разрушение горных пород выколом реализуется во многих технологических процессах: при бурении скважин, проходке горных выработок, выемке полезных ископаемых. При широком распространении на практике даже незначительное усовершенствование процесса разрушения горных пород, направленное, например, на снижение энергоемкости разрушения, приводит к ощутимой экономической отдаче. Несмотря на большое количество теоретических и экспериментальных исследований, возможности совершенствования средств разрушения далеко не исчерпаны.

Удельная энергоемкость объемного разрушения характеризует отношение энергозатрат к объему выкола поверхностного слоя горной породы. Размерность показателя—Дж/м³.

Перечислим параметры, оказывающие влияние на энергоемкость разрушения:

а) физико-механические свойства горной породы, в том
числе:

· пределы прочности на сжатие, растяжение, сдвиг;

· вязкость разрушения;

· упругопластические параметры (модуль упругости, коэффициент пластичности, коэффициент Пуассона);

б) технологические условия разрушения, в том числе:

· энергия удара;

· масса ударника, скорость удара;

· форма рабочего органа, внедряющегося в породу.

Таким образом, для решения задачи эффективного разрушения пород необходимо управлять каким-нибудь из перечисленных параметров. Наиболее легко управляемыми параметрами являются энергия единичного удара и форма рабочего органа (индентора). Цель лабораторной работы исследовательского характера— оптимизация режима механического разрушения.

Экспериментальная установка (рис. 12.12) представляет собой гравитационный копер, в основании которого имеется массивная платформа 1. Груз 2 с индентором 3 имеет возможность вертикального перемещения по направляющим 4. Горная порода 5 устанавливается на платформе 1. Высота подъема Н индентора 3 с грузом 2 измеряется встроенной мерной линейкой (на рисунке не показано). В экспериментальной установке предусмотрена возможность изменения массы груза 2, высоты его сбрасывания на породу 5 и замена индентора 3.

Энергию единичного удара вычисляют по формуле

где т — масса груза, кг; g — ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с²; Н—высота сбрасывания индентора, м.

Объем лунки выкола определяют с помощью пластилина, которым заполняют лунку выкола. Пластилин вынимают из лунки, скатывают в шар и с помощью штангенциркуля измеряют диаметр d. Объем шара, и следовательно лунки выкола, рассчитывают по формуле

Удельную энергоемкость разрушения определяют в виде отношения

Порядок проведения экспериментов

Горную породу размещают на платформе гравитационного копра. В ходе эксперимента груз с индентором сбрасывают на поверхность горной породы с высоты Я, которая изменяется в пределах от 0, 1 до 1, 7 м. Рекомендуемый шаг последовательного увеличения высоты — 0, 2 м. Таким образом, в эксперименте принимается следующий ряд высот сбрасывания груза: Н = 0, 1; 0, 3;...; 1, 7 м.

Каждый эксперимент с одной высоты сбрасывания груза повторяют два раза. Это позволяет в данной экспериментальной серии получить 18 значений показателя удельной энергоемкости разрушения выколом.

Результаты экспериментов заносят в таблицу.

Обработка результатов

Конечной целью экспериментов первой серии является построение зависимости энергоемкости разрушения от энергии удара Э = f(E), которая носит экстремальный характер. Действительно, при малых энергиях удара разрушения не происходит и, следовательно, удельная энергоемкость процесса равна бесконечности. С другой стороны, при очень больших энергиях удара объем лунки выкола увеличивается непропорционально энергозатратам в связи с переизмельчением породы. Поэтому удельная энергоемкость увеличивается.

Результаты выполненных экспериментов представляют в виде графической зависимости и формулируют вывод:

«При разрушении горной породы... (указать какой) выко-лом с использованием груза массой m =... кг, индентора в виде... (описать его форму) минимальная удельная энергоемкость разрушения достигается при энергии удара Е =... Дж и составляет Э =... Дж/м³».

1 2 3 45